CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA HÓA TRONG TỰ NHIÊN

CHUƠNG IV CÁC Q TRÌNH ĐỊA HỐ TRONG TỰ NHIÊN 4.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ SỞ 4.1.1 Các yếu tố di chuyển Có nhiều yếu tố di chuyển, theo Fersman (1944), yếu tố di chuyển chia thành hai nhóm chính: 1) Những yếu tố di chuyển bên có liên quan với tính chất nguyên tử hợp chất chúng; 2) Các yếu tố di chuyển bên liên quan đến hoàn cảnh tồn nguyên tử 4.1.1.1 Các yếu tố di chuyển bên Trong số yếu tố di chuyển bên trong, theo Fersman, chia ra: 1) Tính chất liên kết nguyên tố; 2) Tính chất hố học hợp chất; 3) Tính chất lượng ion (độ bay hơi, độ nóng chảy); 4) Tính chất trọng lực 5) Tính chất phóng xạ nguyên tử 4.1.1.2 Các yếu tố di chuyển ngồi Là yếu tố liên quan đến tính chất mơi trường bên ngồi (khơng phải thuộc tính bên vật chất) như: - Nhiệt độ, áp suất môi trường bao quanh, nồng độ vật chất môi trường - Độ pH, Eh, môi trường - Tính hấp thụ cuả hệ có mơi trường - Tác dụng sinh vật + Nhiệt độ: tác động yếu tố vạn làm yếu mối liên kết cuối dẫn tới biến đổi trạng thái tập hợp: vật chất kết tinh rắn chuyển thành lỏng, lỏng chuyển thành khí, phần tử khí chuyển thành nguyên tử, nguyên tử lại chuyển thành ion Theo tính chất nhiệt, tất nguyên tố chia nhóm sau đây: a) Khí bay (He, Ar, N, O,vv ) có nhiệt độ nóng chảy sơi thấp, tính động, dễ di chuyển b) Các kim linh động (P, Cl, F, S, I) kết hợp với nguyên tố khác cho hợp chất dễ bay hơi, thí dụ q trình núi lửa phun, khí hố, vv hình thức nguyên tố dễ di chuyển Ở mạng kiểu phân tử giữ vai trò lớn c) Các kim loại kiềm kiềm đất dễ cho hợp chất axit halogen vững bền bay d) Các kim loại bay (Hg, Pn, Tl, Bi) dễ dàng chuyển sang trạng thái khí điều kiện magma dễ dàng di chuyển dạng nguyên tố đ) Các kim loại thường (Fe, Ni, Co, Cu, Pb, vv ) sôi nhiệt độ khác từ vài trăm độ (Pb) đến 1000 độ (Fe Ni) + Độ Eh, pH mơi trường: đóng vai trò quan trọng q trình địa chất có liên quan đến dung dịch khí lỏng Chẳng hạn độ hồ tan hydroxit Silic Nhơm phụ thuộc vào pH mơi trường trình bày hình 4.1 Hình 4.1: Độ hồ tan hydroxit nhơm , hydroxit sắt oxit silic vơ định hình điều kiện Ngoại sinh (môi trường bề mặt trái đất) (Nguồn Nelson, 2004) Trong thiên nhiên độ pH đóng vai trò quan trọng việc hồ tan hay kết tủa số ion Ví dụ ion Fe3+ kết tủa mạnh (hình 4.2) điều kiện mơi trường axit yếu trung tính (pH>2), ion Zn+2 As+2 bắt đầu kết tủa môi trường Trung tính (pH>7) Hình 4.2: Đường hồ tan ion sắt phụ thuộc vào o xi hóa (pe) độ axit- ba zơ (pH) môi trường Độ pH bắt đầu kết tủa số ion điều kiện ngoại sinh (môi trường nước) thể bảng 4.1 Bảng 4.1: Độ pH bắt đầu kết tủa số ion 4.1.2 Khái niệm chu trình địa hố Chu trình địa hố vật chất là trình thay đổi trạng thái tồn không gian, theo thời gian để vật chất thích ứng cân vói điều kiện trở trạng thái bền vững ban đầu Có thể xem lịch sử địa hoá nguyên tố tham gia chúng vào chu trình chung vật chất phạm vi địa coi chu trình địa hố lớn: Đá magma, đá trầm tích, đá biến chất, đá siêu biến chất thành tạo magma (hình 4.3) Hình 4.3 Mơ hình hóa chu trình tạo đá thiên nhiên 4.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HOÁ CỦA CÁC Q TRÌNH NỘI SINH 4.2.1 Đặc điểm địa hố trình magma thực Các khái niệm: Các nguyên tố tương hợp-không tương hợp Magma béo-gầy Magma Ướt-khô Magma bão hòa silic-khơng bão hòa 4.2.1.1 Khát qt trình Magma Quá trình magma giai đoạn chu trình địa hố lớn Q trình xảy phần sâu vỏ đất chịu ảnh hưởng yếu tố nội sinh nhiệt độ, áp suất Hình 4.4: Sơ đồ mơ hình hoạt động lò magma vỏ trái đất Nguồn gốc magma nhiều nhà địa chất nghiên cứu (Coxet al, 1979, Hart and Allegre, 1980, Rollingson, 1993 ) Có hai loại: Magma nguyên thủy- Magma tái nóng chảy Trong magma nguyên thủy xuất phát từ manti Kết cho thấy tượng nóng chảy phần manti cho dung thể magma có thành phần tương ứng: - Manti bị nóng chảy: 15-30% cho magma có thành phần tương ứng với dunit, 30-60% cho magma có thành phần tương ứng peridotit, 60-90% cho magma có thành phần tương ứng