IV. Axit Granit Liparit
c/ Các lý thuyết về sự thành tạo pegmatit
2.3.2.1. Qtrình phong hố.
2.3.2.1.1. Khái quát về q trình phong hóa
a-Khái qt chung
Q trình phong hóa là tổng hợp các quá trình phá hủy cơ học và phân hủy hóa học các đá và khống vật ngun sinh (đá gốc, đợc thành tạo trong các quá trình tạo khống magma, trầm tích và biến chất trớc đó) để tạo nên các sản phẩm mới bền vững hơn trong điều kiện trên bề mặt hoặc gần sát bề mặt vỏ trái đất. Tuỳ theo mức độ biến đổi thành phần hóa học, thành phần khống vật, các tính chất cơ lý của đá gốc mà ngời ta phân loại và mơ tả mức độ phong hóa theo những cung bậc khác nhau. Chẳng hạn q trình phong hố có thể đợc phân loại theo sản phẩm phong hố. Các sản phẩm khơng tan với thành phần chủ yếu là hydroxit sắt và nhôm đợc coi là laterit. Nếu giàu nhôm hơn gọi là boxit laterit. Sản phẩm này thờng gặp ở đới có khí hậu nóng ẩm. Trên lãnh thổ Việt Nam Bauxit laterit tạo thành các mỏ rất lớn ở Tây Nguyên (Đắc Lắc, Đắc Nơng...), ngồi ra cịn gặp ở Phủ Quỳ, Điện Biên... Tại các đới khí hậu khác, các sản phẩm cuối cùng không tan có thành phần khác, chủ yếu là các loại sét hydromica, kalinit, smectit..
Hiện nay, trên thế giới có nhiều cách phân loại q trình phong hóa, trong đó phân loại phổ biến nhất là dựa trên cơ chế phong hóa ngời ta phân ra các kiểu phong hóa.
+ Theo tác nhân gây phong hoá ngời ta chia ra làm 3 kiểu: Đá gốc: Macma Trầm tích Biến chất Dung dịch Mảnh vụn Trầm tíchvụn Đá trầm tích lục nguyên Đá trầm tích hỗn hợp Đá trầm tích hóa học thực thụ Trầm tích hóa học
_________________________________________________________________________
- Phong hố vật lý hay phong hóa cơ học, là loại phong hóa gây ra do các tác nhân cơ học (thay đổi nhiệt độ, áp suất...). Phong hóa loại này chỉ làm phá huỷ các đá về kích thớc, ít gây biến đổi thành phần, nó tạo điều kiện cho phong hóa hố học phát triển mạnh.
- Phong hoá hoá học (là đóng vai trị quan trọng nhất): Yếu tố gây phong hóa chủ đạo là các tác nhân hoá học (oxy, nớc, các loại hố chất...). Trong q trình phong hóa kiểu này phong hóa này, các đá và khống vật bị biến đổi thành phần, bị hồ tan mang đi nơi khác hoặc tạo thành khống vật mới tại chỗ.
- Phong hoá sinh vật kết hợp cả hai loại phong hoá vật lý và hoá học (rễ cây lách vào các khe nứt và mở rộng sản phẩm hoạt động của sinh vật phá huỷ các đá. Tại các khu vực nhiệt đới ẩm nh ở trung du Bắc bộ, Kiểu phong hóa này diễn ra khá mạnh mẽ.
b- Các yếu tố ảnh hởng đến q trình phong hóa và hình thành vỏ phong hóa
Trong q trình phong hóa có nhiều yếu tố ảnh hởng đến q trình phát triển và bảo tồn vỏ phong hóa trong vùng, trong đó quan trọng nhất là thành phần đá gốc, đặc điểm địa hình địa mạo, mơi trờng phong hóa, thảm thực vật bao phủ và yếu tố thời gian. Khái quát chung quan hệ giữa các yếu tố ảnh hởng đến q trình phong hóa đợc thể hiện ở bảng 2.5. Chi tiết các yếu tố ảnh hởng sẽ đợc trình bày ở phần sau.
