Bài giảng Địa chất công trình Chương 1.3

Sự hình thành đá biến chất • Đá biến chất được hình thành do quá trình biến đổi các đá có trước đá magma, đá trầm tích và cả đá biến chất dưới tác dụng của nhiệt độ và áp lực lớn, xẩy

Trường Đại học Thủy lợi

Bộ môn Địa kỹ thuật

§1.3 ĐÁ BIẾN CHẤT

http://www.flickr.com/photos/29261553@N08/2846226863/lightbox/

Biến đổi do nhiệt độ và

áp suất

Nóng chảy Đá biến chất

Nâng kiến tạo, phong hóa, vận chuyển và tích tụ

Nội dung:

1. Sự hình thành đá biến chất

2. Phân loại đá biến chất

3. Thành phần khoáng vật của đá biến chất

4. Kiến trúc và cấu tạo của đá biến chất

5. Thế nằm của đá biến chất

6. Một số loại đá biến chất chính

1 Sự hình thành đá biến chất

• Đá biến chất được hình thành do quá trình biến đổi các

đá có trước (đá magma, đá trầm tích và cả đá biến chất)

dưới tác dụng của nhiệt độ và áp lực lớn, xẩy ra ở sâu

bên trong lòng đất Kết quả làm thay đổi thành phần khoáng vật, kiến trúc và cấu tạo của đá ban đầu

• Nhiệt độ trong lòng đất do 3 nguyên nhân:

• Gradient địa nhiệt: nhiệt độ tăng dần theo độ sâu

• Do sự nén ép kiến tạo

• Do các lò magma

• Áp lực lớn do:

• Áp lực địa tĩnh: áp lực do các lớp đá nằm trên gây ra

• Áp lực kiến tạo: do hiện tượng nén ép kiến tạo gây ra

1 Sự hình thành đá biến chất

Các dạng biến chất: Dựa vào các nhân tố gây biến chất, có thể

chia thành 3 dạng biến chất cơ bản

a Biến chất tiếp xúc: xảy ra do nhiệt độ và quá trình trao đổi

chất khi đá tiếp xúc với mắc ma nóng chảy  làm thay đổi thành phần và tính chất của đá

b Biến chất động lực: xảy ra do áp lực kiến tạo  đá bị phá

hủy vỡ vụ và cà nát, sau đó bị nén ép chặt lại và gắn kết lại (thay đổi về kiến trúc, cấu tạo, không thay đổi thành phần)

c Biến chất khu vực: xảy ra do đá nằm dưới sâu do tác dụng

đồng thời của nhiệt độ cao và áp lực lớn  làm đá bị thay đổi cả thành phần và tính chất

a Biến chất tiếp xúc: do tác nhân nhiệt độ gây ra

 Khi khối magma đi lên mất nhiệt, đá vây quanh bị nung nóng, xảy ra các quá trình hoá lý làm biến chất đá

 Biến chất tiếp xúc chỉ xảy ra ở chỗ tiếp xúc của đá vây quanh với khối magma Càng ra xa mức độ biến chất càng giảm, hình thành nên một đới biến chất xung quanh khối magma dày từ vài cm đến vài km

 Quá trình biến chất bắt đầu ở nhiệt độ trên 2000C với sự phá vỡ mạng tinh thể để hình thành khoáng vật mới Quá trình kết thúc ở nhiệt độ trên 600-12000C khi nóng chảy hoàn toàn

b.Biến chất khu vực: tác nhân gây biến chất là nhiệt

độ và áp suất

 Theo độ sâu, nhiệt độ

và áp suất đều tăng,

 Biến chất khu vực xảy ra

trong quá trình tạo núi Khi

các mảng lục địa xô và ép

vào nhau, ứng suất nén làm

đá bị uốn và tăng bề dày vỏ

2 Thành phần khoáng vật của đá biến chất

 Thành phần khoáng vật của đá biến chất gồm có các loại sau:

 Khoáng vật tàn dư: khoáng vật của đá ban đầu không bị

biến đổi trong quá trình biến chất

 Khoáng vật thuần túy: hình thành trong quá trình biến chất

– là các khoáng vật nội sinh

 Đặc điểm chung của các khoáng vật trong đá biến chất: Các khoáng vật hình thành ở điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, nên

 Thường có tỷ trọng lớn

 Cường độ cao nhưng kém ổn định với tác dụng phong hóa

 Nhiều khoáng vật có dạng tấm, dạng vảy gây giảm cường

độ của đá

Một số khoáng vật chính

Tên khoáng vật Công thức

Thạch anh Feldspar Muscovite Biotite Chlorite Epidote

SiO2 (K,Na,Ca)(AI,Si)4O8 KAl2AlSi3O10(OH)2 K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2

Mg5AI2Si3O10(OH)8

Ca2(AI,Fe)3Si3O12.OH

3 Kiến trúc, cấu tạo của đá biến chất

a Kiến trúc

 Kiến trúc hạt biến tinh: các khoáng vật dạng hạt tinh thể do các

khoáng vật đá ban đầu có thể được kết tinh (trường hợp biến chất từ

đá trầm tích gắn kết) hoặc tái kết tinh (đối với đá magma và trầm

tích hóa học) Sự kết tinh này của khoáng vật có thể xảy ra ở trạng thái cứng hoặc có thể ở trạng thái lỏng do nhiệt độ cao làm đá nóng chảy cục bộ VD: đá hoa, Quartzite

 Kiến trúc vảy: các hạt khoáng vật có dạng vảy, dạng tấm được định

hướng theo một phương nào đó Kiến trúc này đặc trưng cho các loại đá phiến hình thành do áp lực trong quá trình biến chất Đá có dạng kiến trúc này thường kém ổn định khi chịu phong hóa

 Kiến trúc cà nát: có dạng các hạt vụn gắn kết lại với nhau Đặc

trưng cho đá biến chất động lực Các hạt vụn hình thành do đá ban đầu bị ép đến dập vỡ, nghiền nát vụn bởi tác dụng của áp lực kiến tạo

Kiến trúc biến tinh (Kết tinh hoặc Tái kết tinh)

Đá hoa–

bị biến chất từ

đá vôi

Kiến trúc vảy

© Michael P Klimetz

Source:

metamorphic-rocks/

có kích thước vừa và nhỏ, được gắn kết bởi vật liệu hạt mịn

Mylonite Các hạt vật liệu mịn đến rất mịn, thường phân thành các dải song song nhau, có dấu hiệu tái kết tinh yếu

b Cấu tạo

• Cấu tạo không phân phiến (cấu tạo khối): các khoáng vật

phân bố đồng đều trong đá Cấu tạo khối có ở đá có thành phần tương đối đồng nhất và trong quá trình biến chất vẫn giữ nguyên được đặc tính đó

• Cấu tạo phân phiến: Các khoáng vật dạng tấm, dạng vảy

sẽ sắp xếp định hướng thành các phiến mỏng song song với nhau Cấu tạo phiến đặc trưng cho đá biến chất do chịu tác dụng của áp lực mạnh Các mặt phiến vuông góc với phương áp lực nén ép Đá có có thể dễ tách ra thành những tấm mỏng

• Cấu tạo dải (cấu tạo gơ nai): Các khoáng vật khác nhau

sắp xếp thành các dải song song riêng rẽ Các dải khác nhau

về màu hay kích thước hạt Giữa các dải không có mặt phân lớp, không dễ tách ra được Cấu tạo dải là dạng đặc biệt của

sự phân phiến

Các dạng cấu tạo của đá biến chất

Đá sét kết -

trầm tích) kiến

trúc hạt sét

Đá phiến bảng Kiến trúc hạt rất nhỏ, dạng vảy

Đá phiến Kiến trúc hạt trung bình đến lớn (có thể nhìn thấy)

Đá Gneiss (Gơ nai) Kiến trúc biến

tinh

Cấu tạo phân phiến Cấu tạo dải Cấu tạo không phân phiến

Cấu tạo phân phiến

 Cấu tạo không phân

phiến

 Cấu tạo phân phiến

Trước khi bị biến chất Sau khi bị biến chất

4 Phân loại đá biến chất

 Dựa vào cấu tạo (tính phân phiến) chia làm 2

nhóm lớn:

1. Đá phân phiến

2. Đá không phân phiến

 Dựa vào họ khoáng vật tạo đá chia làm 8 nhóm đá

 Dựa vào khoáng vật chủ đạo để phân biệt loại đá

khác nhau trong nhóm

Ví dụ: nhóm đá phiến có phiến mica, phiến chlorite

Tên đá Cấu tạo Cỡ hạt Đặc điểm Đá gốc

Mica chiếm ưu thế, phân phiến dạng vảy

Đá tách vỡ theo bề mặt gợn sóng, bề mặt phân tách nhìn láng bóng

Cấu tạo phân dải do sự phân tách khoáng vật Các hạt calcite, dolomit cài móc vào nhau

Các hạt thạch anh biến dạng do nóng chảy, cấu tạo khối cứng chắc

Đá hưu cơ đen bóng, có thể vỡ dạng vỏ sò

Sét kết phiến,

đá cát bột kết, bột kết

Đá vôi, dolomit

Cát kết thạch anh

 Đá biến chất động lực: phân bố dọc theo các đới phá hủy kiến tạo , bề ngang hẹp từ một vài cm đến một vài mét Chiều dài lớn hàng trăm km và phụ thuộc vào quy mô của đứt gãy và cự li dịch chuyển

 Đá biến chất khu vực: giữ nguyên thế nằm của đá ban đầu

Một số yêu cầu khi học bài đá biến chất

 Các quá trình biến chất đá, các tác nhân gây biến chất;

 Sự khác biệt giữa phân loại quá trình biến chất đá và phân loại đá biến chất;

 Kiến trúc, cấu tạo của đá biến chất;

 Thế nằm của đá biến chất Kể được tên và hiểu được đặc điểm của các khoáng vật của đá biến chất

Câu hỏi ôn tập

gây biến chất?

nguồn gốc? Đặc điểm chung của các khoáng vật của đá biến chất?

minh họa các kiểu cấu tạo của đá biến chất