với bazalt ) Khi nghiên cứu tỷ lệ Ni Cr thể tù Kimberlit, Cox et al., (1979) kết luận thể tù đại diện cho manti chưa nóng chảy Tài liệu Địa hố Ứng dụng dùng cho học viên Cao học ngành Địa chất, Hà Nội 2014 Các số đất tỷ lệ Rb/Sr sử dụng rộng rãi để nghiên cứu trình thành tạo đá magma Mỗi kiểu thành tạo có số đặc trưng riêng Nhìn chung tỷ số Rb/Sr tăng lên đáng kể trình kết tinh đạt tới giai đoạn chót Hỡnh : q trình kết tinh vùng không ổn định pha tượng lạnh (Supercooling) bão hòa (Supersaturation) Địa hố học q trình magma, theo quan điểm đại, thừa nhận magma xuất phát từ hai loại nguồn gốc khác nhau: Magma nguyên thủy có nguồn gốc từ manti lên bề mặt vỏ Trái đất bị nguội lạnh phân dị thành loại đá khác (từ siêu mafic đến felsic) Magma tái nóng chảy từ phần vỏ trái đất (thạch quyển), thường tạo thành cung đảo với thành phần trung tính (hình 4.5) Tài liệu Địa hoá Ứng dụng dùng cho học viên Cao học ngành Địa chất, Hà Nội 2014 Tài liệu Địa hoá Ứng dụng dùng cho học viên Cao học ngành Địa chất, Hà Nội 2014 E- Làm giàu nguyên tố không tương hợp f–Tham số phân đoạn kết tinh Quá trình phân dị manti- vỏ Trái đất q trình tích tụ hành tinh, tiến hóa giai đoạn sớm Goldschmicht số nhà bác học khác cho nhân kim loại (sắt), lớp sulphur-oxit vỏ silicat - thành tạo phân chia nguyên thủy vật chất Trái đất giai đoạn đầu hình thành Trái đất Bowen nghi ngờ điều giả định cho từ lớp basalt rắn thu magma basalt nung chảy chúng theo thí nghiệm theo quan sát tự nhiên, người ta thấy trường hợp tạo loại dung thể Sial (Si, Al) axit hơn, dung thể lên trên, phần lại có thành phần mafic nặng Sima (Si, Mg) chìm xuống Bởi Bowen cho độ sâu 37- 60 km đá có thành phần periđơtit Khi nóng chảy đá cách có lựa chọn thành tạo magma basalt Bowen bảo vệ lập luận phép tính tốn Thành phần đá đới periđôtit, theo Washington (sau tính khống vật) sau (theo %): 1- Olivin 2- Hipecten 3- Diôpxit 12,82 43,92 18,33 4- Anoctit 5- Albit 6- Orthoclas 13,23 5,83 1,69 Khi nung nóng chảy loại đá khống vật dễ nóng chảy nóng chảy (gần 40%, bao gồm điơpsit) Khi thành phần chất lỏng (sau tính tốn khống vật) gần với thành phần magma basalt (tính theo %) 1- Octhoclas 4,5 3- Anorthit 33,5 2- Albit 15,0 4- Điơpsit sắt 47,6 Mơ hình hoạt động magma manti vỏ Trái đất Cần phải nhấn mạnh vấn đề magma gốc chưa giải cách triệt để Cùng với ý kiến cho có magma (chiếm đa sô nay), có ý kiến cho có hai loại magma axit mafic Người đại diện rõ ràng cho thuyết Levinson- Lessing Sau xuất phát từ giả thuyết magma basalt để xem xét vấn đề phân dị magma Các yếu tố quan trọng di chuyển là: trọng lực, nồng độ chất dung nham, nhiệt độ áp suất Trọng lực nhân tố thường xuyên rộng khắp; nhiệt độ magma bị hạ thấp; nồng độ chất magma thay đổi kết tinh số chất thành thể rắn, Nhiệt độ, nồng độ áp suất Mỗi trạng thái cân magma đặc trưng đại lượng xác định yếu tố này: biến đổi yếu tố dẫn đến phá huỷ cân bằng, nghĩa gây nên phân dị Như nguyên nhân phân dị magma nguội lạnh (biến đổi nhiệt độ), đồng hoá (biến đổi nồng độ) bốc (biến đổi áp suất) Tất nhiên biến đổi nguội lạnh nguyên nhân bao trùm tất cả, nguyên nhân khác có ý nghĩa thứ yếu Trong magma xuất trình phân dị -chủ yếu phân dị kết tinh, dung ly, phân dị nồng độ, dồn ép, đồng hoá, trộn lẫn magma Lẽ dĩ nhiên phân dị kết tinh có ý nghĩa quan trọng có sở lý thuyết rõ ràng trình phân dị khác xác nhận thực nghiệm Vai trò quan trọng dung ly số nhà nghiên cứu công nhận Nếu dung thể silicat sulphur không trộn lẫn với xảy dung ly chúng hạ thấp nhiệt độ đến chứng minh thực nghiệm vấn đề phân dị thân hệ thống silicat phức tạp Trong thời gian dài việc nghiên cứu phân dị hệ thống thực nghiệm không đạt kết mong muốn Chỉ từ năm 19351937, Đ P Grigorev nghiên cứu dung thể silicat có chứa SiO2, Al2O3, MgO, K2O CaF2 nung nóng phối liệu lò than đến nhiệt độ 12500 sau tiếp tục làm lạnh đạt kết Trong thí nghiệm thành tạo hai chất lỏng: chất tương đối giàu SiO2, K2O F, chất khác giàu MgO, CaO Al2O3 Chất đầu axit nhẹ hơn, thành tạo lớp trên; chất thứ hai mafic