4- Sự thành đá (diagenesis)
4.1Các kiểu quá trình thành đá và môi trường thành đá
Sự thành đá bao gồm 7 quá trình sau đây:
1- Sự nén chặt
2- Tái kết tinh
3- Hòa tan(bao gồm hòa tan nén ép)
4- Xi măng hóa
6- Sự thay thế(bao gồm sự biến hình mới) , và
7- Sự khuấy trộn do sinh vật
Mức độ mà mỗi quá trình tác động trên trầm tích nào đó phụ thuộc vào một hoặc một số nhân tố, bao gồm thành phần trầm tích, áp lực (do bị chôn vùi), nhiệt độ, thành phần và bản chất của các chất lưu giữa các hạt, là những tác nhân chính của sự thành đá, bao gồm độ pH và Eh của chúng , và lượng dòng chất lưu xuyên qua trầm tích hoặc đá
Sự nén chặt (compaction): là quá trình mà nhờ đó thể tích trầm tích sụt giảm khi các hạt
bị siết chặt với nhau. Nó gây ra quá trình trên từ áp lực của đá phủ trên, ứng suất được cung cấp bởi sức nặng của các trầm tích và đá nằm chồng bên trên. Ứng suất này gây nên sự cải tổ của khối hạt và sự trục xuất chất lưu giữa các hạt, làm giảm tất cả độ rỗng của trầm tích hay đá. Lượng nén chặt có thể phụ thuộc vào kích thước hạt, hình thù hạt, độ lựa chọn, độ rỗng ban đầu và lượng chất lưu lỗ rỗng có trong trầm tích. Các hạt được lựa chọn tốt, tròn trịa nén chặt ít hơn so với các hạt lựa chọn kém, góc cạnh,vì loại trước bị giới hạn đến sự sắp xếp khối nén chặt nhất rồi. Các hạt góc cạnh có thể ép sát nhau hơn so với các hạt tròn. Trong cát độ rỗng ban đầu thường là 25-50%, trong khi trầm tích carbonat nó có thể cao đến 50-75%. Trong các đá trầm tích, độ rỗng có thể giảm xuống chút ít khoảng 0-2%, một phần do sự nén chặt và một phần do sự vận hành của các quá trình thành đá khác, đặc biệt là sự xi măng hóa. Thời gian và nhiệt độ phơi lộ cũng liên quan đến độ rỗng.
Tái kết tinh (recrystallization): là quá trình mà trong đó các điều kiện vật lý hoặc hóa học
gây nên sự tái định hướng mạng tinh thể của các hạt khoáng vật. Các trầm tích trở nên phân phiến thông qua các thay đổi kiến trúc liên kết. Đây là quá trình xuất hiện nhằm đáp ứng các thay đổi các nhân tố như áp suất, nhiệt độ và pha chất lưu. Các gia tăng về kích thước hạt và sự đều đặn của hình dáng hạt làm giảm bề mặt và do đó làm giảm năng lượng tự do bề mặt (surface free energy).
Một phần sự tái kết tinh được thực hiện thông qua sự hòa tan và tái kết tủa của các pha khoáng vật sẵn có trong đá. Sự hòa tan (solution) liên quan tới quá trình, trong đó khoáng vật tan ra. Khi các chất lưu đi xuyên qua trầm tích hoặc đá, các thành phần này của trầm tích hoặc đá không bền vững – nói về áp suất, hoặc pH, Eh và nhiệt độ của pha chất lưu –sẽ tan ra. Chúng hoặc bị chuyển đi trong chất lưu, hoặc chúng lại kết tủa trong các lỗ rỗng lân cận hoặc trong các phần cạnh đó của trầm tích, nơi có các điều kiện khác. Đặt biệt quan trọng trong một số đá và trầm tích là sự hòa tan áp lực (pressure solution), một quá trình mà trong đó áp suất tập trung ở điểm tiếp xúc giữa các hạt (hình 3.4). Qua quá trình này làm khối được chuyển là điểm tiếp xúc đến chỗ áp suất thấp hơn, thường
trong khoảng lỗ rỗng, nơi mà sự tái kết tinh của pha hòa tan xuất hiện. Rõ ràng là sự hòa tan áp lực và sự tái kết tủa làm giảm độ rỗng của trầm tích và làm dễ dàng sự tái kết tinh kiến trúc.
Sự xi măng hóa (cementation): là quá trình trong đó
các kết tủa hóa học, trong dạng hạt các tinh thể mới, tạo thành trong các lỗ hổng của trầm tích hoặc đá, gắn kết các hạt với nhau. Các xi măng phổ biến bao gồm thạch anh, calcit và hematit, nhưng còn có nhiều loại xi măng khác
nhau như aragonit, calcit Mg, dolomit, thạch cao, celestit, goethite và todorokit. Calcit Mg, aragonit và protodolomit là đặc biệt quan trọng trong các trầm tích và đá carbonat nào đó, đặc biệt trong các trầm tích và đá carbonat trẻ tuổi. Sự hòa tan áp suất sinh ra cục bộ, xi măng phát sinh, nhưng nhiều xi măng gồm có các vật liệu mới (các vật liệu hóa ngoại lai) được đưa vào trong dung dịch bởi pha chất lưu đó. Rõ ràng rằng sự xi măng hóa làm giảm độ rỗng và góp phần vào sự phân phiến. Các kiến trúc mới, bao gồm kiến trúc hạt cầu (spheralitic), kiến
trúc răng lược (comb texture) và kiến trúc khảm tinh (poikilotopic texture) hình thành từ sự
xi măng hóa.
