bài giảng thạch học cơ sở phần 3 thạch học đá biến chất

1 phần 3 thạch học đá biến chất Chơng I Đại cơng về đá biến chất Bi 1: định nghĩa về hoạt động biến chất v đá biến chất Hoạt động biến chất là sự biến đổi về thành phần và cấu trúc của các đá nguyên thủy ở những độ sâu khác nhau của Vỏ Trái đất dới tác động của nhiều yếu tố nội sinh (nhiệt độ, áp suất, dung dịch biến chất) và xảy ra ở trạng thái cứng (đá không bị nóng chảy hoặc hòa tan). Hoạt động biến chất chủ yếu xảy ra trong khoảng nhiệt độ 300-1000 0 C, áp suất từ vài trăm bar đến 15- 20kbar (1at=1,01325bar). Một cách khái quát hơn: hoạt động biến chất là 1 dạng sản phẩm hoạt động nội lực của Trái đất. Hoạt động nội lực có thể là sự di chuyển hội tụ hoặc phân kỳ của các mảng thạch quyển, sự di chuyển của các khối đá dọc theo các đới trợt bằng lớn, sự di chuyển trong phạm vi hẹp của dung dịch biến chất có nguồn gốc từ các khối magma nguội lạnh. Sản phẩm của hoạt động biến chất chính là các đá biến chất, chúng cân bằng trong những điều kiện vật lý nhất định (nhiệt độ, áp suất, dung dịch tuần hoàn trong đá-yếu tố biến chất). 2 Bi 2: Các yếu tố biến chất 1- Nhiệt độ: Sự nâng cao nhiệt độ trong Vỏ Trái đất là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến các quá trình biến chất các đá. Nhiệt độ đóng vai trò chi phối các phản ứng biến chất, nâng cao hoạt tính hóa học cũng nh thúc đẩy các tác dụng vật lý của các dung dịch tuần hoàn trong đá. Sự nâng cao nhiệt độ còn làm thay đổi tính chất vật lý của đá, làm cho đá từ trạng thái cứng chuyển sang dẻo và cuối cùng có thể nóng chảy tạo nên các dung thể magma granit có nguồn gốc biến chất (siêu biến chất). Nguồn gốc của nhiệt độ tham gia vào các phản ứng biến chất bao gồm: - Địa nhiệt (sự tăng nhiệt độ theo chiều sâu, xuống sâu 100m tăng 3 0 ). - Nhiệt độ do khối magma mang từ dới sâu lên phần trên của Vỏ Trái đất và nung nóng các đá vây quanh. - Nhiệt độ toả ra do ma sát chuyển dịch giữa các khối đá cứng trong các hệ thống phá hủy kiến tạo. - Nhiệt độ đợc cung cấp bởi các phân rã phóng xạ tự nhiên của các nguyên tố phóng xạ U, Th 2- áp suất: Có hai dạng áp suất tham gia vào quá trình biến chất: áp suất thủy tĩnh và áp suất định hớng. - áp suất thủy tĩnh gây ra bởi trọng lợng của lớp đá nằm trên đối với lớp đá nằm dới, nó có giá trị nh nhau theo mọi phơng. Vai trò của áp suất thủy tĩnh khống chế các phản ứng biến chất. áp suất tăng, phản ứng biến chất có xu hớng tạo nên các tổ hợp cộng sinh khoáng vật có tỷ trọng lớn (thể tích phân tử nhỏ). - áp suất định hớng sinh ra do các quá trình dịch chuyển căng dãn các khối đá theo các phá hủy kiến tạo, đứt gãy. áp suất này chỉ có tác dụng ở phần nông của Vỏ Trái đất, gây ra các biến dạng ròn và dẻo đối với đất đá. Sản phẩm của áp suất định hớng là kataclazit và milonit. 