* Thành phần đá gố c
+ Khái quát chung về ảnh hởng của thành phần đá gốc
Thành phần và tính chất của đá gốc ảnh hởng rất nhiều đến tốc độ của q trình phong hóa về khả năng bảo tồn vỏ phong hoá.
Nh ta đã biết, vỏ phong hoá phủ trực tiếp trên nền đá gốc, các sản phẩm phong hố là kết quả của các q trình phá huỷ các đá gốc dới tác dụng của các tác nhân phong hoá. Các đặc điểm của đá gốc là thành phần hoá học, khoáng vật, cấu tạo, kiến trúc, mức độ nứt nẻ cũng nh tính chất vật lý của đá gốc quyết định rất lớn đặc điểm về bề dày, thành phần hố học, thành phần khống vật, tính chất cơ lý.... của vỏ phong hóa (Hình 2.49).
Bảng 2.5: Các yếu tố chính ảnh hởng đến q trình phong hóa
Các yếu tố
Đặc điểm đá gốc
Tốc độ phong hóa
Chậm Nhanh
Khả năng hoà tan của
khoáng vật Chậm, VD: Thạch anh Trung bình, VD:Pyroxen, feldspar Nhanh, VD:Can xit Cấu tạo của đá gốc Khối Một số nơi bị nứt nẻ Nứt nẻ nhiều Khí hậu:
Lợng ma Thấp Trung bình Cao
Nhiệt độ Lạnh Vừa phải Nóng
_________________________________________________________________________
vật và đất
Bề dày lớp đất Khơng có, trơ đá gốc
Mỏng đến trung bình Dầy
Hàm lợng chất hữu cơ Thấp Trung bình Cao
Độ dài thời gian lộ đá
gốc Vừa phải Lâu dài
Tại các vùng có mặt phổ biến các đá trầm tích và biến chất giàu feldspat và mica (phiến mica, gneiss, migmatit và pegmatit, phiến sét..., lại nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, vì vậy rất thuận lợi đối với q trình phong hóa hóa học và hình thành các vỏ phong hóa có bề dầy lớn. Chính thành phần của đá giàu fenspat là yếu tố quyết định để hình thành tổ hợp khống vật kaolinit- hydromica đặc trng của vỏ phong hoá trên các đá magma axit, các đá phiến kết tinh, gneiss, pegmatit hoặc tổ hợp monmorilonit - gơtit trong vỏ phong hoá trên các đá mafic-siêu mafic và amphibolit tại vùng nghiên cứu.
Kết quả nghiên cứu ở ngoài thực địa cùng với kết quả xác định mẫu trong phịng, có thể nhận thấy thành phần đá gốc có ý nghĩa rất quan trọng đối với tổ hợp cộng sinh khoáng vật của vỏ phong hóa và bề dầy vỏ phong hóa: các đá trầm tích biến chất cao giàu thạch anh (quaczit) thờng rất khó bị phong hóa. Ng- ợc lại các đá giàu cac bonat và felspat lại rất dễ bị phong hóa.
Hình 2.49: Tốc độ phong hóa phụ thuộc nhiều vào thành phần đá gốc: Mặt cắt vỏ phong hóa của các trầm tích sét bột cát tuổi Triass: Các lớp cát kết phía trên bị phong
hóa yếu trong khi các lớp sét bột kết phía dới bị phong hóa gần nh hồn tồn (ảnh N.K. Giảng, 2007)
_________________________________________________________________________
Việt nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa. Hàng năm chia làm 2 mùa rõ rệt: mùa ma bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Nhiệt độ trung bình năm dao động trong khoảng 22,8 đến 240C, nhiệt độ giữa 2 mùa chênh lệch nhau khá lớn. Nhiệt độ trung bình vào mùa hè (từ tháng 5 đến tháng 8 dao động trong khoảng 26-29,50C và vào mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 2 dao động trong khoảng 17 đến 21 0C. Lợng ma trung bình hàng năm dao động trong khoảng 1100mm đến 1800 mm, lợng ma chủ yếu tập trung vào mùa ma (từ tháng 5 đến tháng 10), chiếm tới trên 80 % tổng lợng ma cả năm.
