Trường Đại học Thủy lợi Bộ môn Địa kỹ thuật Bài giảng mơn học Địa Chất Cơng Trình Chương CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT VÀ ĐỊA TẦNG Giảng viên: Dr.-Ing Nguyễn Quang Tuấn §1.3 ĐÁ BIẾN CHẤT http://www.flickr.com/photos/29261553@N08/2846226863/lightbox/ Chu trình hình thành loại đá theo nguồn gốc trầm tích Phong hóa, vận chuyển tích tụ Nén chặt gắn kết (hình thành đá) Nâng kiến tạo, phong hóa, vận chuyển tích tụ Nguội đông cứng (kết tinh) Đá mắc ma nhiệt độ & áp suất Nóng chảy Nâng kiến tạo, phong hóa, vận chuyển tích tụ Đá trầm tích Biến đổi nhiệt độ áp suất Đá biến chất Nội dung: Sự hình thành đá biến chất Phân loại đá biến chất Thành phần khoáng vật đá biến chất Kiến trúc cấu tạo đá biến chất Thế nằm đá biến chất Một số loại đá biến chất Sự hình thành đá biến chất • Đá biến chất hình thành trình biến đổi đá có trước (đá magma, đá trầm tích đá biến chất) tác dụng nhiệt độ áp lực lớn, xẩy sâu bên lòng đất Kết làm thay đổi thành phần khoáng vật, kiến trúc cấu tạo đá ban đầu • Nhiệt độ lịng đất ngun nhân: • Gradient địa nhiệt: nhiệt độ tăng dần theo độ sâu • Do nén ép kiến tạo • Do lị magma • Áp lực lớn do: • Áp lực địa tĩnh: áp lực lớp đá nằm gây • Áp lực kiến tạo: tượng nén ép kiến tạo gây Sự hình thành đá biến chất Các dạng biến chất: Dựa vào nhân tố gây biến chất, chia thành dạng biến chất a Biến chất tiếp xúc: xảy nhiệt độ trình trao đổi chất đá tiếp xúc với mắc ma nóng chảy  làm thay đổi thành phần tính chất đá b Biến chất động lực: xảy áp lực kiến tạo  đá bị phá hủy vỡ vụ cà nát, sau bị nén ép chặt lại gắn kết lại (thay đổi kiến trúc, cấu tạo, không thay đổi thành phần) c Biến chất khu vực: xảy đá nằm sâu tác dụng đồng thời nhiệt độ cao áp lực lớn  làm đá bị thay đổi thành phần tính chất a Biến chất tiếp xúc: tác nhân nhiệt độ gây  Khi khối magma lên nhiệt, đá vây quanh bị nung nóng, xảy q trình hố lý làm biến chất đá  Biến chất tiếp xúc xảy chỗ tiếp xúc đá vây quanh với khối magma Càng xa mức độ biến chất giảm, hình thành nên đới biến chất xung quanh khối magma dày từ vài cm đến vài km  Quá trình biến chất bắt đầu nhiệt độ 2000C với phá vỡ mạng tinh thể để hình thành khống vật Quá trình kết thúc nhiệt độ 600-12000C nóng chảy hồn tồn Biến chất tiếp xúc Magma xâm nhập Chiều dày đới biến chất phụ thuộc kích thước nhiệt độ khối xâm nhập Đá bị biến chất Thể magma lớn  đới đá bị biến chất lớn b.Biến chất khu vực: tác nhân gây biến chất nhiệt độ áp suất    Theo độ sâu, nhiệt độ áp suất tăng, đạt ngưỡng gây biến chất đá Độ nhiệt cấp trung bình 33m/10C, mang tính khu vực  độ sâu biến chất khác theo khu vực Càng xuống sâu mức độ biến chất tăng Độ dài mũi tên biểu diễn độ lớn áp lực  Biến chất khu vực xảy trình tạo núi Khi mảng lục địa xô ép vào nhau, ứng suất nén làm đá bị uốn tăng bề dày vỏ trái đất, lớp đá bị đẩy xuống sâu chịu tác dụng nhiệt độ áp suất Bản chất trình biến chất bao gồm    Sắp xếp, định hướng lại khoáng vật Phân phiến Các khoáng vật tái kết tinh hình thành khống vật Thành phần khoáng vật đá biến chất  Thành phần khống vật đá biến chất gồm có loại sau:  Khoáng vật tàn dư: khoáng vật đá ban đầu không bị biến đổi trình biến chất  Khống vật túy: hình thành q trình biến chất – khống vật nội sinh  Đặc điểm chung khoáng vật đá biến chất: Các khống vật hình thành điều kiện nhiệt độ cao áp suất lớn, nên  Thường có tỷ trọng lớn  Cường độ cao ổn định với tác dụng phong hóa  Nhiều khống vật có dạng tấm, dạng vảy gây giảm cường độ đá Một số khống vật Tên khống vật Thạch anh Feldspar Muscovite Biotite Chlorite Epidote Cơng 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 Kiến trúc, cấu tạo đá biến chất a Kiến trúc    Kiến trúc hạt biến tinh: khoáng vật dạng hạt tinh thể khoáng vật đá ban đầu kết tinh (trường hợp biến chất từ đá trầm tích gắn kết) tái kết tinh (đối với đá magma trầm tích hóa học) Sự kết tinh khống vật xảy trạng thái cứng trạng thái lỏng nhiệt độ cao làm đá nóng chảy cục VD: đá hoa, Quartzite Kiến trúc vảy: hạt khống vật có dạng vảy, dạng định hướng theo phương Kiến trúc đặc trưng cho loại đá phiến hình thành áp lực q trình biến chất Đá có dạng kiến trúc thường ổn định chịu phong hóa Kiến trúc cà nát: có dạng hạt vụn gắn kết lại với Đặc trưng cho đá biến chất động lực Các hạt vụn hình thành đá ban đầu bị ép đến dập vỡ, nghiền nát vụn tác dụng áp lực kiến tạo Kiến trúc biến tinh (Kết tinh Tái kết tinh) Kết tinh = khoáng vật đá ban đầu kết tinh VD: đá quartzite - biến chất từ đá cát kết Tái kết tinh = 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/6metamorphic-rocks/ Các kiểu kiến trúc cà nát Dăm kết kiến tạo Các mảnh đá sắc cạnh, kích thước khơng đồng đều, hạt nhỏ làm xi măng gắn kết mảnh lớn Cataclasite Các mảnh vụn sắc cạnh có kích thước vừa nhỏ, gắn kết vật liệu hạt mịn Nguồn: Wikipedia Mylonite Các hạt vật liệu mịn đến mịn, thường phân thành dải song song nhau, có dấu hiệu tái kết tinh yếu b Cấu tạo • • • Cấu tạo không phân phiến (cấu tạo khối): khoáng vật phân bố đồng đá Cấu tạo khối có đá có thành phần tương đối đồng trình biến chất giữ nguyên đặc tính Cấu tạo phân phiến: Các khống vật dạng tấm, dạng vảy xếp định hướng thành phiến mỏng song song với Cấu tạo phiến đặc trưng cho đá biến chất chịu tác dụng áp lực mạnh Các mặt phiến vng góc với phương áp lực nén ép Đá có dễ tách thành mỏng Cấu tạo dải (cấu tạo gơ nai): Các khoáng vật khác xếp thành dải song song riêng rẽ Các dải khác màu hay kích thước hạt Giữa dải khơng có mặt phân lớp, khơng dễ tách Cấu tạo dải dạng đặc biệt phân phiến Các dạng cấu tạo đá biến chất Cấu tạo phân phiến Đá sét kết trầm tích) kiến trúc hạt sét Đá phiến bảng Kiến trúc hạt nhỏ, dạng vảy Đá phiến Kiến trúc hạt trung bình đến lớn (có thể nhìn thấy) Cấu tạo dải Đá Gneiss (Gơ nai) Kiến trúc biến tinh Cấu tạo không phân phiến Cấu tạo phân phiến  Cấu tạo không phân phiến Trước bị biến chất  Cấu tạo phân phiến Sau bị biến chất Phân loại đá biến chất    Dựa vào cấu tạo (tính phân phiến) chia làm nhóm lớn: Đá phân phiến Đá không phân phiến Dựa vào họ khống vật tạo đá chia làm nhóm đá Dựa vào khoáng vật chủ đạo để phân biệt loại đá khác nhóm Ví dụ: nhóm đá phiến có phiến mica, phiến chlorite Bảng phân loại – gọi tên đá biến chất Đá phiến Gơ nai Đá hoa Quartzit Than anthasit Không phân phiến Đá phiến Phylit Mức độ biến chất tăng Đá phiến lợp Cấu tạo Phân phiến Tên đá Cỡ hạt Đặc điểm Rất nhỏ Đá dễ tách, bề mặt phân tách nhẵn mờ nhỏ Đá tách vỡ theo bề mặt gợn sóng, bề mặt phân tách nhìn láng bóng Đá gốc Sét kết phiến, đá cát bột kết, bột kết Đá phiến lợp Vừa đến to Mica chiếm ưu thế, phân phiến dạng vảy Đá phiến phylit Vừa đến to Cấu tạo phân dải phân tách khoáng vật Đá phiến, granit, đá mắc ma Vừa đến to Các hạt calcite, dolomit cài móc vào Đá vơi, dolomit Vừa đến to Các hạt thạch anh biến dạng nóng chảy, cấu tạo khối cứng Cát kết thạch anh Nhỏ Đá hưu đen bóng, vỡ dạng vỏ sị Than nâu Thế nằm đá biến chất Thế nằm đá biến chất giống nằm đá ban đầu 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 ảnh hưởng khối mắc ma  Đá biến chất động lực: phân bố dọc theo đới phá hủy kiến tạo, bề ngang hẹp từ vài cm đến vài mét Chiều dài lớn hàng trăm km phụ thuộc vào quy mô đứt gãy cự li dịch chuyển  Đá biến chất khu vực: giữ nguyên nằm đá ban đầu Một số yêu cầu học đá biến chất  Các trình biến chất đá, tác nhân gây biến chất;  Sự khác biệt phân loại trình biến chất đá phân loại đá biến chất;  Kiến trúc, cấu tạo đá biến chất;  Thế nằm đá biến chất Kể tên hiểu đặc điểm khoáng vật đá biến chất Câu hỏi ôn tập Đá biến chất? Sự hình thành đá biến chất Phân loại dạng chất đá theo tác nhân gây biến chất? Các loại khoáng vật đá biến chất theo nguồn gốc? Đặc điểm chung khoáng vật đá biến chất? Các kiểu kiến trúc đá biến chất? Các kiểu cấu tạo đá biến chất? Vẽ hình minh họa kiểu cấu tạo đá biến chất Các dạng nằm đá biến chất  ... đá biến chất  Các trình biến chất đá, tác nhân gây biến chất;  Sự khác biệt phân loại trình biến chất đá phân loại đá biến chất;  Kiến trúc, cấu tạo đá biến chất;  Thế nằm đá biến chất Kể... tạo gây Sự hình thành đá biến chất Các dạng biến chất: Dựa vào nhân tố gây biến chất, chia thành dạng biến chất a Biến chất tiếp xúc: xảy nhiệt độ trình trao đổi chất đá tiếp xúc với mắc ma nóng... suất Đá biến chất Nội dung: Sự hình thành đá biến chất Phân loại đá biến chất Thành phần khoáng vật đá biến chất Kiến trúc cấu tạo đá biến chất Thế nằm đá biến chất Một số loại đá biến chất Sự hình