3- Dung dịch biến chất: Trong đá luôn tồn tại các dung dịch ở phần khe hở và ranh giới tiếp xúc giữa các hạt. Chúng tồn tại ở dạng màng mỏng vật lý, có thể ở trạng thái lỏng, trạng thái hơi và trạng thái hơi-lỏng. Thành phần của chất lu là H 2 O, CO 2 , CH 4 , Cl, SO 2 , Br. Vai trò của chất lu là môi trờng trao đổi vật chất giữa các pha khoáng vật tham gia phản ứng biến chất. Tuỳ thuộc vào thành phần và 3 tính chất môi trờng của chất lu mà có thể gây ra các phản ứng khử hoặc oxy hóa và từ đó làm xuất hiện các tổ hợp cộng sinh khoáng vật khác nhau. Ngoài những yếu tố biến chất trên còn phải kể đến yếu tố thời gian xảy ra hoạt động biến chất và thành phần của đá nguyên thủy bị biến chất. Thời gian càng lâu dài thì quá trình biến chất càng triệt để. Thành phần đá nguyên thủy khác nhau thì sẽ cho các sản phẩm biến chất khác nhau. 4 Bi 3: các dạng biến chất 1- Dạng biến chất động lực (biến chất cà nát và biến chất va đập) Chủ yếu do các lực kiến tạo hay lực va đập của thiên thạch với bề mặt Trái đất. Trong dạng biến chất này đá nguyên thủy bị cà nát, chỉ thay đổi kiến trúc, cấu tạo mà không biến đổi về thành phần khoáng vật cũng nh thành phần hóa học. 2- Dạng biến chất nhiệt tiếp xúc: Xảy ra tại nơi tiếp xúc của khối magma nóng chảy với đá vây quanh với tác dụng chủ yếu của nhiệt độ. Đá biến chất nhiệt bị biến đổi về kiến trúc, cấu tạo, thành phần khoáng vật, chỉ có thành phần hóa học không bị thay đổi. 3-Dạng biến chất nhiệt động: Yếu tố biến chất là nhiệt độ, áp suất và cả dung dịch biến chất, xảy ra trong phạm vi rộng lớn. 4- Dạng biến chất trao đổi: gồm những dạng biến chất làm thay đổi thành phần hóa học của đá nguyên thủy. - Biến chất tiếp xúc trao đổi: Yếu tố biến chất chủ yếu là dung dịch biến chất thoát ra từ khối magma vừa mới kết tinh, kết quả xảy ra sự trao đổi các nguyên tố hóa học giữa đá magma và đá vây quanh. - Biến chất trao đổi nhiệt dịch: yếu tố biến chất là dung dịch nhiệt dịch đợc đa lên từ dới sâu sau khi khối magma đã đợc kết tinh. - Tự biến chất: xảy ra ở phần vòm của các khối magma xâm nhập do các chất bốc của chính khối đá magma gây nên. 5- Siêu biến chất: Là dạng biến chất đặc biệt xảy ra ở những đới sâu trong đó hoạt động biến chất có kèm theo tái nóng chảy từng phần hay với quy mô lớn. 5 Bi 4: Thnh phần vật chất của đá biến chất I- Thnh phần hóa học: Các hợp phần hóa học tạo đá chính của các đá biến chất tơng tự nh trong đá magma. Tuy nhiên mối quan hệ giữa thành phần hóa học và thành phần khoáng vật biểu hiện khá phức tạp. - Quy luật phân bố của các oxyt phụ thuộc điều kiện nhiệt độ và áp suất. - Trong hầu hết các đá đá biến chất đều có ít nhiều SiO 2 tự do (thạch anh). - Phổ biến các đá no nhôm (có nguồn gốc từ đá sét) đặc trng bởi các khoáng vật giàu nhôm: corindon, granat, andaluzit, silimanit, disthen - Lợng CaO trong các đá biến chất thờng lớn do các đá có chứa các khoáng vật no calci: wolastonit, granat calci, vezuvian - Các đá biến chất có nguồn gốc từ các đá magma bazơ và siêu bazơ thì có lợng MgO và FeO khá lớn vì có chứa các khoáng vật no Mg và Fe nh antophilit, talc, hypecten Dựa vào độ chứa calci trong hai khoáng vật plagiocla và amphibol ngời ta đã tìm ra "nhiệt kế địa chất". II- Thnh phần khoáng vật: Thành phần khoáng vật của đá biến chất phụ thuộc vào 2 yếu tố: thành phần của đá nguyên thủy và trình độ biến chất. Mỗi THCSKV của đá biến chất tiêu biểu cho 1 