Mỗi khoáng vật có các đặc tính vật lý riêng biệt và có nhiều phép thử để xác định từng loại khoáng vật đó. Các phép thử có thể được tiến hành như: Độ bóng, Màu sắc, Vạch, Độ cứng, Dạng nứt vỡ, Sự sủi bọt, Từ tính, Mùi vị, Mùi Dựa vào các cách tiếp cận khác nhau trong nghiên cứu đá biến chất mà có thể sử dụng 1 trong 4 cách phân loại đá biến chất: dựa vào điều kiện hình thành, dựa vào đặc điểm phân lớp, dựa vào mức độ xiết trượt của đới đứt gãy, dựa vào tổng hợp thành phần khoáng vật, hóa học và đá gốc. Tính phân lớp của đá biến chất thể hiện khá nhiều thông tin về đặc điểm hình thành của chúng như: sự phân lớp phản ánh trạng thái ứng suất trong quá trình biến chất, môi trường thành tạo xung quanh.
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC “Thạch luận đá magma, biến chất” Nội dung tiểu luận “Phân loại đá biến chất” Hà Nội, năm 2021 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Phần lớn nghiên cứu địa chất gắn liền với nghiên cứu môi trường thành tạo loại đá, nói lên phần lớn lịch sử hình thành từ đưa dự đốn phân bố phát triển loại đá Căn vào điều kiện thành tạo, loại đá gốc phân loại thành loại đá chính: đá magma, đá trầm tích đá biến chất Để nghiên cứu phân biệt loại đá, nhà địa chất đánh giá khoáng vật thành tạo lên chúng Mỗi khoáng vật có đặc tính vật lý riêng biệt có nhiều phép thử để xác định loại khoáng vật Các phép thử tiến hành như: • • • • • • • • • • Độ bóng: Khả phản xạ ánh sáng từ bề mặt khống vật Ví dụ kim loại, ngọc trai, sáp, xỉn màu Màu sắc: Các khoáng vật phân nhóm theo màu sắc chúng Chủ yếu dùng để nhận diện tạp chất làm thay đổi màu sắc khoáng vật Vạch: Thử cách cào mẫu Màu sắc vệt giúp gọi tên khoáng vật Độ cứng: Khả chống trầy xước khống vật Dạng nứt vỡ: Một khống vật cho thấy nứt vỡ phân cắt bề mặt không phẳng dọc theo mặt phẳng song song gần Khối lượng riêng: trọng lượng khối lượng riêng thể khoáng vật Sự sủi bọt: khả phản ứng với axit clohydric số khống vật Từ tính: kiểm tra khả từ tính Mùi vị: Khống vật có mùi vị đặc biệt, chẳng hạn halit (có vị muối ăn) Mùi: Khống vật có mùi đặc biệt Ví dụ, lưu huỳnh có mùi trứng thối Tuy nhiên, với cách thử phù hợp với việc sơ nhận biết loại đá ngồi trường Để tìm hiểu rõ cần xác định chi tiết đặc điểm có cấu trúc phân loại đá thích hợp cho mục đích nghiên cứu chi tiết Trong loại đá gốc chính, đá biến chất thường cho biết q trình hình thành, tiến hóa kiến tạo lớp vỏ lục địa theo cách đặc biệt Các thuộc tính đá biến chất địa hình mà chúng tiếp xúc minh chứng tượng xây dựng núi lục địa trải qua nhiều giai đoạn bị xói mịn từ lâu Do vậy, nhằm nghiên cứu đặc điểm đá biến chất cần lựa chọn phương pháp phân loại đá biến chất phù hợp Chuyên đề “Phân loại loại đá biến chất” tổng hợp phương pháp phân loại phổ biến địa chất học Khái niệm đặc điểm đá biến chất Tác dụng biến chất tác dụng làm biến đổi thành phần vật chất kiến trúc cấu tạo đá có từ trước điều kiện nội sinh Thông thường nâng cấp áp suất nhiệt độ tham gia thêm chất lỏng nước, CO2, nhiệt dịch có chứa ion Na, Ca F,B S Kết trình phát biến chất tạo đá biến chất Đá nguyên thủy đá biến chất đá trầm tích, đá magma biến chất hình thành trước Vì đá biến chất xem nhóm đá thứ lớn với nhóm đá mắc ma nhóm đá trầm tích Các chất có hoạt tính hố học thường gặp nước axit cacbonic thường xuyên có tất loại đất, đá Tính chất đá biến chất tình trạng biến chất thành phần đá trước bị biến chất Dưới tác động tác nhân biến chất, thành phần đá tái kết tinh trạng thái rắn xếp lại Tác dụng biến chất khơng cải biến cấu trúc đá mà làm thay đổi thành phần khống vật Đá biến chất hình thành từ biến tính đá mácma, đá trầm tích, chí từ đá biến chất có trước, tác động nhiệt độ, áp suất cao (nhiệt độ lớn 150 đến 200 °C áp suất khoảng 1500 bar) chất có hoạt tính hố học, gọi q trình biến chất Trong trình biến chất tác động áp lực tập hợp nhiều loại kết tinh nên đá biến chất thường rắn đá trầm tích; đá biến chất từ đá magma cấu tạo dạng phiến mà tính chất học đá magma Thực chất q trình biến chất hình thành đám điều kiện cân địa chất mới, khác với điều kiện tồn đá chưa biến chất thực nghiệm người ta tạo khoáng vật biến chất ví dụ số khống vật xét mặt biểu sinh điều kiện áp lực bình thường đừng nhiệt độ tăng lên 400°C biến thành mica Hình Quá trình biến chất gia tăng nhiệt độ áp suất thành tạo số loại đá biến chất Các đá biến chất chiếm phần lớn lớp vỏ Trái Đất phân loại dựa cấu tạo, thành phần hóa học khống vật hay cịn gọi tướng biến chất Chúng tạo sâu lòng đất nhiệt độ áp suất cao tạo từ trình kiến tạo mảng va chạm lục địa, tạo khối magma có nhiệt độ cao xâm nhập lên lớp vỏ Trái Đất làm đá có trước bị biến đổi Dường yếu tố thời gian có vai trị quan trọng thời gian cổ làm cho đá cứng biến hóa thành đá biến chất 1.1 Cấu tạo phân lớp đá biến chất Sự hình thành lớp nằm đá biến chất gọi phân lớp Các lớp hình thành lực nén ép theo trục trình tái kết tinh, đồng thời tạo khoáng vật kết tinh dạng mica, clorit có mặt phẳng vng góc với lực tác dụng Cấu tạo đá biến chất chia thành hai loại cấu tạo phân lớp cấu tạo khơng phân lớp • Đá có cấu tạo phân lớp sản phẩm biến dạng đá có trước theo mặt phẳng, đơi tạo mặt cát khai khống vật: ví dụ slate đá biến chất có cấu tạo phân lớp từ đá phiến sét • Đá có cấu tạo khơng phân lớp khơng có hoa văn (dải) theo lớp hình thành ứng suất tác dụng từ nhiều phía khơng có khống vật phát triển đặc biệt phylite có hạt thơ, đá phiến có hạt thô hơn, genies hạt thô đá hoa Mặc dù cấu tạo đá biến chất tạo điều kiện có số điểm tương đồng với cấu tạo đá magma Đá biến chất đá aphanitic phaneritic không thủy tinh hệ biến chất khơng chứa chất nóng chảy nguội lạnh thành thủy tinh Hệ biến chất bị hạn chế lớp vỏ sâu khơng có tầng chất lỏng dễ bay riêng biệt tham gia giống núi lửa Vì có số phương thức hạn chế nên hình dạng hạt xếp ổn định trình kết tinh lại đá biến chất Do tạo cấu trúc phân lớp so với tạo trình magma kết tinh Cần phải nhiều cấu trúc đá biến chất bị biến dạng không đồng khơng đồng phản ứng lưu biến phần khác (Hình 2a - Đá biến chất mạnh kiểu dike dẻo, với amphibolit plagioclase bị sừng hóa, phân thành khối thơ, giống xúc xích) Ngồi ra, q trình biến chất mức, chẳng hạn cắt cục tốc độ biến dạng cao vùng mylonit nóng chảy phần, tạo phân lớp khơng đồng quy mơ bề ngồi (xem Hình 2b - Các lớp bọt có nguồn gốc từ migmatit uốn nếp chuyển vị trình chảy dẻo Khu phức hợp Proterozoic Farmington Canyon, Weber Canyon, Utah) Hình Đá biến chất bị biến dạng không đồng (a) Biến dạng dẻo dần kết tinh lại Archean; (b) Gneiss quartzo-felspathic (felsic) biến dạng Tính phân lớp đá biến chất thể theo nhiều cách khác Một số phụ thuộc vào khía cạnh kích thước hạt khống vật khối đá Do đó, hạt phyllosilicat graphit có hướng ưu tiên để kích thước dài chúng song song với khối đá; phân lớp thể dạng lớp phẳng mỏng Trong loại đá khác, hạt amphibole hình trụ hình kim có hướng ưu tiên cho chiều dài chúng nhiều song song khối đá; phân lớp thể dạng lớp dịng Các hạt khống vật hình cầu cacbonat thường bị dẹt dài số loại đá Các loại phân lớp dị hướng khác phụ thuộc vào phân lớp thành phần tập hợp khống vật khơng đồng chẳng hạn nếp gấp Trong số cấu trúc, dị hướng hướng ưu tiên khó mường tượng mạng tinh thể hạt khống vật mà mắt thường khơng nhìn thấy Ví dụ, trục hạt thạch anh mylonit định hướng đồng Loại phân lớp dị hướng phổ biến phân phiến, định bề mặt S (từ tiếng Đức Schiefer, có nghĩa đá phiến Hiếm phân lớp xếp thành dòng phổ biến với loại đá có chứa khống vật amphibol hình trụ song song Khơng có hướng ưu tiên hồn hảo hạt khơng đồng Tính phân phiến quan trọng mặt vật lý đá aphanitic sử dụng nhiều kỷ để sản xuất lợp Một loại đá cao cấp có thành phần hạt tương tự làm từ hạt thạch anh, fenspat, granat, pyroxen tương đương thường khơng có khả tách thành phiến đá; phân phiến (có lẽ lớp phân cách) có xu hướng thụ động cách máy móc không đáng kể Các lớp xen kẽ đá phiến thạch anh mica dày bị biến chất điều kiện cho thấy phát triển khác rõ ràng lớp phân phiến Thạch anh có phân phiến gắn kết yếu, hạt tinh thể thạch anh bị búa đập vào, gãy ngang qua phân lớp yếu Thuộc tính tính phân lớp phụ thuộc vào quy mơ quan sát Ví dụ, lớp đá phiến thạch anh mica xen kẽ phần nhô rõ ràng bị phân lớp, mẫu thạch anh tay khơng để lộ bề mặt S xuyên qua Những biểu tương phản phân lớp đá biến chất sở để phân loại đá biến chất xem xét Hai biểu phổ biến phân lớp đá biến chất phân lớp thành phần hướng ưu tiên hạt khống khơng đồng (Hình 3) Các loại khống vật xếp thẳng hàng, chẳng hạn micas chlorit phiến đá cấp thấp Phân lớp phổ biến loại đá cấp cao điển hình nhiều gneisses Trường hợp hai loại phân lớp xảy tảng đá, chúng thường song song song song không phổ biến Hình Các biểu phân lớp đá biến chất (S-tectonites) Trong đá phân phiến cấp thấp aphanitic phyllit, mảng lepidoblastic, bao gồm cục mảnh than chì, xác định phân cắt dạng phiến Kiểm tra cẩn thận phân cắt dạng phiến cho thấy phiến mỏng, sẫm màu làm vật liệu không suốt cặn khơng hịa tan oxit Fe lại sau thạch anh tan nhiều hòa tan mang dung dịch Những miền phẳng tương phản gọi microlithons khối đá mà chúng xuất cho có phân cắt cách (Trong tài liệu địa chất cũ, số vết nứt có khoảng cách gọi đứt gãy phân cắt, ăn mịn khơng cịn khuyến khích nguồn gốc ngụ ý đứt gãy thường khơng phù hợp cho sử dụng phân loại đá.) Có hai loại phân cắt có khoảng cách tùy thuộc vào diện khơng có mặt S tồn từ trước đá: Sự phân cắt ngang bề mặt có sẵn từ trước đá bảo quản microlithons, phân lớp thường xuyên bị nhăn nheo Trong phân cắt địa đới, hạt khoáng vật dạng dẹt tồn từ trước microlithon bị cong vênh góc nhỏ, tạo thành hướng thay đổi liên tục so với phân lớp mới, hồn tồn trái ngược với phân lớp cũ microlithons Sự phân cắt không hợp lý xảy đá thiếu phân lớp tồn từ trước Sự phân cắt đánh dấu đường nối gồm oxit Fe-Ti đậm đặc, khống vật phụ mica, cặn từ dung dịch khác biệt, xếp song song với đường nối Nhìn chung, gneisses có hạt thô hơn, lần phổ biến không thiết cấp cao hơn, phân lớp gneissic thể thành phần bật Các lớp có nguồn gốc từ phân hóa biến chất nóng chảy cục có biểu phức hợp sinh vật hoạt động lưỡng cực hình lăng trụ thẳng hàng có xu hướng tập trung nhiều lớp mafic xen kẽ với lớp felsic Sự phân lớp định hướng khoáng vật ưu tiên song song Nhưng nhiều gneisses có khơng có mica amphibole phân lớp chúng phụ thuộc vào phân lớp thành phần / vào hạt khống dạng thấu kính tập hợp hạt Passchier cộng (1990) cung cấp thảo luận minh họa rõ ràng phân lớp đá biến chất gneiss.Tính phân lớp thể theo nhiều cách khác nhau: Lớp sợi khoáng, lớp sợi xốp Điều bao gồm hạt dạng thấu kính, hình trụ hình lăng trụ thẳng hàng amphibole, sillimanite kyanite Giãn dòng Trong nhiều loại đá biến chất, đặc biệt đá phiến, bề mặt phân lớp có dạng vệt thể tập hợp khoáng vật tương phản kéo dài Những cụm mỏng giống phiến thường bật bề mặt phân lớp lộ ngồi Cốt liệu mica đá phiến giàu thạch anh có nhiều khống vật tương phản khác Biến dạng kéo dài thạch anh đa khống oolit biến dạng đá vơi Đặc điểm biến dạng mơ tả ellipsoid ba trục Xúc xích (Boudins) Đây phân đoạn lớp đá tương đối giòn nguyên vẹn tách kéo q trình chảy khơng ngừng mơi trường xung quanh dễ uốn Về mặt cắt ngang, hạt giống chuỗi xúc xích liên kết Hai phân lớp xiên Giao điểm chúng đường thẳng với vết nứt lan rộng lề nếp gấp quy mô nhỏ tạo thành đường 1.2 Khoáng vật đá biến chất Các khoáng vật tạo đá biến chất chủ yếu khống vật nằm đá mácma, đá trầm tích khống vật đặc biệt có loại đá biến chất sâu sillimanit, kyanit, staurolit, andalusit, granat Các khoáng vật khác tìm thấy olivin, pyroxen, amphibol, mica, fenspat thạch anh không thiết kết q trình biến chất Các khống vật bền vững điều kiện nhiệt độ áp suất cao nên chúng bị biến đổi hóa học q trình biến chất Tuy nhiên, khống vật không bị biến đổi giới hạn định, có mặt số kống vật đá biến chất phản ánh nhiệt độ áp suất hình thành chúng Sự thay đổi kích thước hạt đá trình biến chất gọi q trình tái kết tinh Ví dụ, tinh thể canxít đá vơi kết tinh thành hạt lớn đá hoa, hay cát kết bị biến chất kết tinh hạt thạch anh ban đầu tạo thành đá quartzit chặt thường gồm tinh thể thạch anh lớn đan xen vào Cả hai yếu tố nhiệt độ áp suất cao tạo tái kết tinh Nhiệt độ cao cho phép nguyên tử ion di chuyển làm xếp lại tinh thể, áp suất làm cho tinh thể hòa tan vị trí chúng tiếp xúc Phần lớn đá biến chất (trừ đá hoa đá quartzit) nửa khoáng vật có cấu tạo dạng phiến gồm lớp song song nhau, dễ tách thành phiến mỏng Ảnh hưởng yếu tố tới hình thành đá biến chất 2.1 Các yếu tố gây biến chất 2.1.1 Biến đổi nhiệt Sự biến đổi nhiệt độ yếu tố quan trọng thiếu trình biến chất Nhiệt độ cung cấp lượng để phá vỡ mối liên kết tinh thể khoáng vật, làm cho chúng dễ chuyển động tự kết hợp với nguyên tố khác, nhiệt độ thúc đẩy q trình hịa tan, tăng cường hoạt tính vật chất từ tạo thuận lợi cho biến chất Sự biến chất nhiểu độ tiếp xúc xảy gần với xâm nhập dòng dung nham với khu vực nhỏ xung quanh làm nóng magma, nên trình biến chất bị giới hạn khu vực xung quanh xâm nhập dòng dung nham, gọi biến chất tiếp xúc (hình 4) Mức độ biến chất tăng lên theo hướng xâm nhập Đá tạo thường đá hạt mịn khơng có phân lớp, gọi đá sừng Sự biến chất cấp thấp diễn nhiệt độ khoảng 200 đến 320°C áp suất tương đối thấp Đá biến chất cấp thấp thường đặc trưng phong phú khoáng vật hydrat hóa Với mức độ biến chất ngày tăng, khoáng vật ngậm nước bắt đầu phản ứng với khoáng vật khác / phân hủy thành khống vật ngậm nước Hình Mơ tả tác động nhiệt độ đến đá xâm nhập tạo đá biến chất vây quanh Hình Mức độ biến chất đá qua khoảng nhiệt độ áp suất tương ứng Sự biến chất bậc cao diễn nhiệt độ lớn 320°C áp suất tương đối cao Khi mức độ biến chất tăng lên, khống vật ngậm nước trở nên ngậm nước hơn, H2O, khống vật khơng ngậm nước trở nên phổ biến Trong trình biến chất, nhiệt độ thường thường phối hợp với áp suất Nếu điều kiện áp suất nhiêt độ đóng vai trị số khống chế biến chất Đá macma 10 bay hơi, hầu hết chất lỏng có nguồn gốc từ bên đá biến chất, dạng nước ngầm nung nóng magma gần đó, giải phóng khỏi đá trải qua phản ứng phân hủy có lập trình trình biến chất Sự di chuyển chất lỏng điều chỉnh độ dốc áp suất chất lỏng tính thấm đá Đá mang cacbonat bị tàn phá biến chất có xu hướng phát triển thấm để chất lỏng di chuyển theo dòng chảy qua lỗ rơng dọc theo hạt; mạch xuất Mặt khác, đá silicat, độ thẩm thấu có xu hướng áp suất chất lỏng tăng lên vượt độ bền kéo đá, tạo vết nứt thủy lực Chất lỏng di chuyển vào vết nứt, nơi khống vật kết tủa dung dịch bị xáo trộn mặt hóa học nhiệt học Cơ chế bịt kín vết nứt lặp lại nhiều lần lịch sử địa hình biến chất, tạo phát triển mạch nhiều tầng Tính phân lớp tập hợp khống vật cung cấp hiểu biết sâu sắc phản ứng khống hóa, đặc biệt hữu ích việc ghi lại đặc tính chất lỏng bám dính liên quan đến đá biến chất 27 Hình Mạch phát triển đá biến chất Biến chất cataclastic xảy biến dạng học, giống hai khối đá trượt qua dọc theo đới đứt gãy Nhiệt tạo ma sát trượt dọc theo vùng cắt vậy, đá có xu hướng bị biến dạng học, bị nghiền nghiền thành bột q trình cắt Sự biến chất cataclastic khơng phổ biến giới hạn vùng hẹp nơi xảy tượng cắt 3.4 Dựa tổng hợp thành phần khống vật, hóa học đá gốc Phân loại đá biến chất phụ thuộc vào nhìn thấy đá mức độ biến chất Lưu ý việc phân loại nói chung lỏng lẻo thực tế để tên điều chỉnh để mơ tả đá theo cách thỏa đáng mà truyền tải đặc điểm quan trọng Ba loại tiêu chí thường sử dụng Đó là: Mineralogical - Các khống vật dễ phân biệt sử dụng làm tiền tố cho thuật ngữ kết cấu Do đó, đá phiến có chứa biotit, granat, thạch anh fenspat, gọi đá phiến granit biotit Một gneiss có chứa hornblend, pyroxene, thạch anh fenspat gọi gneiss hornblende-pyroxene Một phiến đá có chứa nguyên bào porphyrin K-fenspat gọi đá phiến Kspar porphyroblastic Hóa chất - Nếu thành phần hóa học chung xác định từ tập hợp khống vật, tên hóa học sử dụng Ví dụ, loại đá phiến có nhiều thạch anh fenspat số ngọc hồng lựu muscovit gọi đá phiến granat-muscovite quartzo-fenspat Một phiến đá bao gồm chủ yếu talc gọi đá phiến talc-magnesian Đá gốc - Nếu tảng đá trải qua trình biến chất nhẹ mà quan sát kết cấu ban đầu đá đặt tên dựa tên ban đầu nó, với meta tiền tố áp dụng Ví dụ: metabasalt, metagraywacke, metaandesite, metagranite Ngồi quy ước này, số loại đá khơng có thành phần hóa học cụ thể tập hợp khống vật đặt tên cụ thể Những điều sau: Amphibolites: Đây loại đá có màu tối, hạt vừa đến thơ, có khống vật horblende plagioclase Chúng kết biến chất loại đá mácma Phân lớp khác nhau, tại, thuật ngữ đá phiến thêm vào tên (tức đá phiến amphibolit) Đá cẩm thạch: Đây loại đá có thành phần chủ yếu canxit, phổ biến dolomit Chúng kết biến chất đá vôi đá dolostone Một số phân lớp xuất đá cẩm thạch chứa micas 28 Đá sinh thái: Đây loại hạt từ trung bình đến thơ bao gồm chủ yếu garnet clinopyroxene xanh lục gọi omphacite, kết biến chất cao cấp đá mácma Các sinh thái thường khơng có phân lớp Quartzit: Đá thạch anh chert có thành phần chủ yếu SiO Vì thạch anh ổn định loạt áp suất nhiệt độ, nên biến chất hạt chert thạch anh dẫn đến kết tinh lại thạch anh tạo thành loại đá cứng với tinh thể thạch anh lồng vào Loại đá gọi đá thạch anh Serpentinites: Serpentinites loại đá bao gồm phần lớn serpentine Chúng hình thành trình biến chất thủy nhiệt đá mácma siêu bền Soapstones: Soapstones đá có chứa phong phú talc, mang đến cho đá cảm giác nhờn, tương tự xà phòng Talc khống vật giàu Mg, đó, đá xà phòng từ nguyên sinh đá lửa siêu Ả Rập, peridotit, đá dunites pyroxenit, thường phương pháp biến đổi thủy nhiệt Skarns: Skarns đá bắt nguồn từ biến chất tiếp xúc đá vôi đá dolostone, cho thấy chứng việc trao đổi thành phần với magma xâm nhập Do đó, skarns nói chung bao gồm khống vật canxit dolomit, từ đá cacbonat ban đầu, chứa nhiều khoáng vật canxi magiê silicat andradit, tổngularit, craote, vesuvianite, diopside wollastonite tạo thành phản ứng khoáng vật cacbonat ban đầu với silica từ macma Sự trao đổi chất diễn gọi trình siêu phân tử Mylonites: Mylonites đá biến chất cataclastic tạo dọc theo đới trượt sâu lớp vỏ Chúng thường có dạng hạt mịn, đơi có dạng thủy tinh, có vệt nhiều lớp, với lớp vệt kéo cách cắt dễ uốn Nhìn chung, đá biến chất khơng thay đổi mạnh thành phần hóa học q trình biến chất, ngoại trừ trường hợp đặc biệt có liên quan đến trình siêu biến chất (chẳng hạn sản xuất skarns, nêu trên) Những thay đổi tập hợp khoáng thay đổi điều kiện nhiệt độ áp suất q trình biến chất Do đó, tập hợp khống vật quan sát phải dấu hiệu môi trường nhiệt độ áp suất mà đá phải chịu Môi trường áp suất nhiệt độ gọi Môi trường biến chất (Điều tương tự khái niệm tướng trầm tích, chỗ tướng trầm tích tập hợp điều kiện mơi trường diện q trình lắng đọng) Chuỗi tướng biến chất quan sát địa hình biến chất nào, phụ thuộc vào độ dốc địa nhiệt xuất trình biến chất 29 Hình 10 Sự biến chất đá qua khoảng nhiệt độ áp suất tương ứng Một gradient địa nhiệt cao chẳng hạn dốc có ký hiệu "A", xuất xung quanh xâm nhập đá lửa, tạo loại đá biến chất thuộc tướng cá sừng Dưới độ dốc địa nhiệt từ bình thường đến cao, chẳng hạn "B", đá phát triển từ tướng zeolit thành tướng xanh lục, amphibolit eclogit mức độ biến chất (hoặc độ sâu chơn vùi) tăng lên Nếu có xuất gradient địa nhiệt thấp, chẳng hạn có ký hiệu "C" biểu đồ, đá phát triển từ tướng zeolit sang tướng blueschist đến tướng sinh thái Do đó, biết tướng đá biến chất khu vực, xác định độ dốc địa nhiệt phải thời điểm biến chất xảy Mối quan hệ gradient địa nhiệt biến chất chủ đề trọng tâm thảo luận biến chất Áp dụng phân loại đá biến chất 4.1 Kí hiệu mơ tả kiểu cấu trúc đá biến chất Để thuận tiện cho việc xác định mô tả cấu trúc đá biến chất, tổng hợp kiểu kiến trúc đá biến chất đưa mô tả sau: Augen Đề cập đến tinh thể hình trứng hình mắt, thường fenspat, dạng ma trận mịn hơn, có phân lớp, nguồn gốc Cataclastic Mô tả khối không cấu trúc (đẳng hướng) đá góc cạnh mảnh hạt khống với vết nứt xuyên qua hình thành cách bẻ, 30 nghiền nghiền học giòn đứt gãy lớp vỏ nông, tốc độ biến dạng cao Corona Một lớp bao gồm hạt khoáng vật bao quanh lõi tứ diện khoáng vật khác biến chất phần Vành sản phẩm phản ứng khơng hồn tồn lõi pha lân cận Decussate Một tập hợp hạt dạng dẹt hình cột đan xen vào nhau; đẳng hướng dị hướng yếu Epitaxial Đề cập đến phát triển mức có định hướng khống vật lên khống vật khác có cấu trúc nguyên tử tương tự Flasser Kết cấu mylonites tinh thể hình trứng lớn gọi porphyroclasts tồn sau biến dạng dẻo nằm ma trận có phân lớp mịn hơn, đồng nghĩa với porphyroclastic Lepidoblastic Các hạt khoáng vật dồi — micas, talc, chlorite, graphite — với định hướng phần nhiều dạng phẳng truyền đạt tính phân phiến cho khối đá Megacrystic Kết cấu tinh thể lớn có nguồn gốc bất kỳ, gọi siêu tinh thể, nằm ma trận mịn Chúng bắt nguồn q trình kết tinh lại trạng thái rắn dạng nguyên bào porphyrin, trình biến dạng dẻo tốc độ biến dạng cao dạng porphyroclasts, phụ thuộc vào tinh thể Nematoblastic Các hạt dạng thấu kính dạng cột phong phú xếp thẳng hàng tạo đường thẳng cho đá Strain shadow Các miền gần giống hình nón tiếp giáp mặt đối diện vật thể tương đối cứng, chứa đầy tập hợp khoáng vật khác với ma trận xung quanh Được gọi rìa biến dạng tập hợp khống vật dạng sợi Symplectite Sự phát triển thân mật, dạng vi khuẩn (giun) hai khoáng vật tạo mầm lớn lên phá vỡ pha không ổn định trước phản ứng hai pha không ổn định liền kề 4.2 Đồ thị biểu diễn quan hệ thành phần đá biến chất Thành phần, hay biểu đồ hóa trị, biểu thị tương ứng tập hợp khoáng vật ổn định đá thành phần hóa học khối lượng lớn chúng có tầm quan trọng tiện ích tối cao thạch học biến chất Các sơ đồ cho phép dễ dàng hình dung khống vật tồn ổn định với điều kiện hạn chế áp suất, nhiệt độ thành phần chất lỏng loại đá có thành phần hóa học cụ thể, tương phản tập hợp khoáng vật tùy thuộc vào tương phản thành phần đá 31 Các hướng dẫn sau sử dụng để giảm số lượng thành phần nguyên tố thực tế tảng đá xuống cịn ba thành phần phù hợp Một thành phần xảy giai đoạn chịu trách nhiệm cho ổn định nó, số lượng đá nào, khơng cần xem xét Do đó, loại đá có chứa titanite ilmenit, bỏ qua TiO2, apatit (P2O5) albite (Na2O) Không cần quan tâm đến thành phần xuất pha tinh khiết, chẳng hạn SiO2 thạch anh, TiO2 rutil Fe2O3 hematit Một cách khác để xem silica thành phần tương tự khác có tính chất thay đổi nồng độ (trong giới hạn) đơn giản thay đổi lượng phương thức pha tương ứng không thay đổi giá trị hóa học thành phần ảnh hưởng đến cân khoáng vật H2O thành phần “di động” khác có tiềm hóa học quy định điều kiện bên hệ đá bỏ qua Có thể cần thành phần phạm vi thành phần đá xem xét bị hạn chế theo cách Do đó, thay cố gắng biểu diễn tồn tướng biến chất sơ đồ, số sơ đồ mơ tả tiểu thể loại hóa học sử dụng Các thành phần kết hợp, chẳng hạn FeO, MnO MgO, thay rộng rãi cation khoáng mafic Tuy nhiên, hai nhiều khoáng mafic ổn định số điều kiện biến chất định quan hệ thành phần chúng khơng thể phân biệt sơ đồ hình tam giác, nơi ba thành phần kết hợp đỉnh Trong đá pelitic, hai nhiều khoáng mafic tồn nhiều tập hợp, làm cho kết hợp FeO, MnO MgO thành thành phần khơng thể nhìn thấy Trong nhiều tập hợp, thành phần cụ thể, chẳng hạn Al2O3, xuất hai nhiều pha pha tìm thấy tất tập hợp xem xét, chẳng hạn muscovite đá viên loại thấp đến trung bình Trong trường hợp này, pha "chiếu" từ pha chung qua tứ diện ba chiều biểu thị bốn thành phần "mặt phẳng chiếu" phù hợp, giảm số lượng thành phần cách hiệu Quy trình giải thích cho sơ đồ AFM 32 4.3 Khung phân loại đá biến chất theo hội địa chất hoàng gia Anh 33 Một số loại đá biến chất phổ biến nước ta 5.1 Một vài loại đá biến chất khu vực Đá phiến sét: Là đá hình thành giai đoạn biến chất đầu nhóm đá sét Đá sét bị biến đội thành đá rắn, dạng phiến lớp mỏng Điển hình đá phiến lợp, đá phiến bảng Philit: đá biến chất từ phiến sét chịu tác dụng nhiệt độ áp suất cao Phân phiến mỏng mặt có lớp ánh tơ, láng có khoáng vật sericit, chlorit, thạch anh Thành phần khống vật dạng hạt quan sát kính hiển vi Đá philit phân bố rộng rãi đới uốn nếp, đăc biệt đới uốn nếp trẻ Đá phiến chlorit: mềm so với đá khác, phân phiến rõ, màu lục sẫm Trong đá phổ biến thạch anh, calcite, actinolit, talc, chlorit ưu trội Đá phiến talc: đá phân phiến mềm, thường có màu xám, xám lục, lục Thành phần ưu trội đá talc, ngồi cịn có thạch anh, cacbonat, epidot, sericit Có loại đá giống với đá phiến talc có cấu tạo khối, tạo thành đá biến chất macma mafic Đá phiến lục: sản phẩm biến chất đá macma mafic siêu mafic, màu xám lục, lục ưu trội khoáng vật màu epidot, chlorit, amphibol; phân phiến, rắn 34 chắc; đá cịn có albit, thạch anh Hạt nhỏ, quan sát kính hiển vi Nhìn ngồi giống đá phiến chlorit đá phiến talc rắn Đá phiến kết tinh: đá phân phiến rõ nét, thường quan sát dạng vi uốn nếp Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm mica, thạch anh, granat, disten Trong số đá phiến kết tinh phổ biến đá phiến mica với khoáng vật chủ yếu muscovite, biotit, thạch anh chlorit Khi xuất granat đá trở thành đá phiến mica-granat, xuất disten đá trở thành đá phiến mica- disten Khi hàm lượng thạch anh cao ta có đá phiến thạch anh mica, đá phiến thạch anh Quartzit: đá gồm chủ yếu thạch anh tồn thạch anh, thường có thêm thành phần mica, turmalin khống vật sắt Đá kết tinh dạng khối, dạng phân phiến Đá quartzit màu xám sáng, cứng Do độ chịu lực cao nên sử dụng phổ biến làm vật liệu xây dựng Đặc biệt, quartzit sử dụng làm vật liệu chịu lửa, nhiệt độ cao Một dạng quartzit đặc biệt quartzit sắt, phân lớp mỏng xen với lớp mỏng quặng sắt hemetit, magnetit Quartzit sắt phổ biến trầm tích cổ tiền Cambri nguồn quặng sắt lớn giới Đá hoa (cẩm thạch): đá biến chất từ đá vôi, thành phần chủ yếu hạt kết tinh calcite Màu đá hoa tùy thuộc màu khoáng vật thứ yếu đá, có nhiêu màu khác dùng xây dựng làm đá ốp lát trang trí Đá hoa tinh khiết có màu trắng nguyên liệu quý cho điêu khắc Đá nằm thành vỉa thường xen tầng đá biến chất khác gneiss, đá phiến kết tinh,v.v… Amphibolit: đá biến chất có thành phần khống vật chủ yếu hornblend, plagioclase, ngồi cịn có thạch anh,epidot,granat v.v…., đá thường có màu xám 35 lục, xám đen Tính phân phiến đá phiến kết tinh, phổ biến amphibolit có cấu tạo khối Amphibolit sản phẩm biến chất đá macma mafic siêu mafic, số trường hợp có nguồn gốc từ đá biến chất đá sét vơi bị dolomite hóa 10 Gneis : đá kết tinh thành phần chủ yếu thạch anh, fenpat, mica ngồi cịn có hornblend, granat, augit v.v…Gneis dạng mắt loại có tinh thể lớn (thường fenpat) nằm khối hạt nhỏ khoáng vật màu Đặc điểm gneis có cấu tạo dạng dải xếp ln phiên lớp dạng thấu kính khống vật màu khoáng vật sáng màu Gneis đá biến chất khu vực mức biến chất cao Paragneis đá biến chất từ đá trầm tích (đá phiến sét); ortogneis đá biến chất từ granit 11 Migmatit: đá biến chất đới siêu biến chất, đá hình thành từ mạch tiêm nhập macma (như gneiss, đá phiến kết tinh) 5.2 Một vài loại đá biến chất tiếp xúc Đá sừng: đá chặt xít hạt nhỏ trung bình, kiến trúc hạt biến tinh kiến trúc sừng, đơi có kiến trúc porphyry biến tinh, khơng có dạng phiến Đá thành tạo tiếp xúc macma acid với đá sét Thành phần khoáng vật chủ yếu thạch anh, mica, fenpat, granat, andalusit, silimanit, đơi có amphibol 36 Đá phiến sừng: khác với đá sừng có dạng phiến, mặt lớp nguyên thủy phát triển tinh thể mica amphibol Thành vật khoáng vật chủ yếu thạch anh, biotit, đơi có muscovit Đá thành tạo đới xa magma đá sừng Đá phiến mica đốm: đươc thành tạo xa magma đá biến sừng, mặt phiến xuất đốm sẫm màu vật chất than với andalusit, silimanit, cordierite Đá phiến sét đốm: xa macma Xuất đốm gồm graphit, chlorit, andalusit Phần lại đá gần giữ nguyên đá phiến sét Skarn: đá biến chất tiếp xúc, thành tạo đới tiếp xúc đá granitoid đá carbonat, chủ yếu đá vôi Cả đá vôi macma biến đổi trao đổi thành phần khoáng vật Pyroxen granat hai khống vật đặc trưng, ngồi cịn có hornblend, epidot, magnetit, plagioclase, olivine, calcite, thạch anh Liên quan tới skarn thường có mỏ kim loại sắt, đồng, chì, kẽm, vàng, thiếc, wolfram, molybden Greisen: đá biến chất hạt trung bình hạt lớn, gồm chủ yếu thạch anh muscovite, ngồi cịn có biotit, topaz, turmalin, beryl, fluorit khoáng vật quặng cassiterit, wolframit, molybdenit, magnetit, pyrite v.v….Greisen thành tạo q trình biến chất trao đổi khí diễn đới tiếp xúc đá granit Q trình greisens hóa diễn đá xâm nhập đá tiếp xúc, fenpat granit tác dụng khí bốc bị thạch anh mica thay 37 Serpentinit: đá biến chất từ đá siêu mafic tác dụng dung dịch macma hậu macma Thành phần khống vật có serpentin, magnetit, cromit Màu lục với đốm đen trắng, vàng xen da rắn Liên quan với serpentinit có mỏ asbet 5.3 Một vài loại đá biến chất động lực Cataclasit: đá bị cà nát thành mảnh góc cạnh tác dụng phá hủy kiến tạo Q trình khơng làm tái kết tinh khoáng vật đá nguyên thủy, khơng tạo khống vật mà chủ yếu làm thay đổi kiến trúc đá Các hạt bị phá hủy méo mó xuất khối liên kết (xi măng) hạt nhỏ đa khoáng Mylonit : đá bị nghiền mạnh hạt trở thành vụn bôt nhỏ sau liên kết lại thành đặc xít, phân phiến Đơi xuất khoáng vật sericit 38 Kết luận (1) Việc phân loại thạch học công việc nhà địa chất cần nắm vững, bước điều tra thạch học chúng cung cấp tảng lâu dài cho diễn giải Hiểu cấu tạo loại đá biến chất điều cần thiết để giải thích tiến hóa mơi trường hình thành (2) Việc phân loại đá biến chất đơn giản linh hoạt Dựa vào cách tiếp cận khác nghiên cứu đá biến chất mà sử dụng cách phân loại đá biến chất: dựa vào điều kiện hình thành, dựa vào đặc điểm phân lớp, dựa vào mức độ xiết trượt đới đứt gãy, dựa vào tổng hợp thành phần khống vật, hóa học đá gốc (3) Tính phân lớp đá biến chất thể nhiều thông tin đặc điểm hình thành chúng như: phân lớp phản ánh trạng thái ứng suất trình biến chất, mơi trường thành tạo xung quanh Do đó, việc phân loại đá biến chất phân thành ba loại đá biến chất lớn dựa vào tính phân lớp, là: • Đá phiến, phyllit, đá phiến có tán mạnh làm tăng kích thước hạt tìm thấy địa hình biến chất khu vực rộng rãi • Các loại đá có tán yếu bao gồm gneiss, mylonit tái kết tinh động đới trượt dễ uốn migmatit phát triển địa hình lớp vỏ sâu, tầng cao • Về bản, amphibolit khơng tróc vảy, granofels, đá xanh, đá cẩm thạch, quartzit, serpentinit phổ biến địa hình khu vực, đá charnockitic phổ biến đá eclogit quý Lông sừng có kết cấu đẳng hướng phát triển trình biến chất nhiệt, phổ biến nguyên sinh dạng hạt, tiếp xúc với aurele xung quanh xâm nhập magma Metasomatic skarn, greisen fenite phát triển xung quanh xâm nhập magma, rodingite spilite tạo trình thay gần thể đá siêu mafic hóa rắn từ bazan đáy biển gần rặng đại dương (4) Biến chất cataclastic xảy biến dạng học, giống hai khối đá trượt qua dọc theo đới đứt gãy Nhiệt tạo ma sát trượt dọc theo vùng cắt vậy, đá có xu hướng bị biến dạng học, bị nghiền nghiền thành bột trình cắt Dựa vào độ sâu hình thành đá biến chất đặc điểm mạch (phổ biến thạch anh, 39 chứng việc kết dính dung dịch thủy nhiệt di chuyển qua khối đá biến chất) mà phân chia loại đá biến chất Bằng cách lựa chọn hợp lý thành phần có liên quan, phần lớn thành phần hóa học đá tập hợp khống chất cấu thành chúng vẽ sơ đồ thành phần hình tam giác thích hợp để đánh giá khả tương thích phạm vi hạn chế thành phần (5) Áp dụng phân loại đá biến chất cịn nhanh chóng cụ thể hóa việc nhận diện cấu trúc đá biến chất qua số mơ tả kí hiệu Điều giúp cho người làm địa chất dễ dàng nhận diện đặc điểm đá biến chất cách linh hoạt dễ định hướng mơi trường hình thành đá Tài liệu tham khảo Barker AJ 1990 Introduction to metamorphic textures and microstructures New York, Blackie Barker DS 1996 Carbonatite volcanism In: Mitchell RH, ed Undersaturated alkaline rocks: Mineralogy, petrogenesis, and economic potential Min Assoc Can Short Course Ser 24:45– 62 Barker DS 1996 Nephelinite-phonolite volcanism In: Mitchell RH, ed Undersaturated alkaline rocks: Mineralogy, petrogenesis, and economic potential Min Assoc Can Short Course Ser 24:23–44 Carswell DA, ed 1990 Eclogite facies rocks New York, Chapman and Hall Coleman RG, Lee DE, Beatty LB, Brannick WW 1965 Eclogites and eclogites Their differences and similarities Geol Soc Am Bull 76:483–508 Fry N 1984 The field description of metamorphic rocks New York, Halsted Võ Năng Lạc (1999) Địa chất đại cương, Giáo trình Myron G Best (2003) Igneous and metamorphic petrology, Brigham Young University Passchier CW, Myers JS, Kröner A 1990 Field geology of highgrade gneiss terrains Springer-Verlag, New York 10 Passchier CW, Trouw RAJ 1996 Microtectonics New York, Springer-Verlag 40 11 Robertson, S 1999 BGS Rock Classification Scheme, Volume 2, Classification of metamorphic rocks British Geological Survey Research Report, RR 99–02 12 Smith RP 1987 Dyke emplacement at Spanish Peaks, Colorado In: Halls HC, Fahrig WF, eds Mafic dyke swarms St John’s, Newfoundland: Geol Assoc Canada Special Paper 34:47–54 13 Tống Duy Thanh, Vũ Khúc (2005) Các phân vị địa tầng Việt Nam NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 41 ... tạo đá biến chất tạo điều kiện có số điểm tương đồng với cấu tạo đá magma Đá biến chất đá aphanitic phaneritic không thủy tinh hệ biến chất khơng chứa chất nóng chảy nguội lạnh thành thủy tinh... H2O CO2 tham gia) Ví dụ ba loại khống vật andaluzit, disten, silimanit có thành phần hóa học Al2SiO5 song chúng thành tạo điều kiện lí hóa khác Andaluzit hình thành môi trường áp lực từ 200*106... Đá gọi có chứa nhiều amphibol glaucophan có màu lục Ví dụ: 16 • Các đá có nhiều chất sét biến chất nhiệt độ cao tạo thành khống vật có mutscovit, biotit… có andaluzit, gronat hình thành đá có cấu