nặng hơn, tập trung Người ta chứng minh rằng, tính khơng trộn lẫn trường hợp phụ thuộc vào flo: khơng có flo tất thành phần dung thể đông lại thành khối hồn tồn đồng khơng có chút dấu vết phân dị Đ P Grigorev giả thiết rằng, để dung ly dung thể silicat cần phải có thành phần bay hơi: ngồi flo Bo nước Đối với Bo điều O N Đmitrievxki xác nhận thực nghiệm thu hai thể lỏng không lẫn lộn dung thể chứa Bo Lêvinson-Lessing từ lâu nhấn mạnh ý nghĩa đặc biệt vấn đề dung ly magma silicat: ơng cho đá có thành phần khác ví dụ phân dị, ơng ln ln nhấn mạnh vai trò hợp chất bay hơi, đặc biệt nước Các thí nghiệm Grigorev xác nhận giả thiết Ngoài dung ly, việc phân chia thể lỏng xảy theo cách khác cách phân dị nồng độ ảnh hưởng thành tạo dòng nhiệt theo định luật Sore (sự tăng nồng độ phần lạnh dung dịch) Có thể, số trường hợp, phân dị rìa vài thể xâm nhập giải thích cách 10 thiếu sót sau đây: 1) Sơ đồ theo ý kiến nhiều tác giả, không phù hợp với kết nghiên cứu hoá lý năm gần 2) Sơ đồ q chung chung, chia có đới biến chất thực tế phong phú nhiều 3) Giới hạn tính bền vững số khoáng vật mà tác giả cho tiêu biểu cho đới phải khác đi, cần phải đổi chỗ chúng sang đới khác Sơ đồ dựa nguyên lý tướng biến chất sơ đồ đại so với giả thiết trước Năm 1915, Escola người phát triển ứng dụng có hệ thống nguyên lý việc nghiên cứu đá biến chất Phần Lan Sau nguyên lý tướng nhiều nhà nghiên cứu sử dụng vùng khác ngày hồn chỉnh xác hơn; trở thành nguyên lý Nguyên lý tướng biến chất dựa công nhận tồn khoáng vật tổ hợp khoáng vật bền vững giới hạn nhiệt độ áp suất định không bền vững giới hạn nhiệt độ áp suất khác Escola năm 1920 đưa định nghĩa tướng biến chất, ông cho loại đá xếp vào tướng định phải tạo thành điều kiện áp suất nhiệt độ giống trạng thái cân bằng, không phụ thuộc vào cách thức kết tinh - biến chất hay magma Từ định nghĩa trên, ta thấy tướng đá magma ứng với tướng biến chất tướng định (với nhiệt độ áp suất định) thành phần khống vật ứng với thành phần hố học mà thơi Các đá xếp vào tướng phải có mức độ biến chất nhau, chúng tạo thành điều kiện nhiệt động hồn tồn giống (có T P xác định) Tilly đề nghị gọi đá giống thành tạo điều kiện tướng đá “đẳng tướng” hay “đẳng biến chất” vẽ đồ kết hợp chúng thành đường chung - đường đẳng biến chất, giống đường đẳng nhiệt đẳng áp Turner số tác giả khác cho đường đẳng biến chất đường đẳng nhiệt nhau; điều khơng rõ ràng khái niệm “đẳng biến chất” Tilly có giả thiết đường “đẳng biến chất” khơng phụ thuộc vào nhiệt độ mà phụ thuộc vào áp suất Bắt đầu từ nhiệt độ áp suất thấp ứng với đới biến chất theo chiều tiến tới đới sâu hơn, gặp tướng biến chất sau: Đá phiến lục; Epiđôt - amfibolit; Amfibolit; Granulit; Eclogit; Đá phiến glaucôfan Về sau Turner dựa vào kết nghiên cứu khoáng vật thực nghiệm đưa cách phân loại tướng biến chất khu vực tướng biến chất tiếp xúc có sửa đổi chút Sơ đồ ông sau: A - Các tướng biến chất tiếp xúc áp suất thấp từ 100 đến 3000 at; nhiệt độ tăng dần từ tướng đá sừng albit - epiđôt đến saniđinit Đá sừng albit - epiđôt - đới vùng biến chất tiếp xúc; T P thấp; khống vật tiêu biểu albit, epiđơt, actinôlit, clorit, thạch anh 91 Đá sừng hocblen - đới tiếp xúc kề với khối xâm nhập; T P cao hơn; khống vật tiêu biểu plogiơclas, hornblend, diopsit, thạch anh, hyperten Đá sừng pyroxen - đới biến chất tiếp xúc; T cao P trung bình; khống vật tiêu biểu plagiơcla, diopsit, hyperten Saniđinit - ứng với nhiệt độ cực đại khoảng 600oo - 1000oC (biến chất nhiệt), áp suất thấp; gần giáp trực tiếp với khối basalt hay khối xâm nhập nơng; khống vật đặc trưng xaniđin, triđimit, cocđiêrit, corinđôn, spinen, thủy tinh B - Các tướng biến chất khu vực áp suất cao (2000 - 12000 at) Theo thứ tự T P tăng; chia tướng sau: Tướng ziôlit - chuyển tiếp từ trình tạo đá đến biến chất (vẫn giữ nguyên trầm tích T P cao T P mặt đất), P từ 2000 đến 3000 at, T từ 200 đến 300oC; khoáng vật tiêu biểu là: limơnit, albit, thạch anh, ađula; tướng thường gặp Tướng đá phiến lục - bao gồm khoáng vật đặc trưng màu