BIẾN CHẤT và đá BIẾN CHẤT (địa CHẤT cơ sở SLIDE)

 Mức độ biến chất thấp Xảy ra ở nhiệt độ từ 200 to 320oC, áp suất tương đối thấp, đặc trưng bởi sự phong phú các khoáng vật có chức nước trong kiến trúc tinh... Khi nhiệt độ và áp suất

 Thuật ngữ “biến chất” xuất phát từ tiếng Hy Lạp:  Meta = biến đổi, Morph = hình dạng  thay đổi hình dạng

  Những thay đổi về tổ hợp khoáng vật và kiến trúc là kết quả của sự thay đổi nhiệt độ và áp suất trên các đá có trước

1 Định nghĩa biến chất

của đá xảy ra trên đá trầm tích, giới hạn ở nhiệt

độ <200 0 C và áp suất <300 MPa (Mega Pascals), tương đương 3000 atmospheres

• Sự biến chất xảy ra ở nhiệt độ và áp suất >

200oC and 300 Mpa, do bị chôn vùi dưới sâu trong Vỏ Trái đất là kết quả của các quá trình kiến tạo (va mảng hay hút chìm)

 Mức độ biến chất thấp

 Xảy ra ở nhiệt độ từ 200 to 320oC, áp suất

tương đối thấp, đặc trưng bởi sự phong phú các khoáng vật có chức nước trong kiến trúc tinh

áp suất tương đối cao.  Do mức độ biến chất tăng, các khoáng vật chứa nước giảm do mất nước Td:

 Muscovite - H2KAl3(Si04)3

3.Các yếu tố biến chất

 Quá trình biến chất xảy ra do một số khóang vật chỉ bền ở điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất

định Khi nhiệt độ và áp suất thay đổi, các

khoáng vật trong đá sẽ thay đổi thành một tổ

hợp khác ôn định trong điều kiện nhiệt độ và áp suất mới. 

• Nhiệt độ

– Nhiệt độ gia tăng theo độ sâu theo địa nhiệt

 đá bị chôn vùi sẽ chịu tác dụng nhiệt độ

cao

– Nhiệt độ có thể gia tăng do khối magma xâm nhập từ dưới lên

sẽ thay đổi theo độ sâu.

 Áp suất: áp suất thủy tĩnh- đẳng hướng (áp suất tác dụng bằng nhau theo mọi hướng) và áp suất

định hướng – dị hướng (áp suất khác nhau theo

những hướng khác nhau)

Áp suất sẽ làm thay đổi kiến trúc đá

trong quá trình biến chất

 Các hạt tròn

sẽ bị dẹp

theo hướng

áp suất - ứng suất cực đại

(các khoáng vật silicat lớp như biotite và muscovite, chlorite, talc, và serpentine).  Các lớp này sẽ phát triển thẳng góc với phương ứng suất cực đại, làm đá dễ bị vỡ theocác mặt song song với lớp tạo kiến trúc phân phiến.

 Dung dịch: trong lỗ hỗng giữa các hạt trong đá có thể chứa các dung dịch.

 Dung dịch chủ yếu là H2O và các kv hòa tan.

 Dung dịch quan trọng làm tăng tốc độ của các phản ứng hóa học Do áp suất tăng, thể tích các lỗ hỗng giảm  dung dịch thóat ra  dung dịch không hiện diện khi áp suất và nhiệt độ giảm.

• Thời gian Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá

trình bíên chất có liên quan với thời gian, với sự tái kết tinh và phát triển các kv mới Thời gian biến chất càng dài các kv kết tinh có tinh thể càng lớn  đá biến chất hạt thô  

• Các thực nghiệm cho thấy quá trình biến chất thời

gian có thể hàng triệu năm

 Slate -  Đá phiến sét hình thành ở mức độ biến chất thấp  phát triển các chlorite hạt

mịn và kv sét Sự định hướng của các kv silicat

làm đá dễ bị vỡ theo các mặt song song. 

Ứng suất cực đại tác dụng ở một góc trên mặt lớp nguyên thủy  các cát khai của đá phiến phát

triển, theo một góc so với mặt lớp nguyên thủy

• Đá phíên mica – Kích thước các hạt kv có

khuynh hướng tăng theo mức độ biến chất  đá phát triển các phiến của các kv silicat (biotite và muscovite).  Các hạt thạch anh và feldspar không

bị định hướng

 Gneiss   Khi mức độ biến chất tăng, các tấm

silicat trở nên không bền vững các kv sẫm màu như hornblende và pyroxene bắt đầu xuất hiện thành các dải  cấu tạo dải. 

 Các kv sẫm màu xếp thành các dải thẳng góc với ứng suất cực đại

các kv chứa nước và silicat dạng tấm trở nên không bền  một vài kv sẽ định hướng tạo kiến trúc granulitic tương tự như kíên trúc kết tinh

của đá magma

Bíên chất của đá Basalts và Gabbros

 Đá phíên lục - Olivine, pyroxene, và plagioclase

trong đá basalt có trước biến đổi thành

amphiboles and chlorite (có màu lục) do nước trong lỗ hỗng phản ứng với các kv nguyên thủy

 Granulite - Ở mức biến chất cao nhất các

amphiboles bị thay thế bởi pyroxenes and

garnets, sự phân phiến biến mất và tạo thành

kíên trúc granulite

 Đá hoa Đá vôi cấu tạo chủ yếu bởi calcite  - và

calcite bền trong một giới hạn dài của nhiệt độ

và áp suất  các tinh thể calcite nguyên thủy sẽ

có kích thước lớn hơn và không phân phiến

 thạch anh sẽ tái kết tinh hình thành đá

quartzite không phân phiến

5 Các kiểu biến chất

thể đá trượt theo 2 bên mặt đứt gãy Nhiệt phát sinh do sự ma sát dọc theo đới trượt, đá bị cà nát Bíên dạng cà nát ít phổ biến

vài trăm mét, nhiệt độ sẽ >300oC  kv mới sẽ phát triển như Zeolites. 

• Đôi khi biến chất chôn vùi chồng lấn với quá

trình rắn kết thành đá  bíên chất khu vực do nhiệt độ và áp suất tăng

nhập  sự biến chất chỉ xảy ra ở quanh khối xâm nhập do nhiệt độ cao của khối magma xâm nhập  đới biến chất tiếp xúc.  Xa đới tiếp xúc, đá không bị biến chất.Mức độ biến chất tăng theo mọi hướng về phía khối xâm nhập Do nhiệt độ khác biệt lớn giữa

đá vây quanh và khối magma xâm nhập tại vị trí

nông của Vỏ Trái đất, biến chất tiếp xúc thường liên quan đến nhiệt độ cao và áp suất thấp  hình

thành đá sừng với hạt mịn không phân phiến

 Biến chất khu vực xảy ra trên quy mô lớn chịu

tác dụng áp suất định hướng cao  hình thánh

đá biến chất phan phiến mạnh như slates,

schists, and gniesses.  Ứng suất định hướng

thường là kết quả của chuyển động kiến tạo

hình thành lực nép ép đá (2 mảng lục địa va

chạm nhau)  biến chất khu vực xảy ra ở nhân của các dãy núi lớn hay ở các dãy núi bị xâm thực Ứng suất nén ép là kết quả của sự uốn

nếp – Vỏ Trái đất dày có khuynh hướng đẩy đá xuống sâu nơi mà đá chịu tác dụng bởi nhiệt độ

và áp suất cao

6 Tướng biến chất

 Những thay đổi của tổ hợp kv do thay đổi nhiệt độ

và áp suất  các đặc điểm của tổ hợp kv là dấu hiệu để biết môi trường nhiệt độ và áp suất mà đá chịu tác dụng  nhiệt độ và áp suất liên quan đến

tướng biến chất 

 (Tương tự như tướng trầm tích được hình thành trong những điều kiện môi trường trong quá trình trầm tích)

 Lọat các tướng biến chất tùy thuộc vào địa nhiệt (geothermal gradient) hiện diện trong quá trình biến chất

 Địa nhiệt cao A trong hình dưới đây đặc trưng cho môi trường quanh khối xâm nhập  tướng sừng

 Ở địa nhiệt bình thường B  tướng zeolite đến

đá phiến lục, amphibolite, và eclogite khi mức

độ biến chất (hay độ sâu chôn vùi) tăng.  

 Nếu địa nhiệt thấp "C“  đá phát triển từ tướng zeolit thành tướng đá phiến xanh đến tướng

eclogite. nếu biết tướng đá trong khu vực có thể xác định địa nhiệt tại thời điểm xảy ra biến chất

7 Bíên chất và kiến tạo mảng

 Hiện nay, địa nhiệt chủ yếu liên quan đến kíên tạo mảng

 Dọc theo các đới hút chìm, magma hình thành gần đới hút chìm và xâm nhập nông Do nhiệt

độ cao gần bề mặt, địa nhiệt trở nên cao (A) và biến chất tiếp xúc (tướng sừng)

• Do sự nén ép xảy ra dọc theo đới hút chìm (vỏ

đại dương dịch chuyển về cung đảo núi lửa) đá

bị đẩy xuống sâu ở địa nhiệt bình thường hay cao hơn một chút (B). 

• Địa nhiệt cao hơn khu vực B do magma đi lên

qua Vỏ trái đất có khuynh hướng đốt nóng Vỏ Trong những vùng này có phiến lục,

amphibolite, và tướng granulit biến chất

• Dọc đới hút chìm, Vỏ đại dương tương đối lạnh

bị kéo xuống sâu  địa nhiệt thấp (nhiệt độ

tăng theo độ sâu), hình thành tướng đá phiến xanh và eclogite ở vùng C

zeolite, 2) prehnite-pumpellyite, 3) glaucophane schist, 4) eclogite, 5) greenschist, 6)

amphibolite, 7) granulite, 8) pyroxene hornfels, 9) hornblende hornfels, và 10) albite-epidote

hornfels