CHƯƠNG 3: MAGMA, ĐÁ MAGMA, NÚI LỬA , VÀ ĐÁ XÂM NHẬP Trong ̣a chât́ họ c, đá là thành phần vật chât́ tạo nên vỏ Trái Đât́ , trạng thái khác Đá là tập hợ p của mộ t hoặc nhiều khoáng vật tạo nên mộ t thể địa chât́ độc lập tự nhiên Ba nhóm đá chính: + Đá magma + Đá trầm tích + Đá biến chất 3.1 Các loại đá magma Đá magma đượ c hình thành magma kết tinh lò ng đât́ hoặc bề mặt củ a vỏ Trái Đât́ : + Đá xâm nhập: sản phẩm củ a magma kết tinh ở đớ i sâu; đượ c thà nh tạo magma xuyên qua giữ a các đá sinh trướ c ở mộ t độ sâu nhât́ ̣nh, và có điều kiện kết tinh chậm (kết tinh hoà n toà n) + Đá phun trào: magma phun lên bề mặt Trái Đât́ , dù cạn hay dưới đáy nướ c, sẽ thành đá núi lửa và thường kết tinh kém, hoặc nhiều có dạng thủy tinh Kiến trúc củ a đá magma bao gồm nhữ ng dấu hiệu đượ c hình thành tuỳ thuộ c và o trình độ kết tinh, kích thước và hình dáng của tinh thể, quan hệ tương hỗ giữ a chúng vớ i và giữ a chúng vớ i thuỷ tinh đá + Kiến trúc hiển tinh: phân biệt bằng măt́ thườ ng, đặc trưng cho các đá đồng đều toà n khối lớ n (đá sâu); đá kết tinh cả khối (nên cũ ng gọi là kiến trúc toàn tinh), kích thước hạt từ vài milimet đến vài centimet +Tinh thể tự hình: sự kết tinh đã diễn mộ t cách tuần tự ; nhữ ng tinh thể hình thà nh trướ c phát triển theo hình thái đa diện đặc trưng của chúng +Tinh thể tha hình: nhữ ng tinh thể đờ i muộ n hơn, chèn vào những khoảng trống các tinh thể đã kết tinh trướ c để lại, đó chú ng không có điều kiện để đạt dạng đa diện mà lâý khuôn theo khoảng không gian có sẵn +Kiên trú c porphyr hay ban trạng là kiến trúc chi ̉ có mộ t số hạt phân biệt đượ c bằng măt́ thườ ng nổi bật nêǹ hạt vi tinh và đặc trưng cho đá núi lử a (đá phun trào) và loại đá dạng mạch Nhữ ng tinh thể tự hình (ban tinh) cỡ centimet nổi bật giữ a mộ t khối đồng nhât́ - Kiên trúc vi tinh Số rât́ lớ n tinh thể kéo dài ngập giữ a khối thủ y tinh đồng nhât́ , là loại kiến trúc thườ ng gặp nhât́ -Kiên trú c thủy tinh : Không chứ a ban tinh và vi tinh, chỉ có thủy tinh -Kiến trúc dạng mảnh vụn gồm mảnh vụn đá thủy tinh gắn kết hạt mịn Cấu tạo đá magma Cấu tạo đá magma xác định phân bố vị trí hợp phần tạo nên đá không gian + Cấu tạo khối: phân bố đồng khoáng vật toàn khối đá, định hướng + Cấu tạo dạng + Cấu tạo bọt Thành phần đá magma + Thành phần hóa học Khoảng 99% tổng khối lượng đá magma hình thành chủ yếu từ số nguyên tố, phổ biến oxy silic, chiếm khoảng 50% tổng số nguyên tố hiện Vỏ Trái đất, Al, Fe, Ca, Mg, Na K, Ti nước Oxid Hàm lượng trung bình (% trọng lượng) Oxid Hàm lượng trung bình (% trọng lượng) SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO 59,12 1,05 15,34 3,08 3,80 0,24 3,49 CaO Na2O K2O H2O P2O5 CO2 5,08 3,84 3,13 1,15 0,30 0,10 Dựa vào thành phần hoá học, chủ yếu vào hàm lượng SiO2 , đá magma chia thành nhóm: siêu baz, baz, trung tính, acid, siêu acid Nhóm đá Hàm lượng oxid silic % Siêu baz (mafic) Baz Trung tính Acid Sieâu acid < 40 40 – 52 52 – 65 65 – 75 > 75 + Thành phần khoáng vật Khoáng vật Hàm lượng trung bình (% trọng lượng) Feldspar Thạch anh Amphibol pyroxen Mica Các khoáng vật khác 59 12 17 Thành phần đá macma điển hình Đá Khoángvật FeMg % Plagioclas feldspar % Feldspar Kali % Thaïch anh % Gabro/basalt 70 30 0 Diorit/Andesit 40 60 0 Granit/Rhyolit 15 15 40 25 Khoáng vật tạo đá: chủ yếu thuộc lớp silicat feldspar, thạch anh, mica, nephelin, amphibol, olivin, pyroxen v.v Theo màu sắ c: Khoáng vật sẫm màu (amphibol, pyroxen, olivin) và khoáng vật sáng màu (thạch anh, felspat, nephelin) Hàm lượng khoáng vật sẫm màu là một đặc điểm quan trọng để nhận biết các nhóm đá (50% đá gabro và chỉ dưới 5-10% đá granit Khoáng vật phụ hàm lượng đạt hàng chục phần trăm đá một số khác cũng có mặt các đá, với tỷ lệ rấ t nhỏ (dưới 1%), đó là apatit, magnetit, zircon v.v 3.2 Các loại Magma Magma dung thể silicat chứa phần bay hơi, nóng chảy hay nóng chảy phần, có nhiệt độ cao (từ 600 – 13000C), nằm mềm Vỏ Trái đất, độ sâu từ 60 - 100km Trong buồng magma dung thể lỏng, có chứa ban tinh khoáng vật kết tinh sớm chất bốc Magma theo khe nứt hay núi lửa phun trào lên mặt đất gọi dung nham (lava), đông cứng lại gọi đá magma Thành phần hóa học gồm ngun tớ phổ biến Trái đất: Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, H, O Magma mafic (baz)- SiO2 45-55 wt%, nhiều Fe, Mg, Ca, low in K, Na Magma trung tính- SiO2 55-65 wt%, Fe, Mg, Ca, Na, K chiếm tỉ lệ trung bình Magma felsic (acid) SiO2 65-75%, Fe, Mg, Ca, nhiều K, Na Khí magma gây phun nổ áp suất giảm, gồm chủ ́u H2O, mợt CO2, Sulfur, Cl , F Magma acid thường có nhiều khí magma baz Nhiệt độ: Magma mafic - 1000-1200oC Magma trung tính - 800-1000oC Magma felsic - 650-800oC Độ nhớt kháng lại tính chảy, tùy tḥc vào thành phần, nhiệt đợ khí Hàm lượng SiO2 magma cao (magma acid) độ nhớt cao magma có hàm lượng SiO2 thấp (magma mafic) Magma có nhiệt đợ thấp đợ nhớt cao Magma nghèo silic (magma có thành phần baz) Tỷ lệ Si/O thấ p, linh động, magma này dâng thoát nhanh lên khỏi vỏ Trái Đấ t nên chỉ một số ít khoáng vật kip̣ kế t tinh Do nghèo silic, lọat phản ứng Bowen không tiế n triể n đế n cùng và sản phẩ m bề n vững của nó là những khoáng vật sinh ở nhiệt độ cao Magma giàu silic (magma có thành phần acid) Tỷ lệ Si/O cao, magma rấ t nhớt và kế t tinh trọn vẹn đường dich ̣ chuyể n chậm vỏ Trái Đấ t Loạt phản ứng Bowen phát triển đế n cùng và kế t tinh hoàn tấ t thì sản phẩ m bề n vững là các loại khoáng vật cùng có mặt với silic Magma này tạo granit và các đá cùng họ Summary Table Magm Type Basaltic Andesitic Rhyolitic Solidified Volcanic Rock Basalt Andesite Rhyolite Solidified Plutonic Rock Chemical Composition Temperature Viscosity Gas Content Gabbro 45-55 SiO2 %, high in Fe, Mg, Ca, low in K, Na 1000 - 1200 o C Low Low Diorite 55-65 SiO2 %, intermediate in Fe, Mg, Ca, Na, K 800 - 1000 o C Intermediate Intermediate Granite 65-75 SiO2 %, low in Fe, Mg, Ca, high in K, Na 650 - 800 oC High High Sự phun trào Magma Có thể phun nổ hay phun trào: Phun trào đặc trưng magma có khí, độ nhớt thấp (basaltic đến andesitic) Thường bắt đầu cợt khói giải phóng khí Dung nham chảy tràn mặt đất Hình thành basalt dạng gới (pillow) dưới nước Phun nổ đặc trưng hàm lượng khí cao, độ nhớt cao (andesitic đến rhyolitic magma) Do độ nhớt cao hình thành áp suất Áp suất cao bọt khí làm bọt khí bị nổ magma gặp áp suất mặt đất Phun đá vụn núi lửa tro núi lửa Hình thành đám mây khí và tro cao đến 45km khí quyển 3.4 Các khối xâm nhập Đá xâm nhập hình thành magma đơng ng̣i dưới sâu Các thể xâm nhập phân loại theo kích thước, hình dáng mối tương quan với đá vây quanh, có dạng vỉa xâm nhập (sill), thể mạch (dike), dạng chậu (lopolith), thể