Giáo trình Tinh thể, Khoáng vật, Thạch học - Chương 7: Đặc điểm chung về đá

Chương 7: Đặc điểm chung về đá 1. Nhóm đá magma. 2. Nhóm đá trầm tích. 3. Nhóm đá biến chất. 1. Nhóm đá magma Đá được hình thành do sự đông cứng lại của dung thể magma. • Magma • Dung nham (lava) 2 Kilauea (Hawaii) • Magma đông cứng ở bên dưới mặt đất → đá magma xâm nhập. - Xâm nhập nông - Xâm nhập sâu • Magma phun nổ hoặc chảy tràn trên mặt đất một cách lặng lẽ (dưới nước cũng như trên cạn) rồi đông cứng lại → đá magma phun trào. 3 Quá trình kết tinh của magma ở mỗi nhiệt độ nhất định sẽ tạo ra cấu tạo, kiến trúc nhất định. • Trình tự kết tinh → hình dạng khoáng vật. 4 • Tốc độ kết tinh → kích thước khoáng vật. 5 Dạng nằm • Hình dạng, kích thước, độ sâu, mối quan hệ với các đá vây quanh, cấu trúc bên trong và vị trí trong vùng. • Yếu tố bên trong: hoạt tính của magma (áp suất, trọng lực, độ linh động). • Yếu tố bên ngoài: cấu trúc và động lực học của đá vây quanh (cấu trúc miền ổn định, cấu trúc miền tạo núi). • Ranh giới thể địa chất rõ ràng: magma tiêm nhập vào các đá vây quanh, nguội lạnh nhanh → hạt nhỏ, dạng porphyre. • Ranh giới thể địa chất không rõ ràng: biến thể riêng biệt của các xâm nhập phân dị, giữa các đá vây quanh với các thể xâm nhập được thành tạo do sự thay thế magma. 6 7Dạng nằm đá magma phun trào • Theo vị trí: phun trào thực thụ, phun nghẹn. • Theo phương thức phun lên bề mặt: phun trào khe nứt, phun trào trung tâm. • Theo hình dạng: lớp phủ, dạng dòng, dạng vòm, dạng kim, dạng tháp Dạng nằm đá magma xâm nhập • Chỉnh hợp: Thể nấm, thể chậu, thể vỉa, thể thấu kính, thể xâm nhập giữa tầng. • Không chỉnh hợp: Thể cán, thể tường, thể batolite. 8 9 10 Thành phần vật chất *Thành phần hóa học: tỷ lệ các oxide có trong đá. • Chủ yếu là silicate. • Chất bốc ít hơn trong magma. - Hợp phần chủ yếu: chiếm vài phần trăm (SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O...) - Hợp phần thứ yếu: chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong đá (TiO2, ZrO2, MnO2, P2O5, BaO, ...) - Hợp phần phụ: không phổ biến ở mọi loại đá mà chỉ có trong vài loại đá riêng biệt (Cu, Ni, Co, Cr, Au, Sn, Mo, W, Th...) 11 *Thành phần khoáng vật: tỷ lệ các khoáng vật có trong đá. - Khoáng vật chủ yếu: >5%. - Khoáng vật thứ yếu: <=5%. - Khoáng vật phụ • Mỗi loại đá khác nhau có TPKV chủ yếu khác nhau. • Các KV thứ yếu chỉ dùng để phân chia chi tiết nhóm đá. • KV phụ là một trong những cơ sở để phân biệt các phức hệ đá magma. • Khoáng vật chủ yếu trong đá này có thể là khoáng vật thứ yếu trong đá khác. 12 * Phân loại khoáng vật dựa vào nguồn gốc. • Khoáng vật nguyên sinh: hình thành trực tiếp từ magma. • Khoáng vật thứ sinh: do khoáng vật nguyên sinh biến đổi. • Khoáng vật biến sinh: hình thành các biến thể đa hình do thay đổi điều kiện hóa lý. • Khoáng vật tha sinh (không có nguồn gốc magma): do đá magma hòa tan hay đồng hóa với đá vây quanh. * Cộng sinh khoáng vật trong đá magma. • Các khoáng vật đi chung, kết hợp với nhau theo một cách thức riêng biệt. • Thành phần hóa học, điều kiện hóa lý → tổ hợp cộng sinh khoáng vật. • Sự hiện diện một số khoáng vật trong đá magma → sự tồn tại hoặc không tồn tại các khoáng vật khác trong đá. 13  KV sáng màu SALIC.  KV sẫm màu FEMIC.  Chỉ số màu: % thể tích khoáng vật sẫm màu. • Đá magma acid (10%) – trung tính (30%) – base (50%) – siêu base (95%). • leuco-; meso-; mela- 14 Cấu tạo (structure) • Sự phân bố (khả năng lấp đầy) trong không gian của các hợp phần tạo nên đá. - Cấu tạo khối. - Cấu tạo cầu (đồng tâm). - Cấu tạo dị li (taxit). - Cấu tạo định hướng, dòng chảy. - Cấu tạo dải. - Cấu tạo đặc sít. - Cấu tạo lỗ hổng, bọt, xỉ. - Cấu tạo hạnh nhân. • Khối nứt nguyên sinh, khối nứt dạng cột, dạng vỉa, dạng nêm. 15 16 Cấu tạo lỗ hổng của basalt. 17 vesicular Cấu tạo bọt của basalt. 18 pumice Cấu tạo xỉ của basalt. 19 scoria Kiến trúc (texture) Hình dạng, kích thước, mức độ kết tinh và quan hệ trong không gian của các hợp phần tạo nên đá. Trình độ kết tinh: toàn tinh, nửa thủy tinh, thủy tinh. Kích thước tuyệt đối: hiển tinh (hạt lớn, hạt vừa, hạt nhỏ), ẩn tinh. Kích thước tương đối: hạt đều, hạt không đều, porphyr, dạng porphyr. Hình dạng: toàn tự hình, nửa tự hình, toàn tha hình. Kiến trúc mọc xen: pegmatite (vân chữ, chữ cổ, granophyre), myrmekite, perthite. 20 KT khảm: các tinh thể tự hình của kv này được gắn bởi một tinh thể lớn tha hình hơn. KT ophite: pl có dạng tinh thể kéo dài tự hình xếp chéo nhau tạo nên khoảng trống được lấp đầy bởi py tha hình. → KT khảm – ophite. KT vành phản ứng: kv màu bị bao quanh bởi một vành kv màu khác. KT aphia: không có ban tinh. Số lượng tương đối giữa vi tinh – thủy tinh: KT gian phiến, intersertal (vi tinh 75%), KT hyalopilite (vi tinh 50%), KT vitrophyr (vi tinh 25%). 21 KT spherolite: tập hợp tỏa tia do quá trình tái kết tinh thủy tinh → felsite. KT aplite: hạt nhỏ, rất nhỏ. KT pegmatoid: đá pegmatite có các hạt kv kích thước lớn sắp xếp không có quy luật. KT vụn thủy tinh, KT vụn tinh thể, KT vụn đá 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Phương pháp nghiên cứu • PP địa chất: ngoài thực địa (vết lộ, công trình khai đào, lỗ khoan). • PP trong phòng: • Kính hiển vi phân cực: nghiên cứu thành phần, kiến trúc, cấu tạo đá. • Phân tích hóa. • PP nhúng 44 Phân loại đá magma Dựa trên một số nguyên tắc sau: • Số lượng (tỉ lệ %): KV chủ yếu, KV thứ yếu... • Nguồn gốc: KV nguyên sinh, KV thứ sinh... • Thành phần hóa học: hợp phần chủ yếu, hợp phần thứ yếu... • Chỉ số màu • Hàm lượng silicat • Hàm lượng SiO2 • Thành phần khoáng vật • Dạng nằm của đá • Kiến trúc của đá 45 ĐÁ CÓ TRƯỚC (Magma, trầm tích, biến chất) PH vật lý, hóa học, sinh vật Vận chuyển, lắng đọng Đá trầm tích TT sét (n = 50 - 70%)  đá sét (n = 30 - 40%) đá phiến sét (3 – 5%). Giai đoạn thành đá là giai đoạn biến đổi vật liệu TT → đá TT. (Các hiện tượng: nén chặt, mất nước, gắn kết, tái kết tinh,). Giai đoạn hậu sinh: đá TT bắt đầu bị biến đổi. Cát Qz  cát kết Qz cát kết Qz dạng quartzite. T, P bình thường 2. Đá trầm tích 46 Quá trình thành đá (diagenesis) Đá gốc Phá huỷ các đá và khoáng vật Phong hoá, xói mòn Vận chuyển vật liệu Nuớc, gió Lắng đọng vật liệu Nén chặt Gắn kết Silicate hoặc calcite Tái kết tinh Đá trầm tích 47 Đá trầm tích là những thể địa chất được hình thành trên bề mặt của VTĐ tích tụ và biến đổi theo phương thức cơ lý và hóa học các sản phẩm phong hóa, kiến tạo, núi lửa và sinh vật trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường. Quá trình thành tạo vật liệu trầm tích Do phá hủy kiến tạo - Đứt gãy, chuyển động khối tảng, tạo núi và quá trình sụt lún tạo các bồn trầm tích → sản phẩm nghiền nát của đá gốc với nhiều kích thước khác nhau (khối, tảng, cuội, sạn, cát, bột). - Vật liệu hạt thô là sản phẩm của quá trình phá hủy kiến tạo → tầng trầm tích hạt thô đánh dấu một chu kỳ trầm tích liên quan đến một chu kỳ kiến tạo mạnh. 48 Do phong hóa Quá trình phá hủy đá gốc dưới tác dụng của các yếu tố vật lý và hóa học và hoạt động của sinh vật. - Phong hóa vật lý: đá gốc → hạt vụn. - Phong hóa hóa học: đá gốc → biến đổi thành phần khoáng vật và thành phần hóa học. - Phong hóa sinh học: đá gốc → mất đi một số nguyên tố Al, Fe, Ca, K do thực vật, sinh vật 49 50 Độ bền vững KV tạo đá KV phụ Rất bền Thạch anh, limonite, sét Zircon, tourmaline, rutil, topaz, spinel, kim cương Bền Muscovite, orthoclase, microcline, plagioclase acid Granate, monazite, epidote, cassiterite, titanite, ilmenite, leucoxene, silimanite Không bền Biotite, plagioclase trung tính, pyroxene, amphibole, calcite, dolomite, glauconite Apatite, barite, andalusite, staurolite, disthen Rất không bền Plagioclase base, gypsum, anhydrite, siderite, halite, olivine, feldspar Pyrite, pyrotine, sulphate Fe Bảng phân loại độ bền vững khoáng vật khi phong hóa Sự di chuyển và lắng đọng từ dung dịch keo Dung dịch keo: vật chất có kích thước 0,01-0,001mm trong môi trường phân tán (nước). Các hạt keo thường gặp là Al2O3, Fe2O3, Fe(OH)2, MnO, SiO2, CaCO3 chúng mang điện tích. - Hai hạt keo điện tích trái dấu → trung hòa điện → ngưng keo. - Dung dịch keo → kết tủa khi có chất điện phân (vùng cửa sông) - Dung dịch keo mất nước → quá bão hòa → keo già → chặt sít, rắn chắc. 51 • Keo sắt - limonite (Fe2O3.nH2O) rất mềm → goehtite rắn chắc (do mất nước và tái kết tinh) • Keo silic - opal (SiO2.nH2O) ở trạng thái vô định hình → chalcedony rắn chắc hơn (dạng ẩn tinh). Đặc điểm kv dạng keo: tính hấp phụ mạnh, vết vỡ vỏ sò hoặc hình cầu, cấu tạo trứng cá, hạt đậu, kết hạch và tổ ong. 52 Sự di chuyển và lắng đọng từ dung dịch thật Dung dịch chứa các nguyên tố dạng ion (hòa tan). Độ hòa tan các hợp chất trong tự nhiên: Al → Fe → Mn → SiO2 → P2O5 → CaCO3 → CaSO4 → NaCl → MgCl2 53 Al P2O5 100% 50% MgCl2 Độ hòa tan DD keo DD thật - pH: hợp chất silic tan mạnh khi pH>9; hợp chất nhôm tan mạnh khi pH10; calcium carbonate tan mạnh khi pH<6. - Eh: tùy thuộc vào môi trường oxy hóa hay môi trường khử. - P: áp suất ảnh hưởng đến hàm lượng CO2 trong nước biển. - Nhiệt độ: độ hòa tan tăng theo nhiệt độ (trừ thạch cao). 54 Tác dụng phân dị trầm tích Hiện tượng phân chia trầm tích thành các thể độc lập dưới tác dụng của các quá trình cơ học và hóa học xảy ra từ khi vận chuyển đến khi lắng đọng trầm tích. Sự phân dị cơ học: phân chia các sản phẩm phá hủy kiến tạo và phong hóa vật lý thành các loại đá riêng biệt phân bố ở các vị trí khác nhau trong không gian. - Kích thước, tỷ trọng giảm dần từ thượng nguồn đến hạ nguồn hoặc từ bờ ra ngoài khơi. 55 Sự phân dị hóa học: từ lục địa ra đại dương, trình tự lắng đọng là oxide, phosphate – silicate, carbonate, sulphate, haloid. 56 Sườn lục địa pH Al Fe Ca SiO2 Mn Mn SiO2 7 9 11 Mực nước biển Thềm lục địa + + + + + + + + + + + + + + + + + + - Al2O3 và Fe2O3 chủ yếu được thành tạo trong VPH trẻ vùng khí hậu nhiệt đới ẩm. - MnO2: lắng đọng sau Al và Fe, khi có Fe tạo nên kết hạch Fe-Mn. - SiO2 hoặc kết hợp với các kim loại (Fe) lắng đọng gần bờ sau Fe và Mn. - FeCO3 và FeS2 lắng đọng sau silicate Fe. - CaCO3 lắng đọng sau siderite. - Dolomite, gypsum, anhydrite, fluorite khi nồng độ muối cao gấp 5 lần bình thường. - Các hợp chất chlorur và sulphate magne khi nồng độ gấp 11 lần. 57 Quá trình thành đá và biến đổi Đá gốc → (phong hóa, kiến tạo) → vật liệu trầm tích → lắng đọng trầm tích → tạo đá → hậu sinh → biến sinh Quá trình biến đổi vật liệu trầm tích thành đá trầm tích. Các giai đoạn hình thành đá: (1) GĐ sớm (oxy hóa): trầm tích ở trạng thái bở rời, gắn kết yếu → khoáng vật tại sinh có nguồn gốc keo và dd thật. *Trong môi trường pH>8 (biển), qu và fp có thể bị hòa tan, gặm mòn, mica bị thủy phân thành hydromica giải phóng cation và SiO2.nH2O, hình thành kết tủa calcite, dolomite, magnesite, siderite, các kv chứa Mg, Fe thủy phân thành glauconite. * Trong môi trường pH<7 (lục địa), ăn mòn carbonate, phosphate, feldspar và mica thành kaolinite.58 (2) GĐ muộn (khử): vật chất phân bố lại, nén chặt. Vật chất hữu cơ phân hủy giải phóng H2S và CO2 tạo kết hạch pyrite và siderite. Các giai đoạn biến đổi đá: (1) GĐ Hậu sinh: thay đổi từng phần kiến trúc và thành tạo khoáng vật mới dưới tác động của các quá trình hóa lý, cơ lý (không tác động của sinh vật). * Thời kỳ hậu sinh sớm: khoáng vật nguyên thủy vẫn còn bảo tồn, khoáng vật không bền chưa biến đổi hoàn toàn. Độ rỗng giảm còn 10-15%. 59 • Thời kỳ hậu sinh muộn: vật chất hữu cơ, sét bị biến đổi mạnh; than đá → than mỡ, than cốc, than gầy; đá sét kết → sericite hóa 50% xếp định hướng với vật chất than; ranh giới tiếp xúc các hạt vụn là kiểu thể hiện các quá trình hòa tan – nén ép – tái kết tinh; độ rỗng giảm còn 4-10%; đá vôi vi hạt tái kết tinh thành kiến trúc hạt không đều, có cấu tạo stilolite. • (2) GĐ Biến sinh: P, T, có sự tham gia của P kiến tạo, 200-300oC; 2000-3000atm; 7000-8000m. Đá biến đổi mạnh mẽ, có nhiều dấu hiệu của đá biến chất. 60 61 Sự phân bố các đá TT • Vị trí: Chủ yếu trên bề mặt của vỏ TĐ. • Khối lượng  5% • Diện tích:  75% bề mặt TĐ. • Bề dày: không đều nhau. • Giữa các loại đá TT cũng có sự phân bố không đồng đều. • Sét kết + cát kết + đá vôi  98% (tổng số các đá TT) • Các loại đá TT khác với tỉ lệ rất nhỏ: 2%. Sét: 77,1%; Cát: 13,2%; Đá vôi: 7,7%; Muối: 1,5%; Các loại đá khác: 0,5%. 63 Các phương pháp nghiên cứu đá trầm tích Các p/p cổ điển + các p/p hiện đại. Ngoài thực địa: PP ĐC. Cần lưu ý các vấn đề sau: Mặt cắt ĐC, KV, KT, CT, màu sắc, phong hóa, di tích hữu cơ, Trong PTN - P/P TH lát mỏng: Xác định KV, KT, CT, sự biến đổi - P/P phân tích độ hạt (rây): Đá bở rời hoặc gắn kết yếu xác định cấp độ hạt, độ chọn lọc - P/P phân tích KV nặng: Xác định tỉ trọng KV bằng một loại dung dịch. - Phương pháp phân tích độ lỗ rỗng, độ thấm của đá, hàm lượng bitum TK TD DK. 64 Độ chọn lọc tốt Độ chọn lọc kém Độ chọn lọc – Kích thước 65 Độ mài tròn – Hình dạng 66 Cuội kết Dăm kết Cát kết Đá vụn núi lửa Cát kết thạch anh xi măng vôi Đá vôi trứng cá 67 Đá vôi sinh vật Than 68 Ý nghĩa • KS có liên quan chặt chẽ với đá TT: bauxite, than, DK, sắt, mangan, muối, phosphorite, Ti, vàng, thiếc, crôm • Giá trị và sản lượng gấp nhiều lần so với trong đá magma. • Bản thân đá TT cũng là một loại KS: cát, sét, đá vôi 69 Thành phần hóa học • Các oxit thường đơn giản và ít hơn đá magma - Đá vôi dolomite CaMg(CO3)2 - Cát kết thạch anh SiO2 • Hàm lượng các oxit biến thiên không giới hạn - Cát kết thạch anh: SiO2 có khi đạt 99% - Sét kaolin: Al2O3 đạt 40% • Hàm lượng Fe3+ nhiều hơn đá magma • Hàm lượng Fe2+ ít hơn đá magma • Hàm lượng Na2O ít hơn đá magma và tỉ lệ K2O/Na2O>1. • Hàm lượng H2O, CO2, S nhiều hơn đá magma 70 Thành phần khoáng vật • KV tha sinh (KV vụn)  Do sự phong hóa cơ học.  Là thành phần chủ yếu trong đá trầm tích cơ học và thành phần thứ yếu trong đá trầm tích hóa học và sinh hóa.  Vững bền trong điều kiện trên mặt đất Qz, muscovite, zircon, cassiterit...  Ít nhiều bị mài tròn, chọn lọc trong lúc vận chuyển – lắng đọng. 71 • KV tự sinh (KV tại sinh)  Do sự lắng đọng từ dung dịch thật, dung dịch keo  Là thành phần chủ yếu trong đá TT hóa học và sinh hóa; là ximăng gắn kết trong đá TT cơ học  Có nhiều KV tự sinh chỉ gặp trong đá trầm tích  Cộng sinh với nhau theo những qui luật nhất định. Dolomite, hydromica, monmorillonite thường gặp trong môi trường vũng vịnh  Chỉ thị về điều kiện hóa lý của môi trường trầm tích. Silic  acid; kaolinite → acid; hidromica → trung tính và kiềm yếu; dolomite → kiềm yếu và kiềm; pyrite→ khử; Fe(OH) → oxi hóa. 72  Chỉ về độ muối của môi truờng. Dolomite lắng đọng khi nồng độ muối rất cao.  Chỉ về mức độ biến đổi của đá. Sericite, chlorite,... thường được thành tạo trong giai đoạn biến chất sớm. 73 • Vật liệu núi lửa  Do hoạt động của núi lửa.  Thành phần: thủy tinh, mảnh vụn thủy tinh, mảnh đá, KV  Chủ yếu trong các đá tuff, tuffit, tuffogen (tuff chứa vật liệu núi lửa > 90%; tuffit: 90 30%; tuffogen: 30  10%).  Lắng đọng tại chỗ, do nước mang đi và lắng đọng nơi khác.  Cũng bị mài tròn và chọn lọc.  Làm thay đổi môi trường địa hóa. 74 • Di tích hữu cơ  Thường gặp trong các đá trầm tích sinh hóa  Có vai trò trực tiếp hoặc gián tiếp trong quá trình thành tạo đá. - Trực tiếp: sau khi chết, xương hoặc vỏ của chúng xếp chồng chất lên nhau và gắn kết lại tạo nên đá. Đá vôi (san hô – ĐV), diatomea (tảo cát - TV), than... - Gián tiếp: khi sinh vật còn sống hay đã chết chúng sẽ tạo ra môi trường thuận lợi cho sự lắng đọng trầm tích. 75 Phân loại • Nguyên tắc: thể hiện được những thông tin sau  Nguồn gốc  Điều kiện thành tạo  Thành phần  Cấu tạo, kiến trúc  Mối quan hệ các đá  Đơn giản • Phân loại:  Nhóm I: đá trầm tích cơ học (vụn)  Nhóm II: đá sét (cơ học và HH)  Nhóm III: đá trầm tích hóa học và sinh hóa 76 Trầm tích vụn - cuội kết (Hà Tây) Trầm tích hóa học – Đá vôi (Kiên Giang) 77 Trầm tích hóa học – Đá vôi chứa di tích sinh vật (Kiên Giang) Trầm tích hóa học – Đá vôi chứa di tích sinh vật (Kiên Giang) 78 Trầm tích hóa học – laterite (Đồng Nai) Trầm tích hóa học – bauxite (Lâm Đồng) 79 Cách gọi tên • Đá có nhiều thành phần → gọi tên riêng  Cát kết arkose, cát kết graywacke,... • Đá có 2 hoặc 3 thành phần thì gọi tên theo KV với số lượng giảm dần, nếu số lượng < 10% thì ghép thêm chữ “chứa” hoặc trước thành phần thứ ba cũng ghép thêm chữ “chứa”.  Cát Qz: 70% và bột Qz: 30%, cát – bột kết thạch anh  Sét: 50%, calcite: 30% và cát: 20% Sét - vôi chứa cát. • Theo nguồn gốc ban đầu  Calcite: 80% và dolomite: 20%; nếu dolomite được thành tạo từ calcite (do trao đổi thay thế) đá vôi dolomite hóa chứ không gọi là đá vôi dolomite. 80 • Theo điều kiện thành tạo. Cát kết Qz chứa glauconite (glauconite-điển hình cho trầm tích biển ven bờ-biển nông, trong môi trường trung tính -kiềm yếu). • Theo mức độ biến đổi của đá. Đá vôi tái kết tinh → đá được thành tạo trong giai đoạn hậu sinh. Đá vôi dạng cẩm thạch → giai đoạn biến sinh. • Theo ý nghiã thực tiễn. Các đá trầm tích (Al, Fe, Cu, PO4, kaolinite,...) có giá trị công nghiệp thì sẽ được ưu tiên trong cách gọi tên. Trong cát kết Qz – feldspat, nếu feldspat  kaolinite và có giá trị công nghiệp thì gọi tên theo cách khác (kaolin chứa cát). 81 Kiến trúc đá trầm tích vụn • KV tha sinh – hạt vụn (phong hóa cơ học) 82  Kích thước hạt vụn Kiến trúc cuội (psephite) Kiến trúc cát (psammite) Kiến trúc bột (aleurite) Kiến trúc sét (pelite)  Hình dạng hạt vụn Dạng góc cạnh Dạng nửa góc cạnh Dạng tròn cạnh Dạng rất tròn cạnh Dạng gặm mòn Dạng tái sinh 1m 1dm 1cm 1mm 0,1mm 0,01mm Khối Tảng Cuội, dăm Sỏi, sạn Cát Bột Sét • KV tự sinh – xi măng – (dung dịch thật hay dung dịch keo).  Gắn kết hạt vụn  Thường có nguồn gốc tự sinh  Thành tạo trong mọi giai đoạn  Phân loại: o Vô định hình o Ẩn tinh o Tái kết tinh o Hóa hạt o Thay thế 83 Kiểu xi măng (hạt vụn - xi măng) Cơ sở Gặm mòn Lấp đầy Tiếp xúc Nén ép Tái kết tinh Kết vỏ Tái sinh Khảm 84 85 86 87 88 89 90 91 Kiến trúc đá trầm tích hóa học và trầm tích sinh hóa Theo hình dạng:  Vô định hình  Ẩn tinh  Tái kết tinh  Hóa hạt  Thay thế  Tha hình  Tự hình sinh vật  Tàn tích sinh vật 92 Theo kích thước:  Hạt đều  Hạt không đều  Hạt thô  Hạt lớn  Hạt vừa  Hạt nhỏ  Hạt mịn  Vi hạt  Dạng keo Kiến trúc đá sét • Kiến trúc sét, > 50% khoáng vật có kích thước sét. • Kiến trúc sét – cát: khi có sét >50% và cát: từ 5  25%. • Kiến trúc sét – bột: khi có sét > 50% và bột: từ 5  25%. • Kiến trúc ẩn tinh: từ 0,01  0,001 mm. • Kiến trúc dạng keo: có kích thước < 0,001 mm. • Kiến trúc toàn tinh: khi các phần tử tạo đá được kết tinh hoàn toàn. • Kiến trúc sét – thực vật (phytopelit). • Kiến trúc sét – động vật. • Kiến trúc dạng cuội kết, dạng dăm kết • Kiến trúc hạt đậu • Kiến trúc trứng cá 93 Cấu tạo CT trên mặt lớp (các dấu vết trên mặt lớp) như dấu vết gợn sóng do dòng nước, sóng biển, gió, khe nứt khô, giọt mưa, vết hằn CT khối (đồng nhất). Không định hướng; không thành lớp mà đồng nhất theo các phương. CT dòng chảy, vò nhàu. Định hướng; bị uốn lượn thành dãy theo dòng chảy; sét, carbonat,... CT phân lớp: nằm ngang, lượn sóng, xiên chéo. Phổ biến và đặc trưng cho đá trầm tích. CT spherolite CT stilolite CT hạnh nhân 94 95 96 97 98 Heä taàng Ñôn Döông (CT phaân lôùp naèm ngang) 99 Ñaïi Laøo 100 Caàu Ñaïi Ninh 101 Caàu Ñaïi Ninh – cuội kết cơ sở 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 3. Đá biến chất • Thành tạo từ sự biến đổi của các đá có trước trong các điều kiện sau:  Ở trạng thái cứng.  Nằm ở phần sâu của vỏ TĐ.  Các yếu tố nội lực (T, P, dd biến chất) → Đá có trước bị thay đổi về thành phần, kiến trúc, cấu tạo. 116 So sánh điều kiện thành tạo Đá magma Đá biến chất Đá trầm tích Lỏng Cứng T & P T & P T & P bình thường Yếu tố ngoại lực Yếu tố nội lực Yếu tố ngoại lực 117 - T từ 300 → 1.000o C - P từ 250 – 300 bar → 15 – 20 Kbar. - Độ sâu nằm dưới đới phong hoá và đới trầm tích. Các yếu tố biến chất • Nhiệt độ • Áp suất • Dung dịch b/c • Thời gian b/c 118 Nhiệt độ Tác dụng  Gây nên các phản ứng hoá học giữa các vật chất tạo đá.  Thúc đẩy các tác dụng vật lý của các dung dịch tuần hoàn trong đá  Làm thay đổi các tính chất vật lý của các đá.  Nhiệt độ cao, các ion và nguyên tử di chuyển làm sắp xếp lại các tinh thể 119 Nguồn gốc Hoạt động của Mm, ở gần khối Mm hay gần họng núi lửa bao giờ cũng có lượng nhiệt lớn và nhiệt độ cao. Gradient địa nhiệt. Biến đổi theo chiều sâu và chiều ngang do cấu trúc ĐC của từng vùng. •Trong vỏ TĐ, càng xuống sâu thì nhiệt độ càng tăng, trung bình là 300/Km (10/33m). •Vùng núi lửa hoạt động: 350/Km. Do chuyển động kiến tạo, như các hệ thống đứt gẫy dịch chuyển theo các mặt trượt. Sự tập trung của những vật chất phóng xạ với nồng độ cao cũng có liên quan tới dòng nhiệt, làm nhiệt độ gia tăng. Theo thời gian ĐC, gradient địa nhiệt trước Cambri (Arkezoi – Thái cổ) cao hơn ngày nay rất nhiều. 120 Áp suất Phức tạp, với nhiều dạng P khác nhau: áp suất thủy tĩnh, áp suất định hướng, áp suất của những dung dịch khí hay nước tuần hoàn trong đá → áp suất tổng. Áp suất thủy tĩnh (Pl) Còn gọi là áp suất địa tĩnh, áp suất tải trọng. Do tác dụng trọng lượng của các lớp đá nằm trên đối với các lớp đá nằm dưới sâu. Phổ biến ở những độ sâu lớn (tăng theo độ sâu). Pl làm nâng cao nhiệt độ kết tinh của KV. 121 Tạo khoáng vật đặc xít hơn Tăng nhiệt độ kết tinh 122 Fosterite + Anortite → Garnet Mg2SiO4 CaAl2Si2O8 CaMg2Al2(SiO4)3 Thể tích phân tử 43,91 101,1 125,8 Áp suất định hướng (Ps) Do hoạt động kiến tạo và chỉ tồn tại trong các vật liệu rắn. Xảy ra chủ yếu ở phần nông của vỏ TĐ Càng xuống sâu thì Ps càng giảm, còn Pl càng tăng. Phá vỡ các đá và làm thay đổi CT, KT của đá (bị vỡ vụn). Gây nên sự biến dạng các đá và đồng thời tạo khe nứt. Làm giảm nhiệt độ kết tinh của KV. Tạo điều kiện thuận lợi cho sự di chuyển của dung dịch B/c trong đá; thúc đẩy nhanh chóng các vận tốc phản ứng HH cũng như nâng cao tác dụng vật lý của các dung dịch tuần hoàn trong đá. 123 124 Dung dịch biến chất Trong các đá, tại chỗ tiếp xúc giữa các KV hoặc trong các bao thể hoặc trong các vi khe nứt luôn luôn tồn tại một dung dịch di chuyển tuần hoàn trong đá được gọi là dung dịch B/c. Có thể tồn tại ở trạng thái lỏng hoặc khí phụ thuộc vào nhiệt độ B/c. Thành phần chủ yếu là H2O, CO2... Tác dụng của dung dịch biến chất Tạo ra áp suất hơi nước (PH2O) Tạo ra áp suất thán khí (PCO2) 125 Bổ sung áp suất thủy tĩnh Là môi trường ion và nguyên tử di chuyển 126 Muscovite + Thạch anh  Orthoclase + Silimanite + nước KAl2[AlSi3O10](OH)2 + SiO2 KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Calcite + Thạch anh  Wollastonite +CO2 CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 Fosterite + Thạch anh = Enstatite Mg2SiO4 + SiO2 2MgSiO3 Talc + Calcite → Tremolite Mg3Si4O10(OH)2 + CaCO3 Ca2Mg5Si8O22[OH]2 Các kiểu biến chất Dạng biến chất động lực (B/c cà nát) Chủ yếu do tác dụng của Ps xảy ra dọc theo các đứt gãy kiến tạo, có kèm theo các chuyển động phá hủy kiến tạo. Các đá nguyên thủy bị cà nát cơ học dọc theo đứt gãy, bị thay đổi về kiến trúc, cấu tạo còn thành phần khoáng vật không thay đổi (chỉ bị vỡ vụn). 127 Dạng biến chất nhiệt động Do tác dụng đồng thời của cả ba yếu tố: nhiệt độ, áp suất và dung dịch biến chất. Thay đổi kiến trúc, cấu tạo, thành phần khoáng vật và đôi khi cả thành phần hóa học. Nếu quá trình biến chất xảy ra trong phạm vi rộng lớn (như miền địa máng) thì gọi là biến chất khu vực; nếu xảy ra trong phạm vi nhỏ (như dọc theo các đứt gẫy) thì gọi là biến chất địa phương. 128 Dạng biến chất nhiệt (biến chất nhiệt tiếp xúc) Thường có liên quan tới hoạt động của các khối xâm nhập do lượng nhiệt thoát ra từ khối magma đang kết tinh. Phân bố ở nơi tiếp xúc giữa đá magma xâm nhập và đá vây quanh  đới biến chất tiếp xúc Các đá bị biến đổi về thành phần khoáng vật, kiến trúc, cấu tạo. 129 Dạng biến chất trao đổi (biến chất sau Mm) Do tác dụng chủ chủ yếu của dung dịch biến chất được thoát ra từ khối magma đã kết tinh (dung dịch sau magma vừa mới kết tinh xong) Các đá bị biến đổi nằm ở hai bên tiếp xúc và có thành phần hóa học hoàn toàn khác với đá ban đầu vì có sự thay đổi các nguyên tố hóa học giữa khối xâm nhập và đá vây quanh. Nếu qúa trình biến chất xảy ra trong một phạm vi lớn thì gọi là biến chất trao đổi khu vực; nếu xảy ra tên một phạm vi nhỏ như quanh khối xâm nhập thì gọi là biến chất tiếp xúc trao đổi. 130 Siêu biến chất Do tác dụng của nhiệt độ, áp suất và dung dịch biến chất. Đây là dạng biến chất đặc biệt (phần biến chất cao) của biến chất nhiệt động (biến chất khu vực) làm tái nóng chảy từng phần của đá. Biến chất phức Một khu vực gồm nhiều dạng biến chất nằm chồng lên nhau và hoàn toàn độc lập. 131 Biến chất giật lùi (tự biến chất) Nhiệt độ, áp suất hạ thấp → các đá (khoáng vật) biến chất được thành tạo ở mức độ cao → các đá (khoáng vật) biến chất ở mức độ thấp Do tác dụng của dung dịch sau magma cùng nguồn và xảy ra bên trong khối magmna kết tinh. Các quá trình biến đổi thứ sinh (hoặc khí thành nhiệt dịch), quá trình đá phun trào kiểu mới bị biến đổi thành đá phun trào kiểu cũ cũng thuộc nhóm tự biến chất. 132 133 Tướng biến chất Tướng biến chất là sự thể hiện một trình độ biến chất tương ứng với một giới hạn nhất định về điều kiện nhiệt độ và áp suất. Các đá được thành tạo trong một điều kiện nhiệt độ, áp suất nhất định được gọi là những đá có cùng một tướng biến chất. 134 Thành phần vật chất Thành phần hóa học Các hợp phần hóa học chủ yếu tạo đá biến chất cũng tương tự như trong đá magma nhưng không mang tính quy luật. 135 Thành phần KV ◦ Các đá biến chất chứa khá nhiều KV khác nhau, hầu như không gặp trong các đá Mm. ◦ Khoáng vật chính >=5%. ◦ Khoáng vật phụ <5%. 136 Đá Khoáng vật Mm và b/c olivine, augite, horblend, plagioclase, orthoclase, Qz, biotite, muscovite, phlogopite, ilmenite, magnetite, chlorit, actinolite, tremolite, wollastonite, jaderite B/c andalousite, disthene, silimanite, cordierite, garnet, staurolite... Khoáng vật sót: apatit, zircon, rutil, titanite, toumaline, quặng Khoáng vật cân bằng: silimanite, andalusite, garnet, biotite Khoáng vật biến chất lùi: sericite, chlorite Disthene dạng tấm dài, có 1 phương cát khai 137 Andalusite 138 Garnet 139 Garnet màu xanh lục (trên) và hồng nhạt (dưới) 140 Cordierite dạng tha hình (trên) và có song tinh đa hợp (dưới) 141 Silimanite dạng tấm dài, có 1 phương cát khai và nhiều đường nứt ngang. 142 Silimanite dạng bó sợi (fibrolite) 143 Đặc điểm kết tinh Hình dạng 144 Marble Quarzite Kết tinh đồng thời  mức độ tha hình. Tính phân đới Tính định hướng Nhiệt độ và áp suất Mỗi một tập hợp KV trong đá B/c chỉ thị về điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định. 145 146 Cấu tạo (CT) CT sót: CT của đá nguyên thủy còn sót lại. CT Bc: hình thành ngay trong quá trình Bc. • Cấu tạo khối, khi tất cả các khoáng vật phân bố đồng nhất. • Cấu tạo định hướng:  Cấu tạo phiến: KV xếp kéo dài theomột phương.  Cấu tạo dải: KV phân dị về độ hạt và thành phần.  Cấu tạo vi uốn nếp  Cấu tạo gneiss: KV định hướng dạng đường, mặt phân phiến không rõ.  Cấu tạo mắt: KV có kích thước lớn dạng thấu kính, phân bố song songmặt phân phiến.  Cấu tạo vết: tập hợp KV dạng nút, ban biến tinh. 147 Kiến trúc (KT) KT sót: KT đá nguyên thuỷ + biến dư KT biến tinh quá trình Bc và tái kết tinh • KT hạt nhỏ, vừa, lớn. • KT biến tinh hạt đều, biến tinh hạt không đều, ban biến tinh • KT hạt biến tinh, men rạn, sừng các KV có dạng đẳng thước tha hình. • KT granulite • KT vảy biến tinh KV dạng vảy, tấm chiếm ưu thế • KT vảy – hạt biến tinh • KT que, sợi biến tinh các KV có dạng que, trụ sắp xếp gần song song nhau • KT khảm biến tinh KV này khảm trên ban biến tinh lớn KV khác. 148 Cấu tạo phiến 149 Ban biến dư 150 Sét biến dư 151 Ban biến tinh 152 Hạt biến tinh 153 Hạt biến tinh 154 Hạt-vảy-que biến tinh 155 Ban biến tinh 156 Men rạn 157 Sừng 158 Mylonite 159 Phân loại Dựa vào nguồn gốc Đá biến chất động lực. Đá biến chất nhiệt. Đá biến chất nhiệt động. Đá biến chất trao đổi. Dựa vào trình độ biến chất (tướng biến chất) để phân chia ra thành các nhóm đá: Nhóm đá B/c thấp. Nhóm đá B/c trung bình. Nhóm đá B/c cao. 160 Tên gọi Thể hiện ở hai đặc điểm cơ bản • Cấu tạo • Thành phần khóang vật 161 Đá sừng là tên gọi chung cho các đá b/c có CT khối, hạt mịn, sẫm màu và là sản phẩm của biến chất nhiệt Đá sừng Qz – biotite – cordierite. Đá phiến là tên chung của các đá B/c có CT phân phiến Đá phiến kết tinh Qz – mica có garnet; Đá phiến Qz – mica – andalusite; Đá phiến Qz – sericite; Gneiss là tên chung của các đá B/c có CT gneiss Gneiss micas – granat; Gneiss micas – disthen. 162 Dăm kết kiến tạo có cấu tạo dăm thô. Micmatit là tên chung của các đá siêu biến chất Gọi tên đá theo thành phần KV Gọi tên đá một cách tùy tiện, theo thói quen, nhưng tương đối hiếm gặp; như đá skarn, marble, greisen, Theo mối quan hệ chuyển tiếp, như granite bị B/c thành đá gneiss thì tên đá granitogneiss. 163 Theo nguồn gốc của đá para– b/c từ đá Tt ortho– b/c từ đá Mm •Paragneiss là đá bị biến chất từ đá sét, đá arkose; •Paraamphibolit là đá bị biến chất từ đá marn; •Orthogneiss là đá bị biến chất từ đá magma acid; •Orthoamphibolit là đá bị biến chất từ đá magma mafic. Các tiếp đầu ngữ “meta-”, “apo-”  quá trình B/c chưa hoàn toàn •Metagabbro •Apodunite, 164