Bài giảng Tinh thể học đại cương - Chương 9: Đá biến chất

CHƯƠNG 9

ĐÁ BIẾN CHẤT

1. Khái niệm

2. Các yếu tố biến chất

3. Các kiểu biến chất

4. Thành phần vật chất

5. Đặc điểm kết tinh

6. Cấu tạo – Kiến trúc

7. Phân loại

8. Mô tả

1. Khái niệm

• 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 trái đất

 Các yếu tố nội lực (nhiệt độ, áp suất, dung

dịch biến chất…)

→ Đá có trước bị thay đổi về thành phần, kiến

trúc, cấu tạo.

2

So sánh điều kiện thành tạo

Đá magma

Lỏng

Đá biến chất

Cứng

Đá trầm tích

T & P bình

thường

T & P

T & P

Yếu tố nội lực

Yếu tố nội lực Yếu tố ngoại lực

‐ T từ 300 → 1.000^oC

‐ P từ 250 – 300 bar → 15 – 20 Kbar.

‐ Độ sâu nằm dưới đới phong hoá và đới trầm tích.

3

2. Các yếu tố biến chất

 Nhiệt độ

 Áp suất

 Dung dịch biến chất

 Thời gian biến chất

4

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

5

Nhiệt độ

 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.

6

Nhiệt độ

 Nguồn gốc

• 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.

7

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.

8

Áp suất

• 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.

9

Áp suất

• 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).

10

Áp suất

• Áp suất định hướng (Ps)

◦ 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.

11

12

• Tạo khoáng vật đặc xít hơn

Fosterite

Mg2SiO4

+ Anortite

CaAl2Si2O8

101,1

→ Garnet

CaMg2Al2(SiO4)3

125,8

Thể tích phân tử 43,91

• Tăng nhiệt độ kết tinh

13

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)

14

Bổ sung áp suất thủy tĩnh

Muscovite

+ Thạch anh  Orthoclase + Silimanite + nước

KAlSi3O8

KAl2[AlSi3O10](OH)2

+ SiO2

+ Al2SiO5

+ H2O

Là môi trường ion và nguyên tử di chuyển

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

15

3. Các kiểu biến chất

Biến chất động lực (B/c cà nát)

. Tác dụng của Ps xảy ra

dọc theo các đứt gãy

kiến tạo

. Các đá nguyên thủy bị

cà nát cơ học dọc theo

đứt gãy, bị thay đổi về

kiến trúc, cấu tạo (chỉ

bị vỡ vụn).

16

3. Các kiểu biến chất

Biến chất nhiệt động

• 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.

• Xảy ra trong phạm vi rộng lớn (như miền địa

máng) → biến chất khu vực;

• Xảy ra trong phạm vi nhỏ (như dọc theo các đứt

gẫy) → biến chất địa phương.

17

3. Các kiểu biến chất

Biến chất nhiệt (biến chất tiếp xúc nhiệt )

• 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

• Biến đổi về thành phần

khoáng vật, kiến trúc, cấu

tạo.

18

3. Các kiểu biến chất

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.

19

3. Các kiểu biến chất

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.

20