loại đá nguyên thủy, tơng ứng với 1 trình độ biến chất. Về cơ bản các khoáng vật của đá biến chất phong phú hơn so với đá magma. Trong đá biến chất có thể gặp những khoáng vật gặp trong đá magma cũng nh trong đá trầm tích nh thạch anh, felspat, mica , có những khoáng vật không hoặc rất ít gặp trong đá magma nh calcit, dolomit, silimanit, storolit, disthen Có những khoáng vật có mặt trong đá magma nh nephelin, felspatit nhng rất hiếm gặp trong đá biến chất. Trong đá biến chất các khoáng vật thờng nằm cân bằng và do đó ít gặp các khoáng vật có tính phân đới. Các khoáng vật biến chất đợc thành tạo đồng thời trong các phản ứng biến chất nên không có thứ tự kết tinh. Trình độ kết tinh và kích thớc các hạt khoáng vật tăng theo trình độ biến chất. Các khoáng vật của đá biến chất thờng có sự phân bố định hớng theo những phơng nhất định phụ thuộc vào trờng ứng suất khi khoáng vật đợc thành tạo. 6 Mỗi THCSKV trong đá biến chất là một dấu hiệu đáng tin cậy để suy đoán về điều kiện nhiệt độ và áp suất của hoạt động biến chất. Các khoáng vật phổ biến trong đá biến chất gồm: 1- Nhóm felspat: - Felspat kali: thờng gặp là microclin, octocla - Plagiocla: có thể gặp từ albit đến anoctit. Plagiocla axit thờng gặp trong đá biến chất tớng epidot-amphibolit. Plagiocla bazơ chỉ gặp trong đá biến chất cao. 2- Granat: là khoáng vật điển hình cho các đá biến chất, chúng là những dung dịch cứng thay thế đồng hình của Ca-Mg-Al-Mn-Fe, gồm các khoáng vật: pyrop Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 , anmandin Fe 3 Al 2 Si 3 O 12 , spersactit Mn 3 Al 2 Si 3 O 12 , groxule Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 , andradit Ca 3 (Fe, Ti) 2 Si 3 O 12 . 3- Cordierit: (Mg,Fe) 2 [Si 5 Al 4 O 18 ].nH 2 O Đặc trng cho các đá biến chất giàu nhôm, thờng gặp trong các đá biến chất nhiệt tiếp xúc và biến chất khu vực. 4- Cloritoid: Phổ biến trong các đá biến chất có nguồn gốc sét với điều kiện nhiệt độ trung bình và thấp, gặp trong các đá biến chất nhiệt tiếp xúc và biến chất khu vực trình độ thấp. 5- Nhóm khoáng vật AlSi 2 O 5 : gồm 3 biến thể đa hình - Andaluzit - Silimanit - Disthen Chúng phổ biến trong các đá biến chất có nguồn gốc từ đá sét. 6- Storolit: Phổ biến trong các đá biến chất nhiệt độ trung bình, tiêu biểu cho các đá nguyên thủy có chứa Fe và Mg. 7- Nhóm amphibol: phổ biến trong các đá biến chất khu vực nhiệt độ trung bình và thấp. Các khoáng vật thờng gặp là horblen, antophilit, cumingtonit, tremolit, glocophan. 8- Nhóm pyroxen: xuất hiện trong đá biến chất nhiệt độ cao, gồm hyperten, omphaxit, jadeit. 9- Nhóm mica: biotit, muscovit, phlogopit. 7 Bi 5: kiến trúc v cấu tạo của đá biến chất I- Cấu tạo: Phân biệt 2 loại cấu tạo: cấu tạo sót (tàn d) và cấu tạo biến chất. 1- Cấu tạo sót: là cấu tạo của đá nguyên sinh còn sót lại trong các hoạt động biến chất, thờng gặp trong các đá biến chất trình độ thấp. 2- Cấu tạo biến chất: hình thành trong quá trình biến chất, bao gồm: - Cấu tạo khối: thành tạo trong điều kiện tĩnh, không chịu tác dụng của áp suất định hớng, thờng gặp trong biến chất nhiệt tiếp xúc, nhiệt