Sự tại sinh (authigenesis): là quá trình trong đó các pha khoáng vật mới được kết tinh
trong trầm tích hoặc đá trong quá trình thành đá. Các khoáng vật mới có thể sinh ra qua các phản ứng kéo theo các pha vốn có trong trầm tích hoặc đá, chúng có thể phát triển thông qua sự kết tủa của các vật liệu được đưa vào trong các pha chất lưu, hoặc chúng có thể sinh ra từ sự tái hợp của sự trầm tích, ban đầu và các thành phần được đưa vào. Sự tại sinh chồng lên sự phong phú và xi măng hóa, thường gây ra sự tái kết tinh và có thể gây ra sự thay thế. Sự
đa dạng của các pha tại sinh còn lớn hơn so với sự đa dạng của các khoáng vật xi măng. Các pha tại sinh bao gồm các silicat như thạch anh, felspat kali,,sét, zeolite, các carbonat như calcit, dolomit và calcit ferroan (sắt hóa trị 2); các khoáng vật evaporit , bao gồm halit, sylvit, thạch cao và anhydrit; các oxyd như hematit, geothit, todorokit; và vô số các khoáng vật khác, bao gồm các sulfat, sulfur và phosphate.
Sự thay thế (replacement): là quá trình trong đó một khoáng vật mới thay thế một pha
trầm tích ban đầu. Sự thay thế có thể là hình mới (neomorphic), trong đó là hạt mới cùng pha với pha ban đầu hoặc là một đa hình (polymorph) của pha đó; giả hình (pseudomorphic), được xác định ở đây như một pha mới mô phỏng dạng tinh thể bên ngoài của pha được thay thế nhưng là một pha khác; hoặc là tha hình (allomorphic), được xác định ở đây là sự thay thế trong đó một pha mới, thường có dạng tinh thể khác, thay thế một pha trầm tích ban đầu. Các pha thay thế cũng đa dạng như các pha hạt tại sinh, nhưng quan trọng nhất trong số các pha thay thế là dolomit, opal, thạch anh và ilit.
Sự khuấy trộn do sinh vật (bioturbation): liên quan đến các hoạt động vật lý sinh học xảy
ra hoặc gần bề mặt trầm tích, bao gồm sự đào hang, đào bới và trộn lẫn trầm tích bởi sinh vật. Sự khuấy trộn sinh vật làm xáo trộn trầm tích, có chỗ đến độ sâu 1m bên dưới bề mặt trầm tích. Trong một số trường hợp nó cũng làm tăng sự nén chặt và thường phá hủy sự phân phiến và phân lớp. Trong khi khuấy trộn, một số sinh vật đổ các vật chất xuống làm gắn kết trầm tích.
Các môi trường thành đá, nơi mà các quá trình thành đá khác nhau vận hành, bao gồm các môi trường ở bề mặt, các môi trường bị vùi nông và các môi trường bị vùi sâu. Các môi trường ở bề mặt và nông có thể là biển hoặc không phải biển, ở các môi trường bị vùi sâu không có sự phân biệt đó. ở các môi trường không phải biển và vùi nông, nước khí quyển thường là pha chất lưu chính. Ở dưới sâu, nước chôn vùi (connate water), nước bị cầm giữ trong các lỗ hổng trầm tích vào thời gian trầm tích, và các nước thủy phân có nguồn gốc từ các phản ứng hóa học kéo theo các pha khoáng vật ngậm nước hoặc thủy phân, cung cấp nền
Hình 3.4. 1 Sơ đồ thể hiện sự hòa tan áp lực trong khu vực tiếp xúc của hai hạt cát. Mũi tên lớn P chỉ ứng suất (tức là áp suất) tác động trên đới tiếp xúc. Mũi tên nhỏ chỉ hướng di cư của silic và vùng đánh bóng chỉ vùng kết tủa silic
tảng cho pha chất lưu. Sự thành đá còn được chia theo thời gian và không gian thành khởi
sinh (eogenesis), là sự thành đá sớm xuất hiện giữa tích đọng và chôn vùi ở gần bề mặt, trung sinh (mesogenesis) là sự thành đá giai đoạn giữa, xuất hiện sau khi chôn vùi; và hậu sinh
(telogenesis) là giai đoạn thành đá muộn xuất hiện sau khi trồi lộ lại của các đá bị chôn vùi trước đây. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});