lục: clorit, epiđôt, actinôlit; T lớn 300oC P 2000 - 4000 at; dựa vào tên khống vật điển hình người ta chia làm tướng phụ: a) tướng phụ thạch anh - albit - mutcôvit - clorit; b) tướng phụ thạch anh - albit - epiđôt - biôtit; C - tướng phụ thạch anh - albit - epiđôt - anmanđin Tướng đá phiến glaucơfan - vị trí tướng hồn tồn xác định, gần với tướng trước, nghĩa có nhiệt độ tương đối thấp áp suất cao Khoáng vật cộng sinh với glucôfan khác như: lapxônit, anmanđin, mutcôvit, epiđôt, pumpeliit, clorit, v.v Tướng thường xuyên chuyển vào tướng đá phiến lục Tướng thường ứng với tướng epiđôt amfibolit tác giả khác (Mezôn người khác) Tướng anmônđin -amfibôlit đới biến chất khu vực tiến triển mức độ cao; T P cao so với tướng đá phiến lục: T đạt tới 700 oC, loại đá tướng chia làm tướng phụ: a) xtavrolit - thạch anh, b) kianit - mutcôvit - thạch anh, c) silimanit - anmanđin; tướng phụ thấy tượng granit hóa, điều thể nhiệt độ cao Tướng granulit - gồm tập hợp loại đá biến chất đặc trưng tổ hợp khoáng vật: kianit (hay xilimanit) - granat diopsit - hyperten; nhiệt độ áp suất cao, khơng có khống vật chứa nước Tổ hợp mật thiết granulit với migmatit, với chanôkit anơctzit, điều nói lên mối tương quan mật thiết biến chất, nóng chảy, tiêm nhập kết tinh Người ta chia làm tướng phụ: a) granulit, hocblen b)granulit pirôxen 10 Tướng eclogit Thành phần hóa học eclơgit gần giống thành phần gabrô basalt, chúng không chứa felspat mà chủ yếu gồm ômfaxit (điôpsit) pirôp - anmanđin Đối với số eclơgit có kim cương; điều chứng tỏ T P cao tạo thành eclôgit xảy độ sâu lớn vỏ Trái Đất, sâu tận vỏ manti, thành phần hóa học chúng thể điều Người ta cho eclơgit thành tạo độ sâu 40km, nhiệt độ khoảng 700oC áp suất 13250 at tương ứng với độ sâu khoảng 30km (Hình 4.45) 92 Hình 4.46: Khái quát tướng biến chất nhiệt động (theo Yardley, 1988) Hỡnh: Điều kiện P-T đá biến chất 93 Hỡnh Địa khu pelit giả định tạo nên lớp đá, lớp có thành phần đồng mà thành phần tổng thể A, B, C, D mô tả biểu đồ so sánh Các đường đẳng mức giả định đới mô tả phần lời Trên sơ đồ biểu diễn hai tướng biến chất tiếp xúc: Saniđinit đá sừng pirôxen; chúng tương ứng với nhiệt độ cao áp suất tương đối thấp Ngồi hai tướng biến chất tiếp xúc khác - đá sừng hocblend đá sừng albit epiđốt; chúng phân bố bên trái tướng đá sừng pyroxen Hình 4.47: Đá sừng Big Bend National Park-Hoa Kỳ (Nguồn: Internet) 94 Đối với tướng biến chất khu vực, mức độ biến chất tăng lên theo thứ tự sau: zeôlit - đá phiến lục - epiđôt - amfibolit - granulit - eclôgit Trên sơ đồ, nhiệt độ áp suất đặc trưng cho tướng tăng lên theo trình tự Song, nhận xét thực tế vị trí vài tướng khơng xác định rõ ràng biểu diễn sơ đồ; đặc biệt vị trí tướng đá phiến glaucơfan tướng eclogit Các đá magma trầm tích có thành phần khác bị biến chất Trong đá biến chất người ta thường chia lớp hóa học sau: Lớp pelit - sản phẩm trầm tích chứa oxit nhơm; Lớp thạch anh - felspat - sản phẩm cát kết đá magma axit; Lớp đá vôi - sản phẩm đá vôi, đôlômit đá hoa; Lớp đá mafic - sản phẩm đá magma mafic, tuff vài trầm tíchtuff; Lớp đá chứa magiê - sản phẩm đá magma siêu mafic đá trầm tích giàu magiê Nếu đá gốc đá trầm tích chứa axit nhơm silic, sau trình biến chất tạo thành: kianit tướng epiđơt - amfibơlit tướng amfibơlit kianit có xilimanit tướng granulit, anđaluzit silimanit đá sừng pirôxen, mulit tướng xaniđinit Khi trầm tích cacbơnat (Mg, Ca, CO2,) bị biến chất tướng đá phiến lục tạo thành đôlômit, calcit, talc, trêmôlit, thạch anh; tướng epiđôt amfibôlit tạo thành trêmôlit; tướng amfibôlit tạo thành trêmôlit điôpsit; saniđinit tạo thành điôpsit, piônit, clinơenstatit, melilit, mecvinit 4.4.2 Địa hố q trình biến chất So sánh thành phần hóa học đá phiến với đá magma phổ biến 4.4.2.1 Biến chất khu vực Biến chất khu vực trình biến chất quan trọng phổ biến Những yếu tố quan trọng định trình biến chất biến đổi nhiệt độ , áp suất nồng độ ngun tố hố học Càng chìm xuống sâu, nhiệt 95 độ đá tăng dần theo lớn cấp địa nhiệt tiêu biểu cho vùng định