Tieu luan Phan loai da bien chat

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 các đá biến chất”

Hà Nội, năm 2021

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Phần lớn các nghiên cứu về địa chất gắn liền với nghiên cứu về môi trường thànhtạo các loại đá, vì nó nói lên phần lớn lịch sử hình thành từ đó đưa ra dự đoán về sựphân bố và phát triển của các loại đá Căn cứ vào điều kiện thành tạo, các loại đágốc được phân loại thành 3 loại đá chính: đá magma, đá trầm tích và đá biếnchất Để nghiên cứu phân biệt các loại đá, các nhà địa chất đánh giá các khoáng vậtthành tạo lên chúng Mỗi khoáng vật có các đặc tính vật lý riêng biệt và có nhiềuphép thử để xác định từng loại khoáng vật đó Các phép thử có thể được tiến hànhnhư:

• Độ bóng: Khả năng phản xạ ánh sáng từ bề mặt của khoángvật Ví dụ như kim loại, ngọc trai, sáp, xỉn màu

• Màu sắc: Các khoáng vật được phân nhóm theo màu sắc củachúng Chủ yếu dùng để nhận diện những tạp chất có thểlàm thay đổi màu sắc của khoáng vật

• Vạch: Thử bằng cách cào mẫu Màu sắc của vệt có thể giúpgọi tên khoáng vật

• Độ cứng: Khả năng chống trầy xước của khoáng vật

• Dạng nứt vỡ: Một khoáng vật có thể cho thấy sự nứt vỡ hoặc

sự phân cắt của các bề mặt không bằng phẳng hoặc dọc theocác mặt phẳng song song gần nhau

• Khối lượng riêng: trọng lượng của một khối lượng riêng củamột thể khoáng vật

• Sự sủi bọt: khả năng phản ứng với axit clohydric của một sốkhoáng vật

• Từ tính: kiểm tra khả năng từ tính

• Mùi vị: Khoáng vật có thể có mùi vị đặc biệt, chẳng hạnnhư halit (có vị như muối ăn)

• Mùi: Khoáng vật có thể có mùi đặc biệt Ví dụ, lưu huỳnh cómùi trứng thối

Tuy nhiên, với các cách thử như trên chỉ phù hợp với việc sơ bộ nhận biết các loại

đá ngoài hiện trường Để tìm hiểu rõ hơn cần xác định chi tiết về đặc điểm và cócấu trúc phân loại đá thích hợp cho các mục đích nghiên cứu chi tiết Trong các loại

đá gốc chính, đá biến chất thường cho biết quá trình hình thành, tiến hóa kiến tạocủa lớp vỏ lục địa theo một cách đặc biệt Các thuộc tính của đá biến chất và địahình mà chúng tiếp xúc là những minh chứng của các hiện tượng xây dựng núi vàlục địa mặc dù đã trải qua nhiều giai đoạn bị xói mòn từ đã lâu Do vậy, nhằmnghiên cứu đặc điểm của đá biến chất cần lựa chọn các phương pháp phân loại đábiến chất phù hợp Chuyên đề “Phân loại các loại đá biến chất” sẽ tổng hợp cácphương pháp phân loại phổ biến trong địa chất học hiện nay

1 Khái niệm và đặc điểm của đá biến chất

Tác dụng biến chất là tác dụng làm biến đổi về thành phần vật chất kiến trúc cấu

tạo của các đá có từ trước trong điều kiện nội sinh Thông thường là do sự nâng cấp

áp suất nhiệt độ và tham gia thêm của các chất lỏng như nước, CO2, nhiệt dịch cóchứa các ion Na, Ca và cả F,B và S Kết quả của quá trình phát biến chất là tạo racác đá biến chất Đá nguyên thủy của các đá biến chất có thể là đá trầm tích, đámagma hoặc cả đã biến chất đã hình thành trước đó Vì vậy đá biến chất được xemnhư là nhóm đá thứ 3 lớn cùng với nhóm đá mắc ma và nhóm đá trầm tích

Các chất có hoạt tính hoá học thường gặp nhất là nước và axit cacbonic thườngxuyên có trong tất cả các loại đất, đá Tính chất của đá biến chất do tình trạng biếnchất và thành phần của đá trước khi bị biến chất Dưới sự tác động của các tác nhânbiến chất, các thành phần của đá có thể tái kết tinh ở trạng thái rắn và sắp xếp lại.Tác dụng biến chất không những có thể cải biến cấu trúc của đá mà còn làm thayđổi thành phần khoáng vật của nó

Đá biến chất được hình thành từ sự biến tính của đá mácma, đá trầm tích, thậm chí

cả từ đá biến chất có trước, do sự tác động của nhiệt độ, áp suất cao (nhiệt độ lớnhơn 150 đến 200 °C và áp suất khoảng trên 1500 bar) và các chất có hoạt tính hoáhọc, gọi là quá trình biến chất

Trong quá trình biến chất do tác động của áp lực và sự tập hợp nhiều loại kết tinh

nên đá biến chất thường rắn chắc hơn đá trầm tích; nhưng đá biến chất từ đá magmathì do cấu tạo dạng phiến mà tính chất cơ học của nó kém đá magma

Thực chất của quá trình biến chất là sự hình thành các đám mới trong điều kiện cânbằng địa chất mới, khác với điều kiện tồn tại của đá chưa biến chất bằng thựcnghiệm người ta cũng tạo ra những khoáng vật biến chất ví dụ một số khoáng vật sẽxét trên mặt biểu sinh trong điều kiện áp lực bình thường đừng nếu nhiệt độ tăng lên400°C thì có thể biến thành mica

Hình 1 Quá trình biến chất gia tăng nhiệt độ và áp suất và thành tạo một số

loại đá biến chất chính

Các đá biến chất chiếm phần lớn trong lớp vỏ của Trái Đất và được phân loại dựa

trên cấu tạo, và thành phần hóa học và khoáng vật hay còn gọi là tướng biến chất.

Chúng có thể được tạo ra dưới sâu trong lòng đất bởi nhiệt độ và áp suất cao hoặcđược tạo ra từ các quá trình kiến tạo mảng như va chạm giữa các lục địa, và cũngđược tạo ra khi khối magma có nhiệt độ cao xâm nhập lên lớp vỏ của Trái Đất làmcác đá có trước bị biến đổi Dường như yếu tố thời gian có vai trò quan trọng thờigian càng cổ càng làm cho các đá cứng biến hóa và thành đá biến chất

1.1 Cấu tạo phân lớp trong đá biến chất

Sự hình thành các lớp nằm trong các đá biến chất được gọi là sự phân lớp Các lớpnày được hình thành do lực nén ép theo một trục trong quá trình tái kết tinh, vàđồng thời tạo ra các khoáng vật kết tinh dạng tấm như mica, clorit có mặt phẳngvuông góc với lực tác dụng Cấu tạo của đá biến chất được chia thành hai loại là cấutạo phân lớp và cấu tạo không phân lớp

• Đá có cấu tạo phân lớp là sản phẩm của sự biến dạng đá cótrước theo một mặt phẳng, đôi khi tạo ra các mặt cátkhai của khoáng vật: ví dụ slate là đá biến chất có cấu tạophân lớp từ đá phiến sét

• Đá có cấu tạo không phân lớp không có hoa văn (dải) theotừng lớp và được hình thành do ứng suất tác dụng từ nhiềuphía hoặc không có các khoáng vật phát triển đặc biệtnhư phylite có hạt thô, đá phiến có hạt thô hơn, genies hạtrất thô và đá hoa

Mặc dù cấu tạo của đá biến chất được tạo ra trong điều kiện có một số điểm tươngđồng với cấu tạo của đá magma Đá biến chất như là đá aphanitic và phaneritickhông bao giờ là thủy tinh bởi vì các hệ biến chất không bao giờ chứa chất nóngchảy có thể nguội lạnh thành thủy tinh Hệ biến chất bị hạn chế trong lớp vỏ sâucũng không có tầng chất lỏng dễ bay hơi riêng biệt tham gia giống như núi lửa Vìchỉ có một số phương thức hạn chế nên các hình dạng hạt cơ bản có thể được sắpxếp ổn định trong quá trình kết tinh lại của đá biến chất Do đó tạo ra ít cấu trúcphân lớp hơn so với được tạo ra trong quá trình magma kết tinh

Cần phải chỉ ra rằng nhiều cấu trúc đá biến chất đã bị biến dạng không đồng nhất vì

sự không đồng nhất trong phản ứng lưu biến ở các phần khác nhau (Hình 2a - Đábiến chất mạnh kiểu dike hơi ít dẻo, với amphibolit plagioclase bị sừng hóa, đãđược phân thành các khối thô, giống như xúc xích) Ngoài ra, các quá trình biếnchất quá mức, chẳng hạn như cắt cục bộ ở tốc độ biến dạng cao trong vùng mylonit

và nóng chảy một phần, cũng có thể tạo ra phân lớp không đồng nhất ở quy mô bềngoài (xem Hình 2b - Các lớp bọt có thể có nguồn gốc từ migmatit đã được uốn nếp

và chuyển vị trong quá trình chảy dẻo Khu phức hợp Proterozoic FarmingtonCanyon, Weber Canyon, Utah).

Hình 2 Đá biến chất đã bị biến dạng không đồng nhất (a) Biến dạng dẻo dần và kết tinh lại của Archean; (b) Gneiss quartzo-felspathic (felsic) biến dạng

Tính phân lớp trong đá biến chất có thể được thể hiện theo nhiều cách khác nhau.Một số phụ thuộc vào các khía cạnh kích thước của từng hạt khoáng vật trong khối

đá Do đó, hạt phyllosilicat và graphit có thể có hướng ưu tiên để kích thước dàinhất của chúng song song với nhau trong một khối đá; phân lớp thể hiện ở dạng làmột lớp phẳng mỏng Trong các loại đá khác, các hạt amphibole hình trụ hoặc hìnhkim có thể có hướng ưu tiên sao cho một chiều dài nhất của chúng ít nhiều songsong trong một khối đá; phân lớp thể hiện ở dạng là một lớp dòng Các hạt khoángvật hình cầu và cacbonat thường bằng nhau có thể bị dẹt hoặc dài ra trong một sốloại đá Các loại phân lớp dị hướng khác phụ thuộc vào sự phân lớp thành phần vàtập hợp khoáng vật không đồng đều chẳng hạn như nếp gấp Trong một số cấu trúc,

dị hướng là một hướng ưu tiên khó mường tượng của mạng tinh thể trong các hạtkhoáng vật mà mắt thường không nhìn thấy được Ví dụ, trục của các hạt thạch anhtrong mylonit có thể được định hướng đồng nhất Loại phân lớp dị hướng phổ biếnnhất là phân phiến, đôi khi được chỉ định là bề mặt S (từ tiếng Đức Schiefer, cónghĩa là đá phiến Hiếm khi phân lớp được xếp thành dòng phổ biến với loại đá cóchứa các khoáng vật amphibol hình trụ song song Không bao giờ có một hướng ưutiên hoàn hảo của các hạt không đồng đều

Tính phân phiến quan trọng về mặt vật lý trong đá aphanitic đã được sử dụng trongnhiều thế kỷ để sản xuất tấm lợp Một loại đá cao cấp có thành phần hạt tương tựđược làm từ các hạt thạch anh, fenspat, granat, và pyroxen tương đương nhauthường sẽ không có khả năng tách thành các phiến đá; bất kỳ phân phiến nào (có lẽ

là một lớp phân cách) có xu hướng thụ động một cách máy móc và không đáng kể.Các lớp xen kẽ của đá phiến thạch anh và mica dày bị biến chất trong cùng điềukiện có thể cho thấy sự phát triển khác nhau rõ ràng của lớp phân phiến Thạch anh

có thể chỉ có phân phiến gắn kết yếu, do các hạt tinh thể thạch anh và khi bị búa đậpvào, có thể sẽ gãy ngang qua bất kỳ phân lớp yếu nào Thuộc tính về tính phân lớp

phụ thuộc vào quy mô quan sát Ví dụ, lớp đá phiến thạch anh và mica xen kẽ ởphần nhô ra rõ ràng sẽ bị phân lớp, trong khi một mẫu thạch anh bằng tay có thểkhông để lộ bề mặt S xuyên qua Những biểu hiện tương phản này về phân lớptrong đá biến chất là một cơ sở để phân loại các đá biến chất được xem xét dướiđây.

Hai biểu hiện phổ biến nhất của phân lớp trong đá biến chất là phân lớp thành phần

và hướng ưu tiên của các hạt khoáng không đồng đều (Hình 3) Các loại khoáng vậtđược sắp xếp thẳng hàng, chẳng hạn như micas và chlorit trong phiến đá cấp thấp.Phân lớp phổ biến hơn ở các loại đá cấp cao hơn và là điển hình của nhiều gneisses.Trường hợp cả hai loại phân lớp xảy ra trong cùng một tảng đá, chúng thường songsong nhưng sự song song này không phổ biến

Hình 3 Các biểu hiện của phân lớp trong đá biến chất (S-tectonites)

Trong đá phân phiến cấp thấp aphanitic và cả phyllit, một mảng lepidoblastic, có thểbao gồm cục bộ các mảnh than chì, xác định sự phân cắt dạng phiến Kiểm tra cẩnthận sự phân cắt dạng phiến cho thấy các phiến mỏng, sẫm màu hơn được làm bằngvật liệu không trong suốt có thể là cặn không hòa tan của các oxit Fe còn lại sau khithạch anh tan nhiều hơn đã được hòa tan và mang đi trong dung dịch Những miềnphẳng tương phản này được gọi là microlithons và những khối đá mà chúng xuấthiện được cho là có sự phân cắt cách nhau (Trong các tài liệu địa chất cũ, một sốvết nứt có khoảng cách được gọi là đứt gãy sự phân cắt, nhưng sự ăn mòn này

không còn được khuyến khích vì nguồn gốc ngụ ý do đứt gãy thường không phùhợp cho sử dụng trong phân loại đá.) Có hai loại phân cắt có khoảng cách tùy thuộcvào sự hiện diện hoặc không có mặt S tồn tại từ trước trong đá:

1 Sự phân cắt ngang các bề mặt có sẵn từ trước trong đá được bảo quản trongmicrolithons, trong đó các phân lớp thường xuyên bị nhăn nheo Trong sự phâncắt địa đới, các hạt khoáng vật dạng dẹt tồn tại từ trước trong microlithon bị congvênh ở một góc nhỏ, tạo thành một hướng thay đổi liên tục so với phân lớp mới,

có thể hoàn toàn trái ngược với phân lớp cũ trong các microlithons

2 Sự phân cắt không hợp lý xảy ra ở các đá thiếu phân lớp tồn tại từ trước Sựphân cắt mới được đánh dấu bằng các đường nối gồm các oxit Fe-Ti đậm đặc,các khoáng vật phụ hoặc mica, có thể là cặn từ dung dịch khác biệt, có thể đượcsắp xếp song song với đường nối

Nhìn chung, gneisses có hạt thô hơn, một lần nữa phổ biến nhưng không nhất thiết

là vẫn ở cấp cao hơn, phân lớp gneissic được thể hiện thành phần là nổi bật Các lớp

có thể có nguồn gốc từ sự phân hóa biến chất hoặc do nóng chảy cục bộ hoặc có thể

có một biểu hiện phức hợp trong đó các sinh vật hoạt động hoặc các lưỡng cực hìnhlăng trụ thẳng hàng có xu hướng tập trung nhiều hơn trong các lớp mafic xen kẽ vớicác lớp felsic Sự phân lớp và định hướng khoáng vật ưu tiên là song song Nhưngnhiều gneisses có ít hoặc không có mica và amphibole và phân lớp của chúng chỉphụ thuộc vào sự phân lớp thành phần và / hoặc vào các hạt khoáng dạng thấu kínhhoặc tập hợp các hạt

Passchier và cộng sự (1990) cung cấp một cuộc thảo luận được minh họa rõ ràng

về phân lớp trong đá biến chất gneiss.Tính phân lớp được thể hiện theo nhiều cáchkhác nhau:

1 Lớp sợi khoáng, hoặc lớp sợi xốp Điều này có thể bao gồm các hạt dạng thấukính, hình trụ và hình lăng trụ thẳng hàng của amphibole, sillimanite và kyanite

2 Giãn dòng Trong nhiều loại đá biến chất, đặc biệt là đá phiến, bề mặt phân lớp

có dạng vệt được thể hiện bằng các tập hợp khoáng vật tương phản kéo dài.Những cụm mỏng giống như phiến lá này thường nổi bật trên bề mặt phân lớp lộ

ra ngoài Cốt liệu có thể là mica trong đá phiến giàu thạch anh nhưng có nhiềukhoáng vật tương phản khác

3 Biến dạng kéo dài thạch anh trong đa khoáng và các oolit biến dạng trong đávôi Đặc điểm biến dạng có thể được mô tả như một ellipsoid ba trục

4 Xúc xích (Boudins) Đây là các phân đoạn của một lớp đá tương đối giòn đãtừng nguyên vẹn đã được tách ra và kéo ra trong quá trình chảy không ngừng củamôi trường xung quanh dễ uốn hơn Về mặt cắt ngang, các hạt giống như mộtchuỗi xúc xích được liên kết

5 Hai phân lớp xiên Giao điểm của chúng là một đường thẳng với các vết nứt lanrộng và bản lề của các nếp gấp quy mô nhỏ tạo thành một đường.

1.2 Khoáng vật trong đá biến chất

Các khoáng vật tạo đá biến chất chủ yếu là những khoáng vật nằm trong đá mácma,

đá trầm tích và cũng có thể là các khoáng vật đặc biệt chỉ có ở trong các loại đá biếnchất dưới sâu như sillimanit, kyanit, staurolit, andalusit, và granat

Các khoáng vật khác cũng được tìm thấy như olivin, pyroxen, amphibol, mica,fenspat và thạch anh nhưng không nhất thiết là kết quả của quá trình biến chất Cáckhoáng vật này bền vững ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao nên chúng ít bị biếnđổi hóa học trong quá trình biến chất Tuy nhiên, các khoáng vật trên chỉ không bịbiến đổi trong một giới hạn nhất định, sự có mặt của một số koáng vật trong đá biếnchất phản ánh nhiệt độ và áp suất hình thành chúng

Sự thay đổi kích thước hạt của đá trong quá trình biến chất được gọi là quá trình táikết tinh Ví dụ, các tinh thể canxít trong đá vôi kết tinh thành các hạt lớn hơntrong đá hoa, hay cát kết bị biến chất sự kết tinh của các hạt thạch anh ban đầu tạothành đá quartzit rất chặt thường gồm các tinh thể thạch anh lớn hơn đan xen vàonhau Cả hai yếu tố là nhiệt độ và áp suất cao đều tạo ra sự tái kết tinh Nhiệt độ caocho phép các nguyên tử và ion di chuyển và làm sắp xếp lại các tinh thể, còn áp suấtlàm cho các tinh thể hòa tan tại các vị trí chúng tiếp xúc nhau

Phần lớn đá biến chất (trừ đá hoa và đá quartzit) là quá nửa khoáng vật của nó cócấu tạo dạng phiến gồm các lớp song song nhau, dễ tách thành những phiến mỏng

2 Ảnh hưởng của các yếu tố tới sự hình thành đá biến chất

2.1 Các yếu tố gây biến chất

2.1.1 Biến đổi về nhiệt

Sự biến đổi của nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng không thể thiếu được trong quátrình biến chất Nhiệt độ cung cấp năng lượng để phá vỡ các mối liên kết trong tinhthể khoáng vật, làm cho chúng dễ chuyển động tự do và kết hợp với các nguyên tốkhác, nhiệt độ thúc đẩy quá trình hòa tan, tăng cường hoạt tính của vật chất từ đótạo ra những thuận lợi cho biến chất

Sự biến chất bởi nhiểu độ do tiếp xúc xảy ra gần với sự xâm nhập của dòng dungnham với chỉ một khu vực nhỏ xung quanh được làm nóng bởi magma, nên quátrình biến chất bị giới hạn trong khu vực xung quanh sự xâm nhập của dòng dungnham, được gọi là biến chất tiếp xúc (hình 4) Mức độ biến chất tăng lên theo mọi

hướng đối với sự xâm nhập Đá được tạo ra thường là đá hạt mịn không có phânlớp, được gọi là đá sừng

Sự biến chất cấp thấp diễn ra ở nhiệt độ khoảng 200 đến 320°C và áp suất tương đốithấp Đá biến chất cấp thấp thường được đặc trưng bởi sự phong phú của cáckhoáng vật hydrat hóa Với mức độ biến chất ngày càng tăng, các khoáng vật ngậmnước bắt đầu phản ứng với các khoáng vật khác và / hoặc phân hủy thành cáckhoáng vật ít ngậm nước hơn

Hình 4 Mô tả tác động của nhiệt độ đến đá xâm nhập tạo ra đá biến chất vây

quanh

Hình 5 Mức độ biến chất của đá qua các khoảng nhiệt độ và áp suất tương ứng

Sự biến chất bậc cao diễn ra ở nhiệt độ lớn hơn 320°C và áp suất tương đối cao Khimức độ biến chất tăng lên, các khoáng vật ngậm nước trở nên ít ngậm nước hơn, domất H2O, và các khoáng vật không ngậm nước trở nên phổ biến hơn Trong quátrình biến chất, nhiệt độ thường thường phối hợp với áp suất Nếu điều kiện áp suấtnhư nhau thì nhiêt độ đóng vai trò như một chỉ số khống chế biến chất Đá macma

kết tinh trong khoảng 650-1200°C Nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn trên thì đámacma sẽ bị biến chất Đá trầm tích biến chuyển từ chất liệu trầm tích, trong điềukiện áp suất và nhiệt độ thích hợp chất liệu trầm tích chuyển trực tiếp sang giai đoạnthành đá Ranh giới nhiệt độ giai đoạn này là 150-350°C Vượt quá giới hạn nhiệt

độ trên các vật liệu có thể từ giai đoạn thành đá sang giai đoạn biến chất Một sốkhoáng vật trầm tích trải qua giai đoạn biến chất trở thành khoáng vật khác tuy rằngthành phần không đổi (vd: đá sét biến thành đá phiến…… )

2.1.2 Áp lực địa tầng

a Áp lực tĩnh:

Đó là áp lực do tải trọng của các vật chất ở trên đè xuống, còn gọi là áp lực baoquanh, càng xuống sâu áp lực càng lớn Trong phạm vi từ 0-50km của vỏ trái đất,nói chung cứ xuống sâu một km thì áp lực tĩnh tăng 27,5*106 Pa Ở độ sâu 10km áplực đó là 260*106 Pa Biến chất thường xảy ra trong khoảng áp lực tĩnh thấp nhất là100*106 200*106 Pa cho đến cao nhất là 700*106 800*106Pa Tác dụng của áp lựctĩnh là làm cho thể tích của khoáng vật giảm xuống và tỉ trọng nâng lên

b Áp lực động:

Trong địa chất cấu tạo, đó cũng là ứng lực cấu tạo Áp lực động có tác dụng lớn trênmặt Càng xuống sâu, do ảnh hưởng của áp lực từ khắp hướng (áp lực tĩnh) tăng lênnên các đá trở thành dẻo hơn vì thế áp lực động sẽ được giảm đi, được giải thoát khi

đá ở trạng thái biến dạng dẻo Áp lực động sẽ gây biến dạng đá, hình thành nứt nẻ,gãy vỡ hoặc uốn cong Biểu hiện rõ ở các đá là sự sắp xếp các hạt, các tinh thể(hoặc tái kết tinh) theo phương thẳng đứng hoặc theo hướng của lực tác dụng

2.1.3 Phản ứng hóa học

Do trong môi trường đá luôn tôn tại xung quanh các dung dịch có chứa H2O, CO2hoặc một số thành phần hóa học có hoạt tính Hàm lượng trong đá tuy không lớn,chỉ khoảng 1-2% hàm lượng của đá nhưng có tác dụng quan trọng trong quá trìnhbiến chất Chất lỏng thúc đẩy sự hòa tan các chất trong đá hoặc tạo thuận lợi cho sự

di chuyển các chất làm cho đá dễ dàng tiếp xúc trao đổi phát sinh tái kết tinh, tái tổhợp lại, qua đó đẩy nhanh quá trình biến chất Thực nghiệm cũng cho thấy ở nhiệt

độ khoảng 640oC trong điều kiện bão hòa nước thì các chất của granit bị nóng chảy,nhưng nếu ở điều kiện khô nếu muốn granit nóng chảy nhiệt độ phải đến 950oC

2.2 Các phương thức biến chất

2.2.1 Tác dụng tái kết tinh

Là quá trình nóng chảy một bộ phận, di chuyển và tái kết tinh tạo ra tinh thể và hạtlớn hơn của một loại khoáng vật trong trạng thái rắn Quá trình này không hìnhthành khoáng vật mới Ví dụ đá vôi có thành phần hóa học là calcite, có kiến trúc ẩn

tinh, trải qua biến chất thì trở thành đá hoặc có hạt to hơn song thành phần chủ yếuvẫn là calcite.

Kết quả của tái kết tinh là hạt nhỏ biến thành hạt to, làm cho kiến trúc hạt đều hơn,làm cho cấu tạo có góc cạnh trở thành tròn, đều hơn

2.2.2 Tác dụng tái kết hợp

Trong điều kiện áp lực, nhiệt độ nhất định, các thành phần khoáng vật của đá cũ sẽkết hợp, gây ra phản ứng hóa học mới và tạo ra khoáng vật mới trong tổng thể thànhphần hóa học không đổi, không có thành phần mới đưa vào hoặc thành phần cũ bịmất đi Trong nhiều trường hợp có thể thêm vào đó các hoạt động của chất lỏngH2O và CO2 Chủ yếu có ba dạng tái kết hợp:

• Sự chuyển đổi đồng chất nhiều pha: khoáng vật bị biến chấttrong

điều kiện pha rắn dưới sự khống chế của áp lực và nhiệt độ

tạo ở các điều kiện lí hóa khác nhau Andaluzit hình thành

mới Mặt khác đối với các thành phần bazan thường rất

biến chất thành đá phiến clorit thì lại xảy ra hiện tượng thủyhóa

• Phản ứng giải phóng CO2: Các đá trầm tích có chất Ca khi

nhiệt độ nâng cao thường có phản ứng giải phóng CO2, giải

vật mới như volatonit, tremolit…

Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng lên, khoáng vật tremolit lại biến thành các khoáng vậtdiopxit, forsterit kèm theo hiện tượng thoát CO2 Như vậy trong quá trình biến chấtmỗi khoáng vật có một phạm vi cân bằng ổn định, khi điều kiện áp lực nhiệt độ biếnđổi đi thì sẽ hình thành một tổ hợp khoáng vật mới

2.2.3 Tác dụng trao đổi biến chất

Là quá trình biến chất trong đó có sự trao đổi các vật chất giữa thể lỏng và thể rắn,tạo thành những khoáng vật mới, làm cho tổng lượng thành phần hóa học biến đổi.Trong điều kiện biến chất mãnh liệt hoặc biến chất do hoạt độngmacma thì ngoài H2O vá CO2 ra, các nguyên tố K, Na, Ca, Mg, Fe, Si, Al… cũngtrở nên linh hoạt hơn, chúng tạo nên các dòng chảy có hoạt tính hóa học mạnh.Dòng chảy tác động với thành phần của đá nguyên ngốc hình thành sự trao đổi thaythế vật chất để tạo ra khoáng vật mới Ví dụ dung dịch bão hòa Na+ có thể iếp xúcvới octoclaz trong đá Na+ sẽ thay thế thành phần của K+ tạo ra khóang vật mới làanbit, K+ giải thoát ra lại được dung dịch mang đi nơi khác

Ngược lại nếu dung dịch bão hòa K+ thì K+ có thể thay thế Na+ trong anbit để tạothành octoclaz Do đó có thể thấy là hàm lượng của các tổ hợp khoáng vật ít nhiềuquyết định hướng trao đổi thay thế của chúng Tác dụng trao đổi biến chất xảy ratrong hệ mở rộng có sự tham gia của những thành phần mới khác với tác dụng tổhợp, vì vậy sự biến đổi của các đá trước và sau biến chất rất rõ rệt

2.2.4 Tác dụng cơ học

Bao gồm các hiện tượng như cà nát, gãy đổ và biến dạng dẻo của đá Thông thườngcác phương thức biến chất này không xảy ra riêng rẽ trong đá mà kết hợp với nhautạo nên sự sắp xếp lại của tinh thể trong một số đá biến chất Kết quả của sự biếndạng dẻo là những khoáng vật hình lá hay hình que được sắp theo trục hoặc thànhlớp gần như song hành và tạo cho đá tính tách lớp, nó còn được gọi là cát khai trong

đá biến chất

2.3 Sự biến đổi của đá khi bị biến chất

Bản chất của đá gốc kiểm soát các loại đá biến chất có thể hình thành từ nó trongcác điều kiện biến chất khác nhau (nhiệt độ, áp suất, chất lỏng) Nếu một khối đábiến chất được làm nóng đủ, nó có thể bắt đầu bị tan chảy một phần giống như đá

magma hình thành Càng nhiều khoáng vật fenspat, thạch anh sẽ tan chảy, trong khicàng nhiều khoáng vật mafic như biotit, hornblend thì không Khi tan chảy kết tinhtrở lại, kết quả là đá magma màu sáng xen kẽ với đá biến chất màu tối Đá hỗn hợpnày được gọi là migmatit (Hình 6) Lưu ý rằng phân lớp hiện diện trong đá biếnchất không còn trong đá mácma Chất lỏng không thể hỗ trợ ứng suất vì vậy khi tanchảy kết tinh, phân lớp sẽ biến mất.Các loại đá biến chất có thể hình thành ở các cấpbiến chất khác nhau từ các loại đá gốc khác nhau được liệt kê trong Bảng 1 theo

Steven Earle (2015)

Bảng 1 Mức độ biến đổi của đá biến chất phụ thuộc đá gốc và nhiệt độ

Một số loại đá, chẳng hạn như đá granit, không thay đổi nhiều ở các lớp biến chấtthấp hơn vì các khoáng vật của chúng vẫn ổn định đến vài trăm độ Đá sa thạch và

đá vôi cũng không thay đổi nhiều vì các dạng biến chất của chúng (thạch anh và đácẩm thạch, tương ứng) có cùng thành phần khoáng vật, nhưng lại hình thành cáctinh thể lớn hơn

Mặt khác, một số loại đá có thể thay đổi đáng kể Ví dụ: đá phiến sét, đá bùn có thểbắt đầu dưới dạng đá phiến, sau đó tiến triển qua phyllite, đá phiến và gneiss, vớinhiều loại khoáng vật khác nhau hình thành trên đường đi Schist và gneiss cũng cóthể hình thành từ đá sa thạch, đá cuội kết và một loạt các đá núi lửa và đá magmaxâm nhập

Hình 6 Migmatite được chụp gần Geirangerfjord ở Na Uy Nguồn: Siim Sepp

(2006) CC BY-SA 3.0

3 Phân loại các đá biến chất

So với sự phân loại phức tạp của đá magma và trầm tích có hàng trăm tên gọi, đábiến chất có cách phân loại linh hoạt đơn giản hơn Các tên cơ bản mang tính kháiquát tương đối Có một số cơ sở phân loại có thể được sử dụng cho các mục đíchkhác nhau và trong các bối cảnh khác nhau Đặc điểm quan trọng nhất của việcphân loại đá biến chất còn thể hiện ở tính linh hoạt Đối với một tên cơ bản có thểđược thêm vào các từ mô tả nhằm phù hợp với mục đích mô tả của nhà địa chất.Một số cơ sở được sử dụng để phân loại đá biến chất bao gồm:

3.1 Dựa theo điều kiện hình thành

3.1.1 Biến chất khu vực

Biến chất khu vực xảy ra trong khu vực rất rộng, quy mô rất lớn Diện tích khu vựcbiến chất có thể dài đến hàng trăm hàng nghìn km, chiều rộng đạt hàng chục hàngtrăm km Quá trình biến chất xảy ra lâu dài ở nơi hoạt động mạnh của vỏ trái đất,thường là có liên quan trực tiếp đến chuyển động tạo núi Nhân tố của biến chất chủyếu bao gồm cả áp lực, nhiệt độ, thành phần hóa học tác dụng vào đá làm cho chúng

bị biến dạng dẻo, biến dạng phá hủy, tái kết tinh tái tổ hợp để tạo ra các đá phiến

hóa Nói chung quá trình rất phức tạp, môi trường biến chất có thể là áp suất nhiệt

độ cao hoặc cả áp suất, nhiệt độ đều cao, tùy thuộc nơi biến chất thuộc vào khônggian vị trí của kiến tạo

Sự biến chất khu vực xảy ra trên các khu vực rộng lớn và thường không cho thấybất kỳ mối liên hệ nào với các vật thể lửa Hầu hết các biến chất khu vực đi kèm vớibiến dạng trong các điều kiện ứng suất phi thủy tĩnh hoặc vi sai Do đó, sự biến chấtkhu vực thường dẫn đến hình thành các loại đá biến

chất có phân lớp mạnh, chẳng hạn như đá phiến, phiến thạch

và đá mài Ứng suất vi sai thường là kết quả của các lực kiến tạo tạo

ra ứng suất nén trong đá, chẳng hạn như khi hai khối lục địa va vàonhau Do đó, đá biến chất khu vực xảy ra trong lõi của các đai núi uốnnếp / đẩy hoặc trong các dãy núi bị xói mòn Ứng suất

nén dẫn đến sự gấp khúc của đá và dày lên của lớp vỏ, có xu

hướng đẩy đá xuống tầng sâu hơn, nơi chúng phải chịu

nhiệt độ và áp suất cao hơn Khi di chuyển các mảnh vỏ

địa cầu làm cho vật liệu trầm tích bị chôn vùi xuống sâu

Ở đó chất trầm tích chịu một nhiệt độ và áp suất cực lớn, kếtquả đá bị biến dạng mạnh Bồn trầm tích hay địa máng

trong quá khứ đã trở thành những dải núi quan trọng mà chúng

ta biết được như Himalaya, Alpes, Aldes… Nó có nhân bên trong

là đá biến chất

Đặc trưng của đá biến chất khu vực là phát triển phổ biến các đá phiến, hình thànhnhiều loại đá khác nhau tùy theo đá nguyên thủy của đá vây quanh, tùy theo cácnhân tố tác dụng gây biến chất

Đá macma mafic hoặc đá sét vôi có sắt, có dolomite biến chất ở nhiệt độ thấp thànhcác đá phiến lục có chứa clorit, actinolit, epipot, biến chất ở nhiêt độ tương đối caohình thành khoáng vật hocnblen để tạo thành đá amphibolit plagiocla, biến chất ởnhiệt độ càng cao thì hình thành đá gneiss pyroxene

Khi cắt qua khu vực có đá sét bị biến chất, chúng ta di chuyển từ chân chưa biếnchất trở ra, sẽ thấy 2 hiện tượng trước tiên là đá sét (shale) thạch bản (slate) phiếnthạch (schist) gneiss Lá hay lớp là kết quả của sự tách lá, càng ngày càng dày, rồiđến dạng hạt ngoài ra người ta cũng thấycó sự thay đổi thành phần khóang vật theocường độ của biến chất trước tiên là khóang chlorite, biotit, garnet, staurolit, kyanit,

và sillimanit Sự thay đổi của các loại khóang vật như vậy phản ánh sự thay đổi vềnhiệt độ và áp suất, ở những nơi có áp suất rất cao, nhưng nhiệt độ lại thấp, thì đábiến chất có tên là phiến lục (blue schist) được thành lập Đá được gọi như vậy là vì

nó có chứa nhiều amphibol và glaucophan có màu lục Ví dụ:

• Các đá có nhiều chất sét khi biến chất ở nhiệt độ cao có thểtạo thành các khoáng vật có mutscovit, biotit… có thể cóandaluzit, gronat hình thành các đá có cấu tạo phiến như đábản, philit, đá phiến…

• Các đá cát kết, bột kết thường chứa một số chất sét, fenpat

do đó khi biến chất có thể thành các đá có cấu tạo phânphiến yếu như philit thạch anh, đá phiến thạh anh mica, đágneis thạch anh fenpat

• Các đá thuần cát kết thạch anh biến chất thành quaczit,thuần đá vôi biến chất thành đá hoa

Trong điều kiện nhiệt độ rất cao, một bộ phận của đá bị nóng chảy hình thành vàloại dung nham axit (thành phần chủ yếu là Granite) đồng thời từ ở dưới sâu phântiết ra các nghiệp dịch có nhiều K, Na, Si Các loại dung nham dung dịch này tácđộng với nhau, trao đổi ra hỗn hợp đối với các đá đã biến chất từ trước tạo thànhmột loại đá mới: đá micmatit Quá trình nói trên là micmatit hóa Về mặt thànhphần đá micmatit gồm có thành phần gốc của đá biến chất đã có trước hỗn hợp vớicác mạch thạch anh fenpat mới sinh Căn cứ hàm lượng của mạch, mức độ micmatithóa mà có các loại đá như: micmatit dạng dãi, micmatit dạng mắt, dạng đầu, gnaimicmatit, Granite micmatit hóa

3.1.2 Biến chất tiếp xúc

Biến chất do macma xâm nhập vào đá vây quanh, tiếp xúc với chúng và gây ra.Nhân tố tác động chủ yếu là nhiệt độ và một phần các chất bốc (CO2, H2O…) trongmacma Tác dụng phân bố có giới hạn, quy mô không lớn thường chỉ cách mặt đấttương đối nông Vì thế biến chất tiến hành trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suấtthấp

Sự thay đổi nhiệt độ của đá vây quanh sẽ tạo cho nó một vỏ biến chất hay vành biếnchất vây quanh khối xâm nhập

Vành biến chất có kích thước thay đổi có thể rộng

từ 1 vài cm đến vài km hay hơn nữa, bề rộng của

vành tùy kích thước của khối xâm nhập Vành này

giảm độ biến chất từ khối xâm nhập khi ra xa Tuy

nhiên sự thay đổi này không rõ ràng như biến chất

khu vực Các vành thấy được ở đá sét biến chất,

nhưng trong các loại đá carbonat biến chất thì

không phân biệt được Khi đá sét biến chất thì ở các

vành thường thấy sự hiện diện của các loại khóang

như: chlorite, muscovite ở vòng ngoài; biotit,

andalousit ở vòng kế và biotit, cordierite, sillimanit nằm trong vùng tiếp xúc Có thểphân chia thành biến chất tiếp xúc nhiệt và biến chất tiếp xúc trao đổi.

a./ Biến chất tiếp xúc nhiệt

Khi macma xâm nhập đến các đá vây quanh, nhiệt độ cao của nó và chất bốc tácđộng với các đá vây quanh làm cho các khoáng vật của đá tái kết tinh, tái tổ hợp, đểtạo ra các khoáng vật mới Biến chất hình thành một đới bao quanh khối xâm nhập.Gần khối xâm nhập, cường độ biến chất mạnh hơn, càng xa khối xâm nhập thìcường độ yếu dần cho đến hết biến chất Các chất bốc trong macma có vai trò quantrọng thúc đẩy quá trình biến chất Macma acid và macma kiềm có nhiều chất bốchơn macma bazic nên tuy nhiệt độ của chúng không cao bằng macma bazic songđới biến chất lớn, rộng hơn Vì vậy, ảnh hưởng đến hiện tượng biến chất tiếp xúcnhiệt là thành phần, kích thước quy mô của thể xâm nhập, nhiệt độ của macma và

kể cả đặc tính thạch học của đá vây quanh Trong tự nhiên thường gặp đá vôi biếnchất thành các loại đá hoa, đá sét thành các loại đá sừng và cát kết thạch anh thành

đá quaczit

b./ Biến chất tiếp xúc trao đổi

Thành phần hàm lượng các chất bốc của đá macma nếu nhiều thì trong điều kiệnthuận lợi cùng với nhiệt độ cao sẽ xảy ra hiện tượng biến chất trao đổi ở nơi tiếpxúc của đá macma với đá vây quanh

Thường gặp là tiếp xúc giữa thể xâm nhập trung tính acid (các thể đá granodiorit)với các đá cacbonat Macma sẽ đưa thêm thành phần FeO, SiO2,Al2O3… vào đávây quanh và lấy ra CO2 và CaO ở đá vây quanh Đối với macma kiềm khi biếnchất sẽ rút ra kim loại kiềm và SiO2 và sẽ hút lấy thành phần CaO vào nơi biếnchất Kết quả tại nơi biến chất tiếp xúc trao đổi sẽ hình thành các khóang vật đặctrưng: pyroxene, Ca-Mg, gronat tạo thành loại đá skacno Kèm theo đó dễ xuất hiêncác loại quặng magietit và kim loại màu tạo thành một kiểu mỏ gọi là mỏ Skacno.Những đá bị biến chất ở nhiệt độ cao và áp suất vừa phải bởi chất lỏng thủy nhiệt sẽ

bị biến chất thủy nhiệt Điều này thường gặp ở các loại đá bazan thường thiếu cáckhoáng vật hydrat hóa Quá trình biến chất thủy nhiệt dẫn đến sự thay đổi cáckhoáng vật ngậm nước giàu Mg-Fe như bột talc, clorit, serpentin, actinolit, tremolit,zeolit và khoáng sét Các mỏ quặng phong phú thường được hình thành do quá trìnhbiến chất nhiệt dịch

3.1.3 Biến chất động lực

Nhân tố chủ yếu gây ra biến chất là các ứng lực cấu tạo Các ứng lực làm cho đá bịphá vỡ, nghiền nát, biến dạng, tái kết tinh Vì do các ứng lực cấu tạo gây ra nên biếnchất thường liên quan với các đới phá hủy kiến tạo Do đó quy mô của biến chất tùythuộc quy mô của các đới phá hủy kiến tạo

Biến chất động lực dẫn đến sự hình

thành một số đá động lực như đá dăm

kết, philonit, milonit….có cấu tạo ép

nén, định hướng thành những đới phiến

hóa Do ảnh hưởng của nhiệt, ma sát,

chuyển động và của các dung dịch nước

di chuyển trong đới vò nát nên các đá

biến chất dễ bị biến đổi silic hóa tạo ra

các khóang vật như: clorit, epidot,

calcite, talc…cấu tạo phiến hóa rõ ràng

đối với các đá chịu tác động của áp lực định hướng

Khi đá trầm tích bị chôn vùi ở độ sâu vài km, nhiệt độ lớn hơn 300oC có thể pháttriển khi không có ứng suất vi sai Các khoáng vật mới phát triển, nhưng đá dườngnhư không bị biến chất Các khoáng vật chính được sản xuất thường là Zeolit Sựbiến chất chôn vùi chồng lên nhau, ở một mức độ nào đó, với sự phân chia, và cấpthành biến chất khu vực khi nhiệt độ và áp suất tăng lên

Trong những năm của thập kỷ 60 người ta còn nêu ra vấn đề biến chất ở đáy biển.Trong Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương và ở đỉnh của dãy núi giữa Đại Dương đềuthu thập được 3 gian và gabro biến chất Chúng chủ yếu là đá phiến lục thườngkhông có thấy phiến hoặc tiến hóa rất yếu cái kết tinh không hoàn toàn thường bảotồn kiến trúc mất ma nguyên thủy Biến chất ở đáy biển hình thành ở độ sâu tại cácdãy núi giữa các đại dương do nhiệt độ ở đây khá cao Sau khi hình thành, đáy biểntách giãn và đẩy chúng ra hai bên Ở giữa sông núi có thể do hoạt động đất vỡ làmcho chúng lộ ra trên mặt đáy biển

3.1.4 Biến chất xung kích (Impact Metamorphism)

Khi một vật thể ngoài Trái đất, chẳng hạn như thiên thạch hoặc sao chổi va chạmvới Trái đất hoặc nếu có một vụ nổ núi lửa rất lớn, áp suất cực cao có thể được tạo

ra trong đá bị va chạm Những áp suất cực cao này có thể tạo ra các khoáng vật chỉ

ổn định ở áp suất rất cao, chẳng hạn như SiO2 polymorphs coesite và stishovite.Ngoài ra, chúng có thể tạo ra các kết cấu được gọi là phiến kính trong hạt khoáng,

và các kết cấu như hình nón vỡ trong đá bị va đập

Biến chất xung kích xuất hiện do các thiên thạch, vật thể vũ trụ khi rơi xuống tráiđất va đập và đốt nóng các đá gây biến chất Năng lượng của thiên thạch tác độngđối với các đá là va đập do tốc độ rơi và nhiệt của thiên thạch bị đốt cháy khi bayqua tầng khí quyển và nhiệt do động năng chuyển thành Đến nay phát hiện có đến

200 thiên thạch (trừ Vùng Nam cực) trong đó có độ 100 thiên thạch là gây biếnchất Khi rơi xuống đất thiên thạch va đập tạo thành một miệng dạng phễu Miệngthiên thạch lớn nhất ở Popigai (phía bắc Xibia) có đường kính đến 100 km đa số có

đường kính từ 2 cho đến 33 km Áp lực do va đập có thể từ 100 Kbar cho đến 10

mũ 3 ÷ 10 mũ 4 Kbar, nhiệt độ có thể từ 100°C cho đến 10 mũ 4° C Đá bị biến chất

có thể phân theo các đới vì mức độ tác động của áp lực và nhiệt Va đập yếu có thểgặp kataclazit, mạnh hơn có dăm kết và nóng chảy tạo thành thủy tinh thành đátagamit (nếu văng ra khỏi miệng) hoặc psơđôtakhilit (không văng ra khỏi miệng).Tất cả các sản phẩm ra đập và nóng chảy trên hỗn hợp với nhau tạo thành một loại

đá dăm kết gọi là snevite

3.2.Dựa vào đặc điểm phân lớp

Sự phân loại đá biến chất dựa trên mức độ ảnh hưởng của sự phân lớp phản ánhtrạng thái ứng suất trong quá trình biến chất Tuy nhiên, tập hợp khoáng vật trong đáđược quyết định bởi các thông số chuyên sâu chiếm ưu thế trong quá trình tái kếttinh cân bằng, cũng như thành phần hóa học chiếm ưu thế trong đá Do đó, không

có cách tiêu chuẩn nào để liệt kê các thành phần khoáng vật về mức độ chiếm ưuthế theo phương thức chung Ba mức độ phân lớp của đá biến chất được sử dụng đểphân loại đá biến chất như sau:

1 Đá có phân lớp mạnh dễ dàng vỡ dọc theo phân lớp thành phiến, thường nhưngkhông nhất thiết là do có nhiều mica định hướng hoặc các mảnh phyllosilicatkhác

2 Đá phân lớp yếu, mặc dù có thể nhận biết được tính phân lớp một cách khôngđáng kể về mặt cơ học; đá có xu hướng vỡ ngang qua mặt lớp hơn là dọc theo nó

3 Đá không phân lớp về cơ bản là một loại lớp đẳng hướng Rõ ràng, các loại nàyphân loại với nhau mà không bị đứt hoặc đứt quãng có thể cảm nhận được mộtcách tự nhiên

Tổng hợp theo Myron G Best (2003) có thể mô tả nhanh tính phân lớp của đá theomột số nhóm như sau:

3.2.1 Đá biến chất phân lớp mạnh

Các khối đá trong loại này là các kiến tạo cổ điển của các địa hình biến chất khuvực Chúng dễ dàng gãy dọc theo phân lớp thường được biểu hiện bằng các hạt