Tải bản đầy đủ (.pdf) (4 trang)

Tướng và đới biến chất

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.64 MB, 4 trang )

BIẾN CHẤT & ĐÁ BIẾN CHẤT

Nhóm mica
M u s c o v it K 2A I4[S Ì 6Al2 O 20](O H ,F )4

21

là hàm s ố phụ thuộc chặt chè với sự biến thiên nhiệt
độ và áp suâ't [H.17].

M uscovit là khoáng vật rât phô biến không
nhừng trong đá m agm a mà còn trong đá biến chất.
C ộng sinh có m uscovit phản ánh điểu kiện biến châ't.
Trên hình 16 [H.16] thê hiện tô hợp khoáng vật đặc
trưng cho trường bển vừ n g của m uscovit.

Hình 16. Biểu đồ cân bằng của muscovit (Ms).

P h en git là m uscovit có tỷ s ố Si:Al lớn hơn 3:1
kèm theo có sự thay th ế của M g, Fe2+ cho AI trong
câu trúc tinh thế, đ ổn g thời cũng phản ánh điểu kiện
thành tạo áp suất cao. P hengit cộng sinh cùng với
talc, kyanit, chloritoid trong các đá biến chất nhiệt độ
thâp, áp suâ't cao.
S ericit là m uscovit d ạng vảy m ịn thường thấy

trong các đá biên chất nhiệt độ thấp.

Hình 17. Tỷ số Mg (nhánh trái) của granat và của biotit

(nhánh phải) trong tổ hợp cộng sinh íelspat kali + AI2SÌO5 +


hypersthen và thạch anh + AI2SÌO5 + muscovit + /- íelspat kali

(Theo Perchuk, 1973).

Tài liệu tham khào
B ruce VV.D. Yardley, 1995. A n In tro d u c tio n to M e ta m o rp h ic

Petrology. Longman Singapore Publishers. 264 pgs.
Frank s. Spear, 1993. Metamorphic Phase Equilibria and Pressure

P h logopit - B io tit K2(Mg,Fe2* M F e 3\A I, Tì)0.2[Sì ^5AI2.3O2q1(OHi F)4

Là khoáng vật phô biến trong cả đá m agm a và
biến chất, n hư n g trong đá biến chât nó có vai trò đặc
biệt khi nghiên cửu tý s ố Mg, Fe chứa trong khoáng
vật cộng sinh cùng với nó. Ví dụ, cặp granat - biotit,
biotit - pvroxen , sự thay th ế đ ổ n g hình của M g - Fe

- Temperature - Time Paths. Book Cratter Inc. 799 pgs. Chelsea,
Michigan. USA.
M iyashiro A., 1973. Metamorphism and Metamorphic Belts.
Ruskitĩ House. 472 pgs. Museum Street.

Phan Trường Thị, 2005. Thạch học các đá biến chất. NXB Đại
học Quốc gia Hà Nội. 97 tr.

Tướng và đới biến chất
Phan Trường Thị. Khoa Địa chất,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN).


Giới thiệu
v ể cơ bản sự gia tăng nhiệt đ ộ và áp suât tùy
thuộc vào độ sâu của vỏ Trái Đất. Các tô hợp cộng
sinh khoáng vật là sản phẩm cân bằng hóa lý tại m ột
trạng thái vật lý xác định, và do đ ó chúng phản ảnh
đ ộ sâu thành tạo trong v ò Trái Đât. N ếu n hư Cô sinh
vật học giú p các nhà địa chất phân chia các tầng đá

tử cô đến trẻ, thì Thạch học các đá biến chất là cơ sở
khoa học chính xác cho việc phân lớp vỏ Trái Đâ't từ
n ông đến sâu.
G eorge Barrovv (1893 - 1912) lẩn đầu tiên phát
hiện tính phân đới biến chât ở m iền núi cao Scotish
(Bắc nước Anh). Lần lượt theo sự xuất hiện và biến


BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT

V ề phương diện khoáng vật học, tính phân đới
theo trật tự từ nhiệt độ thâp (chlorit) đến nhiệt độ cao
(silimanit). v ể sau với nhừng công trình của Escola
(1914), V. M. G oldschm idt (1988 - 1947) phương pháp
phân tích tướng biến chât được hoàn thiện. Đặc biệt
trong những năm gần đây, việc sử dụng các nhiệt k ế
và áp k ế địa chât đâ chính xác hóa sự phân chia các
tướng biến châ't trên biếu đổ p - T. Thoạt đẩu sự phân
đới cho ta khái niệm v ể tướng khoáng vật, nhưng
tướng biến châ't có m ột nội d ung bao quát hơn theo
định nghĩa sau đây của F. J. T um er (1981).
Tướng biến chât là m ột bộ gồm nhiều tô hợp

cộng sinh khoáng vật biến chât, chúng xuâ't hiện có
tính quy luật trong không gian và thời gian, trở
thành tiêu chí đ ê nhận biết v ề m ối quan hệ giữa
thành phẩn khoáng vật và thành phẩn n gu yên thủy
của đá bị biến chất.
Trong định nghĩa trên, phải giải thích thêm là
khái niệm v ể m ột tổ hợp cộng sinh khoáng vật, v ề
mặt hóa - lý là m ột tập h ạp cân bằng khoáng vật
trong m ột điều kiện p - T xác định.
Tập hợp khoáng vật cộng sinh tiêu biểu

Km

\

\

X\

Các phản ứng biến chất và tồ hợp cộng sinh
khoáng vật tiêu biểu



/
/
>

_


kbar

1

mâ't của m ột s ố khoáng vật, Barovv đã vẽ được bản
đ ổ phân b ố của chúng: chlorit —> biotit —» granat —»
staurolit —> kyanit —> silim anit.



22

- //** / ^
. *§/
/ ' X Ị €7
y
. °//:f
X

»u

-

Andalusit

J
400

200


1

600

.....
800

J
1000°c

Hình 1. Sơ đồ các tướng biến chất: Các tướng đá phiến
xanh và eclogit thuộc loạt tướng biến chất áp suất cao; các
tướng đá phiến lục, am phibolit và granulit thuộc loạt tướng

biến chất áp suất trung bình; còn lại - áp suất thấp.

Trên hình 2 theo phư ơng pháp toạ độ trọng tâm,
m ột điểm p th ể hiện thành phẩn hóa học của m ột đá
hay khoáng vật chứa 3 hợp phần. Ví dụ trên tam giác
ACF, từ p v ẽ các đ ư ờ n g son g so n g với các cạnh:
CI + IK + KF = CF = 100%, trong đ ó CI = F%;
IK = A%; KF = c% .
Thử thê hiện vị trí m ột khoáng vật trên biểu đồ
ACF.
Khoáng vật silim anit (AI2S1O5), hay viết
AI2O 3 .S1O 2 . Trên tam giác không có SÌƠ 2, nếu chi
quan tâm đ ến A - c - F nghĩa là c = 0, F = 0, vị trí của
silim anit sẽ nằm tại điếm A.

Khoáng vật biotit (3Sia.l/2Al2aa/2K20.3(Mg,Fe)

Trên hình 1 [H .l] thấy rõ m ỗi m ột tướng biến
chất được khu xứ trong m ột trường p - T xác định,
đó là m ột trường lư ờn g biến (n = 2). Xuất phát từ
m ột đá n gu yên thủy nào đ ó (k xác định), s ố lượng F
của các pha khoáng vật biến chất cân bằng cũ n g xác
định, hay còn gọi là một tố hợp khoáng vật biên chất cân
bằng đặc trưng. Thông thường hạn c h ế s ố k = 3 cho
m ôi m ột hệ đá n guyên thủy đ ê tiện phân tích, s ố pha
trong m ột tổ hợp cân bằng cũng bằng hoặc nhỏ hơn
3. D ùn g biếu đ ồ tam giác cân đểu hay tam giác
vu ô n g cân th ể hiện m ối quan hệ giữa các tồ hợp
khoáng vật cân bằng, thành phẩn n guyên thủy và
được đặt trong n h ũ n g ô xác định của sơ đ ổ tướng
biến chất.

0 [0 H ]2 , trên tam giác ACF, vị trí của nó sẽ nằm trên
cạnh A - F theo tỷ lệ: 6/1 hay 85%F và 15% A [H.2].
A

/

^

N ếu lựa chọn A = s ố lượng phân từ của AI2O 3
(tính từ tỷ lệ % trong thành phần hóa học của đá);
F = FeO + MgO;
K = K2O + N a 2Ơ,
Sao cho: A + F + K = 100.
Trong m ột sô' trường hợp khác lại có th ể lựa


chọn:
F = FeO; M = MgO, sao cho A + F + M = 100. H ay
đưa thêm c = CaO, trong tổng A + c + F,..
Đ ó là p hư ơn g pháp phân tích m ột hệ phức tạp
nhiểu thành phẩn theo n h ù n g bình diện khác nhau:
A K - F; A c F ; A - F - M. [H.2]

Hình 2. Biểu đồ tam giác thẻ hiện các tổ hợp cộng sinh
khoáng vật xuất phát từ m ột hệ hoá học của đá nguyên thủy.