Theo kết tính tốn cấp địa nhiệt thay đổi phạm vi rộng từ vài phần mét (nơi gần núi lửa) đến hàng trăm mét (trên miền cổ) trung bình gần 30m Theo V.V Belusov, độ lớn cấp địa nhiệt vùng kiến tạo khác biểu thị số sau (tính mét): - Vùng núi lửa hoạt động - 20 - Quanh miền uốn nếp Kainôzôi 20 - 30 - Miền 30 - 80 - Khiên kết tinh cổ (Craton) >100 Từ đó, ta thấy độ vùng núi lửa hoạt động miền uốn nếp trẻ nhiệt độ cao nhiều so với miền cao so với miền khiên Hiện tượng siêu biến chất xảy phần đất đá bắt đầu nóng chảy với nhiệt độ cao 5000 vùng uốn nếp trẻ độ sâu cách mặt đất chừng 10km, lúc miền khiên với nhiệt độ tượng siêu biến chất xảy độ sâu 50 50km, có nghĩa độ sâu ứng với vỏ manti Khi đất đá từ bề mặt lún xuống sâu, chúng gặp nhiệt độ tăng dần, theo nguyên tắc Le Chatelier trường hợp nghĩa trinh biến chất tiến triển, thấy xuất hợp chất thu nhiệt thành tạo chúng Cơng trình nghiên cứu thực nghiệm J.Viar rõ granit có chứa nuớc bị nóng chảy nhiệt độ 7000C Độ nhớt chất nóng chảy gần 104paz Chất lỏng chứa 5-6% nước nguội lạnh kết tinh thành granit Những thí nghiệm tương tự tiến hành với lăng trụ làm ôpxiđian (thủy tinh núi lửa) Khi có nước ôpxiđian nóng chảy nhiệt độ 8000C nguội lạnh kết tinh thành granit, thứ tự tách khoáng vật giống granit Để xác định nhiệt độ tạo khoáng biến chất vào cấp khống vật ghi bảng 4.12 Bảng 4.12: Nhiệt độ phân hủy đồng hình số khống vật điển hình q trình biến chất TT Khống vật hồ tan Khống vật bị hồ tan Pyrơtin “ Chancơpirit “ “ Sfalêrit Bocnit Chancôpirit Penlanđit Sfalêrit Statin Pyrôtin Chancôpirit Chancôzin Nhiệt độ phân huỷ hỗn hợp đồng hình , 0C 600 450 550 500 600 350 - 400 175 - 225 Trong có vài cặp dùng để xác định nhiệt độ thành tạo khống vật nhiệt dịch Có thể đưa phương pháp dựa sở nghiên cứu chất thay đồng hình khống vật; sử dụng đidnhj luật thay đồng hình phổ biến là: tăng nhiệt độ lượng chất bị hồ tan tăng lên Thí dụ, thực nghiệm chứng minh hàm lượng FeS sfalêrit tăng từ đến 24% mol ứng với nhiệt độ tăng từ 1380 đến 6250C , hàm lượng MgCO3 calcit nhiệt độ 96 5000C đạt tới 5% mol, nhiệt độ 8000C tăng tới 18% mol v…v… Yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng trực tiếp đến trình biến chất khu vực áp suất áp suất tăng nhanh tăng có hệ thống theo độ sâu; tăng khoảng 250 300 at km áp suất trường hợp phân hai loại: áp suất chiều áp suất thuỷ tĩnh (nhiều chiều) Sự tăng áp suất thuỷ tĩnh đẩy cân hoá học phía thành tạo tướng kết tinh tích nhỏ, nghĩa làm thuận lợi cho thành tạo khống vật có tỷ trọng lớn khoáng vật ban đầu đây, nguyên tắc Le Chatelier lại thể Có thể lấy thí dụ thành tạo granat (d=3,52) từ forsterit (d=3,22) anorthit (d= 2,76) theo phản ứng: Mg2SiO4 + CaAl2Si2O8 CaMg2Al2(SiO4)3 Tương tự vậy, điều kiện biến chất Jađêit (d=3,35) thành tạo từ albit (d= 2,62) nêfêlin (d= 2,60) Trong , ảnh hưởng tăng áp suất ngược lại với tác dụng tăng nhiệt độ Cùng ln chuyển với nước có thành phần dễ linh động, chúng thường chất hồ tan nước khí CO2, axit boric, folorua, clorua nhiều nguyên tố Hình 4.48: Bối cảnh hình thành tướng biến chất ranh giới tiếp xúc mảng (Nguồn: Internet) Các trình khử nước, khử cacbonic có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Các q trình đặc trưng cho biến chất tiến triển có liên quan với giải phóng nước axit cacbonic từ khoáng vật nhiệt độ tăng Nước, axit cacbonic thành phần dễ bay khác chuyển vào thể lỏng khí, giữ vai trò chủ yếu q trình biến chất Nước có nguồn gốc khác nhau, nước có nguồn gốc magma , nước mưa nước có nguồn gốc biến chất Trong đá trầm tích chủ yếu có loại đá phiến sét khác sinh trình biến đổi trầm tích hò đáy biển , có chứa nhiều nước, thí dụ, hàm lượng nước bùn hồ biển tạí đạt tới 20 - 30% thế, chúng hoá đá bị biến chất hàm lượng nước sét thường 57% Nước đá trầm tích bị biến chất tồn hai hình thức: thứ 97 nước lấp đầy lỗ hổng, thứ hai nước khoáng vật (nước kết tinh, nước hiđrat nước hố hợp) Hình: Thành phần đồng vi Oxy đá nước tự nhiên Hình 16.14: Đường cong giải phóng nước tổ hợp khống vật chứa nước