nấm (lacolith) thể (batholith) Thể tường (dike): Hình thành macma tiêm nhập vào đứt gãy Chiều rộng dike biến động từ vài cm đến nhiều m Thể vỉa (sill): Trải rộng theo chiều nằm ngang, có bề dày thay đổi từ 1cm đến hàng trăm m Đá xâm nhập có tuổi trẻ đá vây quanh Khác với dòng dung nham bề mặt phong hóa chứa mảnh vụn đá Thể nấm (laccolith): Một khối đá macma có mái dạng vòm gọi thể nấm (do macma đẩy đá phía lên tạo thành vòm) Thể (batholith): Một khối đá xâm nhập lớn, bất chỉnh hợp, phát triển theo chiều sâu gọi thể Lớn có nghóa diện lộ khoảng 100km2 Các khôí đá xâm nhập có đầy đủ đặc điểm giống thể diện lộ nhỏ gọi thể cán (stock) Thể chậu (lopolith): Đặc trưng cho đá macma xâm nhập sâu chỉnh hợp; chúng có dạng muỗng, phần mái lẫn phần võng xuống 3.4 Nguồn gốc magma Magma basalt có thể được hình thành nóng chảy bợ phận của vật liệu siêu mafic (siêu baz) từ phần của manti bên dưới vỏ đại dương; magma granite có thể nóng chảy bộ phận của vật liệu bên dưới vỏ lục địa (35-40km); magma andesite hay magma trung tính hình thành nóng chảy bợ phận của vật liệu trầm tích của vỏ đại dương đới hút chìm 3.5 Sự phân dị magma Mỗi kv kết tinh nhiệt độ định Khi kv kết tinh từ magma, thành phần dung dịch magma lại thay đổi Tùy theo số lượng kv kết tinh, thành phần vật chất thay đổi theo dãy rộng: phân dị magma trình kết tinh phân đoạn Nếu tinh thể kết tinh nặng dung dịch chúng chìm x́ng, nếu nhẹ lên Sự di chuyểnkết tinh của kv làm thay đổi phần magma Td Dung dịch magma chứa phân từ MgO phân tử SiO2 = 50% SiO2 50% MgO Nếu lấy MgO để kết tinh kv MgO tiếp tục được lấy cho kv kết tinh thành phần magma thay đổi Loạt phản ứng Bowen Thứ tự kết tinh của kv từ magma tùy thuộc vào nhiệt độ Magma mafic (baz) nguội Olivine Ca-rich plagioclase giàu Ca kêt tinh trước tiên Olivine phản ứng với dung dịch pyroxene and plagioclase giàu Ca plagioclase nghèo Ca Nếu olivine plagioclase di chuyển khỏi dung dịch kết tinh phân đoạn dung dịch magma giàu SiO2 Tiếp tục, nhiệt đợ giảm magma có nguồn gớc mafic (basaltic) magma trung tính (andesite) magma acid (rhyolite) 3.5 Núi lửa đá núi lửa Basalts, Andesites, Dacites, và Rhyolites là đá núi lửa Obsidian – thủy tinh núi lửa sẫm màu có vết vỡ dạng vỏ chai, thường rhyolit hay dacit Pumice – sáng màu nhẹ có nhiều lỗ hỗng (vesicles) khí thoát quá trình đơng ng̣i, thường rhyolitic, dacitic hay andesitic Đá bọt – đá toàn lỗ hỗng, thường basalt and andesit Núi lửa Núi lửa dạng khiên- phun trào magma độ nhớt thấp, thường magma mafic hình thành dịng chảy dung nham từ miệng núi lửa Rộng, sườn thoải, dạng vòm Điể n hình là núi lửa tại điể m nóng (hot spots) Hawaii và Galapagos, và sớng núi giữa đại dương Nón đá vụn núi lửa: hình thành từ đá vụn núi lửa quanh miệng núi lửa Núi lửa hỗn hợp: - Sườn dố c từ 6- 10 độ, đỉnh 30 độ Magma acid cung cấ p vật liệu xen kẻ giữa dòng dung nham và vật liệu vụn: hỗn hợ p Ở đới siết ép, sự hút chim ̀ tạo magma giàu silic và khi.́ Miệng núi lửa sơ cấp (crater) hình thành nổ hay khí Miệng núi lửa thứ cấp (caldera)- hố sụp đổ vật liệu miệng núi lửa sơ cấp Vòm dung nham: hình thành phun nghẹn của magma đợ nhớt cao, khí Suối nước nóng suối phun (Geysers) – nước nóng nhiệt của magma Fissure Eruptions – magma phun trào dọc theo khe nứt của Vỏ Trái đất Dung nham dạng gối: dung nham phun trào đáy biển hay hồ