Đang tải... (xem toàn văn)
Các phản ứng biến chất và tổ hợp cộng sinh khoáng vật tiêu biểu; định nghĩa tướng biến chất; xác định các vị trí các điểm vô biến và vẽ đường đơn biến biểu đồ P-T; phân biệt các loại tướng biến áp suất thấp, trung bình và cao.
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 hàm s ố phụ thuộc chặt chè với biến thiên nhiệt độ áp suâ't [H.17] M uscovit khoáng vật rât phô biến không nhừng đá m agm a mà đá biến chất C ộng sinh có m uscovit phản ánh điểu kiện biến châ't Trên hình 16 [H.16] thê tơ hợp khống vật đặc trưng cho trường vừ n g m uscovit Hình 16 Biểu đồ cân muscovit (Ms) P h en git m uscovit có tỷ s ố Si:Al lớn 3:1 kèm theo có thay th ế M g, Fe2+ cho AI câu trúc tinh thế, đ ổn g thời phản ánh điểu kiện thành tạo áp suất cao P hengit cộng sinh với talc, kyanit, chloritoid đá biến chất nhiệt độ thâp, áp suâ't cao S ericit m uscovit d ạng vảy m ịn thường thấy đá biên chất nhiệt độ thấp Hình 17 Tỷ số Mg (nhánh trái) granat biotit (nhánh phải) tổ hợp cộng sinh íelspat kali + AI2SÌO5 + hypersthen 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 khống vật phơ biến đá m agm a biến chất, n hư n g đá biến chât có vai trò đặc biệt nghiên cửu tý s ố Mg, Fe chứa khoáng vật cộng sinh với Ví dụ, cặp granat - biotit, biotit - pvroxen , thay th ế đ ổ n g hình 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 đá biến chất NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 97 tr Tướng đới biến chất Phan Trường Thị Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN) Giới thiệu v ể gia tăng nhiệt đ ộ áp suât tùy thuộc vào độ sâu vỏ Trái Đất Các tơ hợp cộng sinh khống vật sản phẩm cân hóa lý m ột trạng thái vật lý xác định, đ ó chúng phản ảnh đ ộ sâu thành tạo v ò Trái Đât N ếu n hư Cô sinh vật học giú p nhà địa chất phân chia tầng đá tử cô đến trẻ, Thạch học đá biến chất sở khoa học xác cho việc phân lớp vỏ Trái Đâ't từ n ông đến sâu G eorge Barrovv (1893 - 1912) lẩn phát tính phân đới biến chât m iền núi cao Scotish (Bắc nước Anh) Lần lượt theo xuất biến BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT V ề phương diện khống vật học, tính phân đới theo trật tự từ nhiệt độ thâp (chlorit) đến nhiệt độ cao (silimanit) v ể sau với nhừng cơng trình Escola (1914), V M G oldschm idt (1988 - 1947) phương pháp phân tích tướng biến chât hồn thiện Đặc biệt năm gần đây, việc sử dụng nhiệt k ế áp k ế địa chât đâ xác hóa phân chia tướng biến châ't biếu đổ p - T Thoạt đẩu phân đới cho ta khái niệm v ể tướng khoáng vật, tướng biến châ't có m ột nội d ung bao quát theo định nghĩa sau F J T um er (1981) Tướng biến chât m ột gồm nhiều tơ hợp cộng sinh khống vật biến chât, chúng x't có tính quy luật khơng gian thời gian, trở thành tiêu chí đ ê nhận biết v ề m ối quan hệ thành phẩn khoáng vật thành phẩn n gu yên thủy đá bị biến chất Trong định nghĩa trên, phải giải thích thêm khái niệm v ể m ột tổ hợp cộng sinh khống vật, v ề mặt hóa - lý m ột tập h ạp cân khoáng vật m ột điều kiện p - T xác định Tập hợp khoáng vật cộng sinh tiêu biểu Km \ \ X\ Các phản ứng biến chất tồ hợp cộng sinh khoáng vật tiêu biểu Ầ / / > _ kbar mâ't m ột s ố khoáng vật, Barovv vẽ đ ổ phân b ố chúng: chlorit —> biotit —» granat —» staurolit —> kyanit —> silim anit — 22 - //** / ^ *§/ / ' X Ị €7 y °//:f X »u - Andalusit J 400 200 600 800 J 1000°c Hình