Bài giảng Tinh thể, Khoáng vật, Thạch học - Chương 7: Đặc điểm chung về đá

Nội dung text: Bài giảng Tinh thể, Khoáng vật, Thạch học - Chương 7: Đặc điểm chung về đá

1. Chương 7: Đặc điểm chung về đá 1. Nhóm đá magma. 2. Nhóm đá trầm tích. 3. Nhóm đá biến chất.
2. • Magma đông cứng ở bên dưới mặt đất → đá magma xâm nhập. - Xâm nhập nông - Xâm nhập sâu • Magma phun nổ hoặc chảy tràn trên mặt đất một cách lặng lẽ (dưới nước cũng như trên cạn) rồi đông cứng lại → đá magma phun trào. 3
3. • Tốc độ kết tinh → kích thước khoáng vật. 5
4. Dạng nằm đá magma phun trào • Theo vị trí: phun trào thực thụ, phun nghẹn. • Theo phương thức phun lên bề mặt: phun trào khe nứt, phun trào trung tâm. • Theo hình dạng: lớp phủ, dạng dòng, dạng vòm, dạng kim, dạng tháp Dạng nằm đá magma xâm nhập • Chỉnh hợp: Thể nấm, thể chậu, thể vỉa, thể thấu kính, thể xâm nhập giữa tầng. • Không chỉnh hợp: Thể cán, thể tường, thể batolite. 7
5. Thành phần vật chất *Thành phần hóa học: tỷ lệ các oxide có trong đá. • Chủ yếu là silicate. • Chất bốc ít hơn trong magma. - Hợp phần chủ yếu: chiếm vài phần trăm (SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O ) - Hợp phần thứ yếu: chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong đá (TiO2, ZrO2, MnO2, P2O5, BaO, ) - Hợp phần phụ: không phổ biến ở mọi loại đá mà chỉ có trong vài loại đá riêng biệt (Cu, Ni, Co, Cr, Au, Sn, Mo, W, Th ) 11
6. * Phân loại khoáng vật dựa vào nguồn gốc. • Khoáng vật nguyên sinh: hình thành trực tiếp từ magma. • Khoáng vật thứ sinh: do khoáng vật nguyên sinh biến đổi. • Khoáng vật biến sinh: hình thành các biến thể đa hình do thay đổi điều kiện hóa lý. • Khoáng vật tha sinh (không có nguồn gốc magma): do đá magma hòa tan hay đồng hóa với đá vây quanh. * Cộng sinh khoáng vật trong đá magma. • Các khoáng vật đi chung, kết hợp với nhau theo một cách thức riêng biệt. • Thành phần hóa học, điều kiện hóa lý → tổ hợp cộng sinh khoáng vật. • Sự hiện diện một số khoáng vật trong đá magma → sự tồn tại hoặc không tồn tại các khoáng vật khác trong đá. 13
7. Cấu tạo (structure) • Sự phân bố (khả năng lấp đầy) trong không gian của các hợp phần tạo nên đá. - Cấu tạo khối. - Cấu tạo cầu (đồng tâm). - Cấu tạo dị li (taxit). - Cấu tạo định hướng, dòng chảy. - Cấu tạo dải. - Cấu tạo đặc sít. - Cấu tạo lỗ hổng, bọt, xỉ. - Cấu tạo hạnh nhân. • Khối nứt nguyên sinh, khối nứt dạng cột, dạng vỉa, dạng nêm. 15
8. vesicular Cấu tạo lỗ hổng của basalt. 17
9. scoria Cấu tạo xỉ của basalt. 19
10. KT khảm: các tinh thể tự hình của kv này được gắn bởi một tinh thể lớn tha hình hơn. KT ophite: pl có dạng tinh thể kéo dài tự hình xếp chéo nhau tạo nên khoảng trống được lấp đầy bởi py tha hình. → KT khảm – ophite. KT vành phản ứng: kv màu bị bao quanh bởi một vành kv màu khác. KT aphia: không có ban tinh. Số lượng tương đối giữa vi tinh – thủy tinh: KT gian phiến, intersertal (vi tinh 75%), KT hyalopilite (vi tinh 50%), KT vitrophyr (vi tinh 25%). 21
11. Phân loại đá magma Dựa trên một số nguyên tắc sau: • Số lượng (tỉ lệ %): KV chủ yếu, KV thứ yếu • Nguồn gốc: KV nguyên sinh, KV thứ sinh • Thành phần hóa học: hợp phần chủ yếu, hợp phần thứ yếu • Chỉ số màu • Hàm lượng silicat • Hàm lượng SiO2 • Thành phần khoáng vật • Dạng nằm của đá • Kiến trúc của đá 45
12. Quá trình thành đá (diagenesis) Đá gốc Đá trầm tích là Phá huỷ các đá và khoáng vật những thể địa chất được hình thành Phong hoá, xói mòn trên bề mặt của Vận chuyển vật liệu VTĐ tích tụ và biến đổi theo phương Nuớc, gió thức cơ lý và hóa học các sản phẩm Lắng đọng vật liệu phong hóa, kiến Nén chặt tạo, núi lửa và sinh vật trong điều kiện Gắn kết nhiệt độ và áp suất bình thường. Silicate hoặc calcite Tái kết tinh Đá trầm tích 47
13. Do phong hóa Quá trình phá hủy đá gốc dưới tác dụng của các yếu tố vật lý và hóa học và hoạt động của sinh vật. - Phong hóa vật lý: đá gốc → hạt vụn. - Phong hóa hóa học: đá gốc → biến đổi thành phần khoáng vật và thành phần hóa học. - Phong hóa sinh học: đá gốc → mất đi một số nguyên tố Al, Fe, Ca, K do thực vật, sinh vật 49
14. Sự di chuyển và lắng đọng từ dung dịch keo Dung dịch keo: vật chất có kích thước 0,01-0,001mm trong môi trường phân tán (nước). Các hạt keo thường gặp là Al2O3, Fe2O3, Fe(OH)2, MnO, SiO2, CaCO3 chúng mang điện tích. - Hai hạt keo điện tích trái dấu → trung hòa điện → ngưng keo. - Dung dịch keo → kết tủa khi có chất điện phân (vùng cửa sông) - Dung dịch keo mất nước → quá bão hòa → keo già → chặt sít, rắn chắc. 51
15. Sự di chuyển và lắng đọng từ dung dịch thật Dung dịch chứa các nguyên tố dạng ion (hòa tan). Độ hòa tan các hợp chất trong tự nhiên: Al → Fe → Mn → SiO2 → P2O5 → CaCO3 → CaSO4 → NaCl → MgCl2 Độ hòa tan 100% DD thật 50% DD keo Al P2O5 MgCl2 53
16. Tác dụng phân dị trầm tích Hiện tượng phân chia trầm tích thành các thể độc lập dưới tác dụng của các quá trình cơ học và hóa học xảy ra từ khi vận chuyển đến khi lắng đọng trầm tích. Sự phân dị cơ học: phân chia các sản phẩm phá hủy kiến tạo và phong hóa vật lý thành các loại đá riêng biệt phân bố ở các vị trí khác nhau trong không gian. - Kích thước, tỷ trọng giảm dần từ thượng nguồn đến hạ nguồn hoặc từ bờ ra ngoài khơi. 55
17. - Al2O3 và Fe2O3 chủ yếu được thành tạo trong VPH trẻ vùng khí hậu nhiệt đới ẩm. - MnO2: lắng đọng sau Al và Fe, khi có Fe tạo nên kết hạch Fe-Mn. - SiO2 hoặc kết hợp với các kim loại (Fe) lắng đọng gần bờ sau Fe và Mn. - FeCO3 và FeS2 lắng đọng sau silicate Fe. - CaCO3 lắng đọng sau siderite. - Dolomite, gypsum, anhydrite, fluorite khi nồng độ muối cao gấp 5 lần bình thường. - Các hợp chất chlorur và sulphate magne khi nồng độ gấp 11 lần. 57
18. (2) GĐ muộn (khử): vật chất phân bố lại, nén chặt. Vật chất hữu cơ phân hủy giải phóng H2S và CO2 tạo kết hạch pyrite và siderite. Các giai đoạn biến đổi đá: (1) GĐ Hậu sinh: thay đổi từng phần kiến trúc và thành tạo khoáng vật mới dưới tác động của các quá trình hóa lý, cơ lý (không tác động của sinh vật). * Thời kỳ hậu sinh sớm: khoáng vật nguyên thủy vẫn còn bảo tồn, khoáng vật không bền chưa biến đổi hoàn toàn. Độ rỗng giảm còn 10-15%. 59
19. Các phương pháp nghiên cứu đá trầm tích Các p/p cổ điển + các p/p hiện đại. Ngoài thực địa: PP ĐC. Cần lưu ý các vấn đề sau: Mặt cắt ĐC, KV, KT, CT, màu sắc, phong hóa, di tích hữu cơ, Trong PTN - P/P TH lát mỏng: Xác định KV, KT, CT, sự biến đổi - P/P phân tích độ hạt (rây): Đá bở rời hoặc gắn kết yếu xác định cấp độ hạt, độ chọn lọc - P/P phân tích KV nặng: Xác định tỉ trọng KV bằng một loại dung dịch. - Phương pháp phân tích độ lỗ rỗng, độ thấm của đá, hàm lượng bitum TK TD DK. 64
20. Cuội kết Dăm kết Cát kết Đá vụn núi lửa 66
21. Đá vôi sinh vật Than 68
22. Thành phần hóa học • Các oxit thường đơn giản và ít hơn đá magma - Đá vôi dolomite CaMg(CO3)2 - Cát kết thạch anh SiO2 • Hàm lượng các oxit biến thiên không giới hạn - Cát kết thạch anh: SiO2 có khi đạt 99% - Sét kaolin: Al2O3 đạt 40% • Hàm lượng Fe3+ nhiều hơn đá magma • Hàm lượng Fe2+ ít hơn đá magma • Hàm lượng Na2O ít hơn đá magma và tỉ lệ K2O/Na2O>1. • Hàm lượng H2O, CO2, S nhiều hơn đá magma 70
23. • KV tự sinh (KV tại sinh)  Do sự lắng đọng từ dung dịch thật, dung dịch keo  Là thành phần chủ yếu trong đá TT hóa học và sinh hóa; là ximăng gắn kết trong đá TT cơ học  Có nhiều KV tự sinh chỉ gặp trong đá trầm tích  Cộng sinh với nhau theo những qui luật nhất định. Dolomite, hydromica, monmorillonite thường gặp trong môi trường vũng vịnh  Chỉ thị về điều kiện hóa lý của môi trường trầm tích. Silic acid; kaolinite → acid; hidromica → trung tính và kiềm yếu; dolomite → kiềm yếu và kiềm; pyrite → khử; Fe(OH) → oxi hóa. 72
24. • Vật liệu núi lửa  Do hoạt động của núi lửa.  Thành phần: thủy tinh, mảnh vụn thủy tinh, mảnh đá, KV  Chủ yếu trong các đá tuff, tuffit, tuffogen (tuff chứa vật liệu núi lửa > 90%; tuffit: 90 30%; tuffogen: 30  10%).  Lắng đọng tại chỗ, do nước mang đi và lắng đọng nơi khác.  Cũng bị mài tròn và chọn lọc.  Làm thay đổi môi trường địa hóa. 74
25. Phân loại • Nguyên tắc: thể hiện được những thông tin sau  Nguồn gốc  Điều kiện thành tạo  Thành phần  Cấu tạo, kiến trúc  Mối quan hệ các đá  Đơn giản • Phân loại:  Nhóm I: đá trầm tích cơ học (vụn)  Nhóm II: đá sét (cơ học và HH)  Nhóm III: đá trầm tích hóa học và sinh hóa 76
26. Trầm tích hóa học – Đá vôi chứa di Trầm tích hóa học – Đá vôi chứa di tích sinh vật (Kiên Giang) tích sinh vật (Kiên Giang) 78
27. Cách gọi tên • Đá có nhiều thành phần → gọi tên riêng  Cát kết arkose, cát kết graywacke, • Đá có 2 hoặc 3 thành phần thì gọi tên theo KV với số lượng giảm dần, nếu số lượng < 10% thì ghép thêm chữ “chứa” hoặc trước thành phần thứ ba cũng ghép thêm chữ “chứa”.  Cát Qz: 70% và bột Qz: 30%, cát – bột kết thạch anh  Sét: 50%, calcite: 30% và cát: 20% Sét - vôi chứa cát. • Theo nguồn gốc ban đầu  Calcite: 80% và dolomite: 20%; nếu dolomite được thành tạo từ calcite (do trao đổi thay thế) đá vôi dolomite hóa chứ không gọi là đá vôi dolomite. 80
28. Kiến trúc đá trầm tích vụn • KV tha sinh – hạt vụn (phong hóa cơ học) Kiến trúc cuội (psephite)  Kích thước hạt vụn Kiến trúc cát (psammite) Kiến trúc bột (aleurite) Kiến trúc sét (pelite) 1m 1dm 1cm 1mm 0,1mm 0,01mm Khối Tảng Cuội, dăm Sỏi, sạn Cát Bột Sét Dạng góc cạnh Dạng nửa góc cạnh  Hình dạng hạt vụn Dạng tròn cạnh Dạng rất tròn cạnh Dạng gặm mòn Dạng tái sinh 82
29. Cơ sở Gặm mòn Lấp đầy Tiếp xúc Kiểu xi măng Nén ép (hạt vụn - xi măng) Tái kết tinh Kết vỏ Tái sinh Khảm 84
30. Kiến trúc đá trầm tích hóa học và trầm tích sinh hóa Theo hình dạng: Theo kích thước: . Vô định hình . Hạt đều . Ẩn tinh . Hạt không đều . Tái kết tinh . Hạt thô . Hóa hạt . Hạt lớn . Thay thế . Hạt vừa . Tha hình . Hạt nhỏ . Tự hình sinh vật . Hạt mịn . Tàn tích sinh vật . Vi hạt . Dạng keo 92
31. Cấu tạo CT trên mặt lớp (các dấu vết trên mặt lớp) như dấu vết gợn sóng do dòng nước, sóng biển, gió, khe nứt khô, giọt mưa, vết hằn CT khối (đồng nhất). Không định hướng; không thành lớp mà đồng nhất theo các phương. CT dòng chảy, vò nhàu. Định hướng; bị uốn lượn thành dãy theo dòng chảy; sét, carbonat, CT phân lớp: nằm ngang, lượn sóng, xiên chéo. Phổ biến và đặc trưng cho đá trầm tích. CT spherolite CT stilolite CT hạnh nhân 94
32. Ñaïi Laøo 100
33. Caàu Ñaïi Ninh – cuội kết cơ sở 102
34. 3. Đá biến chất • Thành tạo từ sự biến đổi của các đá có trước trong các điều kiện sau:  Ở trạng thái cứng.  Nằm ở phần sâu của vỏ TĐ.  Các yếu tố nội lực (T, P, dd biến chất ) → Đá có trước bị thay đổi về thành phần, kiến trúc, cấu tạo. 116
35. Các yếu tố biến chất • Nhiệt độ • Áp suất • Dung dịch b/c • Thời gian b/c 118
36. Nguồn gốc Hoạt động của Mm, ở gần khối Mm hay gần họng núi lửa bao giờ cũng có lượng nhiệt lớn và nhiệt độ cao. Gradient địa nhiệt. Biến đổi theo chiều sâu và chiều ngang do cấu trúc ĐC của từng vùng. •Trong vỏ TĐ, càng xuống sâu thì nhiệt độ càng tăng, trung bình là 300/Km (10/33m). •Vùng núi lửa hoạt động: 350/Km. Do chuyển động kiến tạo, như các hệ thống đứt gẫy dịch chuyển theo các mặt trượt. Sự tập trung của những vật chất phóng xạ với nồng độ cao cũng có liên quan tới dòng nhiệt, làm nhiệt độ gia tăng. Theo thời gian ĐC, gradient địa nhiệt trước Cambri (Arkezoi – Thái cổ) cao hơn ngày nay rất nhiều. 120
37. Tạo khoáng vật đặc xít hơn Fosterite + Anortite → Garnet Mg2SiO4 CaAl2Si2O8 CaMg2Al2(SiO4)3 Thể tích phân tử 43,91 101,1 125,8 Tăng nhiệt độ kết tinh 122
38. Bổ sung áp suất thủy tĩnh Muscovite + Thạch anh  Orthoclase + Silimanite + nước KAlSi3O8 KAl2[AlSi3O10](OH)2 + SiO2 + Al2SiO5 + H2O Là môi trường ion và nguyên tử di chuyển Calcite + Thạch anh  Wollastonite +CO2 CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 Fosterite + Thạch anh = Enstatite Mg2SiO4 + SiO2 2MgSiO3 Talc + Calcite → Tremolite Mg3Si4O10(OH)2 + CaCO3 Ca2Mg5Si8O22[OH]2 126
39. Dạng biến chất nhiệt động Do tác dụng đồng thời của cả ba yếu tố: nhiệt độ, áp suất và dung dịch biến chất. Thay đổi kiến trúc, cấu tạo, thành phần khoáng vật và đôi khi cả thành phần hóa học. Nếu quá trình biến chất xảy ra trong phạm vi rộng lớn (như miền địa máng) thì gọi là biến chất khu vực; nếu xảy ra trong phạm vi nhỏ (như dọc theo các đứt gẫy) thì gọi là biến chất địa phương. 128
40. Dạng biến chất trao đổi (biến chất sau Mm) Do tác dụng chủ chủ yếu của dung dịch biến chất được thoát ra từ khối magma đã kết tinh (dung dịch sau magma vừa mới kết tinh xong) Các đá bị biến đổi nằm ở hai bên tiếp xúc và có thành phần hóa học hoàn toàn khác với đá ban đầu vì có sự thay đổi các nguyên tố hóa học giữa khối xâm nhập và đá vây quanh. Nếu qúa trình biến chất xảy ra trong một phạm vi lớn thì gọi là biến chất trao đổi khu vực; nếu xảy ra tên một phạm vi nhỏ như quanh khối xâm nhập thì gọi là biến chất tiếp xúc trao đổi. 130
41. Biến chất giật lùi (tự biến chất) Nhiệt độ, áp suất hạ thấp → các đá (khoáng vật) biến chất được thành tạo ở mức độ cao → các đá (khoáng vật) biến chất ở mức độ thấp Do tác dụng của dung dịch sau magma cùng nguồn và xảy ra bên trong khối magmna kết tinh. Các quá trình biến đổi thứ sinh (hoặc khí thành nhiệt dịch), quá trình đá phun trào kiểu mới bị biến đổi thành đá phun trào kiểu cũ cũng thuộc nhóm tự biến chất. 132
42. Tướng biến chất Tướng biến chất là sự thể hiện một trình độ biến chất tương ứng với một giới hạn nhất định về điều kiện nhiệt độ và áp suất. Các đá được thành tạo trong một điều kiện nhiệt độ, áp suất nhất định được gọi là những đá có cùng một tướng biến chất. 134
43. Đá Khoáng vật Mm olivine, augite, horblend, plagioclase, orthoclase, Qz, và biotite, muscovite, phlogopite, ilmenite, magnetite, b/c chlorit, actinolite, tremolite, wollastonite, jaderite B/c andalousite, disthene, silimanite, cordierite, garnet, staurolite Khoáng vật sót: apatit, zircon, rutil, titanite, toumaline, quặng Khoáng vật cân bằng: silimanite, andalusite, garnet, biotite Khoáng vật biến chất lùi: sericite, chlorite 136
44. Andalusite 138
45. Garnet màu xanh lục (trên) và hồng nhạt (dưới) 140
46. Silimanite dạng tấm dài, có 1 phương cát khai và nhiều đường nứt ngang. 142
47. Đặc điểm kết tinh Hình dạng Marble Quarzite Kết tinh đồng thời mức độ tha hình. 144
48. Kiến trúc (KT) KT sót: KT đá nguyên thuỷ + biến dư KT biến tinh quá trình Bc và tái kết tinh • KT hạt nhỏ, vừa, lớn. • KT biến tinh hạt đều, biến tinh hạt không đều, ban biến tinh • KT hạt biến tinh, men rạn, sừng các KV có dạng đẳng thước tha hình. • KT granulite • KT vảy biến tinh KV dạng vảy, tấm chiếm ưu thế • KT vảy – hạt biến tinh • KT que, sợi biến tinh các KV có dạng que, trụ sắp xếp gần song song nhau • KT khảm biến tinh KV này khảm trên ban biến tinh lớn KV khác. 148
49. Ban biến dư 150
50. Ban biến tinh 152
51. Hạt biến tinh 154
52. Ban biến tinh 156
53. Sừng 158
54. Phân loại Dựa vào nguồn gốc Đá biến chất động lực. Đá biến chất nhiệt. Đá biến chất nhiệt động. Đá biến chất trao đổi. Dựa vào trình độ biến chất (tướng biến chất) để phân chia ra thành các nhóm đá: Nhóm đá B/c thấp. Nhóm đá B/c trung bình. Nhóm đá B/c cao. 160
55. Đá sừng là tên gọi chung cho các đá b/c có CT khối, hạt mịn, sẫm màu và là sản phẩm của biến chất nhiệt Đá sừng Qz – biotite – cordierite. Đá phiến là tên chung của các đá B/c có CT phân phiến Đá phiến kết tinh Qz – mica có garnet; Đá phiến Qz – mica – andalusite; Đá phiến Qz – sericite; Gneiss là tên chung của các đá B/c có CT gneiss Gneiss micas – granat; Gneiss micas – disthen. 162
56. Theo nguồn gốc của đá para– b/c từ đá Tt ortho– b/c từ đá Mm •Paragneiss là đá bị biến chất từ đá sét, đá arkose; •Paraamphibolit là đá bị biến chất từ đá marn; •Orthogneiss là đá bị biến chất từ đá magma acid; •Orthoamphibolit là đá bị biến chất từ đá magma mafic. Các tiếp đầu ngữ “meta-”, “apo-” quá trình B/c chưa hoàn toàn •Metagabbro •Apodunite, 164