chịu các phản ứng tiến triển khử nước Vẽ lại từ Fyfe nnk (1978) Trong đá phiến biến chất, hàm lượng nước thường 2% tuỳ theo mức độ biến chất chúng Ngoài ra, đá trầm tích q trình biến chất cung cấp cho dung dịch nước nhiều thành phần dễ linh động khác như: S, Cl, B, Na, K, Ca, U nguyên tố khác kim loại màu nguyên tố Chúng thường dung dịch bi carbonat vận chuyển dung dịch lượng lớn Ca, Mg, Fe 2+, có nhiều nguyên tố 98 vận chuyển dạng chlorur florur Trong trình biến chất đá bị nhấn chìm xuống sâu, điều kiện áp suất nhiệt độ tăng cao dần diễn trình khử nước (dehydration), khử cacbonic (decarbonation) q trình tái kết tinh đá Ví dụ: Al2(OH)4[Si2O5] Al2SiO5 + SiO2 + H2O kaolinitit andaluzit thạch anh Chẳng hạn điều kiện biến chất ban đầu trình độ thấp (T-150oC-250oC) diễn phản ứng khống vật dolomit opal (canxedoan) sau (hình 4.49 B): CaMg[CO3]2 + Dolomit 4SiO2 + H2O Đá silic Mg3(OH)2[Si4O10] + 3Ca[CO3] + 3CO2 Talc Calcit Tiếp theo, đá tiếp tục bị nhấn chìm xuống sâu, điều kiện biến chất trình độ cao (ví dụ amphibolit: T-250oC -450oC) diễn phản ứng khoáng vật talc calcit để thành tạo amphibon sau (hình 4.49 C): Mg3(OH)2[Si4O10] + 3Ca[CO3] Talc Calcit Ca2Mg5(OH)2[Si8O22] + CO2 + H2O Tremolit Tiếp theo, đá tiếp tục bị nhấn chìm xuống sâu, điều kiện biến chất trình độ cao (ví dụ granulit: T-450oC -600oC) diễn phản ứng khoáng vật tremolit calcit để thành tạo pyroxen sau (hình 4.49 D): Ca2Mg5(OH)2[Si8O22] + 3Ca[CO3] + 2SiO2 Tremolit Calcit Thạch anh 5CaMg[Si2O6] + 3CO2 + H2O Diopsit Trong điều kiện biến chất cao (ví dụ tướng eclozit), olivin thành tạo từ pyroxen (diopsit) theo phản ứng sau (hình 4.49 E): CaMg[Si2O6] + Diopsit 3CaMg[CO3]2 Dolomit 2Mg2[SiO4] + 4Ca[CO3] + 2CO2 Forsterit Calcit Trong điều kiện nhiệt độ cao, chẳng hạn đới tiếp xúc trực tiếp đá xâm nhập đá vôi (đới biến chất tiếp xúc) tạo volastonit (hình 4.49 F) theo phản ứng sau: Ca[CO3] + SiO2 CaSiO3 + CO2 Calcit Thạch anh Volastonit 99 Nhiệt độ tăng Hình 4.49: Một số tổ hợp khoáng vật đá biến chất thay đổi tuỳ thuộc nhiệt độ hệ CaO-MgO-SiO2-CO2-H2O : A-Đá trầm tích ngun thủy, B-F: tổ hợp khống vật thay đổi tuỳ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt áp kế khống vật Việc định lượng hóa điều kiện P-T cân biến chất thực nhiệt áp kế khống vật, đơi gọi áp kế địa nhiệt Một loạt tổ hợp khoáng vật sẵn sàng cho phép đo Ba nhiệt áp kế đưa trước bao gồm: 1- Các oxit Fe-Ti Thành phần pha lập phương trực thoi (chủ yếu magnetit ilmenit) cung cấp giá trị độ hòa tan oxy nhiệt độ hệ biến chất hệ magma 2- Nhóm khống vật Felspat (mục 5.5.4) dung dịch cứng pyroxen (mục 5.6) Cả hai nhiệt kế cung cấp nhiệt đọ cân P đánh giá cách độc lập Mặc dù chủ yếu áp dụng cho đá magma, có tiềm sử dụng đá biến chất trình độ cao 3- Hàm lượng thành viên jadeit pyroxen xiên đồng tồn với plagioclas thạch anh (mục 16.5.1) cung cấp áp kế T đánh giá độc lập Spear (1993, chương 15) Winter (2001, trang 543-559) xem xét số nhiệt áp kế đặc biệt áp dụng cho đá biến chất bao gồm tính tốn ví dụ Nhiệt áp kế khoáng vật hữu dụng liên quan đến cặp cân có phụ thuộc mạnh mẽ P T Hai cân áp dụng cho đá phiến kết tinh tướng amphibolit phổ biến có chứa tổ hợp bền vững granat + biotit + plagioclas + Al2O5 + thạch anh Viết cho thành viên tinh khiết là: 16.19 Fe3Al2Si3O12 + KMg3AlSi3O10(OH)2 = Mg3Al2Si3O12 + almandin phlogophit pyrop KFe3AlSi3O10(OH)2 annit 16.37 CaAl2Si2O8 = Ca3Al2Si3O12 + 2Al2SiO5 anorthit grosula thạch anh 4.4.2.2 Biến chất trao đổi Trong trình biến chất, thành phần hóa học đá đơi 100 khơng thay đổi đáng kể; biến chất đẳng hóa học Thường thành phần vật chất hay thay đổi thêm vào hay tách số nguyên tố hóa học hay số nguyên tố khác; biến chất tha hóa học Hình 4.50: Mơ q trình biến đổi khoáng vật biến chất nhiệt biến chất trao đổi (Nguồn: Internet) 101 4.4.2.3 Biến chất giật lùi Như ®· biết, trường hợp đá tham gia vào q trình chuyển động ngưỵc lại, tức di chuyển từ lên mặt đất; chúng rơi vào đới có nhiệt độ thấp dần Theo định luật trên, trưêng hợp tức trình biến chất giật