động. - Cấu tạo phân phiến: chịu tác dụng của áp suất định hớng + Phân phiến cà nát: đá vỡ vụn và ép theo phơng cà nát + Phân phiến kết tinh: khoáng vật dạng tấm, trụ định hớng. + Gneis: mặt phân phiến không rõ, các hạt felspat và thạch anh có dạng thấu kính, dạng mắt định hớng cùng các khoáng vật màu uốn lợn quanh chúng. - Cấu tạo budina: các lớp đá cứng bị đứt đoạn nh những khúc dồi. II- Kiến trúc: 1- Kiến trúc sót: 2- Kiến trúc biến chất: a- Kiến trúc cà nát: đặc trng cho biến chất động lực - Kataclazit - Milonit - Finolit b- Kiến trúc biến tinh: đợc thành tạo trong các quá trình biến chất với sự tái kết tinh. Dựa vào hình dáng khoáng vật phân biệt kiến trúc ban biến tinh, hạt, vảy, que, sợi biến tinh. 8 Bi 6: Trình độ biến chất Nh đã nói ở trên, trong các quá trình biến chất, phản ứng biến chất dẫn đến sự thành tạo các khoáng vật mới chủ yếu xảy ra trong môi trờng cứng. Trong môi trờng cứng, các phản ứng biến chất cuối cùng dẫn đến một trạng thái cân bằng hóa lý nhất định thích ứng với điều kiện hóa lý của quá trình biến chất. Phản ứng biến chất xảy ra theo 2 phơng thức: phơng thức khô - đó là quá trình khuếch tán giữa các vật thể cứng của các ion hay nguyên tử bên trong mạng tinh thể và phơng thức ớt - đây là phơng thức có tính chất quyết định tiến trình phản ứng biến chất ở trạng thái cứng, là sự khuếch tán và giao lu vật chất nhờ dung dịch biến chất. Trong khảo sát các quá trình biến chất các nhà địa chất đã đa ra khái niệm tớng biến chất và trình độ biến chất. I- Trình độ biến chất: Các công trình bàn về trình độ biến chất (Van Hai, Misen Levi, Becơ, Grubenman ) dựa trên cơ sở lý thuyết: nhiệt độ và áp suất tăng theo độ sâu chủ yếu gây nên phản ứng mất nớc và phân hủy carbonat, do đó ứng với những độ sâu khác nhau sẽ có những tập hợp khoáng vật tiêu biểu khác nhau, càng xuống sâu sẽ mất dần các khoáng vật có chứa H 2 O và OH. Grubenman đã chia làm 3 đới biến chất với những đặc điểm khác nhau: - Đới trên cùng (epizon): điều kiện nhiệt độ trung bình, áp suất định hớng là chủ yếu, dạng biến chất u thế là cà nát. - Đới giữa (mezozon): điều kiện nhiệt độ cao, áp suất định hớng cực đại, áp suất thủy tĩnh mạnh, dạng biến chất hóa học chiếm u thế. - Đới dới (katazon): điều kiện nhiệt độ rất cao, áp suất thủy tĩnh rất mạnh, áp suất định hớng chỉ còn rất yếu, dạng biến chất hóa học chiếm u thế. II- Tớng biến chất: Tớng biến chất là tập hợp các đá có thành phần hóa học khác nhau nhng cùng đạt đến 1 điều kiện cân bằng hóa lý nhất định, thể hiện bằng những tổ hợp cộng sinh khoáng vật tiêu biểu. Mỗi tớng biến chất là sự thể hiện một trình độ biến chất tơng ứng với một giới hạn nhất định của điều kiện nhiệt độ-áp suất (trờng P-T). Các đá đợc thành tạo trong một trờng P-T xác định đợc gọi là những đá của 1 9 tớng. Ranh giới của mỗi trờng P-T đợc xác định bởi những đờng cong giới hạn trờng bền vững của những khoáng vật hay tập hợp khoáng vật biến chất quan trọng nhất. Nguyên tắc chọn những THCSKV tiêu biểu nhất cho tớng biến chất: - Đó là những khoáng vật phổ biến, dễ theo dõi trong thiên nhiên. - Đó là những khoáng vật dễ nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện nhiệt độ-áp suất. Ví dụ: các tớng biến chất nhiệt - Tớng sừng epidot-albit (<400 0 C) - Tớng sừng horblen (600-700 0 C) - Tớng sừng pyroxen (700-900 0 C). 