T ư ơng tự các trường thê hiện thành phần
n g u y ên thủy của đá biến chất: lân cận đ iểm A - đá
sét biến châ't (giàu AI2O 3 ); đá m afic - siêu m afic lân
cận đ iểm M, F hay cạnh F - M; đá vôi biến chât lân
cận đ iểm c.
Việc lựa chọn các tập hợp khoáng vật cộ n g sinh
tiêu biểu tuân thủ các n gu yên tắc sau đây:


BIẾN CHẤT & ĐÁ BIẾN CHẤT

1- Xuât phát từ m ột n g u ồ n gốc n guyên thủy,
thông thường từ đá sét, m afic bị biến chât, đặc trưng
cho các hệ hóa học sau:
Hệ S 1O 2 - AI2O 3 - CaO - N a 2Ơ - K2O - H 2O
(CKNASH): đặc trưng cho các nhóm đá sét, đá thạch
a n h - íelspat, g r a n ito it.
Hệ SiƠ 2 - AI2O 3 - FeO - M gO - T 1O 2 (ACFM): đặc
trưng cho các đá mafic.
H ệ CaO - S 1O 2 : các đá vôi - silic.

Môi m ột hệ được đặc trung bời một danh sách
các tô hợp khoáng vật cộng sinh tiêu biếu, sản phấm
của các phản ú ng biến châ't được phát hiện trong
thiên nhiên và được tính toán theo các cân bằng
nhiệt đ ộn g học, nghĩa là chúng có m ột vị trí xác định
trên biếu đ ổ p - T.
2- Trong danh sách râ't phức tạp, chỉ lựa chọn m ột
s ố tổ hợp mà sự xuât hiện cũng như biến mâ't liên
quan với những ranh giới địa châ't quan trọng. Ví dụ,
trong các lục địa cố, đá sét hay đá m afic bị biến châ't
có tuổi Arkei ch u yển sang tuổi Proterozoi, hay từ
Tiền Cambri chuyến sang P aleozoi hạ. Theo dõi đá
m afic biến chất trong các vị trí địa châ't khác biệt trong các đới hút chìm có n hử n g phản ứng biến châ't

khác biệt với các đai tạo núi.
3- Theo bình diện quan sát ACF, AFM, AKF,...
chọn 2 - 3 khoáng vật cộng sinh tiêu biểu, gác m ột
bên nhừng khoáng vật ở đ iểu kiện nào cũng xuất
hiện. Ví dụ thạch anh, calcit, m ột s ố felspat [H.3].

23

vật đó là silim anit, kyanit, cordierit, m uscovit, biotit,
chlorit; s ố lư ợng của chúng có đến hàng chục. Trong
khi đó dựa theo khả năng thay thô đ ổn g hình có thể
gh ép lại m ột s ố hợp phấn:
AI2O 3

: hợp phẩn thứ nhâ't


(K2O + NazO) : hợp phần thứ hai
(FeO + M gO) : hợp phẩn thú ba.
Theo quy ư ớc đó, đá sét có k = 3. N ếu vậy, sẽ có
bao nhiêu đ iểm v ô biến trên biểu đ ồ p - T? M ỗi
đ iếm v ô biến theo q uy tắc G ibbs tư ơng ứ n g với
k + 2 k hoán g vật. N ếu A bằng s ố lư ợ n g khoán g vật
b iến chất có chứa 3 hợp phần hóa h ọc nêu trên thì
SỐ đ iểm v ô b iến sê là chập (k + 2) phẩn tử của
A
phẩn tử khoán g vật. Theo s ố học thìcó th ế tính
theo cô n g thức:
FA = A ! / [ A - ( k + 2 )] !

Thông thường đá sét biến chất, s ố A có thê là 15,
nếu vậy SỐ điểm v ô
biến trên biểu đ ồ p - T sè là
F515 = 15!/[15 - 5]!= 360.360 điểm
Tính tương tự, s ố đ ư ờng đơn biến là 32.760.
N h ư n g trong thực tế số lượng không lớn như
vậy. V iệc phát hiện n hữ ng tổ hợp khoáng vật chập 5
(vô biến) và n hù ng tô hợp chập 4 (đơn biến) trong
thiên nhiên của các đá sét biến chất ,và tương tự của
các đá m afic biến chât sẽ xác lập m ột hệ thống các
điểm v ô biôh và các đ ư ờng đơn biến trên biểu đổ
p - T. H ệ thống đ ó phân chia các trường tổn tại của k
(trường hợp lư ỡng biến) khoáng vật.
Vâín đ ề còn lại là v iệc xác định vị trí các điếm vô
biến và vẽ đư ợc các đ ư ờng đ an biến trên biểu đổ
p - T. Bằng thực nghiệm , bằng p hư ơng pháp tính
toán hóa lý có thê làm được điểu đó. H ình 4 là giản

lược các điếm đơn biến và các đ ư ờng đơn biến tiêu
biểu dựa trên quan sát thiên nhiên và địa chất của
các tướng biến chât trên biếu đ ổ p - T.

Hình 3. Hai tổ hợp khoáng vật do phản ứng biến chất.

Pyrophyllit
Andalusit

Biotit + Silim anit -» Granat + Cordierit. Phía trái nhiệt độ
thấp hơn phía phải. Theo biều đồ có thề dự đoán phản ứng
G ranat + C ordierit -» Hypecsthen + Silim anit khi nhiệt độ
nâng cao hơn nữa.

A Kyanít
M Silimanit

/

Biểu đồ

p-T

của các tướng biến chất

Anorthit

Epidot

Theo quy tắc Gibbs: n = k + 2 - F,trong đ ó n ià số

bậc tự do, k- s ố hợp phẩn và F- s ố pha khoáng vật.
Theo đó, trên biểu đổ có hai biến s ố là nhiệt độ (T) và
áp suất (P), s ố bậc tự d o sẽ là:
n = 0 (vô biến) khi F = k + 2
n = 1 (đơn biến) khi F = k + 1
n = 2 (lường biến) khi F = k
N ếu xuất phát từ m ột thành phần n gu yên thủy
của đá bị biến chât, ví dụ đá sét biến chất, thì k là số
có th ể xác định. Ví dụ, trong thành phần của đá sét,
chúng ta chi quan tâm đến các khoáng vật biến châ't
có chứa AỈ2Ơ3, ỈGO, N a 2Ơ, FeO và MgO. Các khoáng

Grosule #
f

Caicit

.

r é -

/

/

\

\

/



d \y
\
\

\ /

/ \

/

/ \

\

\

/ V

Y
\

/

AÍStorolit

/



\

y

/

/ \ \V
\

Chloritoid

ỵ Cordierit

x \

V

\

" Almadin

v ornN.end
\ T a lc

________ V • v \ # \ \ ___V

VVollastonit

pv.


c Cummingtonit

Diopcit

Hypersthen

Hình 4. Vị trí các khoáng vật biến chất chính trên biểu đồ ACF.

D a n h s á c h c á c tư ớ n g b iến c h ấ t

Tướng zeolit
Tướng prenit - pum peleit


24

BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT

T ư ớ ng đá p hiến lục
T ư ớ ng đá p h iến xanh
T ư ớ ng ep id o t am p h ib olit

Trên hình 5 [H.5] là bản đ ổ phân đới biến chất ờ
v ù n g núi Bù Khạng (N gh ệ A n) do Lê D uy Bách và
Phan Trường Thị thành lập (1970).
C ó thê phân biệt các loạt tướng biến chất áp suất
thâp, trung bình và cao. N h ừ n g loạt tư ớng đó đặc
trưng cho n hữ n g đ iểu kiện địa chât râ't khác nhau và

T ư ớ ng am p h ib olit

T ư ớ ng granulit
T ư ớ ng eclogit

được th ể hiện trên hình 5 [H.5].

Hình 5. Sơ đồ phân đới biến ch ấ t ở vùng núi Bù Khạng (Nghệ An).

Tài liệu tham khảo
M iyashiro A., 1973. M etam orphism and M etam orphic Belts.
Ruskitt House, M useum Street. 472 pgs.

Bruce VV.D., Yardley, 1995. An Introđuction to M etamorphic
Petrology. Longmart Singapore Pubỉishers. 264 pgs.

Frank s. Spear, 1993. Metamorphic Phase Equilibria and
Pressure - Temperature - Time Paths, Book Cratter, Inc.
Chelsea, Michigan, USA. 799 pgs.
Phan Trường Thị, 2005. Thạch học các đá biến chất. N X B Đại
học Quô'c gia Hà Nội. 97 tr.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay
×