lùi lại xảy phản ứng toả nhiệt dẫn tới việc biến đổi phần trình biến chất tiến triển Người ta hiểu biến chất giật lùi tái tạo khoáng vật xảy đá biến chất đá biến đổi để thích ứng điều kiện mới, ứng với mức độ biến chất thấp Thuật ngữ “thoái hố-retrograde” có nghĩa bao hàm nghĩa rộng Thí dụ, theo thuật ngữ ta hiểu q trình phong hố, người ta thường giới hạn nội dung thuật ngữ biến đổi loại đá xảy phía đới biểu sinh Trong biến chất giật lùi, biến đổi khoáng vật hay gặp là: a) granat clorit; b) điopsit - tremolit; c) amfibol - clorit; d) biotit - clorit - manhetit; e) plagiocla - albit + epidot; f) focterit - serpentin, v v tất biến đổi có liên quan đến thêm nước tạo thành khống vật chứa nhóm hyđroxin Trong trường hợp khơng có dung dịch thêm vào, đá biến chất đá tạo thành điều kiện nhiệt độ áp suất cao, trình biến chất giật lùi, chúng không thay đổi giữ lại đặc điểm suốt thời gian dài hàng triệu năm, lúc áp suất nhiệt độ giảm dần Các dụng dịch nước gây nên trình biến chất giật lùi mang theo số nguyên tố hóa học, đặc biệt kali, biơtit thường tạo thành từ granat, sericit tạo thành từ anđaluzit mutcovit từ storolit 4.4.2.4 Quá trình siêu biến chất Quá trình siêu biến chất biểu theo nhiều hướng khác dẫn tới hậu khác nhau, thí dụ dẫn tới thành tạo migmatit, granit hóa, biến chất tái nóng chảy tượng tự nhiên quan trọng khác 4.4.2.4.1 Migmatit hóa Ngày người ta hiểu migmatit loại đá hỗn hợp gồm hai phần: phần chất nền, phần lại vật chất tạo mạch gắn kết mảnh chất lại Theo đặc điểm hình dạng người ta thường chia migmatit ra: a) Migmatit tảng có kiến trúc dăm kết; mảnh chất có hình dạng kích thước khác (từ vài centimet đến 100m) gắn kết với vật chất tạo thành mạch thường có thành phần pegmatit hay granit có thành phần granơđiơrit điơrit; b) Migmatit dạng phân lớp có phân bố mạch song song với có hướng trùng với sư phân lớp hay phân phiến phần Đó kiểu migmatit phổ biến pegmatit granitôit thường vật chất tạo mạch; c) Pơticmatit migmatit gồm mạch có cấu trúc uốn nếp Nó thường gặp so với hai loại migmatit kể Kích thước pơticmatit thưòng vài centimet, đơi đạt tới - 3m Thành phần mạch thường granitôit, pegmatit: chỗ tiếp xúc mạch rõ rệt 102 Hình 4.51: Migmatit đá gneiss aphibol phức hệ Núi Con Voi khu vực Bảo Hà-Yên Bái (ảnh: Nguyễn Khắc Giảng, 2005) Có nhiều quan điểm bàn vấn đề nguồn góc migmatit I.Sedergol cho migmatit tạo thành đường tiêm nhập magma hay dung dich bão hoà chất bay có nguồn gốc magma vào vài chất Ngày người công nhân quan điểm cho vật chất mạch migmatit sản phẩm nóng chảy lại vật chất lấy từ đá vây quanh tác dụng trình biến chất tiếp xúc trao đổi N G Xuđovikov thường dựa quan điểm số tác phẩm ơng, phải kể đến tác phẩm lớn ơng nói biến chất khu vực vài vấn đề thạch luận 4.4.2.4.2 Granit hóa Sự biểu rõ tượng biến chất granit hóa, nghĩa việc thành tạo magma granit granitoit đường biến chất Nhiều nhà thạch luận năm gần kết luận granit sinh khơng đường magma nguyên sinh thông thường kết tinh magma granit kết phân dị magma gabro ban đầu, mà sinh q trình biến chất xưa đá trầm tích đá macma Trong năm gần đây, hàng ngũ trường phái magma tuý ngày giảm đi, hàng ngũ trường phái biến hoá ngày tăng Trường phái magma tuý phủ nhận khả thành tạo granit đường biến chất, bỏ qua tồn granit có nguồn gốc biến chất, mà cho granit hố xảy ảnh hưởng magma granit thông thường Ngược lại, trường phái biến hố chứng minh granit hóa xảy khơng phụ thuộc vào magma granit, magma granit sản phẩm biến chất Theo N G Xuđokov nhà thạch luận khác, cần phân biệt ba loại granitôit biến chất: biến chất trao đổi, biến chất tái nóng chảy macma Granitoit biến chất trao đổi gồm đá thành tạo trình biến đổi loại đá khác thành đá có đặc tính granit Q trình xảy với tham gia dung dịch, gọi biến chất trao đổi Quá trình cho phép tồn lượng chất nóng chảy Người ta cho số lượng tướng linh dộng phân bố, đồng trường hợp granitôit biến chất trao đổi khơng cao 20% tướng nhiều hơn, có khả chảy lúc tạo thành loạ đá nóng chảy lại 103 Granitơit tái nóng chảy (granit kiểu S ) granitơit kinh qua giai đoạn granit hoá biến chất trao đổi bị biến chất mạnh hơn, hình thành khu vực rìa lục địa tích cực Quá trình biểu tăng thêm tướng linh động (cao 25%), chúng có khả chảy, có cấu tạo kiến trúc tương ứng với nóng chảy Granitơit magma (granit kiểu A): Sự phát triển trình siêu biến chất thành tạo granitôit magma, vi kết tinh cho granitơit magma đay q trình nóng chảy xảy mạnh mẽ trường hợp granitơit tái nóng chảy so với granitơit tái nóng chảy granitơit magma Việc phân chia đá granitoid kiểu I S lần nêu lên Chappell White (1974) nghiên cứu thành tạo magma miền Đơng Australia, sau nghiên cứu bổ xung White Chappell (1977), Atherton Tarney (1979), Khái niệm granit kiểu A granit khơng tạo núi (anorogenic) trình bày cơng trình nghiên cứu Loiselle Wones (1979), sau phát triển Collins (1982), Anderson (1983), Anderson Thomas (1985), Whalen Currie (1987) Còn granit kiểu M đề cập tới cơng trình khoa học White (1979), Pitcher (1983) Whalen (1985) Ngày đa số nhà địa chất thừa nhận phân chia granit thành kiểu sau: 1- Granit kiểu I gặp rìa mảng lục địa thành tạo phân dị kết tinh từ magma hình thành từ tái nóng chảy phần magma nguyên thủy Dung thể có chứa 1.5 - 2% H2O, khống vật biotit amphibol bắt nguồn từ q trình khử nước Dung thể có nhiệt độ cao (750 0C), khơng bão hòa nước, tác dụng trình nén ép (compression) đới hút chìm (subduction) dung thể magma di chuyển lên phần vỏ trái đất kết tinh dạng thể (batholit )có kích thước lớn Dung thể có hàm lượng Na, Ca lớn (thường Na/K >1 Na+K+Ca>Al) Các dạng đá chủ yếu thường gặp là: tonalit granođiorit (kiểu trondjemit granođiorit kiềm-vơi) Do dung thể có nhiệt độ lớn nên độ chất bốc (fuga oxy) lớn, với đặc trưng manhetit (granit manhetit) 2- Granit kiểu S có mặt phần dày lên lục địa - sản phẩm tái nóng chảy phần đá trầm tích, biến chất Chúng mang đặc điểm địa hóa đá trầm tích rõ Phần lớn đá magma kết tinh chỗ (insitu) từ dung thể tối thiểu bão hòa nước Tổ hợp granitoid hỗn hợp dung thể có nhiệt độ tối thiểu thực thể - restit (granitoid migmatit) Như biết, q trình phong hóa bề mặt Na Ca thường bị rửa lũa khỏi đá, Al làm giàu lên; đồng thời q trình thành tạo đá trầm tích điagenez hàm lượng K tăng lên Như đá sét trở nên giàu Al K (tỷ lệ Na/K nhỏ) Các đặc điểm địa hóa nêu thể đá granit thành tạo từ đá sét tác dụng trình siêu biến chất Dung thể magma granit tối thiểu có nhiệt độ thấp, hàm lượng nước lớn (T0 = 650-7500C, áp suất kbar, kiểu granit subsolvus) khơng di chuyển khỏi vị trí thành tạo chúng mà kết tinh chỗ ảnh hưởng thay đổi P, T Vì vậy, granit kiểu S thường có đặc điểm migmatit chỗ Do tỏc dụng trực tiếp nhiệt, dung thể trở nên khơng bão hòa nước, di 104 chuyển khỏi địa điểm thành tạo để hình thành đá xâm nhập có kích thước nhỏ, bị phân dị chứa đựng đầy đủ đặc điểm địa hóa học chủ yếu nguồn gốc trầm tích (như giàu kali, q bão hòa nhơm, tỷ lệ Sr87/Sr86 lớn ) 3- Granit kiểu A: sản phẩm kết tinh dung thể magma bắt nguồn từ tái nóng chảy nhiệt độ cao vỏ lục địa khô đá biến chất tướng granulit Chúng hình thành trình tạo rift bên lục địa với chế tách giãn chủ yếu Đặc điểm thạch địa hóa granit kiểu A là: hàm lượng cao SiO (> 70%), tổng kiềm, tỷ lệ FeOt/MgO, F, Zn, Nb, Ga, Sn, Zr, Y REE; hàm lượng thấp CaO, Al2O3, Ba Sr Quặng hóa liên quan với chúng là: Sn, Mo, Bi, Ta, Nb, F, 105 ... olivin pyroxen chứa Fe Mg Tất nhiên sơ đồ nhiều vấn đề phải bàn cho thấy cách nhìn khác trình tự khoáng vật thành tạo tự nhiên 4.2.1.2 Những đặc điểm địa hóa học q trình kết tinh sớm Theo quan... hình hóa chu trình tạo đá thiên nhiên 4.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HOÁ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH NỘI SINH 4.2.1 Đặc điểm địa hố q trình magma thực Các khái niệm: Các nguyên tố tương hợp-không tương hợp Magma béo-gầy... chu trình chung vật chất phạm vi địa coi chu trình địa hố lớn: Đá magma, đá trầm tích, đá biến chất, đá siêu biến chất thành tạo magma (hình 4.3) Hình 4.3 Mơ hình hóa chu trình tạo đá thiên nhiên