10 Bi 7: phân loại đá biến chất I- Nguyên tắc phân loại: Có nhiều kiểu phân loại và hệ thống hóa các đá biến chất theo những nguyên tắc khác nhau. 1- Phân loại đá biến chất theo kiểu biến chất (thông dụng và mang tính truyền thống): - Nhóm đá biến chất động lực. - Nhóm đá biến chất nhiệt tiếp xúc. - Nhóm đá biến chất trao đổi. - Nhóm đá biến chất nhiệt động (khu vực). - Siêu biến chất 2- Phân loại theo trình độ biến chất: + Đối với biến chất nhiệt tiếp xúc: - Nhóm đá biến chất thấp tớng sừng albit-epidot: gồm các đá phiến đốm vết, đốm sần. - Nhóm đá biến chất trung bình tớng sừng amphibol. - Nhóm đá biến chất cao tớng sừng pyroxen. - Nhóm đá biến chất rất cao tớng sừng sanidin + Đối với biến chất khu vực: - Nhóm đá biến chất thấp tớng phiến lục (nhóm đá phiến thờng). - Nhóm đá biến chất trung bình tớng amphibolit (nhóm đá amphibolit và gneis) - Nhóm đá biến chất cao tớng granulit (nhóm đá granulit). - Nhóm đá biến chất rất cao tớng eclogit. 3- Phân loại theo chế độ áp suất: - Loạt biến chất áp suất thấp. - Loạt biến chất áp suất trung bình. - Loạt biến chất áp suất cao. 4- Phân loại theo kiểu nguồn gốc: - Metapelit: đá sét giàu nhôm bị biến chất. - Metabazic: các đá bazan, gabro, trầm tích macnơ bị biến chất. - Metacarbonat: đá carbonat bị biến chất. [...]...- Meta siêu mafic: đá peridotit giàu Mg bị biến chất - Các đá giàu thạch anh-felspat bị biến chất - Các đá giàu nhôm bị biến chất II- Cách gọi tên đá biến chất: 1- Gọi tên đá biến chất theo cấu tạo: - Đá sừng: tên gọi cho đá có cấu tạo khối, hạt mịn, màu sẫm, sản phẩm của biến chất nhiệt tiếp xúc Sau đó nêu thành phần khoáng vật của đá Ví dụ: đá sừng biotit-cordierit, đá sừng thạch anh-biotit - Dăm... ruột 2- Tên đá biến chất theo thành phần khoáng vật: - Quarzit: thạch anh>80% - Amphibolit: horblen và felspat Một số đá đợc đặt tên không theo nguyên tắc: - Đá hoa: đá biến chất từ trầm tích carbonat - Skarnơ: đá biến chất tiếp xúc trao đổi giữa đá granitoid và đá carbonat, thành phần khoáng vật gồm pyroxen và granat - Greizen: đá biến chất tiếp xúc trao đổi giữa đá granitoid với các đá giàu thạch anh,... đợc thành tạo trong quá trình biến chất trao đổi Tỷ lệ giữa 2 nhóm khoáng vật này là cơ sở để đánh giá trình độ hoàn thiện của quá trình biến chất trao đổi Thành phần hóa học của đá không giống với đá nguyên thủy Các đá biến chất trao đổi và hoạt động biến chất trao đổi có liên quan mật thiết với các quá trình tạo quặng II- Các đá biến chất trao đổi chủ yếu: 1- Các đá biến chất tiếp xúc trao đổi: Thờng... - Nơi tiếp xúc của các đá có thành phần hóa học khác nhau, đặc biệt là mặt ranh giới của khối magma kết tinh với đá vây quanh - Các tầng đá carbonat, các đá phiến sét đen giàu vật chất hữu cơ có thành phần đặc biệt có ái lực cao đối với các nguyên tố tạo quặng Có 3 dạng biến chất trao đổi sau: - Biến chất tiếp xúc trao đổi: xảy ra tại vành