Lợng ma lớn nh vậy là một yếu tố rất không thuận lợi đối với việc bảo tồn đới thổ nhỡng và vỏ phong hóa, đặc biệt tại những khu vực đồi núi có sờn dốc lớn và mất thảm thực vật che phủ.
Trong quá trình khảo sát ở thực địa trên lãnh thổ Việt Nam, chúng tôi đã quan sát thấy nhiều khu vực có các sờn đồi có lớp thổ nhỡng và vỏ phong hóa bị rửa trơi mạnh mẽ, tạo thành các rãnh khá sâu và nhiều chỗ các đới phong hóa yếu bị lộ ra ngay trên mặt. Điển hình có thể quan sát đợc taịo các khu đồi ven quốc lộ 1A tại Quỳnh Lu-Nghệ An hay Phù Ninh-Phú Thọ (Hình 2.50).
Hình 2.50: Vỏ phong hóa bị rửa trơi mạnh mẽ tại xã Liên Hoa (Phù Ninh)
Tóm lại, với đặc điểm khí hậu nóng ẩm ma nhiều của Việt Nam trên làm cho q trình phong hố, bóc mịn xảy ra mạnh mẽ. Các yếu tố khí hậu, địa hình và đá gốc tạo thành mối tơng tác chặt chẽ, có ảnh hởng và quyết định đối với mơi trờng và điều kiện thành tạo các khoáng vật mới, các tổ hợp cộng sinh khoáng vật mới đặc trng cho từng đới trong mặt cắt vỏ phong hoá.
* Yếu tố mơi tr ờng phong hóa
Trong các yếu tố mơi trờng phong hóa, các chỉ số Eh (thế năng ơ xi hóa) và pH (độ a xit-bazo) của mơi trờng có ý nghĩa trị rất quan trọng. Thế năng oxi hố (Eh) đóng vai trị rất quan trọng trong q trình phong hố quyết định chiều
_________________________________________________________________________
các phản ứng ơxy hố - khử dẫn đến phá huỷ các khống vật ngun sinh để hình thành các khống vật mới trong vỏ phong hoá. Kết quả đo và quan sát vỏ phong hóa trên các đá của khu vực cho thấy Ec>0 (mơi trờng oxi hố), mơi trờng này thuận lợi cho các phản ứng oxihoá - khử xảy ra trong các đới.
Cùng với thế năng oxy hóa, độ a xit-bazo của mơi trờng ảnh hởng rất lớn đến độ hòa tan của các khống vật.
Mơi trờng phong hóa qua khảo sát tại nhiều khu vực xác định đợc chủ yếu là môi trờng axit. Giá trị pH giảm từ dần từ dới lên trên thờng dao động từ 4,5 đến 6,5, đơi chỗ lên đến 7,8. Q trình này quyết định tốc độ phong hóa hay nói cách khác mức độ biến đổi của khống vật ngun sinh để hình thành các khoáng vật thứ sinh bền vững trong điều kiện ngoại sinh nh gơtit, kaolinit, hydromica.... Khi q trình phong hóa tiếp tục diễn ra mạnh mẽ thì chính những thay đổi về mơi trờng đã tạo điều kiện cho q trình phá hủy các khống vật của đá gốc, hoà tan và tái lắng đọng các keo nh keo nhơm và silic (hình 2.51) dẫn đến chuyển hoá làm giàu kaolinit trong vỏ phong hoá.
