Tướng và đới biến chất

BIẾN CHẤT & ĐÁ BIẾN CHẤT 21<br /> <br /> <br /> <br /> Nhóm mica là hàm s ố phụ thuộc chặt chè với sự biến thiên nhiệt<br /> độ và áp suâ't [H.17].<br /> M u s c o v it K 2A I4[S Ì 6Al2 O 20](O H ,F )4<br /> <br /> M uscovit là khoáng vật rât phô biến không<br /> nhừng trong đá m agm a mà còn trong đá biến chất.<br /> C ộng sinh có m uscovit phản ánh điểu kiện biến châ't.<br /> Trên hình 16 [H.16] thê hiện tô hợp khoáng vật đặc<br /> trưng cho trường bển vừ n g của m uscovit.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 16. Biểu đồ cân bằng của muscovit (Ms).<br /> Hình 17. Tỷ số Mg (nhánh trái) của granat và của biotit<br /> P h en git là m uscovit có tỷ s ố Si:Al lớn hơn 3:1 (nhánh phải) trong tổ hợp cộng sinh íelspat kali + AI2SÌO5 +<br /> kèm theo có sự thay th ế của M g, Fe2+ cho AI trong hypersthen và thạch anh + AI2SÌO5 + muscovit + /- íelspat kali<br /> câu trúc tinh thế, đ ổn g thời cũng phản ánh điểu kiện (Theo Perchuk, 1973).<br /> thành tạo áp suất cao. P hengit cộng sinh cùng với<br /> talc, kyanit, chloritoid trong các đá biến chất nhiệt độ<br /> Tài liệu tham khào<br /> thâp, áp suâ't cao.<br /> B ruce VV.D. Yardley, 1995. A n In tro d u c tio n to M e ta m o rp h ic<br /> S ericit là m uscovit d ạng vảy m ịn thường thấy<br /> Petrology. Longman Singapore Publishers. 264 pgs.<br /> trong các đá biên chất nhiệt độ thấp.<br /> Frank s. Spear, 1993. Metamorphic Phase Equilibria and Pressure<br /> P h logopit - B io tit K2(Mg,Fe2* M F e 3\A I, Tì)0.2[Sì ^5AI2.3O2q1(OHi F)4<br /> - Temperature - Time Paths. Book Cratter Inc. 799 pgs. Chelsea,<br /> Là khoáng vật phô biến trong cả đá m agm a và Michigan. USA.<br /> biến chất, n hư n g trong đá biến chât nó có vai trò đặc M iyashiro A., 1973. Metamorphism and Metamorphic Belts.<br /> biệt khi nghiên cửu tý s ố Mg, Fe chứa trong khoáng Ruskitĩ House. 472 pgs. Museum Street.<br /> vật cộng sinh cùng với nó. Ví dụ, cặp granat - biotit,<br /> Phan Trường Thị, 2005. Thạch học các đá biến chất. NXB Đại<br /> biotit - pvroxen , sự thay th ế đ ổ n g hình của M g - Fe<br /> học Quốc gia Hà Nội. 97 tr.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tướng và đới biến chất<br /> Phan Trường Thị. Khoa Địa chất,<br /> Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN).<br /> <br /> <br /> <br /> Giới thiệu<br /> v ể cơ bản sự gia tăng nhiệt đ ộ và áp suât tùy tử cô đến trẻ, thì Thạch học các đá biến chất là cơ sở<br /> thuộc vào độ sâu của vỏ Trái Đất. Các tô hợp cộng khoa học chính xác cho việc phân lớp vỏ Trái Đâ't từ<br /> sinh khoáng vật là sản phẩm cân bằng hóa lý tại m ột n ông đến sâu.<br /> trạng thái vật lý xác định, và do đ ó chúng phản ảnh G eorge Barrovv (1893 - 1912) lẩn đầu tiên phát<br /> đ ộ sâu thành tạo trong v ò Trái Đât. N ếu n hư Cô sinh hiện tính phân đới biến chât ở m iền núi cao Scotish<br /> vật học giú p các nhà địa chất phân chia các tầng đá (Bắc nước Anh). Lần lượt theo sự xuất hiện và biến<br /> 22 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> /<br /> mâ't của m ột s ố khoáng vật, Barovv đã vẽ được bản<br /> đ ổ phân b ố của chúng: chlorit —> biotit —» granat —» _<br /> kbar Km<br /> <br /> <br /> staurolit —> kyanit —> silim anit. /<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> —<br /> Ầ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> X\<br /> 1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> \<br /> Các phản ứng biến chất và tồ hợp cộng sinh<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> \<br /> khoáng vật tiêu biểu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ><br /> V ề phương diện khoáng vật học, tính phân đới<br /> theo trật tự từ nhiệt độ thâp (chlorit) đến nhiệt độ cao<br /> (silimanit). v ể sau với nhừng công trình của Escola<br /> - //** / ^ . *§/ X<br /> <br /> (1914), V. M. G oldschm idt (1988 - 1947) phương pháp<br /> / ' X Ị €7 »u<br /> phân tích tướng biến chât được hoàn thiện. Đặc biệt<br /> trong những năm gần đây, việc sử dụng các nhiệt k ế<br /> . °//:f<br /> -<br /> - y J<br /> Andalusit<br /> 1 ..... J<br /> và áp k ế địa chât đâ chính xác hóa sự phân chia các 200 400 600 800 1000°c<br /> tướng biến châ't trên biếu đổ p - T. Thoạt đẩu sự phân Hình 1. Sơ đồ các tướng biến chất: Các tướng đá phiến<br /> đới cho ta khái niệm v ể tướng khoáng vật, nhưng xanh và eclogit thuộc loạt tướng biến chất áp suất cao; các<br /> tướng đá phiến lục, am phibolit và granulit thuộc loạt tướng<br /> tướng biến châ't có m ột nội d ung bao quát hơn theo biến chất áp suất trung bình; còn lại - áp suất thấp.<br /> định nghĩa sau đây của F. J. T um er (1981).<br /> Trên hình 2 theo phư ơng pháp toạ độ trọng tâm,<br /> Tướng biến chât là m ột bộ gồm nhiều tô hợp m ột điểm p th ể hiện thành phẩn hóa học của m ột đá<br /> cộng sinh khoáng vật biến chât, chúng xuâ't hiện có hay khoáng vật chứa 3 hợp phần. Ví dụ trên tam giác<br /> tính quy luật trong không gian và thời gian, trở ACF, từ p v ẽ các đ ư ờ n g son g so n g với các cạnh:<br /> thành tiêu chí đ ê nhận biết v ề m ối quan hệ giữa<br /> CI + IK + KF = CF = 100%, trong đ ó CI = F%;<br /> thành phẩn khoáng vật và thành phẩn n gu yên thủy IK = A%; KF = c% .<br /> của đá bị biến chất.<br /> Thử thê hiện vị trí m ột khoáng vật trên biểu đồ<br /> Trong định nghĩa trên, phải giải thích thêm là ACF.<br /> khái niệm v ể m ột tổ hợp cộng sinh khoáng vật, v ề<br /> Khoáng vật silim anit (AI2S1O5), hay viết<br /> mặt hóa - lý là m ột tập h ạp cân bằng khoáng vật<br /> AI2O 3 .S1O 2 . Trên tam giác không có SÌƠ 2, nếu chi<br /> trong m ột điều kiện p - T xác định.<br /> quan tâm đ ến A - c - F nghĩa là c = 0, F = 0, vị trí của<br /> silim anit sẽ nằm tại điếm A.<br /> Tập hợp khoáng vật cộng sinh tiêu biểu<br /> Khoáng vật biotit (3Sia.l/2Al2aa/2K20.3(Mg,Fe)<br /> Trên hình 1 [H .l] thấy rõ m ỗi m ột tướng biến 0 [0 H ]2 , trên tam giác ACF, vị trí của nó sẽ nằm trên<br /> chất được khu xứ trong m ột trường p - T xác định, cạnh A - F theo tỷ lệ: 6/1 hay 85%F và 15% A [H.2].<br /> đó là m ột trường lư ờn g biến (n = 2). Xuất phát từ<br /> m ột đá n gu yên thủy nào đ ó (k xác định), s ố lượng F A<br /> <br /> của các pha khoáng vật biến chất cân bằng cũ n g xác<br /> định, hay còn gọi là một tố hợp khoáng vật biên chất cân<br /> bằng đặc trưng. Thông thường hạn c h ế s ố k = 3 cho<br /> m ôi m ột hệ đá n guyên thủy đ ê tiện phân tích, s ố pha / ^<br /> trong m ột tổ hợp cân bằng cũng bằng hoặc nhỏ hơn<br /> 3. D ùn g biếu đ ồ tam giác cân đểu hay tam giác<br /> vu ô n g cân th ể hiện m ối quan hệ giữa các tồ hợp<br /> khoáng vật cân bằng, thành phẩn n guyên thủy và<br /> được đặt trong n h ũ n g ô xác định của sơ đ ổ tướng<br /> biến chất.<br /> N ếu lựa chọn A = s ố lượng phân từ của AI2O 3<br /> (tính từ tỷ lệ % trong thành phần hóa học của đá);<br /> F = FeO + MgO; K = K2O + N a 2Ơ, Hình 2. Biểu đồ tam giác thẻ hiện các tổ hợp cộng sinh<br /> khoáng vật xuất phát từ m ột hệ hoá học của đá nguyên thủy.<br /> Sao cho: A + F + K = 100.<br /> Trong m ột sô' trường hợp khác lại có th ể lựa T ư ơng tự các trường thê hiện thành phần<br /> chọn: n g u y ên thủy của đá biến chất: lân cận đ iểm A - đá<br /> F = FeO; M = MgO, sao cho A + F + M = 100. H ay sét biến châ't (giàu AI2O 3 ); đá m afic - siêu m afic lân<br /> đưa thêm c = CaO, trong tổng A + c + F,.. cận đ iểm M, F hay cạnh F - M; đá vôi biến chât lân<br /> Đ ó là p hư ơn g pháp phân tích m ột hệ phức tạp cận đ iểm c.<br /> nhiểu thành phẩn theo n h ù n g bình diện khác nhau: Việc lựa chọn các tập hợp khoáng vật cộ n g sinh<br /> A K - F; A c F ; A - F - M. [H.2] tiêu biểu tuân thủ các n gu yên tắc sau đây:<br />  BIẾN CHẤT & ĐÁ BIẾN CHẤT 23<br /> <br /> <br /> <br /> 1- Xuât phát từ m ột n g u ồ n gốc n guyên thủy, vật đó là silim anit, kyanit, cordierit, m uscovit, biotit,<br /> thông thường từ đá sét, m afic bị biến chât, đặc trưng chlorit; s ố lư ợng của chúng có đến hàng chục. Trong<br /> cho các hệ hóa học sau: khi đó dựa theo khả năng thay thô đ ổn g hình có thể<br /> Hệ S 1O 2 - AI2O 3 - CaO - N a 2Ơ - K2O - H 2O gh ép lại m ột s ố hợp phấn:<br /> (CKNASH): đặc trưng cho các nhóm đá sét, đá thạch AI2O 3 : hợp phẩn thứ nhâ't<br /> a n h - íelspat, g r a n ito it. (K2O + NazO) : hợp phần thứ hai<br /> Hệ SiƠ 2 - AI2O 3 - FeO - M gO - T 1O 2 (ACFM): đặc<br /> (FeO + M gO) : hợp phẩn thú ba.<br /> trưng cho các đá mafic.<br /> Theo quy ư ớc đó, đá sét có k = 3. N ếu vậy, sẽ có<br /> H ệ CaO - S 1O 2 : các đá vôi - silic.<br /> bao nhiêu đ iểm v ô biến trên biểu đ ồ p - T? M ỗi<br /> Môi m ột hệ được đặc trung bời một danh sách<br /> đ iếm v ô biến theo q uy tắc G ibbs tư ơng ứ n g với<br /> các tô hợp khoáng vật cộng sinh tiêu biếu, sản phấm<br /> k + 2 k hoán g vật. N ếu A bằng s ố lư ợ n g khoán g vật<br /> của các phản ú ng biến châ't được phát hiện trong<br /> b iến chất có chứa 3 hợp phần hóa h ọc nêu trên thì<br /> thiên nhiên và được tính toán theo các cân bằng<br /> SỐ đ iểm v ô b iến sê là chập (k + 2) phẩn tử của A<br /> nhiệt đ ộn g học, nghĩa là chúng có m ột vị trí xác định<br /> phẩn tử khoán g vật. Theo s ố học thìcó th ế tính<br /> trên biếu đ ổ p - T.<br /> theo cô n g thức:<br /> 2- Trong danh sách râ't phức tạp, chỉ lựa chọn m ột<br /> FA = A ! / [ A - ( k + 2 )] !<br /> s ố tổ hợp mà sự xuât hiện cũng như biến mâ't liên<br /> quan với những ranh giới địa châ't quan trọng. Ví dụ, Thông thường đá sét biến chất, s ố A có thê là 15,<br /> trong các lục địa cố, đá sét hay đá m afic bị biến châ't nếu vậy SỐ điểm v ô biến trên biểu đ ồ p - T sè là<br /> có tuổi Arkei ch u yển sang tuổi Proterozoi, hay từ F515 = 15!/[15 - 5]!= 360.360 điểm<br /> Tiền Cambri chuyến sang P aleozoi hạ. Theo dõi đá Tính tương tự, s ố đ ư ờng đơn biến là 32.760.<br /> m afic biến chất trong các vị trí địa châ't khác biệt -<br /> N h ư n g trong thực tế số lượng không lớn như<br /> trong các đới hút chìm có n hử n g phản ứng biến châ't<br /> vậy. V iệc phát hiện n hữ ng tổ hợp khoáng vật chập 5<br /> khác biệt với các đai tạo núi.<br /> (vô biến) và n hù ng tô hợp chập 4 (đơn biến) trong<br /> 3- Theo bình diện quan sát ACF, AFM, AKF,...<br /> thiên nhiên của các đá sét biến chất ,và tương tự của<br /> chọn 2 - 3 khoáng vật cộng sinh tiêu biểu, gác m ột<br /> các đá m afic biến chât sẽ xác lập m ột hệ thống các<br /> bên nhừng khoáng vật ở đ iểu kiện nào cũng xuất<br /> điểm v ô biôh và các đ ư ờng đơn biến trên biểu đổ<br /> hiện. Ví dụ thạch anh, calcit, m ột s ố felspat [H.3].<br /> p - T. H ệ thống đ ó phân chia các trường tổn tại của k<br /> (trường hợp lư ỡng biến) khoáng vật.<br /> Vâín đ ề còn lại là v iệc xác định vị trí các điếm vô<br /> biến và vẽ đư ợc các đ ư ờng đ an biến trên biểu đổ<br /> p - T. Bằng thực nghiệm , bằng p hư ơng pháp tính<br /> toán hóa lý có thê làm được điểu đó. H ình 4 là giản<br /> lược các điếm đơn biến và các đ ư ờng đơn biến tiêu<br /> biểu dựa trên quan sát thiên nhiên và địa chất của<br /> các tướng biến chât trên biếu đ ổ p - T.<br /> Hình 3. Hai tổ hợp khoáng vật do phản ứng biến chất.<br /> Pyrophyllit A Kyanít<br /> Biotit + Silim anit -» Granat + Cordierit. Phía trái nhiệt độ Andalusit M Silimanit<br /> thấp hơn phía phải. Theo biều đồ có thề dự đoán phản ứng<br /> G ranat + C ordierit -» Hypecsthen + Silim anit khi nhiệt độ<br /> nâng cao hơn nữa.<br /> / \ / AÍStorolit<br /> <br /> Biểu đồ p-T của các tướng biến chất Anorthit ỵ \ / V Chloritoid<br /> <br /> Theo quy tắc Gibbs: n = k + 2 - F,trong đ ó n ià số<br /> Epidot d \y Y ỵ Cordierit<br /> bậc tự do, k- s ố hợp phẩn và F- s ố pha khoáng vật. Grosule # \ / \ / \ / V<br /> f \ / \ Ị y " Almadin<br /> Theo đó, trên biểu đổ có hai biến s ố là nhiệt độ (T) và<br /> áp suất (P), s ố bậc tự d o sẽ là: / \ / \ / \ \V v ornN.end<br /> Caicit / \ / \ / \ x \ \ \ T a lc<br /> n = 0 (vô biến) khi F = k + 2 r é - ________ V • v \ # \ \ ___V<br /> . pv. c Cummingtonit<br /> n = 1 (đơn biến) khi F = k + 1 VVollastonit Diopcit Hypersthen<br /> n = 2 (lường biến) khi F = k<br /> Hình 4. Vị trí các khoáng vật biến chất chính trên biểu đồ ACF.<br /> N ếu xuất phát từ m ột thành phần n gu yên thủy<br /> của đá bị biến chât, ví dụ đá sét biến chất, thì k là số D a n h s á c h c á c tư ớ n g b iến c h ấ t<br /> có th ể xác định. Ví dụ, trong thành phần của đá sét,<br /> chúng ta chi quan tâm đến các khoáng vật biến châ't Tướng zeolit<br /> có chứa AỈ2Ơ3, ỈGO, N a 2Ơ, FeO và MgO. Các khoáng Tướng prenit - pum peleit<br /> 24 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT<br /> <br /> <br /> <br /> T ư ớ ng đá p hiến lục Trên hình 5 [H.5] là bản đ ổ phân đới biến chất ờ<br /> T ư ớ ng đá p h iến xanh v ù n g núi Bù Khạng (N gh ệ A n) do Lê D uy Bách và<br /> Phan Trường Thị thành lập (1970).<br /> T ư ớ ng ep id o t am p h ib olit<br /> T ư ớ ng am p h ib olit C ó thê phân biệt các loạt tướng biến chất áp suất<br /> thâp, trung bình và cao. N h ừ n g loạt tư ớng đó đặc<br /> T ư ớ ng granulit<br /> trưng cho n hữ n g đ iểu kiện địa chât râ't khác nhau và<br /> T ư ớ ng eclogit<br /> được th ể hiện trên hình 5 [H.5].<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ phân đới biến ch ấ t ở vùng núi Bù Khạng (Nghệ An).<br /> <br /> Tài liệu tham khảo Frank s. Spear, 1993. Metamorphic Phase Equilibria and<br /> <br /> M iyashiro A., 1973. M etam orphism and M etam orphic Belts. Pressure - Temperature - Time Paths, Book Cratter, Inc.<br /> <br /> Ruskitt House, M useum Street. 472 pgs.<br /> Chelsea, Michigan, USA. 799 pgs.<br /> Phan Trường Thị, 2005. Thạch học các đá biến chất. N X B Đại<br /> Bruce VV.D., Yardley, 1995. An Introđuction to M etamorphic<br /> học Quô'c gia Hà Nội. 97 tr.<br /> Petrology. Longmart Singapore Pubỉishers. 264 pgs.<br />