Sơ đồ tướng biến chất: Các tướng đá phiến xanh eclogit thuộc loạt tướng biến chất áp suất cao; tướng đá phiến lục, am phibolit granulit thuộc loạt tướng biến chất áp suất trung bình; lại - áp suất thấp Trên hình theo phư ơng pháp toạ độ trọng tâm, m ột điểm p th ể thành phẩn hóa học m ột đá hay khống vật chứa hợp phần Ví dụ tam giác ACF, từ p v ẽ đ n g son g so n g với cạnh: CI + IK + KF = CF = 100%, đ ó CI = F%; IK = A%; KF = c% Thử thê vị trí m ột khống vật biểu đồ ACF Khoáng vật silim anit (AI2S1O5), hay viết AI2O S1O Trên tam giác SÌƠ 2, chi quan tâm đ ến A - c - F nghĩa c = 0, F = 0, vị trí silim anit nằm điếm A Khống vật biotit (3Sia.l/2Al2aa/2K20.3(Mg,Fe) Trên hình [H l] thấy rõ m ỗi m ột tướng biến chất khu xứ m ột trường p - T xác định, m ột trường lư ờn g biến (n = 2) Xuất phát từ m ột đá n gu yên thủy đ ó (k xác định), s ố lượng F pha khoáng vật biến chất cân cũ n g xác định, hay gọi tố hợp khoáng vật biên chất cân đặc trưng Thông thường hạn c h ế s ố k = cho m ôi m ột hệ đá n guyên thủy đ ê tiện phân tích, s ố pha m ột tổ hợp cân nhỏ D ùn g biếu đ tam giác cân đểu hay tam giác vu ô n g cân th ể m ối quan hệ tồ hợp khoáng vật cân bằng, thành phẩn n guyên thủy đặt n h ũ n g ô xác định sơ đ ổ tướng biến chất [0 H ]2 , tam giác ACF, vị trí nằm cạnh A - F theo tỷ lệ: 6/1 hay 85%F 15% A [H.2] A / ^ N ếu lựa chọn A = s ố lượng phân từ AI2O (tính từ tỷ lệ % thành phần hóa học 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, cho A + F + M = 100 H ay đưa thêm c = CaO, tổng A + c + F, Đ ó 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 Biểu đồ tam giác thẻ tổ hợp cộng sinh khoáng vật xuất phát từ m ột hệ hoá học đá nguyên thủy T ơng tự trường thê thành phần n g u y ên thủy đá biến chất: lân cận đ iểm A - đá sét biến châ't (giàu AI2O ); 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 tập hợp khoáng vật cộ n g sinh tiêu biểu tuân thủ n gu yên tắc sau đây: BIẾN CHẤT & ĐÁ BIẾN CHẤT 1- Xuât phát từ m ột n g u n gốc n guyên thủy, thông thường từ đá sét, m afic bị biến chât, đặc trưng cho hệ hóa học sau: Hệ S 1O - AI2O - CaO - N a 2Ơ - K2O - H 2O (CKNASH): đặc trưng cho nhóm đá sét, đá thạch a n h - íelspat, g r a n ito it Hệ SiƠ - AI2O - FeO - M gO - T 1O (ACFM): đặc trưng cho đá mafic H ệ CaO - S 1O : đá vôi - silic Môi m ột hệ đặc trung bời danh sách tơ hợp khống vật cộng sinh tiêu biếu, sản phấm phản ú ng biến châ't phát thiên nhiên tính tốn theo cân nhiệt đ ộn g học, nghĩa chúng có m ột vị trí xác định biếu đ ổ p - T 2- Trong danh sách râ't phức tạp, lựa chọn m ột s ố tổ hợp mà xuât biến mâ't liên quan với ranh giới địa châ't quan trọng Ví dụ, 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 vị trí địa châ't khác biệt đới hút chìm có n n g phản ứng biến châ't khác biệt với đai tạo núi 3- Theo bình diện quan sát ACF, AFM, AKF, chọn - khoáng vật cộng sinh tiêu biểu, gác m ột bên nhừng khoáng vật đ iểu kiện xuất Ví dụ thạch anh, calcit, m ột s ố felspat [H.3] 23 vật silim anit, kyanit, cordierit, m uscovit, biotit, chlorit; s ố lư ợng chúng có đến hàng chục Trong dựa theo khả thay thơ đ ổn g hình gh ép lại m ột s ố hợp phấn: AI2O : hợp phẩn thứ nhâ't (K2O + NazO) : hợp phần thứ hai (FeO + M gO) : hợp phẩn thú ba Theo quy ớc đó, đá sét có k = N ếu vậy, có đ iểm v biến biểu đ p - T? M ỗi đ iếm v ô biến theo q uy tắc G ibbs tư ơng ứ n g với k + k hoán g vật N ếu A s ố lư ợ n g khốn g vật b iến chất có chứa hợp phần hóa h ọc nêu SỐ đ iểm v ô b iến sê chập (k + 2) phẩn tử A phẩn tử khoán g vật Theo s ố học thìcó th ế tính theo n g thức: FA = A ! / [ A - ( k + )] ! Thông thường đá sét biến chất, s ố A có thê 15, SỐ điểm v ô biến biểu đ p - T sè F515 = 15!/[15 - 5]!= 360.360 điểm Tính tương tự, s ố đ ờng đơn biến 32.760 N h n g thực tế số lượng không lớn V iệc phát n hữ ng tổ hợp khoáng vật chập (vô biến) n hù ng tô hợp chập (đơn biến) thiên nhiên đá sét biến chất ,và tương tự đá m afic biến chât xác lập m ột hệ thống điểm v ô biôh đ ờng đơn biến biểu đổ p - T H ệ thống đ ó phân chia trường tổn k (trường hợp lư ỡng biến) khống vật Vâín đ ề lại v iệc xác định vị trí điếm vô biến vẽ đư ợc đ ờng đ an biến biểu đổ p - T Bằng thực nghiệm , p hư ơng pháp tính tốn hóa lý có thê làm điểu H ình giản lược điếm đơn biến đ ờng đơn biến tiêu biểu dựa quan sát thiên nhiên địa chất tướng biến chât biếu đ ổ p - T Hình Hai tổ hợp khống vật phản ứng biến chất Pyrophyllit Andalusit Biotit + Silim anit -» Granat + Cordierit Phía trái nhiệt độ thấp phía phải Theo biều đồ có thề dự đốn phản ứng G ranat + C ordierit -» Hypecsthen + Silim anit nhiệt độ nâng cao A Kyanít M Silimanit / Biểu đồ p-T tướng biến chất Anorthit Epidot Theo quy tắc Gibbs: n = k + - F,trong đ ó n ià số bậc tự do, k- s ố hợp phẩn F- s ố pha khống vật Theo đó, biểu đổ có hai biến s ố nhiệt độ (T) áp suất (P), s ố bậc tự d o là: n = (vô biến) F = k + n = (đơn biến) F = k + n = (lường biến) F = k N ếu xuất phát từ m ột thành phần n gu yên thủy đá bị biến chât, ví dụ đá sét biến chất, k số có th ể xác định Ví dụ, thành phần đá sét, chi quan tâm đến khoáng vật biến châ't có chứa AỈ2Ơ3, ỈGO, N a 2Ơ, FeO MgO Các khoáng Grosule # f Caicit r é - / / \ \ / ỵ d \y \ \ \ / / \ / / \ \ \ / V Y \ / AÍStorolit / Ị \ y / / \ \V \ Chloritoid ỵ Cordierit x \ V \ " Almadin v ornN.end \ T a lc V • v \ # \ \ _V VVollastonit pv c Cummingtonit Diopcit Hypersthen Hình Vị trí khống vật biến chất biểu đồ ACF D a n h s c h c c tư n g b iến c h ấ t Tướng zeolit Tướng prenit - pum peleit 24 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT T ng đá p hiến lục T ng đá p h iến xanh T ng ep id o t am p h ib olit Trên hình [H.5] đ ổ phân đới biến chất v ù n g núi Bù Khạng (N gh ệ A n) Lê D uy Bách Phan Trường Thị thành lập (1970) C ó thê phân biệt loạt tướng biến chất áp suất thâp, trung bình cao N h n g loạt tư ớng đặc trưng cho n hữ n g đ iểu kiện địa chât râ't khác T ng am p h ib olit T ng granulit T ng eclogit th ể hình [H.5] Hình Sơ đồ phân đới biến ch ấ t 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 đá biến chất N X B Đại học Quô'c gia Hà Nội 97 tr ... J 1000°c Hình Sơ đồ tướng biến chất: Các tướng đá phiến xanh eclogit thuộc loạt tướng biến chất áp suất cao; tướng đá phiến lục, am phibolit granulit thuộc loạt tướng biến chất áp suất trung bình;... phân chia tướng biến châ't biếu đổ p - T Thoạt đẩu phân đới cho ta khái niệm v ể tướng khoáng vật, tướng biến châ't có m ột nội d ung bao quát theo định nghĩa sau F J T um er (1981) Tướng biến chât... hợp khoáng vật chập (vô biến) n hù ng tô hợp chập (đơn biến) thiên nhiên đá sét biến chất ,và tương tự đá m afic biến chât xác lập m ột hệ thống điểm v ô biôh đ ờng đơn biến biểu đổ p - T H ệ