Hình 2.51: Khả năng hồ tan của các ion kim loại theo pH (theo Stumm và Morgan, 1991)
Từ giản đồ thực nghiệm trên ta có thể giải thích đợc q trình hình thành vỏ phong hóa chỉ có thể xảy ra mạnh mẽ để hình thành vỏ phong hóa laterit trong điều kiện địa hình thốt nớc tốt đảm bảo cho độ pH ln duy trì trong giới hạn mà Al2O3 và Fe2O3 lắng đọng với hàm lợng cực đại (pH từ 5 đến 9). Còn SiO2 sau khi phân giải từ silicat đợc mang đi khỏi vỏ phong hố với hàm lợng tối đa. Nhng địa hình cũng không đợc dốc quá để dẫn đến việc tốc độ vật chất bị mang đi lớn hơn tốc độ vật chất đợc hình thành trong q trình phong hóa, dẫn đến rửa lũa và bóc mịn vỏ phong hóa. Ngợc lại trong điều kiện địa hình thốt n- ớc kém (quá bằng phẳng), sau khi thuỷ phân các alumosilicat, các keo Al2O3.nH2O và SiO2.nH2O đồng thời đợc duy trì trong môi trờng và thành tạo các khống vật sét nh hydromica, kaolinit nhng do mơi trờng lý hóa ổn định nên phản ứng sẽ diễn ra rất chậm chạp.
Trong q trình phong hóa, dạng tồn tại của vật chất cũng còn phụ thuộc khá rõ ràng vào điều kiện Eh và pH của mơi trờng. Chúng ta có thể xem xét điều này qua ví dụ về các dạng tồn tại của Fe và Mn (hình 2.52).
_________________________________________________________________________
Hình 2.52: Các dạng tồn tại của Fe và Mn của Fe phụ thuộc độ pH và thế oxy hóa
* Vai trị của thảm thực vật
Thảm thực vật trong nhiều trờng hợp đóng vai trị khá quan trọng trong quá trình phong hố thể hiện qua tác dụng chống xói mịn để bảo tồn các sản phẩm phong hóa, tác dụng phong hố cơ học của bộ rễ và tác dụng phá huỷ hoá học của các sản phẩm trao đổi sống và axit mùn cây. Axit hữu cơ này dẫn tới hạ dộ pH của môi trờng, làm chậm tốc độ lắng đọng của các keo sắt và keo nhôm, hạn chế tốc độ phát triển của q trình laterit hố. Trên lãnh thổ Việt Nam, nhiều khu vực thảm thực vật phát triển ở mức trung bình, chủ yếu là thảm thực vật rừng tự nhiên (nguyên sinh và tái sinh, rừng tre nứa) và rừng nhân tạo phát triển trên diện tích gị đồi. Tại một số nơi, do tác động của việc thiếu vắng thảm thực vật dầy và do chế độ canh tác không hợp lý nên tốc độ thối hóa của đất và vỏ phong hóa (laterit hóa) diễn ra nhanh hơn. Nhiều khu vực ở Phú Thọ, Thái Ngun, Hịa Bình... là nhng nơi có nhiều diện tích trồng bạch đàn nên thảm thực vật thân mềm che phủ mặt đất bị thối hóa, dẫn đến q trình xói mịn và laterit hóa rất mạnh mẽ.
* Yếu tố thời gian
Yếu tố thời gian cũng đóng vai trị khá quan trọng trong việc hình thành và bảo tồn vỏ phong hố. Các loại khoáng vật và các loại đá khác nhau bị phong hóa theo các tốc độ khác nhau (bảng 2.6).
_________________________________________________________________________
Golithly (1981) khi nghiên cứu vỏ phong hóa trên các đá ở Indonesia và New Caledonia đã khẳng định rằng trong điều kiện phong hố nhiệt đới lý tởng thì mặt cắt laterit hồn chỉnh có thể sẽ đợc hình thành sau khoảng từ 5 ữ 10 triệu năm. Nếu chỉ xét về mặt thời gian thì phần lớn các thành tạo trên lãnh thổ Việt Nam đều có tuổi trớc Đệ tứ (Mezozoi, Kainozoi và cổ hơn) và xuất lộ từ hàng chục triệu năm trớc đây, ít nhất là từ cuối Neogen đến nay, đủ thoả mãn điều kiện về thời gian để hình thành vỏ phong hố laterit. Nhng thực tế thì vỏ phong hố laterit chỉ chiếm tỷ lệ nhất định và chỉ phát triển mạnh ở phần phía nam của đất nớc và ở những khu vực hạn chế tại phía bắc nớc ta, nh vậy chứng tỏ các yếu tố khác đã ảnh hởng nhiều đến việc hình thành và bảo tồn vỏ phong hố.