biến chất nhiệt tiếp xúc - Tự biến chất: xảy ra ngay trong... tâm ra phần xa khối Phần nằm sát khối có trình độ biến chất cao nhất, càng ra xa nhiệt độ giảm dần nên trình độ biến chất giảm và chuyển dần đến các đá không bị biến chất II- Mô tả thạch học: 13 Các đá thờng sẫm màu, hạt mịn đến rất mịn, cấu tạo khối rắn chắc, đôi khi phân phiến mờ, kiến trúc tàn d, vi vảy hạt biến tinh Tuỳ thuộc trình độ biến chất phân biệt các đá sau: A- Các đá thuộc tớng sừng albit-epidot... các đá phiến, gneis, amphibolit, đá hoa Phức hệ Sông Hồng có tuổi Proterozoi sớm có thành phần thạch học bao gồm các đá gneis, đá phiến kết tinh, amphibolit Bi 4: các đá biến chất trao đổi 17 I- Đặc điểm chung: Biến chất trao đổi diễn ra dới tác dụng của dung dịch biến chẩ dạng hơi và dạng lỏng di chuyển dới dạng mao dẫn qua các tinh thể, làm các đá nguyên thủy bị biến đổi về thành phần hóa học Quá... ra còn gặp những đá phiến có nguồn gốc khác, ví dụ: đá phiến tremolit-talc, đá phiến talc, đá phiến tremolit là đá biến chất từ magma siêu bazơ, chúng rất hiếm gặp Đá riolit porphyr biến chất thành đá phiến thạch anh-felspat-sericit-biotit 2- Các đá phiến kết tinh thuộc tớng amphibolit: Các đá có cấu tạo phân phiến kết tinh, hạt lớn, sự định hớng song song của các khoáng vật biến chất rõ ràng hơn... ) 3- Cách gọi tên để làm sáng tỏ nguồn gốc: Trớc tên đá biến chất ta thêm tiếp đầu ngữ octo hoặc para Octo để chỉ đá có nguồn gốc từ đá magma Para để chỉ đá có nguồn gốc từ đá trầm tích Ví dụ: - Octogneis: đá biến đổi từ granitoid - Paragneis: đá biến đổi từ cát kết arko 11 Hiện nay thờng sử dụng các tiếp đầu ngữ metapelit, metabazic, metacarbonat để chỉ nguồn gốc đá biến chất Chơng II: mô tả các đá. .. phơng Tại đây các đá granit phức hệ Quế Sơn bị gneis hóa mạnh, bị ép tạo nên các lớp phiến mỏng 2-3cm Bi 2: các đá biến chất nhiệt tiếp xúc I- Đặc điểm chung: Các đá biến chất nhiệt tiếp xúc đợc thành tạo là do các dung thể magma có nhiệt độ cao khi xuyên vào đá vây quanh làm cho đá vây quanh bị biến dạng và tạo điều kiện cho các quá trình biến chất xảy ra Thông thờng các đá biến chất nhiệt tiếp xúc... các đá bị cà nát mức độ khác nhau - Đá phiến: tên gọi cho các đá có cấu tạo phân phiến, sau đó đặt tên khoáng vật sau chữ đá phiến theo thứ tự giảm dần về số lợng Ví dụ: đá phiến thạch anh-sericit, đá phiến thạch anh-mica-disthen - Đá gneis: tên gọi cho các đá có cấu tạo định hớng gneis - Đá migmatit: tên gọi chung cho các đá siêu biến chất mà cấu tạo của nó gồm 2 bộ phận: granitoid và thực thể biến chất, . 1 phần 3 thạch học đá biến chất Chơng I Đại cơng về đá biến chất Bi 1: định nghĩa về hoạt động biến chất v đá biến chất Hoạt động biến chất là sự biến đổi về thành phần và. Thnh phần vật chất của đá biến chất I- Thnh phần hóa học: Các hợp phần hóa học tạo đá chính của các đá biến chất tơng tự nh trong đá magma. Tuy nhiên mối quan hệ giữa thành phần hóa học và. Nhóm đá biến chất động lực. - Nhóm đá biến chất nhiệt tiếp xúc. - Nhóm đá biến chất trao đổi. - Nhóm đá biến chất nhiệt động (khu vực). - Siêu biến chất 2- Phân loại theo trình độ biến chất: