Trường Đại học Thủy lợi Bộ môn Địa kỹ thuật
Bài giảng môn học Địa Chất Công Trình Chương 1 CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT VÀ ĐỊA TẦNG
Giảng viên:
Dr.-Ing. Nguyễn Quang Tuấn
1
§1.3. ĐÁ BIẾN CHẤT
http://www.flickr.com/photos/29261553@N08/2846226863/lightbox/
trầm tích
Chu trình hình thành các loại đá theo nguồn gốc Phong hóa, vận chuyển và tích tụ
Nén chặt và gắn kết (hình thành đá)
Nâng kiến tạo, phong hóa, vận chuyển và tích tụ
Nâng kiến tạo, phong hóa, vận chuyển và tích tụ
Đá trầm tích
Đá mắc ma
nhiệt độ & áp suất
Biến đổi do nhiệt độ và áp suất
Nguội và đông cứng (kết tinh)
Đá biến chất
Nóng chảy
3
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
Biến chất tiếp xúc
Magma xâm nhập
Chiều
dày đới biến chất phụ thuộc kích thước và nhiệt độ khối xâm nhập
Đá bị biến chất
Thể magma càng lớn đới đá bị biến chất càng lớn
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, đạt ngưỡng nào đó sẽ gây biến chất đá.
Độ nhiệt cấp trung bình 33m/10C, mang tính khu vực độ sâu biến chất khác nhau theo từng khu vực
Độ dài mũi tên biểu diễn độ lớn của áp lực
Càng xuống sâu mức độ biến chất càng 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 trái đất, các lớp đá bị đẩy xuống dưới sâu và ở đó chịu tác dụng của nhiệt độ và áp suất.
Bản chất của quá trình biến chất bao gồm Sắp xếp, định hướng lại các khoáng vật Phân phiến Các khoáng vật tái kết tinh hoặc hình
thành khoáng vật mới
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 Thạch anh Feldspar Muscovite Biotite Chlorite Epidote
Công thức 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)
Kết tinh = các khoáng vật của đá ban đầu kết tinh. VD: đá quartzite - biến chất từ đá cát kết
Tái kết tinh = các tinh thể khoáng vật cũ kết tinh lại. VD: Đá hoa– bị biến chất từ đá vôi
Kiến trúc vảy
© Michael P. Klimetz
Source: http://opengeology.org/textbook/6- metamorphic-rocks/
Các kiểu kiến trúc cà nát
Cataclasite Các mảnh vụn sắc cạnh có kích thước vừa và nhỏ, được gắn kết bởi vật liệu hạt mịn
Dăm kết kiến tạo Các mảnh đá sắc cạnh, kích thước không đồng đều, các hạt nhỏ làm xi măng gắn kết mảnh lớn.
Mylonite Các hạt vật liệu mịn đến rất mịn, thường phân thành các dải song song nhau, có dấu hiệu tái kết tinh yếu
Nguồn: Wikipedia
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
Cấu tạo phân phiến
Cấu tạo dải
Cấu tạo không phân phiến
Đá sét kết - trầm tích) kiến trúc hạt sét
Đá phiến bảng Kiến trúc hạt rất nhỏ, dạng vảy Đá Gneiss (Gơ nai) Kiến trúc biến tinh
Đá phiến Kiến trúc hạt trung bình đến lớn (có thể nhìn thấy)
Cấu tạo phân phiến
Cấu tạo không phân
Cấu tạo phân phiến
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...
Bảng phân loại – gọi tên đá biến chất
Tên đá
Cấu tạo
Cỡ hạt
Đặc điểm
Đá gốc Sét kết phiến, đá cát bột kết, bột kết
i
i
Rất nhỏ Đá phiến lợp Đá dễ tách, bề mặt phân tách nhẵn và mờ
n ế h p
nhỏ Đá phiến lợp Đá phiến Phylit Đá tách vỡ theo bề mặt gợn sóng, bề mặt phân tách nhìn láng bóng
n â h P
Đá phiến Vừa đến to Đá phiến phylit Mica chiếm ưu thế, phân phiến dạng vảy
M ứ c đ ộ b ế n c h ấ t t ă n g
Gơ nai Vừa đến to Cấu tạo phân dải do sự phân tách khoáng vật Đá phiến, granit, các đá mắc ma
n â h p
i
Quartzit
Vừa đến to
Đá hoa Vừa đến to Đá vôi, dolomit Các hạt calcite, dolomit cài móc vào nhau
n ế h p
g n ô h K
Cát kết thạch anh Các hạt thạch anh biến dạng do nóng chảy, cấu tạo khối cứng chắc
Than nâu Than anthasit Nhỏ Đá hưu cơ đen bóng, có thể vỡ dạng vỏ sò
5. Thế nằm của đá biến chất
Thế nằm của đá biến chất giống thế nằm của đá ban đầu đã tạo nên nó, phụ thuộc vào loại biến chất: Đá biến chất tiếp xúc: dạng đới bao quanh thể magma. Sự phân bố phụ thuộc vào quy mô và ảnh hưởng của khối mắc ma. 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
1. Đá biến chất? Sự hình thành đá biến chất 2. Phân loại các dạng chất đá theo các tác nhân
gây biến chất?
3. Các loại khoáng vật của đá biến chất theo
nguồn gốc? Đặc điểm chung của các khoáng vật của đá biến chất?
4. Các kiểu kiến trúc của đá biến chất? 5. Các kiểu cấu tạo của đá biến chất? Vẽ hình minh họa các kiểu cấu tạo của đá biến chất.
6. Các dạng thế nằm của đá biến chất.