b-Phân loại các q trình phong hóa
+ Theo tác nhân gây phong hoá ngời ta chia ra làm 3 kiểu:
- Phong hoá vật lý, chỉ làm phá huỷ các đá về kích thớc, ít gây biến đổi thành phần hóa học, tuy q trình này khơng tạo nên những khống vật mới nhng nó tạo điều kiện cho phong hóa hố học phát triển mạnh.
- Phong hoá sinh vật kết hợp cả hai loại phong hoá vật lý và hoá học (rễ cây lách vào các kẽ nứt và mở rộng sản phẩm hoạt động của sinh vật tạo thành các axit phá huỷ các đá.
- Phong hoá hố học (là loại đóng vai trị quan trọng nhất): các đá và khống vật bị biến đổi thành phần, bị hoà tan mang đi nơi khác hoặc tạo thành khoáng vật mới tại chỗ.
Các sản phẩm phong hố hóa học, phong hố vật lý 1 phần đợc đa đi, phần còn lại tạo nên vỏ phong hố. Dựa vào mức độ phong hóa ngời ta chia ra làm 3 thời kỳ.
- Thời kỳ I (sialit kiềm): phá hủy các khoáng vật kiềm, mang đi các nguyên tố linh động, Na, K, Mg, Ca.
- Thời kỳ II: (Sialit chua) các đá tiếp tục bị phá huỷ mang đi các nguyên tố kém linh động hơn: Si, Mn, một phần Al,
- Thời kỳ III (alit hoặc feralit): Mang đi 1 phần các nguyên tố kém linh động (Fe, Al).
2.3.2.1.2. Các phản ứng trong q trình phong hố
ở điều kiện trên mặt, nơi áp suất và nhiệt độ thấp lại có nhiều O2, H2O,
CO2, các khoáng vật và các đá đợc thành tạo dới sâu, trở nên không vững bền, dần dần biến đổi thành hệ mới để phù hợp với điều kiện hố lý mới của mơi tr- ờng. Q trình này đợc gọi là q trình phong hố. Kết quả của q trình này là tạo ra vỏ phong hố và lớp thổ nhỡng trên cùng. Vỏ phong hố có thể dày từ vài mét đến vài trăm mét (ở vùng khí hậu nóng ẩm). Trong vùng khí hậu hàn đới hoặc khơ chủ yếu xảy ra ở phong hoá cơ lý. Tại các vùng khí hậu ẩm, q trình này xảy ra liên tục trên mặt thạch quyển, làm biến đổi các đá và tạo ra một tổ hợp hợp khoáng vật mới.
Trong phong hoá hoá học các phản ứng chủ yếu là thuỷ phân, hydrat hoá, oxy hoá và cacbonat hoá.
_________________________________________________________________________
a- Hydrat hoá: Thực chất của của q trình hyđrat hố là sự xâm nhập
phân tử nớc và mạng tinh thể của khống vật (hình 2.57). Ví dụ:
CaSO4 + 2H2O à(hydtat hố) CaSO4. 2H2O (anhyđrit) (thạch cao)
Một ví dụ khác của q trình hydrat hóa là q trình hydrat hóa các o xit sắt (manhetit, hematit) cũng có thể đợc minh họa ở hình 2.58.
b- Thuỷ phân (hyđrolysis).
Là phản ứng giữa các ion H+ và OH- của nớc với ion của khoáng vật và đá. Kết quả của quá trình phân huỷ các silicat là thành tạo các keo silicat và keo nhôm phức tạp. Khi bị phân huỷ feldspat biến thành kaolinit. Thơng thờng q trình thuỷ phân hay đi kèm theo q trình cacbonat hố: