Bài giảng Thạch học cơ sở

1 bμi giảng thạch học cơ sở Mở đầu 1- Đối t−ợng nghiên cứu của môn học: + Khái niệm chung về đất đá: Theo quan niệm thông th−ờng thì trên bề mặt Trái đất bao gồm hai loại đất và đá. Chúng có thể là hai đối t−ợng của hai lĩnh vực khoa học khác nhau, cũng có thể là đối t−ợng của cùng một lĩnh vực khoa học. Ví dụ: đất là đối t−ợng của ngành Thổ nh−ỡng học (l−u ý đó là đất thổ nh−ỡng), đá là đối t−ợng của ngành Thạch học-Khoáng vật, nh−ng cả đá và đất đều là một trong các đối t−ợng của ngành Xây dựng, đặc biệt là chuyên sâu Đất xây dựng-Địa chất công trình. Theo chuyên sâu Đất xây dựng-Địa chất công trình thì trong tự nhiên đất đá bao gồm các loại sau: - Đá cứng: là các đá có liên kết kiến trúc bền (mà bản chất là liên kết hóa học). Chúng th−ờng có độ bền cao và ít thay đổi khi bão hoà n−ớc. Trong đá cứng có các loại đá magma, trầm tích, biến chất. - Đất phân tán: bao gồm các đất có liên kết kiến trúc bản chất vật lý (liên kết phân tử, liên kết ion-tĩnh điện, mao dẫn và từ tính). Chúng có độ bền thấp và thay đổi nhiều khi bão hoà n−ớc. - Ngoài ra trong tự nhiên còn tồn tại những nhóm đất đặc biệt nh− bùn, đất thổ nh−ỡng (có độ phì nhất định), đá nhân tạo (đất đá đ−ợc đầm nén bằng nhiều ph−ơng pháp khác nhau hoặc gia cố bằng ph−ơng pháp xi măng hóa, vôi hóa, kiềm hóa. + Khái niệm về đá theo chuyên ngành Thạch học: Thạch học là môn học nghiên cứu các đá cấu tạo nên Vỏ Trái đất. Đá là tập hợp có quy luật của một hay nhiều khoáng vật tạo thành các thể địa chất độc lập. Mỗi thể địa chất độc lập phải có 3 điều kiện: - Thể đó phải đ−ợc phân biệt rõ rệt với các khối xung quanh và chứng tỏ rằng nguồn gốc thành tạo của nó phải do những quá trình địa chất riêng (dạng nằm của đá) - Thể đó có thành phần vật chất xác định, khác biệt với thành phần vật chất của các khối khác bao quanh (thành phần hóa học và thành phần khoáng vật). 1nhieu.dcct@gmail.com 2 - Giữa các hợp phần tạo đá có một cách thức kết hợp riêng biệt (cấu tạo và kiến trúc). Đá có thể tồn tại d−ới dạng rắn (nh− đá granit, đá vôi, đá bazan), dạng bở rời (nh− cát, bột...) hoặc dạng dẻo (sét). + Phân biệt các khái niệm khoáng vật, đất, quặng: - Khoáng vật là một hợp chất hóa học tự nhiên có công thức hóa học và cấu trúc nhất định. Ví dụ canxit có thành phần hóa học là CaCO3, cấu trúc tinh thể hệ 3 ph−ơng. Nó là thành phần khoáng vật chủ yếu của đá vôi và đá hoa. - Quặng là những thành tạo khoáng vật hoặc đá mà ta có thể dùng trực tiếp hoặc lấy ra những chất có ích phục vụ cho nền kinh tế quốc dân. Chính vì vậy mà có những loại đá hay khoáng vật vào thời điểm nào đó không phải là quặng nh−ng vào thời điểm khác lại trở thành quặng cho 1 quốc gia vì nó có thể dùng cho nền kinh tế của quốc gia đó. - Đất là sản phẩm phong hóa của các đá. 2- Vị trí của môn học và t−ơng quan của nó với các khoa học khác: - Thạch học nghiên cứu các loại đá không những về ph−ơng diện thành phần, cấu trúc mà còn về ph−ơng diện thế nằm địa chất, nguồn gốc và ý nghĩa của chúng đối với nền kinh tế quốc dân. Vì vậy nó là một khoa học địa chất, một môn khoa học không thể thiếu đ−ợc đối với các ngành khoa học có liên quan đến Vỏ Trái đất: Địa chất công trình, Địa chất thủy văn, Địa chất thăm dò, Địa chất khoáng sản, Địa vật lý, Địa chất dầu, Địa chất mỏ... Đặc biệt đối với Địa chất công trình, việc phân biệt đ−ợc các loại đá sẽ có nhiều thuận lợi cho việc sử lý nền móng khi xây dựng các công trình. Để nghiên cứu đ−ợc môn thạch học thì nhà nghiên cứu cần phải có kiến thức của các môn học Hóa, Hóa-lý, Hóa phân tích, Vật lý, Địa chất đại c−ơng, Tinh thể-khoáng vật... - Chuyên ngành thạch học bao gồm hai bộ phận: thạch học mô tả (petrographie) và thạch luận (petrologie). 3- Cơ sở chung để phân loại đá: Việc phân loại đá có tầm quan trọng đặc biệt. Cũng nh− các ngành khoa học khác, việc phân loại phải đ−ợc dựa trên những đặc điểm cơ bản và quan trọng nhất của đá. Đối với đá thì nguồn gốc thành tạo có một ý nghĩa đặc biệt. Chính sự nghiên cứu các quá trình địa chất dẫn tới sự thành tạo các loại đá đã 2nhieu.dcct@gmail.com 3 cho phép phân loại đá thành 3 nhánh chính: đá magma, đá trầm tích và đá biến chất. - Đá magma: là loại đá đ−ợc thành tạo do sự đông đặc các dung thể magma. Nếu quá trình đông đặc xảy ra ở d−ới sâu ta có đá magma xâm nhập sâu. Nếu magma phun trào ra bề mặt Trái đất d−ới dạng núi lửa và đông đặc tại đó ta có đá magma phun trào. Nếu magma có dạng mạch nằm gần bề mặt Trái đất ta có đá mạch hoặc đá xâm nhập nông. Chúng có nguồn gốc nội sinh. Ví dụ: đá bazan, đá granit, gabro ... là những đá magma. - Đá trầm tích là sản phẩm của các quá trình ngoại sinh: phong hóa, vận chuyển, lắng đọng và gắn kết các vật liệu vụn cơ học hoặc do lắng đọng các muối từ dung dịch thật hoặc dung dịch keo có sự tham gia trực tiếp hay gián tiếp của sinh vật. Chúng đ−ợc thành tạo ngay trên bề mặt của Trái đất. Ví dụ: đá vôi, đá cát kết, đá sét, than... là các đá trầm tích. - Đá biến chất là sản phẩm biến đổi các đá có tr−ớc do tác dụng nội sinh (sự nâng cao nhiệt độ, áp suất trong vỏ Trái đất) và xảy ra ở trạng thái cứng. Ví dụ: đá hoa là đá biến chất từ đá vôi, đá gneis là đá biến chất từ các đá magma axit... Trong tự nhiên, giữa 3 nhánh đá này luôn tồn tại 1 quá trình chuyển hóa lẫn nhau trong lịch sử phát triển của Vỏ Trái đất, và trên thực tế luôn tồn tại các biến thể đá trung gian giữa 3 nhánh đá này: Khi nghiên cứu bất kỳ một loại đá nào thì cũng phải đề cập đến 3 vấn đề chính sau: ←- Dạng nằm của đá: đá đó gặp trong tự nhiên nh− thế nào, quan hệ với đá vây quanh ra sao. Magma biến chất Trầm tích Trầm tích phun trμoSiêu biến chất biến chất thấp 3nhieu.dcct@gmail.com 4 ↑- Thành phần vật chất cuả đá: đá đó đ−ợc tạo nên bằng gì. →- Cấu tạo và kiến trúc của đá: các phần tử hợp thành đá đ−ợc sắp xếp trong không gian nh− thế nào, quan hệ giữa chúng ra sao. 4- Các ph−ơng pháp thạch học nghiên cứu các đá: Bao gồm 2 hệ ph−ơng pháp: a- Hệ ph−ơng pháp ngoài trời: - Khảo sát thực địa, quan sát dạng nằm, sự phân bố và quan hệ của các đá về không gian và thời gian, đo vẽ các mặt cắt, bản đồ thạch học cấu trúc, thạch-kiến tạo... - Thu thập các loại mẫu. Ngoài thực địa nhà nghiên cứu có thể biết đ−ợc dạng nằm của đá, cấu tạo của đá cũng nh− màu sắc, diện phân bố... b- Hệ ph−ơng pháp trong phòng: - Phân tích các loại mẫu: hóa silicat, quang phổ hấp phụ nguyên tử, thạch học lát mỏng, microsond, plasma, hiển vi điện tử.... - Sử lý các số liệu, đối sánh chuẩn hóa... - Vẽ chi tiết các mặt cắt, bản đồ.... Một trong các ph−ơng pháp nghiên cứu đá truyền thống đó là thạch học lát mỏng, sử dụng kính hiển vi phân cực. D−ới kính hiển vi phân cực nhà nghiên cứu có thể xác định đ−ợc kiến trúc của đá, thành phần khoáng vật định l−ợng của đá, các quá trình biến đổi của đá... Muốn nghiên cứu thạch học lát mỏng thì phải nắm đ−ợc những kiến thức về tính chất quang học của các tinh thể của các khoáng vật tạo đá thông qua môn học Quang học tinh thể Phần quang học tinh thể Bμi 1: Các khái niệm chung 1- ánh sáng th−ờng và ánh sáng phân cực: a- ánh sáng tự nhiên: - Các ánh sáng phát ra từ các nguồn sáng khác nhau nh− mặt trời, đèn điện, nến... truyền đi tất cả mọi ph−ơng mà ph−ơng dao động của sóng ánh 4nhieu.dcct@gmail.com 5 sáng luôn vuông góc với ph−ơng truyền. Trong quá trình truyền sóng sáng của ánh sáng tự nhiên, ph−ơng dao động của sóng sáng vuông góc với ph−ơng truyền và tia sáng xoay xung quanh ph−ơng truyền với tốc độ cao mà tại mọi thời điểm ng−ời ta thấy ph−ơng dao động của sóng sáng trùng với đ−ờng kính của vòng tròn vuông góc với ph−ơng truyền (hình vẽ). Đó là ánh sáng th−ờng và ta có thể nhận biết chúng bằng mắt th−ờng. S b- ánh sáng phân cực: - Có một loại ánh sáng mà ph−ơng dao động của của nó chỉ là 1 ph−ơng duy nhất, mặt phẳng dao động cố định. Đó là ánh sáng phân cực. Ta chỉ có thể nhận biết đ−ợc ánh sáng phân cực nhờ 1 dụng cụ quang học gọi là nicon. Nicon sẽ biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực. Ngoài ra có 1 số ánh sáng phản xạ là ánh sáng phân cực. o s o s 2- Chiết suất. Hiện t−ợng phản xạ toàn phần. a- Khái niệm chiết suất: - Chiết suất là một đại l−ợng không thứ nguyên, đ−ợc tính bằng tỷ số giữa hai tốc độ của ánh sáng truyền trong hai môi tr−ờng khác nhau. - Chiết suất tuyệt đối: chiết suất của một chất (N1) là một đại l−ợng không thứ nguyên, tính bằng tỷ số giữa tốc độ của ánh sáng truyền trong chân không và tốc độ của ánh sáng truyền trong chất đó (V1). 1 0 1 V V N = Vì V0 là lớn nhất nên N1 >>1. Chiết suất của môi tr−ờng càng cao thì ánh sáng truyền trong môi tr−ờng đó càng chậm. - Chiết suất t−ơng đối: chiết suất giữa hai chất n1 và n2 là một đại l−ợng không thứ nguyên tính bằng tỷ số giữa tốc độ của ánh sáng truyền trong môi tr−ờng chất n2 với tốc độ của ánh sáng truyền trong môi tr−ờng chất n1. 5nhieu.dcct@gmail.com 6 1 2 2 1 n n v vn == b- Hiện t−ợng phản xạ toàn phần: Để đo chiết suất của một môi tr−ờng ng−ời ta dựa vào công thức : N1sin i = N2sin r Khi một tia sáng truyền từ một môi tr−ờng có chiết suất thấp n1 sang môi tr−ờng có chiết suất cao hơn n2 sẽ khúc xạ với góc khúc xạ r nhỏ hơn góc tới i. Ta có sin r= i n n sin 2 1 Khi góc tới i lớn dần tới 900 thì góc khúc xạ r lớn dần đến góc tới hạn ϕ, ta có sin ϕ= 0 2 1 90sin n n = 2 1 n n Ng−ợc lại một tia sáng truyền từ môi tr−ờng có chiết suất cao n2 sang môi tr−ờng có chiết suất thấp n1 sẽ có góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ. Khi góc tới lớn dần tới giá trị tới hạn ϕ, góc khúc xạ lớn dần tới giá trị 900. Nếu góc tới lớn hơn ϕ, tia sáng không qua đ−ợc môi tr−ờng có chiết suất thấp mà phản xạ toàn phần. Nh− vậy điều kiện để có phản xạ toàn phần là: ánh sáng truyền từ môi tr−ờng có chiết suất tuyệt đối lớn hơn n1 sang môi tr−ờng có chiết suất tuyệt đối nhỏ hơn n2(n1>n2) và góc tới lớn hơn góc tới hạn (i> ϕ). Dựa vào hiện t−ợng phản xạ toàn phần ng−ời ta đã chế tạo ra khúc xạ kế để đo chiết suất của 1 môi tr−ờng. 3- Hiện t−ợng khúc xạ kép trong tinh thể. Mặt chiết suất. a- Hiện t−ợng khúc xạ kép trong tinh thể: + Trong những môi tr−ờng vô định hình và những tinh thể hệ lập ph−ơng, ánh sáng tự nhiên truyền vào có tốc độ không đổi theo mọi ph−ơng, khi ra khỏi tinh thể chúng vẫn đi thẳng. Chúng chỉ có 1 đại l−ợng chiết suất và đ−ợc gọi là những chất đẳng h−ớng quang học. Và tinh thể hạng cao có vô số trục quang. + Một tia sáng AB truyền vào một tinh thể hạng vừa hoặc hạng thấp th−ờng tách thành 2 tia khúc xạ BC và CD. Hai tia này truyền trong tinh thể 6nhieu.dcct@gmail.com 7 với hai tốc độ khác nhau, cả hai sóng ứng với hai tia này đều phân cực và có ph−ơng dao động vuông góc với nhau (đồng thời vuông góc với ph−ơng truyền sóng). Nh− vậy theo mỗi ph−ơng truyền cho tr−ớc tinh thể có 2 đại l−ợng chiết suất. + Đối với tinh thể hạng vừa, ánh sáng tự nhiên chiếu vào tinh thể khi đi ra khỏi tinh thể sẽ tách thành 2 tia: tia th−ờng So đi thẳng và tia bất th−ờng Se đi lệch. So và Se có ph−ơng dao động vuông góc với nhau. Tinh thể hạng vừa có 1 ph−ơng mà ánh sáng chiếu vào sẽ không bị phân cực, ta gọi đó là tinh thể 1 trục quang. + Đối với tinh thể hạng thấp, ánh sáng tự nhiên khi ra khỏi tinh thể bị tách làm 2 tia phân cực và đều đi lệch. Tinh thể hạng thấp có 2 ph−ơng mà ánh sáng chiếu vào không bị phân cực, ta gọi đó là tinh thể 2 trục quang. b- Mặt chiết suất: đ−ợc đ−a ra d−ới dạng mô hình: nếu từ 1 điểm O trong tinh thể, trên mỗi ph−ơng truyền sóng khác nhau ta đặt một vectơ có độ dài ứng với giá trị chiết suất đo đ−ợc theo ph−ơng đó rồi nối tất cả các đầu mút của các vectơ đó ta đ−ợc mặt chiết suất của tinh thể. Mặt chiết suất của môi tr−ờng đẳng h−ớng là một hình cầu. Mặt chiết suất của môi tr−ờng dị h−ớng là một mặt kép có 2 vỏ lồng vào nhau. 4- Mặt quang suất: Khi thực hành để tiện lợi ng−ời ta dùng một mô hình khác có tên gọi là mặt quang suất để thay thế cho mặt chiết suất vì hình dạng của mặt quang suất đơn giản hơn, ứng với một ph−ơng truyền cho tr−ớc ta có thể suy đ−ợc chiết suất và ph−ơng dao động của hai sóng. S0 Se 7nhieu.dcct@gmail.com 8 Trong một môi tr−ờng tinh thể hạng vừa và hạng thấp, theo mỗi ph−ơng truyền có hai sóng sáng. Ph−ơng dao động của chúng vuông góc với nhau và cùng vuông góc với ph−ơng truyền. Tại một điểm O trong tinh thể, theo ph−ơng OM có hai sóng truyền đi ứng với hai chiết suất n1 và n2. Qua O ta có thể vạch các đoạn thẳng A1A1 và A2A2 biểu diễn ph−ơng dao động của 2 sóng, đồng thời có OA1=n1, OA2=n2. T−ơng tự ta có các điểm có tính chất t−ơng tự A1, A2.. Nối tất cả các điểm trên ta đ−ợc một mặt cầu, mặt elipxoit tròn xoay hoặc elipxoit ba trục và đ−ợc gọi là mặt quang suất. Qua điểm O ta vạch một mặt phẳng thẳng góc với ph−ơng truyền, mặt này sẽ cắt mặt quang suất theo một hình elip. Ph−ơng và độ dài của hai bán trục của tiết diện elip chính là ph−ơng dao động và chiết suất của hai sóng truyền theo ph−ơng cho tr−ớc. Ng−ời ta sử dụng giá trị tuyệt đối hiệu số giữa hai đại l−ợng chiết suất của tinh thể và gọi là l−ỡng chiết suất. Đại l−ợng l−ỡng chiết suất lớn nhất gọi là l−ỡng chiết suất chính của tinh thể. a- Mặt quang suất của tinh thể một trục quang: Đối với tinh thể một trục, ph−ơng dao động của sóng bất th−ờng nằm trong mặt phẳng tạo bởi trục quang và ph−ơng truyền. Mặt quang suất của những tinh thể một trục (sáu ph−ơng, bốn ph−ơng và ba ph−ơng) có dạng elipxoit tròn xoay có trục xoay trùng với trục quang của tinh thể và trùng với ph−ơng dao động của sóng bất th−ờng Ne. Ph−ơng dao động Ne bao giờ cũng dao động trong mặt phẳng chứa trục quang và ph−ơng truyền. Tiết diện vuông góc với trục quang là một hình tròn có bán kính không đổi, đ−ợc gọi là tiết diện chính. Các tiết diện khác không vuông góc với trục quang sẽ có hai bán trục t−ơng ứng với n0' và ne'. Mặt quang suất của tinh thể 1 trục: Ng≡ Ne Np≡ Ne Np =const=No Ng=const Tinh thể quang d−ơng Tinh thể quang âm 8nhieu.dcct@gmail.com 9 Để xác định ph−ơng dao động và giá trị chiết suất ứng với ph−ơng truyền sáng bất kỳ ng−ời ta vẽ 1 mặt phẳng vuông góc với ph−ơng truyền tại tâm của mặt quang suất. Mặt phẳng này sẽ cắt mặt quang suất theo 1 hình elip. Độ dài 2 bán trục elip này chính là giá trị chiết suất n0' và ne'. Ph−ơng của hai bán trục là ph−ơng dao động của hai sóng l−ỡng chiết. b- Mặt quang suất của tinh thể 2 trục quang: Đối với tinh thể hai trục, ph−ơng dao động của hai sóng nằm trong hai mặt phân giác của nhị diện tạo bởi hai trục quang và ph−ơng truyền với đỉnh là ph−ơng truyền. - Mặt quang suất của những tinh thể hai trục (thoi, một xiên, ba xiên) có dạng elipxoit ba trục. Ng−ời ta dùng các ký hiệu Ng, Np, Nm để chỉ trục dài, trục ngắn và trục trung bình của mặt quang suất, t−ơng ứng có các giá trị chiết suất ng, np, nm. Mặt quang suất của tinh thể 2 trục: Ng Ng Tinh thể quang d−ơng Tinh thể quang âm Mặt trục quang là mặt phẳng chứa Ng và Np. Tiết diện cắt qua tâm O của mặt quang suất và vuông góc với 2 trục quang là 1 hình tròn. Góc tạo bởi 2 trục quang là góc 2V. Để xác định ph−ơng dao động của sóng sáng và độ lớn của giá trị chiết suất ứng với một ph−ơng truyền bất kỳ, ta cắt mặt quang suất bằng một mặt phẳng qua tâm O và vuông góc với ph−ơng truyền, ta đ−ợc 1 hình elip có hai 9nhieu.dcct@gmail.com 10 bán trục Ng' và Np'. Ph−ơng của hai bán trục là ph−ơng dao động của sóng sáng, độ lớn của hai bán trục là giá trị chiết suất. Bμi 2: Cấu tạo của kính hiển vi phân cực Bμi 3: Nicon vμ hệ thống hai nicon 1- Nicon: Nicon là một dụng cụ quang học chuyển ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực. Nicon đ−ợc làm bằng tấm canxit trong suốt c−a ra làm đôi theo trục ngắn rồi lại đ−ợc gắn lại bằng lớp nhựa Canada có chiết suất nn=1,537. Khi ánh sáng tự nhiên chiếu vào tinh thể canxit thì sẽ xuất hiện 2 sóng sáng. Ng−ời ta bố trí cho tia th−ờng khi tiếp xúc với ranh giới lớp nhựa có góc tới lớn hơn góc giới hạn nên xảy ra phản xạ toàn phần, tia sáng không đi qua đ−ợc lớp nhựa mà sẽ bị hấp thụ sau khi phản xạ toàn phần ở rìa của nicon bởi lớp nhựa màu đen. Còn tia bất th−ờng có chiết suất n=1,516 truyền tới lớp nhựa canada có nn=1,537 lớn hơn nên tia sáng này xuyên qua môi tr−ờng nhựa và đi thẳng ra ngoài. Đây là tia sáng phân cực. Ngày nay th−ờng sử dụng những bản polaroit làm bằng xenluloit trong suốt, trên mặt phủ những tinh thể hình kim trong suốt có tính chất nh− tinh thể canxit. Trong kính hiển vi có hai nicon: nicon phân cực và nicon phân tích. Tinh thể của 1 khoáng vật d−ới kính hiển vi đ−ợc nghiên cứu các tính chất quang học ở các vị trí sau: vị trí chỉ có 1 nicon phân cực, vị trí 2 nicon vuông góc dùng ánh sáng song song và vị trí 2 nicon vuông góc dùng ánh sáng hình nón. 10nhieu.dcct@gmail.com 11 Khi nghiên cứu các tính chất quang học của tinh thể, yêu cầu: ph−ơng dao động của nicon phân cực (PP) ở vị trí thẳng đứng, ph−ơng dao động của nicon phân tích (AA) ở vị trí nằm ngang. Có nh− vậy thì các tính chất quang học của tinh thể mới thể hiện đầy đủ và ta có thể phân biệt đ−ợc các khoáng vật. 2- Hệ thống hai nicon: - Nếu ta đặt 2 nicon có ph−ơng dao động song song với nhau thì biên độ của sóng khi đi qua nicon thứ nhất bằng biên độ sóng khi đi qua nicon thứ hai. - Nếu ta đặt nicon thứ 2 sao cho ph−ơng dao động của nó lệch với ph−ơng dao động của nicon thứ nhất một góc α thì biên độ của sóng sáng khi đi qua nicon thứ 2 yếu dần với giá trị a'=a.cosα (a-biên độ sóng ban đầu; α-góc lệch giữa ph−ơng dao động của 2 nicon). - Nếu ta đặt 2 nicon vuông góc với nhau thì ánh sáng qua nicon thứ nhất gặp nicon thứ 2 sẽ hoàn toàn bị chặn lại (a'=0) và thị tr−ờng tối đen. 3- Sự truyền sáng qua hệ thống nicon-lát cắt tinh thể-nicon: Ta có một lát cắt tinh thể đặt giữa hệ thống hai nicon. Theo ph−ơng truyền thẳng góc với lát cắt này sẽ có 2 sóng truyền đi ứng hai chiết suất ng' và np'. Ph−ơng dao động của 2 sóng nằm theo hai bán trục của tiết diện elip của mặt quang suất bị cắt bởi lát cắt. Sóng phân cực ra khỏi nicon PP có biên độ OB=a. Lát cắt tinh thể lại phân nó thành hai sóng dao động theo ng' và np' với biên độ OD=acosα và OC=asinα. Vì ứng với hai tốc độ khác nhau 1/ng' và 1/np' nên khi chúng ra khỏi lát cắt đã chênh nhau một hiệu số pha. Khi truyền tới nicon AA, AA làm với ng' một góc β, hai dao động OC và OD lại phân tích thành OE và OF phân bố trong mặt AA còn EC và FD phân bố trong mặt phẳng vuông góc với AA. Hai sóng EC và FD không đi qua đ−ợc nicon phân tích AA, còn lại OE và OF có biên độ bằng C.sinβ và OD.cosβ cùng nằm trong mặt phẳng AA, tổng hợp thành một dao động mới có biên độ và pha mới. Biên độ A của dao động tổng 11nhieu.dcct@gmail.com 12 hợp theo các biên độ a1 và a2 của dao động thành phần có dạng: A2=a12+a22+2a1a2cosδ (1) Trong đó: a1= asinα.sinβ a2=a.cosα.cosβ δ- hiệu số pha của hai dao động thành phần a1 và a2 Từ biểu thức này ng−ời ta đã tính đ−ợc hiệu số đ−ờng đi giữa hai sóng: R=(ng'-np').d (2) Và khi đặt hai nicon vuông góc với nhau, tức là α=β thì ta có: A2=a2.sin22α.sin2 Rλ Π (3) Ta xét các tr−ờng hợp dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu và cực đại khi hai nicon vuông góc: a- ánh sáng hoàn toàn tắt qua hai nicon vuông góc khi A=0 (cực tiểu), tức là khi: + sin22α=0 ⇔ 2 Π= kα , xảy ra khi ph−ơng dao động của nicon và tinh thể trùng nhau. Nh− vậy khi xoay tinh thể 3600 trên bàn kính thì sẽ có 4 lần ph−ơng dao động của tinh thể trùng với ph−ơng dao động của nicon, và tinh thể có 4 lần tắt. + sin2 Rλ Π =0 ⇔ R=kλ, đó là tr−ờng hợp hiệu số đ−ờng đi của hai sóng khi ra khỏi tinh thể vừa bằng số nguyên lần b−ớc sóng đ−ợc dùng. + R=0: ng'-np'=0, lát cắt luôn tối đen khi qua hai nicon vuông góc, tr−ờng hợp của lát cắt vuông góc với trục quang hoặc tinh thể đẳng h−ớng. b- ánh sáng sẽ sáng nhất khi A cực đại, nghĩa là: + sin22α=1 ⇔ α=450, lát cắt sẽ sáng nhất khi ph−ơng dao động của nó làm với ph−ơng dao động của hai nicon vuông góc 1 góc 450. Khi xoay 3600 lát cắt có 4 lần sáng nhất. + sin2 Rλ Π =1 ⇔ R=(2k+1) 2 λ , lát cắt sáng nhất trong tr−ờng hợp hiệu số đ−ờng đi bằng một số lẻ lần nửa b−ớc sóng ánh sáng đ−ợc dùng. Bμi 4: Quan sát tinh thể d−ới 1 nicon 12nhieu.dcct@gmail.com 13 1- Hình dạng, kích th−ớc của tinh thể: Các khoáng vật tạo đá đ−ợc hình thành không phải trong điều kiện lý t−ởng mà có nhiều yếu tố tác động, vì vậy không đạt đ−ợc những hình dạng lý t−ởng. Khi nghiên cứu các tinh thể khoáng vật tạo đá d−ới kính hiển vi phân cực là nghiên cứu các lát cắt của tinh thể đó, các lát cắt theo nhiều vị trí khác nhau của tinh thể, ta gặp các hình dạng tinh thể sau: - Dạng hạt tròn, đẳng th−ớc. - Dạng tấm, dạng lăng trụ, dạng kim, que... - Dạng hạt tha hình. - Dạng ẩn tinh, vi tinh.... Kích th−ớc các hạt khoáng vật thay đổi, có thể đo đ−ợc d−ới kính. 2- Tính cát khai (tính dễ tách) của tinh thể. Cách đo góc cát khai. D−ới kính hiển vi có thể quan sát đ−ợc tính cát khai của khoáng vật. Có các mức độ cát khai sau: - Cát khai rất hoàn toàn: các khe cát khai mảnh, kéo dài suốt lát cắt tinh thể (mica, felspat...) - Cát khai hoàn toàn: khe cát khai thô (pyroxen, amphibol...) - Cát khai không hoàn toàn: khe cát khai đứt đoạn (turmalin...) - Không cát khai: không có khe cát khai (olivin, thạch anh...) Nếu lát cắt chỉ có 1 hệ thống khe cát khai thì gọi là cát khai 1 hệ thống, nếu có hai hệ thống khe cát khai thì gọi là cát khai 2 hệ thống và ta phải đo góc giữa hai hệ thống cát khai đó. Cách đo: Chọn lát cắt có hai hệ thống cát khai, cả hai hệ thống cát khai đều thanh nét, không nhòe khi nâng hay hạ ống kính. Đ−a lát cắt vào tâm thị tr−ờng sao cho \ một hệ thống cát khai về vị trí thẳng đứng trùng với dây dọc của chữ thập, đọc giá trị trên bàn độ (a), sau đó xoay bàn kính đ−a hệ thống thứ hai về trùng với dây dọc của chữ thập, đọc giá trị (b). Góc giữa hai hệ thống cát khai α= ba − . 3- Màu riêng của tinh thể. Tính đa sắc. ánh sáng khi chiếu vào một vật bất kỳ không nhiều thì ít bị hấp thụ một phần, do đó khi qua vật ánh sáng trở nên yếu đi. Nếu vật làm yếu đồng đều tất cả những tia đơn sắc, khi đó vật không có màu riêng, nếu vật hấp thụ những tia đơn sắc không đồng đều vật trở thành có màu riêng. Độ đậm nhạt của màu phụ thuộc khả năng hấp thụ của vật và chiều dày của vật. D−ới kính hiển vi, vì lát cắt khoáng vật có chiều dày nhỏ (0,03mm) do đó nhiều khoáng vật gần nh− không màu hoặc màu rất nhạt (phớt hồng, phớt 13nhieu.dcct@gmail.com 14 lục...), chỉ có một số ít khoáng vật có khả năng hấp thụ mạnh nên thể hiện rất rõ màu riêng của nó, ví dụ biotit, horblen... Sự hấp thụ của mỗi khoáng vật dị h−ớng cũng thay đổi tùy theo vị trí ph−ơng dao động của ánh sáng phân cực chiếu tới lát mỏng đối với các trục Ng, Np, Nm. Do vậy màu riêng của các khoáng vật d−ới 1 nicon sẽ thay đổi khi ta xoay bàn kính. Đó là hiện t−ợng đa sắc của tinh thể. Cách xác định công thức đa sắc: Dùng lát cắt biotit để xác định công thức đa sắc. Lát cắt biotit có ph−ơng dao động Ng trùng với ph−ơng của khe cát khai, ph−ơng Np vuông góc với Ng. Đ−a ph−ơng cát khai (Ng) của lát cắt biotit về vị trí thẳng đứng ta quan sát đ−ợc màu của lát cắt theo Ng-màu nâu sẫm, xoay bàn kính sao cho ph−ơng cát khai về vị trí nằm ngang, lúc này ph−ơng Np của lát cắt ở vị trí thẳng đứng, quan sát ta đ−ợc màu của lát cắt theo Np-màu vàng rơm. Công thức đa sắc của biotit Ng (nâu sẫm) > Np (vàng nhạt). 4- So sánh chiết suất của 2 vật cạnh nhau Bμi 5: Quan sát tinh thể d−ới 2 nicon vuông góc, ánh sáng song song. 1- Màu giao thoa của khoáng vật: Một lát cắt tinh thể, theo ph−ơng truyền thẳng góc với lát cắt này ta sẽ có hai sóng truyền đi ứng với hai chiết suất ng' và np'. Vì tốc độ của chúng khác nhau nên khi qua khỏi tinh thể hai sóng này đã chênh nhau một hiệu số pha. Hiệu số pha đ−ợc tính bằng công thức: R= (ng'-np').d Ng−ời ta đã tính toán đ−ợc rằng: + ánh sáng hoàn toàn tắt qua hai nicon vuông góc khi : - Ph−ơng dao động của nicon và của tinh thể trùng nhau. - R=kλ (hiệu số đ−ờng đi bằng số nguyên lần b−ớc sóng đ−ợc dùng) - R=0 (tr−ờng hợp của những vật đẳng h−ớng quang học) + ánh sáng sẽ sáng nhất khi: - Ph−ơng dao động của lát cắt làm với ph−ơng dao động hai nicon vuông góc một góc 450. - R=(2k+1) 2 λ , nghĩa là ánh sáng sẽ sáng nhất trong tr−ờng hợp hiệu số đ−ờng đi bằng một số lẻ lần b−ớc sóng ánh sáng đ−ợc dùng. 14nhieu.dcct@gmail.com 15 Với một lát cắt tinh thể, ứng với ph−ơng truyền thẳng góc với nó, hiệu số đ−ờng đi là một đại l−ợng R xác định. Nếu dùng ánh sáng trắng, vị trí hai nicon vuông góc, điều kiện ánh sáng tắt khi R=kλ không thể có vì trong ánh sáng trắng có rất nhiều ánh sáng đơn sắc có b−ớc sóng λ khác nhau, vì vậy có những b−ớc sóng bị mất đi vì thoả mãn R=kλ, nh−ng lại có những b−ớc sóng đ−ợc tăng c−ờng vì thoả mãn điều kiện R=(2k+1) 2 λ . Do vậy lát cắt trở thành có màu và gọi là màu giao thoa. Hiện t−ợng xuất hiện màu thay thế cho ánh sáng trắng do giao thoa gọi là hiện t−ợng phân cực hiện sắc. Có thể quan sát màu giao thoa ứng với những hiệu số đ−ờng đi khác nhau từ 0μm đến 2000μm trên nêm thạch anh. Nêm thạch anh là 1 bản thạch anh hình chữ nhật vát nhọn theo chiều dài, có (ng-np) không đổi, chỉ có d thay đổi. ứng với R từ 0 tăng dần sẽ thấy lần l−ợt: tối đen, xám trắng, vàng, da cam, đỏ, tím, xanh, vàng, lục, vàng, da cam, đỏ... Hiệu số đ−ờng đi càng lớn sắc thái của màu càng nhạt, cuối cùng xuất hiện màu trắng bậc cao vì tất cả các sóng cùng tổng hợp với nhau và cho ta ấn t−ợng về ánh sáng trắng. Để nhận định chính xác màu sắc ta chia chúng thành những bậc, mỗi bậc tận cùng bằng màu đỏ, các màu đỏ này khác nhau về sắc thái. Trong thực hành chúng ta sử dụng bảng màu l−ỡng chiết suất của Misen Levi (Pháp, 1888). 2- Nguyên lý bù màu. Cách xác định ph−ơng dao động của lát cắt. Đặt hai bản tinh thể lên nhau sao cho những ph−ơng dao động của chúng song song với nhau. Có hai tr−ờng hợp có thể xảy ra: - Các ph−ơng dao động song song cùng tên: Ng1'//Ng2' và Np1'//Np2' Ta có:RΣ=R1+R2, và nh− vậy màu giao thoa tổng hợp đ−ợc tăng c−ờng. - Các ph−ơng dao động song song ng−ợc tên: Ng1'//Np2' và Np1'//Ng2' Ta có:RΣ=⏐R1-R2⏐, và nh− vậy màu giao thoa tổng hợp giảm. Trong kính hiển vi ng−ời ta chế tạo ra một số loại bản bù màu sử dụng nguyên lý bù màu nêu trên: nêm thạch anh, bản thạch cao hay bản đỏ bậc 1, bản mica hay bản 1/4λ. Cách xác định ph−ơng dao động của lát cắt bằng nêm thạch anh: - Chọn lát cắt có màu giao thoa sáng rõ. - Đ−a lát cắt về vị trí 450. Đ−a nêm thạch anh từ từ vào, quan sát màu giao thoa tổng hợp. Nếu màu giao thoa tổng hợp tăng thì ta có ph−ơng dao động của lát cắt trùng với ph−ơng dao động của nêm. Ng−ợc lại, màu giao thoa tổng hợp 15nhieu.dcct@gmail.com 16 giảm thì ph−ơng dao động của lát cắt song song ng−ợc tên với ph−ơng dao động của nêm. 3- Dấu kéo dài. Góc tắt. a/ Dấu kéo dài: Đối với những tinh thể có dạng kéo dài (tinh thể dạng tấm, dạng trụ, dạng que...), ng−ời ta quy −ớc tinh thể có dấu kéo dài d−ơng nếu ph−ơng kéo dài của tinh thể trùng hoặc ngả về Ng nhiều hơn, tinh thể kéo dài âm nếu ph−ơng kéo dài của tinh thể trùng hoặc ngả về Np. Nếu ph−ơng kéo dài của tinh thể trùng với trục Nm thì dấu kéo dài không xác định. b/ Góc tắt: Góc tắt là góc tạo bởi một trục nào đó của mặt quang suất với một ph−ơng đặc tr−ng nào đó của tinh thể, có thể là một trục tọa độ, một cạnh, một ph−ơng cát khai chính... Nh− vậy, một tinh thể có khá nhiều trị số góc tắt, vì vậy khi xác định góc tắt của tinh thể phải nói rõ tạo bởi trục nào của mặt quang suất với ph−ơng nào đặc tr−ng của tinh thể, ví dụ: pyroxen có góc tắt CΛNg=480... D−ới kính hiển vi th−ờng đo góc tắt của các lát cắt tạo bởi ph−ơng dao động Ng' hoặc Np' với ph−ơng cát khai hoặc một cạnh rõ nét của tinh thể. Có 3 kiểu tắt khác nhau: - Tắt đứng: khi ph−ơng dao động của lát cắt trùng với ph−ơng cát khai hoặc một cạnh rõ nét của tinh thể. - Tắt xiên: khi hai ph−ơng trên làm với nhau một góc khác 0. - Tắt đối xứng: khi có hai hệ thống cát khai hoặc hai cạnh bên phân bố đối xứng đối với ph−ơng dao động của lát cắt. 16nhieu.dcct@gmail.com 1 thạch học đá magma -------------------------------------------------------------------------------- Ch−ơng I: Đại c−ơng về đá magma Bμi 1: Định nghĩa về đá magma. Đá magma là đá đ−ợc thành tạo do sự đông đặc của các khối silicat nóng chảy trong Vỏ Trái đất. Khối silicat nóng chảy đó đ−ợc gọi là dung thể magma. Sự kết tinh của magma phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có thành phần hóa học của dung thể và vị trí kết tinh. Magma giàu sắt, magiê, nghèo silic có nhiệt độ kết tinh cao nên đ−ợc kết tinh tr−ớc. Magma có thành phần giàu silic, giàu kiềm, có nhiệt độ kết tinh thấp hơn nên đ−ợc kết tinh muộn hơn. Những đá magma đ−ợc kết tinh ở sâu trong Vỏ Trái đất đ−ợc gọi là đá magma xâm nhập sâu, dung thể magma phun trào lên trên bề mặt Vỏ Trái đất và kết tinh ở đó đ−ợc gọi là đá magma phun trào. Những đá magma kết tinh ở phần nông của Vỏ Trái đất đ−ợc gọi là đá xâm nhập nông. Có những đá magma lại đ−ợc kết tinh ở những khe nứt gần bề mặt đất và có liên quan đến đá xâm nhập sâu đ−ợc gọi là đá mạch.... Khi kết tinh ở d−ới sâu nhiệt độ giảm chậm hơn nên quá trình kết tinh th−ờng hoàn chỉnh, các hạt khoáng vật đ−ợc kết tinh hoàn toàn và th−ờng có kích th−ớc lớn. Magma phun trào lên bề mặt Vỏ Trái đất thì nhiệt độ giảm đột ngột nên quá trình kết tinh không kịp xảy ra vì vậy đá phun trào th−ờng có kiến trúc thủy tinh. Đá magma là một loại đá khá phổ biến trên Trái đất, đặc biệt là ở những vùng có các hoạt động kiến tạo xảy ra mạnh mẽ nh− các đới va chạm giữa các mảng, các nơi tách dãn của Vỏ Trái đất..... Đá magma có liên quan đến nhiều loại khoáng sản. Vì vậy việc nghiên cứu đá magma có vai trò rất quan trọng. Nghiên cứu đá magma ở ngoài trời thực hiện bằng ph−ơng pháp đo vẽ địa chất, lập các bản đồ thạch học-cấu trúc, thạch kiến tạo... qua đó xác định đ−ợc ranh giới của thể đá, quan hệ với đá vây quanh. Cần nhận biết và phân biệt sơ l−ợc các loại đá có thành phần khác nhau, màu sắc, cấu tạo, kiến trúc khác nhau.... Trong quá trình thực địa cần thu thập các loại mẫu, thông th−ờng mẫu cục có kích th−ớc 10x10x12cm, mẫu để mài lát mỏng thì kích th−ớc nhỏ hơn, mẫu để phân tích tuổi tuyệt đối cần t−ơi ch−a bị biến đổi. Kết thúc thực địa cần tiến hành phân tích các loại mẫu sau đó xử lý số liệu. 17nhieu.dcct@gmail.com 2 Bμi 2: Dạng nằm của đá magma. Dạng nằm của đá magma là một yếu tố quan trọng phản ánh điều kiện thành tạo của đá. Dạng nằm của đá magma phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Phân loại dạng nằm của đá magma có thể dựa vào hình dạng của các thể hoặc nguồn gốc thành tạo của các thể đó. ở đây chúng ta phân loại theo hình dạng của thể magma. Tên gọi của dạng nằm th−ờng đ−ợc gọi theo hình dạng của nó. 1- Những yếu tố ảnh h−ởng đến dạng nằm của đá magma: Bao gồm các yếu tố nội sinh và yếu tố ngoại sinh. * Yếu tố nội sinh là yếu tố do bản thân các thể magma gây nên, cụ thể: + Hoạt tính của magma: Hoạt tính của magma liên quan tới tác dụng hóa học của magma. Hoạt tính của magma đ−ợc thể hiện thông qua hàm l−ợng chất bốc, độ nhớt, trọng lực, áp suất thủy tĩnh... - Chất bốc (khí trong magma): Những magma giàu chất bốc sẽ xuất hiện các lực đ−a magma xuyên vào đá vây quanh dễ dàng hơn magma nghèo chất bốc. - Hoạt tính liên quan đến trọng lực do sự chênh lệch tỷ trọng giữa đá magma và đá vây quanh: khiến cho magma di chuyển vào đá vây quanh khi có điều kiện thuận lợi. - Hoạt tính cũng liên quan đến áp suất thủy tĩnh (là áp suất của các khối đá trên đè xuống các khối đá d−ới) do đó mà magma ở d−ới độ sâu càng lớn thì có áp suất thủy tĩnh càng lớn và lò magma luôn có xu h−ớng dâng lên các tầng trên của Vỏ Trái đất để tạo nên các thể xâm nhập dạng vỉa, nấm... - Hoạt tính của magma liên quan đến sự phá huỷ các cân bằng t−ớng khí lỏng của magma, magma có áp suất khí cao khi dâng lên phần nông của Vỏ Trái đất, áp suất mái giảm đi có thể gây nổ và tạo các ống nổ. - Hoạt tính của magma liên quan đến độ nhớt của magma và độ nhớt này ảnh h−ởng đến hình dạng của thể đá magma: độ nhớt của magma phụ thuộc vào thành phần hóa học của magma, magma có độ nhớt càng thấp thì càng dễ chảy tràn và ng−ợc lại (magma bazơ có độ nhớt thấp thì khi đ−a lên bề mặt th−ờng chảy tràn còn magma axit có độ nhớt cao thì th−ờng tạo khối). Yếu tố ngoại sinh bao gồm: + Hoạt động kiến tạo: Các hoạt động kiến tạo mức độ khác nhau sẽ tạo các đ−ờng dẫn khác nhau, từ đó sẽ dẫn đến hình dạng khác nhau của các thể đá magma. + Đặc điểm địa hình và đá vây quanh: 18nhieu.dcct@gmail.com 3 2- Dạng nằm của các đá magma xâm nhập: - Thể nền (batolit): bất chỉnh hợp với đá vây quanh, phình ra ở phía d−ới và không có đáy. Kích th−ớc th−ờng rất lớn, tới hàng ngàn km2. - Thể cán: giống thể nền, chỉ khác kích th−ớc nhỏ hơn, diện tích lộ không quá 100-200km2. - Thể vỉa: do magma có áp lực xuyên vào khoảng giữa hai lớp đá, nó có hai mặt tiếp xúc song song, đ−ờng đ−a magma lên là những khe nứt, đứt gãy. Kích th−ớc rất khác nhau, bề dày từ vài chục mét đến hàng trăm mét. Chỉnh hợp với đá vây quanh - Thể nấm: giống hình cái nấm hoặc bánh dày, phân biệt với thể vỉa do kích th−ớc t−ơng đối (chiều dày:chiều rộng>1:8), ngoài rìa mỏng dần so với phần trung tâm. Th−ờng là các thể xâm nhập nông, nằm chỉnh hợp với đá vây quanh. - Thể thấu kính, thể chậu: th−ờng nằm kẹp giữa các nếp uốn, do khối nhỏ magma xuyên vào vỏ Trái đất rồi bị cuốn theo chuyển động dẻo, chúng th−ờng không có rễ, chỉnh hợp với đá vây quanh. - Thể t−ờng: nằm dốc đứng bất chỉnh hợp với đá vây quanh, kích th−ớc từ vài chục mét đến hàng trăm km. 3- Dạng nằm của đá magma phun trào: - Dạng dòng dung nham - Dạng lớp phủ. - Dạng vòm, kim, tháp. Bμi 3: Thμnh phần vật chất của đá magma Để hiểu đ−ợc thành phần vật chất của đá magma ta phải biết đ−ợc thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của đá. Thành phần hóa học của đá magma khác với thành phần hóa học của dung thể magma, ví dụ trong dung thể magma rất giàu chất bốc nh−ng trong đá magma thì hầu nh− không có. Thành phần hóa học của cùng với điều kiện thành tạo đá quyết định thành phần khoáng vật của đá. 1- Thành phần hóa học: Thành phần hóa học là một cơ sở để phân loại đá magma, vì vậy việc nghiên cứu nó có ý nghĩa rất quan trọng. Một số loại đá phun trào có khoáng 19nhieu.dcct@gmail.com 4 vật kết tinh rất nhỏ hoặc ở trạng thái thủy tinh, vì vậy thành phần hóa học giúp xác định chính xác loại đá. + Ng−ời ta quy −ớc phân tích đá magma ra thành tỷ lệ phần trăm các oxyt. Theo tỷ lệ phần trăm trọng l−ợng trong đá, các oxyt có trong đá có thể phân ra làm hai loại: - Các hợp phần chủ yếu: chiếm từ một vài phần trăm trở lên, bao gồm các oxyt SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, K2O, Na2O, H2O. - Các hợp phần thứ yếu: chỉ chiếm một hàm l−ợng nhỏ trong đá (khoảng một vài phần nghìn) TiO2, ZrO2, P2O5, MnO, BaO.... Ngoài ra còn có các hợp phần phụ nh− Co, Ni, Cr, Au, các nguyên tố xạ, đất hiếm... + Các hợp phần chủ yếu thay đổi trong những giới hạn nhất định: SiO2: 20-85% Al2O3: 0-20%, trung bình 15,5%. Fe2O3 <13% FeO < 15% CaO < 22%, trong đá kiềm tới 25%. MgO trung bình 3,5%, trong đá siêu bazơ lên tối đa 46% Na2O <14% K2O < 18% + Theo chiều tăng của SiO2 nghĩa là độ axit tăng dần thì thấy: những đá nghèo SiO2 lại giàu magiê, sắt và nghèo kiềm. L−ợng SiO2 tăng lên thì l−ợng Mg, Fe giảm đi đồng thời Ca tăng lên, SiO2 tăng tiếp tục thì Na và K sẽ tăng theo Ca. Cùng với Ca tăng thì Al cũng tăng tới giới hạn 15-20% rồi lại giảm xuống 12% khi l−ợng SiO2 lên 60%. Sự thay đổi l−ợng oxyt đó thể hiện ở sự thay đổi thành phần khoáng vật. Nếu cứ để nguyên các kết quả phân tích hóa học theo trọng l−ợng phần trăm oxyt thì rất khó so sánh các loại đá, vì vậy các nhà thạch học đã tìm cách tính toán các chỉ số thạch hóa để so sánh hoặc dùng các biểu đồ thạch hóa để so sánh và phân loại các đá magma. 2- Thành phần khoáng vật: Thành phần khoáng vật là một cơ sở quan trọng để phân loại đá, đồng thời nó cũng nói lên đ−ợc nguồn gốc và điều kiện thành tạo đá. Trong tự nhiên có tới hơn 3000 khoáng vật nh−ng th−ờng xuyên gặp chỉ có khoảng 100 khoáng vật. 20nhieu.dcct@gmail.com 5 Những khoáng vật th−ờng xuyên gặp ở trong đá đ−ợc gọi là những khoáng vật tạo đá. Hàm l−ợng các khoáng vật tạo đá trong mỗi loại đá cụ thể rất khác nhau. * Theo hàm l−ợng khoáng vật trong đá ng−ời ta phân ra các loại: - Khoáng vật chính: hàm l−ợng chiếm > 5%, ví dụ: felspat, thạch anh trong granit. - Khoáng vật phụ: chiếm tỷ lệ nhỏ trong đá, khoảng <5%, ví dụ: apatit, sphen trong granit. Một số khoáng vật phụ có thể gặp rộng rãi ở nhiều loại đá khác nhau nh− apatit, zircon... Một số khoáng vật phụ rất đặc tr−ng cho một loại đá nhất định, ví dụ cromit, spinen đặc tr−ng cho peridotit; octit, monaxit đặc tr−ng cho một số granit... Tuy nhiên vai trò chính hay phụ của một khoáng vật có thể thay đổi tuỳ theo loại đá. * Nhà thạch học Pháp Lacroa căn cứ vào vị trí của khoáng vật trong sự phân loại đá magma đ∙ phân ra 4 loại khoáng vật: - Khoáng vật chủ yếu: dùng để phân ra các nhóm đá lớn trong hệ thống phân loại, ví dụ: felspat, thạch anh.... - Khoáng vật thiết yếu: dùng để phân biệt các kiểu đá, ví dụ hyperten trong norit, pyroxen thoi trong hacbuagit... - Khoáng vật phụ th−ờng xuyên có mặt trong đá nh−ng không có vai trò trong phân loại đá. - Khoáng vật ngẫu nhiên: gặp một cách bất th−ờng, ví dụ octit trong granit... * Theo nguồn gốc thành tạo, các khoáng vật tạo đá đ−ợc phân ra thành: - Khoáng vật nguyên sinh: đ−ợc thành tạo khi magma kết tinh, không có các quá trình ngoại sinh tham gia, ví dụ, olivin, plagiocla... - Khoáng vật thứ sinh: thành tạo ở các thời gian sau, do sự biến đổi của các khoáng vật nguyên sinh. Có những khoáng vật thứ sinh đ−ợc thành tạo ngay sau khi magma kết tinh, đó là do các khí và dung dịch toát ra từ magma tác dụng ngay với các khoáng vật mới hình thành để biến chúng thành những khoáng vật mới, ví dụ serpentin trong dunit... Một số khoáng vật thứ sinh lại đ−ợc thành tạo rất lâu sau khi magma kết tinh do tác dụng của các khí nhiệt dịch hoặc tác dụng phong hóa, ví dụ: clorit, sericit, calcit.... - Khoáng vật tha sinh: khoáng vật ngẫu nhiên phát sinh do magma đồng hóa những mảnh đá trầm tích, ví dụ granit đồng hóa đá sét thì có thể thành tạo khoáng vật silimanit, corindon.... * Theo thành phần hóa học ng−ời ta phân các khoáng vật tạo đá magma thành 2 nhóm: 21nhieu.dcct@gmail.com 6 + Nhóm Salic: gồm những khoáng vật chứa chủ yếu silit, alumin cùng với kiềm và vôi. Nhóm này còn gọi là nhóm khoáng vật sáng màu vì chúng th−ờng có màu trắng, tỷ trọng nhẹ. Nhóm này gồm có: thạch anh, felspat kali, plagiocla, felspatit (lơxit, nephelin, ananxim), + Nhóm Femic: gồm những khoáng vật chứa nhiều sắt và magiê. Nhóm này còn gọi là nhóm sẫm màu, các khoáng vật có tỷ trọng lớn. Nhóm này gồm có: olivin, pyroxen, amphibol, mica, các khoáng vật màu kiềm egirin, amphibol kiềm, các khoáng vật quặng (th−ờng là các oxyt sắt). Các khoáng vật tạo đá là hợp chất silicat, trong đó oxit silic SiO2 giữ vai trò axit hóa hợp theo các tỷ lệ khác nhau với các bazơ. Nếu tỷ lệ SiO2 tối đa thì khoáng vật là silicat bão hòa silit, nếu tỷ lệ axit ít hơn thì khoáng vật không bão hoà. Ví dụ: anbit Na AlSi3O8 (Na2O.Al2O3.6SiO2) là khoáng vật bão hòa silit nephelin Na AlSiO4 (Na2O.Al2O3.2SiO2) là khoáng vật không bão hòa silit Các khoáng vật trong đá magma cộng sinh theo quy luật nhất định phụ thuộc thành phần hóa học của magma và điều kiện hóa lý khi thành tạo. Những khoáng vật không bão hoà silit hiếm khi cộng sinh với thạch anh-silit tự do, olivin ít khi cộng sinh với horblen, octocla. Trong đá magma, màu sắc của đá đ−ợc quyết định bởi tỷ lệ giữa khoáng vật sáng màu và khoáng vật màu. Những đá chứa chủ yếu khoáng vật salic th−ờng sáng màu, ví dụ granit sáng màu chứa thạch anh, plagiocla, orthoclas; đá chứa nhiều khoáng vật femic thì sẫm màu nh− đá dunit chứa 100% olivin có màu đen 3- Các khoáng vật tạo đá chính trong đá magma: 1. Olivin: (Mg,Fe)2SiO4 Là một silicat đảo, trong đó Mg và Fe thay thế đồng hình một cách liên tục từ fosterit Mg2SiO4 đến fayalit Fe2SiO4. Olivin kết tinh trong hệ thoi. Giá trị chiết suất cao 1,75, l−ỡng chiết suất trung bình ng-np=0,045. Olivin là khoáng vật phổ biến trong các đá magma siêu bazơ, bazơ. Các tinh thể olivin th−ờng bị gặm mòn, có dạng tròn hoặc bầu dục, ít khi tha hình. 2. Pyroxen: Có gốc [SiO3]2-, các cation là Fe2+, Mg2+, Ca2+, Na+ và Fe3+. Thành phần cation trong pyroxen rất thay đổi. Pyroxen kết tinh trong hệ thoi và xiên đơn. Pyroxen thoi có enxtantit MgSiO3, ferosilit FeSiO3, bronzit, hyperten, ferohyperten có chứa 55-60% FeSiO3. 22nhieu.dcct@gmail.com 7 Pyroxen xiên đơn có: diopxit CaMgSiO3, hedenbecgit CaFeSi2O6, clinoenxtantit MgSiO3, pijonit, ogit... Pyroxen là khoáng vật tạo đá khá phổ biến, th−ờng gặp trong các đá magma siêu bazơ, bazơ, ít gặp trong đá trung tính và hầu nh− không gặp trong đá axit. Pyroxen th−ờng thành những lăng trụ ngắn. Trong đá hạt, các tinh thể tự hình th−ờng không có mặt tận cùng. Trong đá phun trào chúng ở dạng tinh thể dài hoặc tha hình. 3. Amphibol: là silicat dải gồm hai dãy tứ diện SiO4 ghép lại có gốc axit [Si4O11]-6 (OH)-1, các cation là Mg2+, Fe2+, Ca2+, Fe3+, Na+. Công thức hóa học của amphibol rất phức tạp nh−ng các amphibol đều kết tinh trong hai hệ thoi và xiên đơn. Amphibol thoi có antophilit. Amphibol xiên đơn có horblen, tremolit, actinolit, horblen bazantic. Trong đá magma chủ yếu gặp horblen màu xanh lục, đặc tr−ng cho các điorit, granodiorit, sienit, granosienit... Horblen bazantic có màu nâu nên còn gọi là horblen nâu gặp trong các đá bazơ và siêu bazơ. Horblen lục có công thức Na0-1 Ca2 (Mg,Fe)3-5 Al0-2 [(SiAl)4O11](OH)2, kết tinh trong hệ xiên đơn, giá trị chiết suất 1,67, l−ỡng chiết suất 0,020. Horblen tạo thành những tinh thể hình trụ kéo dài, đôi khi tha hình. 4. Mica: là những silicat lớp với gốc axit [Si4O10]-4, có thêm (OH)- hoặc F-, công thức hoá học rất phức tạp. Trong nhóm này có các khoáng vật biotit, muscovit, phlogopit, lepidolit. Biotit là khoáng vật phổ biến nhất trong đá magma, th−ờng gặp trong các đá granodiorit, granit, sienit. Muscovit gặp trong các đá granit. Phlogopit có thể gặp trong peridotit. Biotit kết tinh trong hệ xiên đơn, chiết suất 1,60, l−ỡng chiết suất 0,045. Muscovit kết tinh trong hệ xiên đơn, chiết suất 1,56, l−ỡng chiết suất 0,040. Mica kết tinh thành những tinh thể dạng tấm mỏng, cát khai hoàn toàn 1 hệ thống. 5- Thạch anh và các khoáng vật khác của SiO2: Oxyt silic tạo nên 6 dạng khoáng vật: thạch anh, chancedoan, opan, tridimit, cristobalit, lesatelerit. Trong đó thạch anh là khoáng vật phổ biến nhất, tridimit và cristobalit hay gặp trong các đá núi lửa. Thạch anh kết tinh trong hệ sáu ph−ơng, là tinh thể một trục, chiết suất 1,55, l−ỡng chiết suất 0,009. Thạch anh là khoáng vật phổ biến của các đá bão hoà silit. 23nhieu.dcct@gmail.com 8 Trong các đá hạt, thạch anh th−ờng tha hình, hiếm khi là tinh thể l−ỡng tháp nh−ng cũng bị gặm mòn. 6- Felspat: Felspat là tên chung của một nhóm khoáng vật gồm 3 vế chính: orthoclas KALSi3O8, albit Na AlSi3O8 và anorthit Ca Al2Si2O8. Những dung dịch cứng và mọc xen giữa orthoclas và albit gọi là felspat kiềm hay gọi là felspat kali. Những dung dịch thay thế đồng hình giữa albit và anorthit gọi là plagiocla. Felspat là khoáng vật tạo đá quan trọng nhất, nó chiếm tới 60% thành phần của đá magma. a/ Plagiocla (felspat kiềm-vôi): Là dung dịch cứng, là hỗn hợp thay thế đồng hình giữa albit và anorthit, gồm có 6 khoáng vật. Ng−ời ta quy −ớc phân ranh giới trong hỗn hợp đó để chia ra các loại plagiocla axit, trung tính và bazơ. Khoáng vật Hàm l−ợng An (%) Hàm l−ợng Ab (%) Số hiệu Tính chất Anorthit 100-90 0-10 N0 90- 100 Bazơ Bitaonit 90-70 10-30 N0 50-90 Labrador 70-50 30-50 N0 50-70 Trung tính Andezin 50-30 50-70 N0 30-50 Oligoclas 30-10 70-90 N0 10-30 Axit Albit 10-0 90-100 N0 0-10 Plagiocla có hình dạng khác nhau: tấm, lăng trụ, kim... b/ Felspat kali (felspat kiềm): KAlSi3O8 Trong tự nhiên có 4 dạng khoáng vật độc lập: microclin, xanidin, orthoclas, adule. Chúng kết tinh trong hệ xiên đơn, chiết suất thấp, l−ỡng chiết suất thấp. Trong đá magma th−ờng gặp là orthoclas, ít hơn là microclin. Những tinh thể hỗn hợp giữa orthoclas và albit tạo nên một loạt khoáng vật quan trọng. Albit tách khỏi dung dịch cứng và mọc xen với orthoclas ta đ−ợc perthit, ng−ợc lại ta đ−ợc nghịch perthit. Felspat kali th−ờng có dạng đẳng th−ớc hoặc tha hình. 7- Felspatit: là một nhóm silicat kiềm ch−a bão hoà silit. Trong các đá magma giàu kiềm mà nghèo SiO2 chúng đ−ợc thành tạo thay cho các felspat. Chúng không thành một loạt đồng nhất nh− felspat. 24nhieu.dcct@gmail.com 9 Phổ biến nhất là: Nephelin Na(AlSiO4) Cancrinit 3Na(AlSiO4)CaCO3.H2O Xodalit 3Na(AlSiO4)NaCl Lơxit K(AlSi2O6) Nozean 3Na(AlSiO4)[Na2SO4]0,5 Hauyn 3Na(AlSiO4)CaSO4 Ananxim Na AlSi2O6.H2O Bμi 4: Sự kết tinh của magma I- Đặc điểm của magma: Magma là những dung thể ở trong tự nhiên có thành phần chủ yếu là silicat nóng chảy, th−ờng ở nhiệt độ cao và áp suất cao khiến cho các chất bốc đ−ợc giữ lại hoà tan trong dung thể. Magma gồm có hai t−ớng: t−ớng lỏng và t−ớng khí. Khi nhiệt độ hạ thấp dần sẽ xuất hiện t−ớng thứ ba là t−ớng cứng. Chúng ta chỉ có thể biết đ−ợc trạng thái chính xác của magma qua các dung thể nhân tạo hoặc các dung nham. + Dung thể magma th−ờng rất nhớt. Độ nhớt của magma có ảnh h−ởng lớn tới quá trình kết tinh và phân dị. Magma có độ nhớt càng cao thì càng khó chảy, sự khuếch tán nguyên tố càng chậm, các tinh thể lớn chậm và càng khó di chuyển. Độ nhớt của magma ảnh h−ởng tới sự xâm nhập hay phun trào. Độ nhớt của magma phụ thuộc nhiều yếu tố: - Độ nhớt của magma phụ thuộc vào độ axit. Magma càng axit thì độ nhớt càng cao, magma bazơ có độ nhớt kém hơn. Sự có mặt của chất bốc làm giảm độ nhớt của magma axit và trung tính rất nhiều nh−ng ít ảnh h−ởng đến magma bazơ. Trong quá trình kết tinh của dung nham axit, chất bốc tập trung ở đâu thì ở đó magma rất lỏng và tạo điều kiện thành tạo những tinh thể khổng lồ. - Độ nhớt của magma phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ nóng chảy của magma càng thấp thì độ nhớt càng cao và ng−ợc lại. 25nhieu.dcct@gmail.com 10 - Độ nhớt cũng phụ thuộc vào áp suất, áp suất càng cao thì độ nhớt càng tăng. Magma càng ở sâu càng nhớt, khi phun lên mặt đất, áp suất giảm xuống, độ nhớt giảm và magma có thể chảy lỏng đ−ợc. - Trong quá trình kết tinh, khi l−ợng tinh thể tăng lên thì độ nhớt cũng tăng và magma khó di chuyển. + Nhiệt độ của magma: Chỉ có thể suy đoán nhiệt độ của magma qua nhiệt độ kết tinh hoặc nhiệt độ nóng chảy của các khoáng vật trong đá magma. Ví dụ trong đá magma có mặt một khoáng vật có nhiệt độ kết tinh 8700 thì nhiệt độ lúc magma kết tinh không quá 8700. Đo nhiệt độ trực tiếp của dung nham phun lên ở các núi lửa thì th−ờng đ−ợc khoảng 900-11000C. Ng−ời ta cho rằng nhiệt độ của magma bazan ở d−ới sâu th−ờng thấp hơn so với khi đ−a lên mặt do khi đ−a lên mặt nhiệt độ tăng lên bởi các phản ứng hóa học hoặc phản ứng giữa các khí hoà tan trong magma. Nhiệt độ của magma bazan ở d−ới sâu khoảng 800-10000, còn magma axit giàu silit 600-7000C. II- Quá trình kết tinh của magma: Khi magma nguội đi trong một khoảng nhiệt độ nhất định sẽ xảy ra các quá trình vật lý và hóa học. Các quá trình vật lý là sự ng−ng tụ của hơi n−ớc, sự kết tinh, sự hoà tan, sự sôi... Những phản ứng hóa học giữa các hợp phần trong magma dẫn tới sự thành tạo các loại khoáng vật. Khi magma ở trạng thái lỏng các nguyên tử chuyển động hỗn loạn, nh−ng khi nhiệt độ hạ đến mức độ nhất định các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử gặp nhau sẽ tạo nên những mầm tinh thể hay trung tâm kết tinh. Xung quanh các mầm tinh thể các nguyên tử sắp xếp một cách đều đặn theo đúng những ô mạng không gian. Các tinh thể chỉ lớn lên trong một giới hạn nào đó của nhiệt độ ứng với một tốc độ nào đó của chuyển động nhiệt, d−ới tốc độ đó hoặc quá tốc độ đó các nguyên tử không thể tới hoặc không thể ở lại mạng tinh thể. Tinh thể của khoáng vật khác nhau có nhiệt độ kết tinh và tốc độ lớn của tinh thể khác nhau. Nh− vậy ở trong một dung thể magma sẽ có nhiều thành phần khoáng vật khác nhau cùng kết tinh, và trong hỗn hợp đó tốc độ kết tinh của các khoáng vật sẽ khác với lúc nó kết tinh một mình. + Trạng thái thủy tinh: Khi nhiệt độ hạ xuống d−ới nhiệt độ kết tinh, dung thể silicat vẫn có thể ở trạng thái lỏng. Nhiệt độ tiếp tục hạ xuống, độ nhớt của chất lỏng ngày càng tăng, tới một lúc dung thể còn dẻo nữa mà trở thành thủy tinh. Thủy tinh cũng giốnng nh− trạng thái rắn về các tính chất cơ học nh− giữ nguyên hình dạng và có sức bền, nh−ng thủy tinh khác các khoáng vật kết tinh ở chỗ nó không có 26nhieu.dcct@gmail.com 11 kiến trúc mạng đều đặn. Các nguyên tử trong thủy tinh sắp xếp hỗn độn nh−ng không di chuyển. Thủy tinh là một hệ thống ở trạng thái bền giả không ổn định, có khuynh h−ớng biến thành trạng thái kết tinh bền vững, tuy nhiên tốc độ biến đổi vô cùng nhỏ, vì vậy thủy tinh núi lửa có thể tồn tại hàng kỷ trong các thời đại địa chất, song với thời gian, đa phần thủy tinh núi lửa biến thành một tập hợp vi tinh. + Thứ tự kết tinh khoáng vật. Liệt phản ứng khoáng vật: Rozenbut đã xác định đ−ợc thứ tự kết tinh của các khoáng vật trong đá magma. Những hợp phần thứ yếu nh− photphat, oxyt sắt... kết tinh tr−ớc tạo nên các khoáng vật phụ apatit, manhetit, ziacon..., tiếp theo là các silicat magie và sắt, sau nữa là silicat magie-canxi, sắt-canxi nh− olivin, pyroxen, amphibol, mica, sau nữa là các silicat vôi, kiềm-vôi, và kiềm theo thứ tự giảm độ bazơ. Kết tinh cuối cùng là thạch anh. Khi nghiên cứu các hệ thống hóa lý thành tạo các khoáng vật tạo đá magma cho thấy các khoáng vật kết tinh từ dung thể magma có thể phân làm 2 loại: loại tạo nên loạt phản ứng liên tục nh− kiểu anorthit và albit và loại tạo nên những phản ứng gián đoạn nh− olivin, silit. Thứ tự kết tinh khoáng vật trong đá magma từ các dung thể tự nhiên đ−ợc biểu diễn bằng liệt phản ứng khoáng vật Bauoen: Liệt phản ứng khoáng vật Bauoen Loạt gián đoạn Loạt liên tục Cộng sinh đá bazơ Olivin Anoctit ↓ ↓ Pyroxen thoi Plagiocla bazơ ↓ ↓ Cộng sinh đá trung tính Pyroxen xiên ↓ Amphibol ↓ Plagiocla trung tính ↓ Plagiocla axit Cộng sinh đá axit Biotit ↓ Felspat kali 27nhieu.dcct@gmail.com 12 Muscovit và thạch anh Dãy gián đoạn: Các khoáng vật đầu dãy kết tinh tr−ớc và số l−ợng giảm dần. Các khoáng vật kết tinh tr−ớc lại t−ơng tác với dung thể chuyển thành khoáng vật kết tinh sau. Mỗi lần thay đổi nh− vậy thì cấu trúc tinh thể bị phá vỡ để tạo thành khoáng vật mới. Nh− vậy ở đây mỗi khoáng vật chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian nhất định nên gọi là dãy gián đoạn. - Dãy liên tục: Các khoáng vật trong dãy này không có hiện t−ợng phá vỡ cấu trúc ô mạng mà chỉ có sự thay thế đồng hình liên tục giữa các khoáng vật. Các khoáng vật thuộc hai nhánh của sơ đồ kết tinh song song, đồng thời với nhau. Các khoáng vật trên một hàng ngang cộng sinh với nhau trong một loại đá. Bμi 5: Cấu tạo vμ kiến trúc của đá magma I- Cấu tạo: 1- Định nghĩa: Cấu tạo là một đặc điểm cấu trúc của đá do quan hệ không gian giữa từng bộ phận hợp thành đá và nó đặc tr−ng cho trình độ đồng nhất của đá. Cấu tạo của đá có thể phụ thuộc vào: - Các nguyên nhân bên trong: liên quan đến đặc điểm kết tinh của đá. - Các yếu tố bên ngoài: trọng lực, sự chuyển động của magma, các dòng đối l−u... Vì vậy Zavaritxki phân ra 2 kiểu cấu tạo: cấu tạo nội sinh và cấu tạo ngoại sinh. Tuy nhiên đây chỉ mang tính quy −ớc vì thực tế có những cấu tạo do cả hai yếu tố trên. 2- Các cấu tạo nội sinh: - Cấu tạo đồng nhất: các khoáng vật đ−ợc phân bố đều đặn trong cả khối đá, tất cả các bộ phận của khối đá đều giống nhau, chứng tỏ điều kiện thành tạo đá ở tất cả các điểm của nó là nh− nhau. Đây còn gọi là cấu tạo khối. Đây là 28nhieu.dcct@gmail.com 13 loại cấu tạo rất phổ biến trong đá magma, có thể gặp ở đá xâm nhập và cả đá phun trào. - Cấu tạo dị li: là đá có những phần này khác với phần kia bởi thành phần, kiến trúc hoặc cả thành phần và kiến trúc. Đó là do các đá khác bị bao và tiêu đi ch−a hết hoặc cũng có thể do các tác dụng bên ngoài tác động vào magma kết tinh. Loại cấu tạo này ít gặp. - Cấu tạo cầu: các khoáng vật sắp xếp theo các lớp đồng tâm, đồng thời nhiều khoáng vật có vị trí tỏa tia. Các lớp đồng tâm phân biệt với nhau về thành phần, màu sắc. Nguyên nhân là do magma bị bão hoà một vài thành phần nào đó, khi chúng di chuyển thì xen kẽ theo những lớp đồng tâm. Cấu tạo cầu gặp trong đá magma phun trào d−ới n−ớc thì khác: khi phun ở d−ới n−ớc dung nham phân ra thành những hệ thống giọt có vỏ cứng lại rất nhanh vì gặp n−ớc lạnh. Mỗi giọt đó coi nh− một hệ thống kết tinh độc lập, ngoài vỏ thì đặc xít, ở giữa có thể kết tinh rõ hơn. 3- Các cấu tạo ngoại sinh: - Cấu tạo định h−ớng, cấu tạo dạng gneis: các khoáng vật sắp xếp theo những mặt hoặc những đ−ờng song song. - Cấu tạo dòng chảy: một dạng của cấu tạo định h−ớng, các khoáng vật sắp xếp theo ph−ơng dòng chảy của magma. - Cấu tạo dải: Các khoáng vật sắp xếp thành các dải sáng màu và sẫm màu song song. Ví dụ đá gabro có các khoáng vật plagiocla và pyroxen xếp thành các dải xen kẽ nhau. - Cấu tạo lỗ hổng: khi dung nham đông đặc, các khí bốc lên tạo thành các lỗ hổng. - Cấu tạo hạnh nhân: Các lỗ hổng bị lấp đầy các khoáng vật thứ sinh, ví dụ calcit lấp đầy các lỗ hổng trong đá bazan. II- Kiến trúc: 1- Định nghĩa: Kiến trúc theo nghĩa rộng là toàn bộ những dấu hiệu xác định những đặc điểm về hình thái của từng hợp phần tạo đá và quan hệ không gian giữa chúng với nhau. Theo nghĩa hẹp hơn kiến trúc bao gồm những dấu hiệu về trình độ kết tinh, kích th−ớc, hình dáng của các tinh thể, quan hệ t−ơng hỗ giữa chúng với nhau và với thủy tinh. Kiến trúc của đá phụ thuộc các yếu tố sau: - Trình độ kết tinh của các hợp phần và l−ợng t−ơng đối của thủy tinh. - Kích th−ớc của các hạt. - Hình dạng của các hạt. 2- Phân loại kiến trúc theo trình độ kết tinh: 29nhieu.dcct@gmail.com 14 - Kiến trúc toàn tinh: gồm toàn những hợp phần kết tinh, không có thủy tinh. - Kiến trúc thủy tinh: gồm toàn thủy tinh. - Kiến trúc nửa thủy tinh: có cả những hợp phần kết tinh và hợp phần không kết tinh. 3- Phân loại kiến trúc theo kích th−ớc: a/ Kích th−ớc tuyệt đối: - Kiến trúc hạt thô: đ−ờng kính hạt >5mm - Kiến trúc hạt lớn: 3-5mm. - Kiến trúc hạt vừa: 1-3mm - Kiến trúc hạt nhỏ: <1mm - Kiến trúc ẩn tinh: ví dụ kiến trúc microfelsit. b/ Kích th−ớc t−ơng đối: - Kiến trúc hạt đều - Kiến trúc hạt không đều - Kiến trúc nổi ban 4- Phân loại kiến trúc theo hình dạng khoáng vật và trình độ kết tinh của các khoáng vật: - Kiến trúc toàn tự hình: gồm toàn những hạt tự hình, đặc tr−ng cho các đá đơn khoáng do các khoáng vật kết tinh đồng thời. - Kiến trúc gabro: gồm những hạt plagiocla và pyroxen hình trụ ngắn, dạng méo mó. - Kiến trúc granit hay kiến trúc nửa tự hình: đặc tr−ng cho các đá xâm nhập có chứa thạch anh, trình độ tự hình của các khoáng vật giảm theo thứ tự sau: khoáng vật màu, plagiocla, felspat kali, thạch anh. - Kiến trúc ofit hay kiến trúc diabas: đặc tr−ng cho các đá xâm nhập nông bazơ, gồm những tinh thể plagiocla dạng tấm dài tự hình nằm chéo nhau, giữa chúng là pyroxen tha hình. - Kiến trúc aplit: gồm những hạt felspat đẳng th−ớc và thạch anh tha hình. - Kiến trúc pilotaxich: đặc tr−ng cho đá bazan và andezit, đá không có hoặc có rất ít thủy tinh, các vi tinh plagiocla nằm song song, giữa chúng là pyroxen và quặng. - Kiến trúc hialopilit: gồm những vi tinh hình kim nhúng vào thủy tinh, l−ợng thủy tinh nhiều hơn l−ợng vi tinh, đặc tr−ng cho andezit. - Kiến trúc gian phiến: các vi tinh plagiocla hình kim nằm lộn xộn tạo nên những khoảng kín có chứa thủy tinh. 30nhieu.dcct@gmail.com 15 5- Các kiểu mọc xen khoáng vật trong đá magma + Mọc xen pegmatit: tạo thành do sự kết tinh đồng thời của nhiều khoáng vật, hay gặp nhất là thạch anh và felspat kali, ngoài ra còn gặp mọc xen giữa các đôi plagiocla và pyroxen thoi, pyroxen xiên và horblen... + Mọc xen miamekit: ở nơi tiếp xúc giữa felspat kali và plagiocla th−ờng thấy những giao thể thạch anh hình giun, đó là do sự phá huỷ các khoáng vật felspat và giải phóng SiO2. + Mọc xen pertit và nghịch pertit: là sự xen kẽ mật thiết giữa albit và felspat kali. + Mọc xen khảm: tinh thể của một khoáng vật bị bao trong một tinh thể lớn hơn của một khoáng vật khác. Quan trọng là kiến trúc khảm ofit th−ờng gặp trong đá diabas: những tinh thể plagiocla tự hình bị bao trong những hạt lớn pyroxen. bμi 6: phân loại đá magma I- Cơ sở phân loại đá magma: Để phân loại theo đá magma các nhà khoa học đã nghiên cứu và dựa vào một số cơ sở sau: 1- Phân loại theo vị trí kết tinh: - Đá magma xâm nhập sâu: hình thành ở độ sâu >3km, th−ờng có dạng thể nền, thể cán, thể chậu, thấu nấm... - Đá magma xâm nhập nông và đá mạch: hình thành ở độ sâu 0,5-1km, có nhiều dạng nằm khác nhau nh− thể vỉa, thể t−ờng, thể thấu kính... Đá xâm nhập nông th−ờng không liên quan đến đá sâu còn đá mạch liên quan đến xâm nhập sâu và đá phun trào t−ơng ứng. - Đá magma phun trào: hình thành do magma phun trào lên bề mặt Trái đất và đông cứng tại đó. 31nhieu.dcct@gmail.com 16 2- Phân loại theo thành phần hóa học: + Dựa vào hàm l−ợng SiO2 trong đá chia ra: - Nhóm đá magma siêu bazơ : SiO2 <45% - Nhóm đá magma bazơ : SiO2 <45-52% - Nhóm đá magma trung tính : SiO2 <52-65% - Nhóm đá magma axit : SiO2 >65% + Dựa vào hàm l−ợng kiềm tổng Na2O+K2O chia ra: - Nhánh đá bình th−ờng Na2O+K2O <8-10% - Nhánh đá kiềm Na2O+K2O >8-10% 3- Phân loại theo thành phần khoáng vật: - Nhóm đá siêu mafic: trong đá chỉ có olvin và pyroxen. - Nhóm đá mafic: có plagiocla bazơ, pyroxen, olivin - Nhóm đá trung tính: có plagiocla trung tính, horblen, ít pyroxen, biotit, thạch anh <6%. - Nhóm đá axit: có plagiocla axit, felspat kali, thạch anh, mica. - Nhóm đá kiềm: trong đá có mặt với hàm l−ợng lớn các khoáng vật giàu kiềm nh− felspat kali, các khoáng vật màu kiềm, các felspatit. II- Các nhóm đá magma chủ yếu: Tất cả các đá magma đ−ợc làm 8 nhóm: 1- Nhóm đá siêu bazơ: Dunit-Peridotit 2- Nhóm đá bazơ: Gabro-bazan 3- Nhóm đá trung tính: Diorit-Andezit 4- Nhóm đá axit: gồm 2 phụ nhóm: - Granit-Riolit - Granodiorit-Daxit 5- Nhóm đá Sienit-Trachit 6- Nhóm đá Sienit có phonolit 7- Nhóm đá gabroit kiềm 8- Nhóm đá magma phi silicat: apatitolit (apatit, ít pyroxen, nephelin); ferolit (manhetit, titanomanhetit, pyroxen, amphibol, plagiocla..); carbonatit (canxit, dolomit, siderit, ankerit, apatit, monazit..) Trong mỗi nhóm đá lại chia ra đá xâm nhập sâu, đá xâm nhập nông-đá mạch, đá phun trào. Trong từng loại đá lại đ−ợc phân loại theo thành phần, cấu tạo, kiến trúc... Đá mạch liên quan đến đá sâu có thành phần khoáng vật giống với đá sâu thì đó là đá mạch không phân dị. Khi đá phân dị có 2 tr−ờng hợp xảy ra: 32nhieu.dcct@gmail.com 17 - Đá mạch sáng màu chứa ít khoáng vật màu hơn đá sâu và có kích th−ớc hạt nhỏ thì đ−ợc gọi là aplit. - Đá mạch sáng màu chứa ít khoáng vật màu hơn đá sâu và có kích th−ớc hạt rất lớn thì đ−ợc gọi là pegmatit. - Đá mạch sẫm màu chứa nhiều khoáng vật màu hơn đá sâu thì gọi là lamprophyr. Ví dụ: Đá xâm nhập sâu Diorit có đá mạch là diorit aplit sáng màu và lamprophyr diorit sẫm màu hơn diorit. Khi gọi tên đá phun trào hoặc đá mạch cần l−u ý: có hai loại đá phun trào là - Đá phun trào ch−a bị biến đổi có mặt thủy tinh còn t−ơi, các khoáng vật nguyên sinh ít biến đổi, có ít khoáng vật thứ sinh. - Đá phun trào bị biến đổi thứ sinh: thủy tinh không còn t−ơi mà đã bị biến đổi oxy hóa, các khoáng vật nguyên sinh bị biến đổi thứ sinh mạnh mẽ. Khi gọi tên đá phun trào ch−a bị biến đổi ta dùng các tên nh− bazan, andezit, riolit..., khi gọi tên đá phun trào đã biến đổi ta thêm vào các tên gọi trên những từ sau: - Porphyr cho các đá có chứa ban tinh felspat kali: ví dụ riolit porphyr, daxit porphyr. - Porphyrit cho các đá không chứa ban tinh felspat kali: ví dụ bazan porphyr, andezit porphyr. - Aphyr hoặc aphyrit cho các đá không có ban tinh mà có mặt felspat kali hoặc không có. Ch−ơng II: Mô tả thạch học đá magma Bμi 1: Nhóm đá siêu bazơ I- Đặc điểm chung: Nhóm đá siêu bazơ gồm những đá nghèo silit nh−ng rất giàu sắt và magiê. Đá hầu nh− không chứa các khoáng vật felspat. Nhìn bằng mắt th−ờng đá có màu sẫm, màu xám phớt lục, đôi khi hầu nh− đen, khi bị biến đổi thứ sinh (serpentin hóa) nó có màu lục xám. Các đá siêu bazơ ít phổ biến trong tự nhiên, chỉ chiếm 0,4% toàn bộ đá magma. Chủ yếu gặp đá siêu bazơ ở dạng xâm nhập, rất hiếm gặp phun trào t−ơng ứng, chỉ có đá phun nổ thành dăm kết núi lửa (kimbeclit). 33nhieu.dcct@gmail.com 18 II- Đặc điểm các đá xâm nhập Dunit-Peridotit: 1- Mô tả thạch học: Các đá xâm nhập siêu bazơ có tên gọi khác nhau tuỳ thuộc hàm l−ợng khoáng vật trong đá, có 4 tên gọi chính: dunit, olivinit, peridotit, pyroxenit. + Thành phần hóa học: L−ợng SiO2 < 45%, MgO 12-46%, Fe2O3 3-6%, FeO 5,5-35,5%, Al2O3 0,68-8%., l−ợng kiềm thấp d−ới 1% đến 2%. Về đặc điểm địa hóa chúng có chứa nhiều nguyên tố Cr, Ni, Ti + Thành phần khoáng vật: Thành phần khoáng vật chính của các đá siêu bazơ là olivin và pyroxen với hàm l−ợng cụ thể trong từng loại đá nh− sau: Tên đá Hàm l−ợng olivin (%) Hàm l−ợng pyroxen (%) Dunit 100-85 0-15 Olivinit 85-70 15-30 Peridotit 70-30 30-70 Pyroxenit 30- 0 70-100 Ngoài ra trong đá còn gặp các khoáng vật phụ cromit, manhetit... Biến đổi thứ sinh: serpentin hóa, itdinhxit hóa, tremolit hóa, artinolit hóa... + Cấu tạo và kiến trúc: - Cấu tạo đặc xít, đôi khi phân dải. - Kiến trúc: toàn tự hình, hạt nhỏ, ít khi hạt lớn, sideronit, khảm... + Dạng nằm và sự phân bố: - Dạng nằm: thấu kính, nấm chỉnh hợp với đá vây quanh, chúng th−ờng đi cùng với gabro-peridotit. - Sự phân bố: . Trên thế giới: Núi Uran ở Nga: các khối dunit chứa bạch kim nằm rìa đới gabro; khối Butsven ở Nam Phi là một thể chậu lớn trên cùng là granit màu đỏ, giữa khối là norit, bên d−ới phân dị từ anoctozit đến peridotit. . Việt Nam có hai khối đá siêu bazơ quan trọng là khối Bản Xang (Cao Bằng) và khối Núi N−a (Thanh Hóa). + Khoáng sản liên quan: bạch kim, Cr, Ni, Ti, atbet-crizotin, atbet- tremolit... III- Đá phun nổ kimbeclit: là một loại đá màu xanh lấp đầy các ống nổ chứa kim c−ơng ở vùng Kimbecley (Nam Phi) hoặc ở Yacuti (Nga). Nó 34nhieu.dcct@gmail.com 19 là dăm kết có chứa các xenolit trong một nền serpentin, carbonat, olivin, pyroxen, granat, ilmenit, biotit và cromit, và đặc biệt có chứa kim c−ơng. Bμi 2: Nhóm đá bazơ gabro-bazan I- Đặc điểm chung: Đây là một nhóm đá khá phổ biến trên vỏ Trái đất, đặc biệt là đá bazan, nó gấp 5 lần tất cả các đá phun trào khác. Magma bazan là loại có độ nhớt không cao, dễ kết tinh nên từ dung nham bazan có đủ loại đá có trình độ kết tinh khác nhau từ xâm nhập sâu đến đá phun trào. Giữa chúng có nhiều đá trung gian, và giữa nhóm đá này với nhóm siêu bazơ và với nhóm đá trung tính cũng có nhiều đá trung gian. Nhóm đá này có hàm l−ợng SiO2 45-52%. II- Đặc điểm các đá xâm nhập sâu gabro: Gabro là một loại đá kết tinh hoàn toàn, các hạt khoáng vật có kích th−ớc lớn đến trung bình, ít khi hạt nhỏ. Đá sẫm màu, đôi khi phân dải. 1- Thành phần khoáng vật chính: plagiocla bazơ (50-65%), pyroxen (35- 50%), ngoài ra còn có olivin, manhetit, amphibol... 2- Thành phần hóa học: SiO2 45-52%; Fe2O3+FeO 9%; MgO 7,5%; CaO 12-15%; Al2O3 20%; Na2O+K2O 2-3%. 3- Cấu tạo-Kiến trúc: - Cấu tạo: khối, dạng dải (do hiện t−ợng dung ly magma đang kết tinh) - Kiến trúc: toàn tha hình-gabro, hạt lớn đến hạt vừa; kiến trúc diabas; kiến trúc khảm vành hoa. 4- Phân loại đá: Theo thành phần khoáng vật phân biệt: + Anoctozit: chỉ có plagiocla loại anoctit đến labrador. + Gabro: plagiocla bazơ + pyroxen xiên + Norit: plagiocla +pyroxen thoi + Gabro-norit: Plagiocla+pyroxen thoi+pyroxen xiên + Troctolit: Bitaonit+olivin 5- Biến đổi thứ sinh: - Pyroxen bị uralit hóa, clorit hóa - Plagiocla bị xotxurit hóa, thay thế bởi tập hợp vi hạt epidot+clorit+calcit 6- Dạng nằm và sự phân bố: 35nhieu.dcct@gmail.com 20 - Dạng nằm: thể nấm, chậu, vỉa, t−ờng, cán, kích th−ớc lớn, th−ờng phân đới. - Sự phân bố: . Trên thế giới có các khối đá gabro ở Uran (Nga), Dulut (Canada), Butsven (Nam Phi). . ở Việt Nam có các khối gabro ở Núi Ông, Cửa Rào ở Tr−ờng Sơn; Khối L−ơng Sơn-Tri Năng ở Thanh Hóa... 7- Khoáng sản liên quan có: titan, niken, đá trang lát... III- Đặc điểm các đá xâm nhập nông diabas vμ đá mạch: 1- Diabas: là một loại đá nông hay đá mạch không liên quan với đá sâu ứng với gabro. Đó là đá kết tinh hoàn toàn, có kích th−ớc hạt vừa hoặc nhỏ. Đá th−ờng sẫm màu, màu xám, xám xanh. - Thành phần khoáng vật chính là plagiocla bazơ, pyroxen xiên (ogit). Có loại diabas có chứa olivin gọi là diabas olivin, có chứa thạch anh gọi là congadiabas. - Kiến trúc: hạt vừa và nhỏ, ophit (pyroxen tha hình hơn plagiocla, plagiocla khảm trong pyroxen). - Cấu tạo: khối - Biến đổi thứ sinh: plagiocla biến thành albit, carbonat, epidot-zoizit; pyroxen biến thành clorit, uralit, carbonat. - Dạng nằm: thể t−ờng phổ biến, thể vỉa.... 2- Đá mạch liên quan với đá sâu: a/ Đá mạch không phân dị gồm vi gabro, gabro porphyrit, gabro pegmatit: - Vi gabro: là một loại đá màu xám, xám sẫm, kiến trúc hạt nhỏ hoặc men rạn, thành phần gồm plagiocla bazơ và pyroxen xiên. - Gabro porphyrit: có kiến trúc nổi ban, ban tinh là pyroxen xiên, nền gồm hỗn hợp các hạt nhỏ plagiocla bazơ, pyroxen xiên, đôi khi có cả manhetit, pyroxen thoi. - Gabro pegmatit: là loại gabro có hạt rất lớn th−ờng thành mạch hay ô trong khối gabro. b/ Đá mạch phân dị sẫm màu-các lamprophyr: odinit, ixit: - Odinit: là một loại lamprophyr màu xám lục, hạt nhỏ, đôi khi có kiến trúc nổi ban, gồm plagiocla, horblen lục. - Ixit: đá rất sẫm màu, thành phần chỉ gồm horblen nâu, ít plagiocla bazơ, manhetit, apatit, kiến trúc hạt toàn tự hình. 36nhieu.dcct@gmail.com 21 IV- Đặc điểm các đá phun trμo bazan: Đây là đá phun trào rất phổ biến trên vỏ Trái đất 1- Thành phần khoáng vật: ban tinh gồm plagiocla bazơ, pyroxen xiên, olivin; nền là tập hợp vi tinh plagiocla, pyroxen, thủy tinh và quặng. 2- Thành phần hóa học: giống đá gabro 3- Cấu tạo-kiến trúc: - Kiến trúc: nổi ban, không ban tinh-aphyr, dolerit; nền có kiến trúc dolerit, gian phiến, hialopilit, pilotaxich, nửa thủy tinh, thủy tinh. - Cấu tạo: lỗ hổng, hạnh nhân; 4- Biến đổi thứ sinh: plagiocla biến thành sét, carbonat; olivin biến thành itdinhxit hoặc serpentin+carbonat; pyroxen thành clorit+calcit. Về sau carbonat bị rửa lũa đi, cuối cùng biến thành đất huyền bazan. Vùng nhiệt đới bazan biến thành bauxit. Đá bazan bị biến chất cao trở thành đá lục (albit + zoizit + epidot + sericit + clorit + uralit + titanit + rutin). Thủy tinh t−ơi trong suốt và phớt nâu, khi bị oxy hóa trở thành đục và có màu đen, nó dễ bị biến thành clorit. 5- Phân loại: + Bazan mới: - Dolerit: có kiến trúc kiểu dolerit - Andamezit: đá có kiến trúc dolerit nh−ng hạt rất nhỏ có khi ẩn tinh. - Toleit: thành phần có thủy tinh tập trung thành từng đám. - Plagiobazan: không có khoáng vật màu. - Bazan olivin: ban tinh chỉ có olivin. + Bazan kiểu cũ (đã biến đổi): - Bazan porphyrit: các khoáng vật nguyên sinh bị biến đổi thành khoáng vật thứ sinh. - Spilit: đá không có ban tinh, màu lục, cấu tạo hạnh nhân, giàu khoáng vật clorit, epidot, albit, actinolit, pyrit, manhetit. 6- Dạng nằm và sự phân bố: đá bazan rất phổ biến, ở cả đại d−ơng và lục địa. Chúng phân bố ở các sống núi giữa đại d−ơng, các vùng có núi lửa hoạt động mạnh mẽ. Trên lục địa, bazan th−ờng tạo thành những lớp phủ rộng lớn trên những địa hình bằng phẳng hoặc dạng dòng chảy trên địa hình dốc. Tại Việt Nam, bazan rất phổ biến ở Tây Nguyên, Vĩnh Linh, Phủ Quỳ, Điện Biên. 37nhieu.dcct@gmail.com 22 7- Khoáng sản liên quan: Bazan phục vụ trực tiếp cho nghề đúc đá. Kim loại liên quan có Cu, zircon làm ngọc. Bμi 3: Nhóm đá trung tính diorit-andesit I- Đặc điểm chung: Đây là nhóm đá có hàm l−ợng SiO2 52-65%. Đá xâm nhập diorit ít phổ biến, chỉ chiếm gần 1% tổng số đá magma, còn đá phun trào andezit phổ biến, chiếm 23% tổng số đá magma. Các đá xâm nhập nông và đá mạch cũng t−ơng đối phổ biến, nhất là các loại lamprophyr. II- Đặc điểm đá xâm nhập sâu diorit: Diorit là một loại đá hạt kết tinh hoàn toàn, không có thạch anh hoặc có rất ít thạch anh. Đá t−ơng đối sáng màu, với chỉ số màu 30-35%. 1- Thành phần khoáng vật: chính là plagiocla trung tính 50-65%, horblen 35-50%, thạch anh <6%. Ngoài ra trong đá có thể gặp biotit, felspat kali (rất ít). Plagiocla trung tính bao giờ cũng có tính phân đới. 2- Thành phần hóa học: SiO2 52-65%; Al2O3 15-16%; FeO+Fe2O3 7-10%; Na2O+K2O 5-6% 3- Kiến trúc-cấu tạo: - Kiến trúc: hạt nửa tự hình, plagiocla tự hình hơn các khoáng vật khác. - Cấu tạo: khối, đôi khi có dạng gneis, hoặc có khi gặp nhiều thể dị li. 4- Biến đổi thứ sinh: Plagiocla bị phá huỷ thành hỗn hợp calcit, sericit, kaolinit hoặc thành hỗn hợp zoizit và calcit, đôi khi bị epidot hóa. Horblen th−ờng bị clorit hóa, epidot hóa. 5- Phân loại diorit: căn cứ vào hàm l−ợng thạch anh có trong đá phân biệt các loại diorit: Diorit chính cống: Q < 6% Diorit thạch anh: Q 6-15% 6- Dạng nằm và sự phân bố: Diorit th−ờng có liên quan với granit và granodiorit, nó cũng có thể tạo nên những thể cán, mạch và thể nấm. ở Việt Nam diorit gặp trong các hệ Điện Biên Phủ, phức hệ PhiaBioc, phức hệ PoSen, phức hệ Bến Giằng-Quế Sơn. 7- Khoáng sản liên quan: quặng sắt và đồng, vàng-bạc, chì-kẽm 38nhieu.dcct@gmail.com 23 II- Đặc điểm các đá xâm nhập nông: - Diorit porphyrit: thành phần giống nh− diorit, nh−ng có kiến trúc nổi ban. - Microdiorit: không có ban tinh - Diorit aplit: có kiến trúc hạt nhỏ tha hình, màu lục xám, gồm có horblen và plagiocla. - Lamprophyr diorit: đá sẫm màu vì có chứa nhiều khoáng vật màu, th−ờng gặp là spersactit (horblen) và kecsantit (biotit), chúng th−ờng có kiến trúc hạt lăng trụ. III- Đặc điểm các đá phun trμo andezit: Andezit là đá phun trào ch−a bị biến đổi, khi bị biến đổi gọi là andezit porphyrit. Andezit và bazan có những chuyển biến liên tục nên rất khó phân biệt, th−ờng phải sử dụng các đặc số hóa học để phân biệt chúng. - Thành phần khoáng vật: ban tinh gồm plagiocla trung tính có đới trạng, pyroxen, horblen; nền gồm vi tinh plagiocla, pyroxen, horblen, thủy tinh, quặng. - Kiến trúc: nổi ban, không ban tinh. Nền có kiến trúc hialopilit, kiến trúc andezit-kiểu dòng chảy, kiến trúc pilotaxich. - Cấu tạo: lỗ hổng, hạnh nhân - Biến đổi thứ sinh: th−ờng biến thành đá lục - Dạng nằm: dòng dung nham, lớp phủ đi cùng bazan - Sự phân bố: ở các vòng cung đảo, vành đai núi lửa Thái Bình D−ơng, vành đai núi lửa Địa Trung Hải - Khoáng sản liên quan: vàng nhiệt dịch trong các đá biến đổi propylit. Bμi 4: Nhóm đá axit granit-riolit vμ granodiorit-daxit I- Đặc điểm chung: Đây là nhóm đá bão hoà axit, là một nhóm đá magma rất phổ biến, trong đó đá xâm nhập phổ biến hơn đá phun trào. Nhóm bao gồm 2 phụ nhóm: - Granit-riolit - Granodiorit-daxit: là đá trung gian giữa đá trung tính và đá axit. Các đá xâm nhập của nhóm đá này đ−ợc gọi chung là granitoid. Các nhà nghiên cứu khoa học địa chất cho rằng đá granit có 2 nguồn gốc magma và biến chất. Chúng ta chỉ quan tâm đến granit nguồn gốc magma. 39nhieu.dcct@gmail.com 24 Các đá granit có nhiệt độ nóng chảy thấp. Dạng nằm đặc tr−ng cho các thể xâm nhập. Đá th−ờng tiếp xúc đột ngột với đá vây quanh, đới ngoài cùng th−ờng có kiến trúc hạt nhỏ, trung tâm có kiến trúc hạt lớn, đới ngoại tiếp xúc đá vây quanh th−ờng bị biến dạng, biến chất. Các đá th−ờng sáng màu, hạt thô. II- Đặc điểm các đá xâm nhập granitoid: 1- Thành phần khoáng vật: + Granit: gồm thạch anh 30%, felspat kali 30%, plagiocla axit 30%, mica 10%. + Granodiorit: Thạch anh 15-25%; plagiocla trung tính >35%; felspat kali 15-20%; khoáng vật màu biotit+horblen 15-20% 2- Thành phần hóa học: SiO2 >65%, Al2O3 14-16%, tổng kiềm 6-8%, FeO và Fe2O3 2-3%, Na2O+K2O 5-8%... 3- Cấu tạo, kiến trúc: - Cấu tạo: khối, định h−ớng gneis - Kiến trúc: nửa tự hình, hạt lớn đến bé (5-6mm đến <1mm), trong đá gặp các hiện t−ợng mọc xen pertit, nghịch pertit, miamekit, pegmatit... 4- Phân loại: chia làm 2 nhóm granit kiềm vôi và granit kiềm + Granit kiềm vôi: l−ợng felspat kali th−ờng nhỏ hơn 30%, plagiocla có số hiệu 10-40; các đá đ−ợc gọi tên theo khoáng vật màu có trong đá, ví dụ granit biotit, granit 2 mica...; alaskit là granit không có khoáng vật màu; plagiogranit là đá có hàm l−ợng plagiocla lớn hơn nhiều felspat kali. + Granit kiềm: trong đá xuất hiện các khoáng vật màu kiềm nh− ribeckit, avetxonit, egirin.. và l−ợng felspat kali th−ờng lớn hơn 30%, plagiocla có số hiệu 0-10. Tên gọi theo khoáng vật màu kiềm. Ngoài ra có một loại đá đ−ợc gọi là monzonit, trong đó l−ợng thạch anh 15-25%, l−ợng plagiocla bằng l−ợng felspat kali. 5- Biến đổi thứ sinh: thạch anh không bị biến đổi; plagiocla bị sericit hóa; felspat kali bị sét hóa; biotit bị clorit hóa... 6- Dạng nằm và sự phân bố: - Dạng nằm: thể nền, thể cán, thể t−ờng, thể nấm, thể chậu.... - Sự phân bố: Phân bố rất rộng rãi trên vỏ Trái đất tạo nên các thể xâm nhập có quy mô rất khác nhau. Việt Nam có các phức hệ Sông Chảy, M−ờng Hum, Y Ê Sun, Điện Biên Phủ, Hải Vân, Đèo Cả, Bến Giằng-Quế Sơn 40nhieu.dcct@gmail.com 25 7- Khoáng sản liên quan: vàng, bạc, đa kim, đất hiếm. Hầu hết các khoáng sản đều tập trung ở phần vòm của các thể magma. Nếu khối đá bị bóc mòn sâu mất phần vòm thì th−ờng không có khoáng sản. IIi- Đặc điểm các đá xâm nhập nông vμ đá mạch 1- Đá mạch không phân dị: - Microgranit: thành phần giống granit nh−ng có kiến trúc hạt nhỏ, có khi ẩn tinh. - Granit porphyr: đá có chứa những ban tinh lớn nổi trên nền hạt nhỏ kết tinh hoàn toàn. - Grorudit: đá mạch kiềm 2- Đá mạch phân dị sáng màu: - Aplit granit: đá hạt nhỏ hoặc hạt mịn, sáng màu, chứa rất ít khoáng vật màu. - Pegmatit granit: đá có kiến trúc hạt rất lớn, kiến trúc dạng vân chữ, có chứa các khoáng vật felspat kali là chủ yếu, thạch anh, muscovit, lepidolit, turmalin, topa... - Lestivarit: aplit kiềm, đá hạt nhỏ, có chứa felspat kali, egirin, acvetxonit. IV- Đặc điểm các đá phun trμo axit: Các đá phun trào axit gồm có riolit và daxit. 1- Thành phần khoáng vật: + Riolit Ban tinh: thạch anh, palgiocla axit, felspat kali, đôi khi có biotit. Nền gồm thạch anh, plagiocla axit, felspat kali, thạch anh, thủy tinh axit. + Daxit: Ban tinh: palgiocla trung tính, đôi khi có thạch anh, biotit, horblen, pyroxen, không có felspat kali, không có khoáng vật màu kiềm Nền gồm plagiocla trung tính, thủy tinh, khoáng vật màu biotit, horblen, thạch anh. 2- Thành phần hóa học: giống granitoid 3- Cấu tạo, kiến trúc: - Cấu tạo: khối, dòng chảy, đôi khi dạng dải, lỗ hổng, hạnh nhân. - Kiến trúc: nổi ban (porphyr), không ban tinh (aphyr); nền có kiến trúc felsit (hạt nhỏ), microfelsit (hạt rất nhỏ), spherolit (hạt cầu). 4- Phân loại: 41nhieu.dcct@gmail.com 26 Các đá phun trào kiểu mới gọi là riolit, daxit, đá phun trào kiểu cũ gọi là riolit porphyr, daxit porphyrit. Các đá phun trào kiểu mới đ−ợc gọi theo kiến trúc: ví dụ felsit là tên gọi chung cho các đá phun trào axit không có ban tinh, nền có kiến trúc felsit hạt nhỏ. - Keratophyr thạch anh: là loại đá riolit porphyr bị albit hóa. Tất cả các khoáng vật trong đá bị biến thành albit 5- Dạng nằm và sự phân bố: - Dạng nằm: dạng vòm, tháp, kim. - Phân bố: hạn chế trong các đới Sông Hiến, An Châu, Măng Yang. 6- Khoáng sản liên quan: vàng, chì-kẽm. 42nhieu.dcct@gmail.com 1 Phần thứ hai thạch học đá trầm tích ------------------------------------------------------------------------------- Ch−ơng I: Đại c−ơng về đá trầm tích Bài 1: Khái niệm về đá trầm tích và các ph−ơng pháp nghiên cứu chúng 1- Các khái niệm chung Đá trầm tích là những thể địa chất phát sinh trên bề mặt Trái đất hoặc ở nơi không sâu lắm d−ới nhiệt độ, áp suất bình th−ờng do các tác dụng ngoại sinh (phong hóa, hoạt động của sinh vật, tác dụng của núi lửa...) trong môi tr−ờng n−ớc hoặc không khí, trải qua một quá trình lâu dài và phức tạp. Các đá trầm tích th−ờng có dạng phân lớp, bề dày thay đổi tùy thuộc địa hình và vị trí kiến tạo. Chúng th−ờng phân bố rất rộng trên bề mặt Trái đất, chiếm khoảng 75% diện tích trên bề mặt, xuống sâu 16km giảm còn 25%. Theo Venhofen, đá trầm tích chiếm 0,02% thể tích của Trái đất. Tỷ lệ giữa các loại đá không đều. Trong các loại đá trầm tích thì đá phiến sét+đá cát kết+đá vôi chiếm tới 98% tổng số. Đá trầm tích đ−ợc thành tạo trải qua các giai đoạn sau: T hờ i k ỳ si nh đ á - Giai đoạn sinh thành vật liệu trầm tích: bao gồm các quá trình phát sinh, vận chuyển và lắng đọng vật liệu trầm tích. - Giai đoạn thành đá: biến đổi vật liệu trầm tích thành đá trầm tích. T hờ i k ỳ bi ến si nh - Giai đoạn hậu sinh và biến chất sớm: đá bị nhận chìm xuống sâu và bắt đầu bị biến đổi, sau đó đá bị biến đổi mạnh mẽ, có nhiều tính chất của đá biến chất nh−ng vẫn còn những dấu vết cơ bản của đá trầm tích. Các quá trình phát sinh và phát triển các đá trầm tích đều là những quá trình lâu dài, liên tục và có quy luật, xảy ra trong những điều kiện hóa lý, nhiệt động rất khác nhau và phức tạp. Mỗi giai đoạn phát triển, biến đổi đều đ−ợc phản ánh trong thành phần, cấu trúc của đá. 2- Nhiệm vụ của thạch học đá trầm tích: 43nhieu.dcct@gmail.com 2 - Nghiên cứu thành phần vật chất, kiến trúc, cấu tạo, phân loại và luận giải nguồn gốc các đá. - Nghiên cứu mối liên quan giữa trầm tích hiện đại và trầm tích cổ. - Nghiên cứu mối liên quan giữa đá trầm tích và khoáng sản. - Phục vụ phân chia đối sánh địa tầng. - Nghiên cứu phân chia các bồn trầm tích và luận giải các mô hình bối cảnh thành tạo. 3- Ph−ơng pháp nghiên cứu đá trầm tích: a/ Nghiên cứu ngoài trời: - Lộ trình địa chất, thành lập các mặt cắt địa chất, nghiên cứu thế nằm của đá trầm tích. - Mô tả chi tiết các loại đá trầm tích theo cột địa tầng (gọi tên đá, mô tả các đặc điểm màu sắc, tính phân lớp, mối quan hệ giữa các lớp...) - Nghiên cứu mối quan hệ không gian thời gian với các loại đá khác. - Nghiên cứu đặc điểm phong hóa. - Nghiên cứu các tàn tích sinh vật. - Nghiên cứu các khoáng sản liên quan. b/ Công tác trong phòng: - Nghiên cứu thành phần vật chất của đá bằng thạch học lát mỏng, phân tích độ hạt, phân tích thành phần khoáng vật nặng, phân tích nhiệt và rơnghen, phân tích thành phần hóa học: để phục vụ phân chia địa tầng, tuổi địa chất, bối cảnh thành tạo, khả năng sử dụng với t− cách là một loại khoáng sản và công dụng của chúng, mối liên quan với các khoáng sản nội sinh khác. - Phân tích các nguyên tố phân tán (nguyên tố hiếm, xạ...) trong đá phục vụ việc phát hiện khoáng sản, phân chia địa tầng, bối cảnh thành tạo. 4- Trầm tích hiện đại: Trầm tích hiện đại chủ yếu là những thành tạo bở rời ch−a gắn kết hiện đang đ−ợc thành tạo ngay trên bề mặt Trái đất trong các môi tr−ờng biển, hồ, sông, đất liền... Mục đích nghiên cứu các trầm tích hiện đại là để: - Làm sáng tỏ các điều kiện thành tạo, từ đó làm cơ sở cho việc nghiên cứu trầm tích cổ theo nguyên lý lấy mới soi cũ. - Phục vụ cho địa chất công trình, địa chất thủy văn. - Phục vụ cho nghiên cứu địa chất môi tr−ờng nói chung. 44nhieu.dcct@gmail.com 3 - Phục vụ cho công tác điều tra khoáng sản. - Tại Việt Nam việc nghiên cứu trầm tích hiện đại gắn liền với việc nghiên cứu địa mạo, địa chất biển, địa chất dầu khí... - Khi nghiên cứu trầm tích hiện đại cần phân biệt hai nhóm lớn là Trầm tích lục địa và Trầm tích biển. 5- Vai trò của đá trầm tích với nền kinh tế quốc dân: - Liên quan với nền móng công trình xây dựng. - Liên quan với các dạng khoáng sản gắn bó với mọi thời đại phát triển của con ng−ời. Bài 2: Quá trình sinh thành vật liệu trầm tích I- Nguồn vật liệu trầm tích: Vật liệu trầm tích là những mảnh vụn có kích th−ớc khác nhau đ−ợc hình thành do quá trình phong hóa, do x−ơng vỏ động vật, thân lá thực vật, các vật liệu núi lửa và các vật liệu từ vũ trụ. 1- Các vật liệu do quá trình phong hóa: Bao gồm các vật liệu vụn - sản phẩm của phong hóa cơ học, vật liệu lục nguyên có thể nhìn thấy bằng mắt th−ờng với dạng tồn tại nh− hạt cát, cuội, sỏi...; các dung dịch thật và dung dịch keo đ−ợc hình thành do phong hóa hóa học. 2- Nguồn vật liệu hữu cơ: bao gồm x−ơng vỏ động vật, thân lá thực vật. 3- Vật liệu núi lửa: Các hoạt động núi lửa phun ra 1 l−ợng lớn dung nham, tro bụi vào trong môi tr−ờng n−ớc và không khí, các vật liệu này sẽ tham gia vào quá trình thành tạo đá trầm tích. 4- Vật liệu nguồn gốc vũ trụ: Một năm Trái đất có thể thu đ−ợc từ vũ trụ từ 15 đến 20 triệu tấn vật liệu vũ trụ, chúng tồn tại d−ới dạng bụi, thiên thạch... Tuy nhiên vai trò của chúng trong quá trình thành tạo đá trầm tích không lớn. II- Quá trình phong hóa: Quá trình phong hóa sẽ hình thành nguồn vật liệu lục nguyên. Quá trình phong hóa chính là sự phá vỡ các đá cứng rắn thành các vật liệu bở rời và một số dạng nguyên tố hóa học đ−ợc giải phóng khỏi các liên kết ô mạng tinh thể đi vào môi tr−ờng n−ớc hoặc không khí d−ới dạng các ion. Nguyên nhân gây ra quá trình phong hóa là nhiệt độ của mặt trời, n−ớc, gió, băng hà, hoạt động của sinh vật... 45nhieu.dcct@gmail.com 4 Quá trình phong hóa có lịch sử lâu dài và diễn biến phức tạp phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu, kiến tạo, đá gốc... Vùng chịu tác động phong hóa mạnh nhất là phần đá gốc lộ trên bề mặt tiếp xúc trực tiếp với không khí và n−ớc. Càng xuống sâu, tác dụng phong hóa càng giảm. Phân biệt hai loại phong hóa: 1- Phong hóa cơ học: Là quá trình phá huỷ các đá gốc về kiến trúc, cấu tạo, làm đá gốc bị nứt nẻ, vỡ vụn thành các vật liệu vụn tách rời nhau mà không thay đổi về thành phần khoáng vật, thành phần hóa học d−ới tác động của sự thay đổi nhiệt độ, do khả năng hấp thụ nhiệt không đều của các khoáng vật, do sự đóng băng của n−ớc, do hoạt động của dòng n−ớc, sóng, gió; sự tự đổ vỡ do di chuyển đất đá từ nơi có thế năng cao đến nơi có thế năng thấp (vai trò của trọng lực). Sản phẩm: vật liệu vụn tảng, cuội, sỏi, sạn, cát, bột. 2- Phong hóa hóa học: Sản phẩm của phong hóa hóa học là các khoáng vật mới đi cùng với sự thay đổi đáng kể thành phần hóa học của đá gốc do các ion đ−ợc giải phóng đi vài môi tr−ờng n−ớc d−ới dạng hoà tan. Cơ chế của phong hóa hóa học là các phản ứng hóa học với sự chi phối của n−ớc, CO2, nhiệt độ. Các phản ứng hóa học chủ yếu th−ờng xảy ra: - Phản ứng oxy hóa với vai trò của oxy: Có thể thấy rõ trên các khoáng vật sulphur, kết quả làm cho quặng sulphur đổi màu, dần dần biến chúng thành các khoáng vật oxit có nhiều n−ớc. Ví dụ: Pyrit FeS2 +H2O+O2 = Geothit Fe2O3.H2O hoặc limonit Fe2O3.nH2O+H2SO4 - Phản ứng hydrat hóa, thủy phân với vai trò của n−ớc: Th−ờng xảy ra trên các đá silicat và alumosilicat, các khoáng vật của đá magma và đá biến chất thành tạo trong điều kiện nhiệt độ cao th−ờng bị biến thành các khoáng vật sét-một khoáng vật cân bằng trong điều kiện bình th−ờng của vỏ Trái đất. Ví dụ: các quá trình sericit hóa, kaolinit hóa 3felspat kali +14 H2O = sericit +K(OH) 4felspat kali +22H2O = kaolinit +K(OH) - Phản ứng carbonat hóa với vai trò của CO2: Xảy ra rõ nhất với đá vôi, làm cho đá vôi hòa tan, tạo nên các hang động karst. 46nhieu.dcct@gmail.com 5 3- Tính bền vững của các khoáng vật trong quá trình phong hóa: Các khoáng vật trong đới phong hóa đều bị biến đổi ở những mức độ khác nhau. Có những khoáng vật chỉ vỡ vụn cơ học nh− thạch anh, có những khoáng vật lại rất không bền, chỉ cần rơi vào đới phong hóa sẽ nhanh chóng biến thành khoáng vật khác nh− olivin, pyroxen... Mức độ bền vững của khoáng vật trong đới phong hóa quyết định bởi thành phần hóa học, cấu trúc ô mạng, kích th−ớc hạt và bản chất vật lý của điều kiện cảnh quan môi tr−ờng phong hóa. 4- Các tác nhân chi phối quá trình phong hóa: + Điều kiện khí hậu: Thể hiện bởi sự thay đổi các điều kiện m−a nắng, gió bão. Các nhân tố vật lý của chúng chính là nhiệt độ và độ ẩm. Hai đại l−ợng vật lý này chi phối các đặc điểm pH, Eh của môi tr−ờng. pH thể hiện tính kiềm hay axit của môi tr−ờng: pH>7-môi tr−ờng kiềm; pH<7-môi tr−ờng axit; pH=7 môi tr−ờng trung tính. Eh biểu thị mức độ oxy hóa khử của môi tr−ờng (hay còn gọi là thế năng oxy hóa khử), tính bằng mV. Eh có trị số d−ơng càng cao thì tính oxy hóa càng mạnh và ng−ợc lại. Các phản ứng hóa học trong vỏ phong hóa xảy ra trong các điều kiện thuận lợi khi nhiệt độ tăng cao và độ ẩm lớn. Do vậy vỏ phong hóa ở các vùng nhiệt đới th−ờng dày và phức tạp hơn so với các vùng khác. + Điều kiện địa hình: Vùng địa hình thoải, vật liệu phong hóa cơ học đ−ợc giữ lại trong vỏ phong hóa tạo nên đới có độ rỗng cao giàu n−ớc, tạo điều kiện cho quá trình phong hóa hóa học phát triển. Vùng địa hình phân cắt mạnh, các vật liệu phong hóa cơ học đ−ợc di chuyển ngay khỏi vùng phong hóa, n−ớc chảy tràn trên bề mặt do đó khó xảy ra phong hóa hóa học. Hai yếu tố trên tác động t−ơng hỗ trong 1 quá trình phức tạp và lâu dài. + Các chế độ vận động kiến tạo, tân kiến tạo: Vùng có chế độ kiến tạo bình ổn tạo điều kiện cho vỏ phong hóa phát triển triệt để. Vùng nâng mạnh, vật liệu phong hóa cơ học tạo ra đến đâu bị rửa trôi ngay đến đó, do đó phong hóa hóa học kém phát triển. + Yếu tố thời gian: thời gian càng lâu, phong hóa càng triệt để. Các đá cổ phong hóa nhiều hơn các đá có tuổi trẻ. + Các nhân tố chủ quan: Bản chất hóa học của khoáng vật, kiến trúc cấu tạo của đá gốc.. 47nhieu.dcct@gmail.com 6 Ví dụ trong cùng điều kiện nh− nhau, các đá gneis bị phong hóa mạnh hơn nhiều so với các đá quarsit; Các đới đứt gãy lớn cắt sâu vào đá gốc tạo nên các đới phong hóa sâu hàng trăm mét, trong khi đó các đá nằm ngoài đứt gãy có đới phong hóa nông hơn nhiều. 5- Cấu trúc vỏ phong hóa: Vỏ phong hóa là sản phẩm của quá trình phong hóa đ−ợc tích tụ ngay trên bề mặt đá gốc. Nó là nguồn cung cấp vật liệu cho quá trình trầm tích. Vỏ phong hóa có cấu trúc phức tạp chi phối bởi các tác nhân phong hóa. Điều kiện để có vỏ phong hóa là tốc độ xâm thực phải nhỏ hơn tốc độ phong hóa, chế độ kiến tạo t−ơng đối bình ổn. Đặc điểm chung của vỏ phong hóa là tính phân đới. Cấu trúc các đới cũng nh− thành phần của mỗi đới phụ thuộc và chi phối bởi các điều kiện cụ thể. Chung nhất theo Genzbua có các đới phong hóa (kiểu vỏ phong hóa) sau: - Vỏ phong hóa vụn: thành phần là các đá vụn, sắc cạnh, thành phần vật chất gần giống với đá gốc. Xuất hiện ở các vùng phân cắt mạnh, vùng núi cao trên các đá granit. - Vỏ phong hóa hydromica: phát triển ở vùng nhiệt đới nóng ẩm. Tại đây felspat biến đổi hóa học thành tập hợp khoáng vật hydromica đi cùng các khoáng vật tàn d− của đá gốc. - Vỏ phong hóa monmorilonit: phát triển trên vùng thảo nguyên nửa khô ráo. Thành phần khoáng vật chính là monmorilonit. - Vỏ phong hóa kaolinit: phát triển trong vùng khí hậu nóng ẩm nhiệt đới. Các khoáng vật kaolinit chiếm −u thế, đi cùng có hydromica và thạch anh. - Vỏ phong hóa laterit: phát triển ở vùng khí hậu nóng ẩm nhiệt đới, hoạt động phong hóa xảy ra triệt để, các khoáng vật sét biến thành oxyt sắt và oxyt nhôm. Cấu trúc 1 mặt cắt vỏ phong hóa hoàn chỉnh trên đá granit Ký hiệu Đới phong hóa Khoáng vật Laterit Limonit, geothit (kaolinit, thạch anh) Kaolinit Kaolinit (hydromica, thạch anh, felspat) Hydromica Hydromica (kaolinit, thạch anh, felspat, biotit) Vụn Mảnh dăm đá granit, đá sét 48nhieu.dcct@gmail.com 7 Đá gốc Đá granit Bμi 3: quá trình di chuyển, phân dị vμ tích tụ vật liệu trầm tích Ngay sau khi đ−ợc hình thành từ các quá trình phong hóa, vật liệu trầm tích hoặc là tích tụ ngay trong vỏ phong hóa, hoặc là đ−ợc di chuyển đến các bồn trầm tích để tích tụ tạo thành đá trầm tích. Quá trình di chuyển và quá trình tích tụ là hai trạng thái đối lập nh−ng lại thống nhất trong một hệ thống rất phức tạp bị chi phối bởi nhiều điều kiện bên ngoài nh− tốc độ dòng n−ớc, đặc điểm khí hậu, đặc điểm môi tr−ờng n−ớc... Sản phẩm của quá trình phong hóa là vật liệu vụn cơ học, các khoáng vật sét tồn tại d−ới dạng dung dịch keo và các dung dịch thật (dung dịch hóa học) trong đó các nguyên tố hoà tan d−ới dạng ion. Ph−ơng thức di chuyển, phân dị và lắng đọng đối với các vật liệu này rất khác nhau và trong các môi tr−ờng khác nhau cũng rất khác nhau. Các quá trình di chuyển và lắng đọng đ−ợc gọi chung là quá trình trầm tích. 1- Quá trình trầm tích vật liệu vụn cơ học: a, Trong môi tr−ờng n−ớc chảy: Môi tr−ờng n−ớc chảy là các dòng sông, dòng n−ớc chảy tràn trên mặt ở các vùng núi, các dòng hải l−u trên biển. Các yếu tố chi phối quá trình trầm tích bao gồm: chế độ động lực học của môi tr−ờng, tốc độ lắng đọng của hạt vụn và hình thức di chuyển của hạt vụn. + Chế độ động lực học của môi tr−ờng n−ớc chảy bao gồm chủ yếu là kiểu dòng chảy, tốc độ chảy, ngoài ra tính phức tạp của dòng chảy còn phụ thuộc nhiều yếu tố nh− tính uốn khúc của dòng chảy, thuộc tính của thảm thực vật, sự can thiệp của con ng−ời.v.v... Các dòng chảy trong sông chủ yếu là dòng chảy rối, l−u tốc dòng chảy luôn biến đổi đi đôi với sự xáo trộn của các lớp n−ớc kề nhau., ngoài ra còn có 49nhieu.dcct@gmail.com 8 chuyển động xoáy ốc của khối n−ớc, dòng chảy này còn gọi là dòng chảy vòng hay hoàn l−u có ph−ơng chuyển động không trùng với dòng chảy chung. Tốc độ chảy quyết định năng lực vận chuyển của dòng n−ớc. Tốc độ chảy càng lớn, tốc độ xâm thực càng mạnh, dòng n−ớc có thể vận chuyển nhiều hạt vụn có kích th−ớc lớn và ng−ợc lại. Nếu tốc độ chảy giảm đến một mức độ nào đó, trọng l−ợng hạt thắng động năng của dòng n−ớc sẽ xảy ra hiện t−ợng lắng đọng vật liệu. Nh− vậy các hạt có kích th−ớc lớn sẽ lắng đọng gần nguồn, còn các hạt có kích th−ớc nhỏ sẽ đ−ợc vận chuyển ra xa nguồn. + Hình thức vận chuyển của các hạt vụn: Có tất cả 4 hình thức vận chuyển trên dòng n−ớc chảy: đó là tr−ợt trên đáy, lăn trên đáy, nhảy cóc và lơ lửng trong dòng n−ớc. Tốc độ tr−ợt của hạt vụn phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy cũng nh− kích th−ớc hình dáng của hạt, hình thức tr−ợt th−ờng xảy ra với các hạt có kích th−ớc rất lớn, ít tròn cạnh. Lăn là hình thức di chuyển phổ biến của hạt vụn, tốc độ cũng phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy, hình dáng hạt, trọng l−ợng và tỷ trọng. Hạt có hình cầu lăn nhanh hơn hạt góc cạnh. Các chuyển động lăn và tr−ợt chủ yếu xảy ra ở th−ợng l−u và đối với các hạt có kích th−ớc lớn. Vùng đồng bằng, vận chuyển bằng ph−ơng thức lăn và tr−ợt chỉ chiếm 10% so với chuyển động lơ lửng, còn ở miền núi có thể tới 30- 40%. Nhảy cóc là hình thức chuyển động liên quan với dòng n−ớc xoáy. Độ lớn của b−ớc nhảy phụ thuộc tỷ lệ nghịch với tỷ trọng của hạt vụn. Lơ lửng là dạng vận chuyển phổ biến nhất. Trạng thái lơ lửng của hạt đ−ợc kéo dài bao lâu phụ thuộc vào kích th−ớc, hình dáng của hạt, tốc độ cũng nh− độ nhớt của dòng n−ớc. Nồng độ vật chất lơ lửng phân bố khác nhau theo đọo sâu, có xu h−ớng tăng dần khi từ trên mặt xuống đáy dòng. Trong quá trình di chuyển các hạt vụn còn bị mài tròn. Càng xa nguồn thì độ mài tròn càng cao và ng−ợc lại. Nh− vậy dựa vào độ mài tròn của hạt vụn có thể suy đoán đá trầm tích đ−ợc thành tạo ở gần hay xa nguồn cung cấp. b- Trong các bồn n−ớc: Bồn n−ớc là một khái niệm rộng bao gồm biển, hồ, đầm lầy, vũng vịnh, ao hồ... Các quá trình trầm tích diễn ra ở đây rất phức tạp, phụ thuộc vào kiểu và quy mô của bồn n−ớc, tốc độ sóng, các chế độ thủy triều... 50nhieu.dcct@gmail.com 9 Chế độ trầm tích ở biển đ−ợc quyết định bởi sóng, gió, chế độ hoạt động của các cửa sông đối với khu vực gần bờ. Nguồn vật liệu do sông mang ra biển chủ yếu là các hạt vụn cỡ cát, bột và sét, ngoài ra sóng n−ớc phá hủy đáy biển, các đảo hay khối đá ven bờ và di chuyển chúng theo sóng, các dòng thủy triều, dòng đối l−u... Sóng có thể mang các vật liệu có kích th−ớc lớn nh− sạn sỏi, cuội... - Tác dụng vận chuyển của sóng: Khả năng vận chuyển của sóng đ−ợc quyết định bởi chế độ gió. Sóng có thể di chuyển các hạt cuội ở độ sâu 12-15m, các hạt cát ở độ sâu 23-27m, và ở độ sâu 20m chỉ có thể vận chuyển các hạt cát mịn tạo nên các vết gợn nhỏ. Do đó sóng chỉ có tác dụng vận chuyển ở vùng biển nông. Ph−ơng vận chuyển của các vật liệu vụn th−ờng song song hay thẳng góc với đ−ờng bờ biển. Do ảnh h−ởng của sóng, vật liệu vụn đ−ợc tái phân bố lại theo h−ớng: các hạt thô nằm gần bờ, càng ra xa kích th−ớc hạt càng giảm dần. Tuy nhiên ở khu vực gần cửa sông quy luật phân bố trên lại bị phức tạp hóa bởi chế độ động lực học của sông t−ơng tác với biển, chế độ gió, thủy triều... Đ−ờng bờ biển có phần bị xói lở, có phần đ−ợc bồi lắng. Đây là vấn đề đang giải quyết và tìm cách khắc phục xói lở. - Tác dụng vận chuyển của thủy triều: chủ yếu ở đới ven bờ, càng ra xa tác dụng vận chuyển giảm dần. c- Trong môi tr−ờng không khí: Gió là nguyên nhân trực tiếp vận chuyển các hạt vụn trong môi tr−ờng không khí.Sự thành tạo các sa mạc chủ yếu do gió vận chuyển các hạt cát từ xa đến. Tại các vùng ven biển, tác dụng của gió cũng rất lớn, tạo nên các đụn cát, các đê cát có quy mô lớn. Gió chủ yếu mang và vận chuyển các hạt cỡ cát và bột. Tuy nhiên trong các đợt giông bão các hạt có kích th−ớc lớn hơn cũng đ−ợc di chuyển. Ph−ơng thức vận chuyển của gió cũng là lăn trên mặt đất đối với các hạt cát và lơ lửng đối với hạt có kích th−ớc cỡ bột, sét. Quá trình di chuyển theo gió, các hạt vụn đ−ợc rơi xuống lắng đọng trên mặt đất, và cũng xảy ra sự phân dị trầm tích theo tỷ trọng, kích th−ớc hạt và phụ thuộc tốc độ gió. Ví dụ sự phân bố các cấp hạt của 1 đê cát do gió: phần chân đê là các hạt thô, càng lên cao hạt càng mịn dần. 2- Quá trình trầm tích của vật liệu keo: 51nhieu.dcct@gmail.com 10 a- Đặc điểm của dung dịch keo : Dung dịch keo bao gồm 2 bộ phận: các hạt keo và dung môi. Dung môi th−ờng là n−ớc. Dung dịch keo là hệ phân tán, các hạt keo th−ờng tích điện âm hay d−ơng, chúng có tính hấp phụ. Các hạt keo mang điện d−ơng nh− hydrat của Al2O3, Fe2O3, các keo CaCO3, ZrO. Các hạt keo mang điện âm nh− SiO2, keo sét, keo MnO2, keo sulphur Pb, Cu, As, Cd... Trong dung dịch keo, các hạt keo chuyển động hỗn loạn theo kiểu Braonơ, tốc độ khuếch tán nhỏ hơn nhiều so với dung dịch thật. Các hạt keo th−ờng có kích lớn nên chúng không dễ dàng đi qua các màng chắn nh− dung dịch thật. b- Quá trình trầm tích của vật liệu keo: Các hệ keo đ−ợc lắng đọng do nhiều nguyên nhân khác nhau: - Do hai hệ keo trái dấu gặp nhau. - Do hệ keo tích điện gặp hệ dung dịch có chứa nhiều ion trái dấu hoà tan. Ví dụ ở vùng cửa sông ven biển, hệ keo sét do sông mang ra gặp n−ớc biển, các hạt keo sét mất điện trở nên trung hòa, rơi và lắng đọng xuống đáy. - Do tác dụng bốc hơi: dung môi của hệ keo bốc hơi làm cho nồng độ keo tăng cao dẫn đến ng−ng keo. - Do tác dụng của môi tr−ờng và sinh vật: sinh vật có thể làm thay đổi chế độ pH, Eh của môi tr−ờng từ đó gây ra sự lắng đọng keo. c- Tác dụng hấp phụ và thay thể ion khi keo lắng đọng: Các hạt keo sét luôn mang điện âm và có khả năng hấp phụ các ion mang điện d−ơng nh− Ca2+, Na+, K+.., khi gặp các hệ dung dịch khác có thể thay thế ion hấp phụ này bằng ion hấp phụ khác. Tính chất này gọi là thay thế ion. Các hệ keo có ái lực hóa học với các ion cũng rất khác nhau, ví dụ keo sét có ái lực hóa học giảm dần theo chiều K+>Na+, Mg2+>Ca2+. Trong thực tế ng−ời ta lợi dụng tính chất này để điều khiển các quá trình làm sạch môi tr−ờng, tẩy rửa làm sạch n−ớc. d- Đặc điểm các khoáng vật thành tạo từ dung dịch keo: - Th−ờng có cấu tạo trứng cá, hạt đậu. - Vết vỡ vỏ chai, vỏ sò. 52nhieu.dcct@gmail.com 11 - Độ lỗ hổng khá lớn do quá trình ng−ng keo mất n−ớc và co thể tích. Các khoáng vật dạng keo không bền, hay xảy ra quá trình tái kết tinh tạo nên tập hợp khoáng vật vi tinh, kiến trúc toả tia, khảm, vi hạt... - Bề mặt các đá do lắng đọng từ keo th−ờng có hình mai rùa hoặc cát khai hình cầu. - Thành phần hóa học th−ờng biến đổi phức tạp do tác dụng hấp phụ ion khi trầm tích. - Khoáng vật keo có khả năng nhuộm màu. 3- Quá trình trầm tích của dung dịch thật: Nguồn gốc của các dung dịch thật là do các ion đ−ợc giải phóng khỏi khoáng vật nguyên sinh và đi vào n−ớc, tạo nên các dung dịch có các ion hòa tan.. Nó là thành phần chủ yếu của các đá trầm tích sinh vật và hóa học. Trong môi tr−ờng n−ớc th−ờng vắng mặt nhôm vì nhôm l−ỡng tính nên phần lớn đ−ợc lắng đọng trong vùng lục địa ở trạng thái keo. Một số nguyên tố hoặc phân tử vật chất vừa tồn tại ở dung dịch thật vừa tồn tại ở dung dịch keo, ví dụ SiO2. Chất nào có độ hoà tan nhỏ th−ờng ở trạng thái keo và ng−ợc lại. Quá trình tích tụ hay kết tủa của bất cứ chất nào cũng phụ thuộc vào độ hoà tan của chúng. Độ hoà tan phụ thuộc vào môi tr−ờng, chế độ pH, Eh, nhiệt độ, vật liệu hữu cơ. - pH: Ví dụ sắt dễ lắng đọng trong môi tr−ờng kiềm hơn môi tr−ờng axit, các khoáng vật sét lắng đọng trong môi tr−ờng axit và hòa tan trong môi tr−ờng kiềm. - Eh: trong điều kiện chế độ oxy hóa cao sắt dễ đ−ợc lắng đọng và kết tủa d−ới dạng hydroxyt sắt và oxyt sắt hóa trị cao (limonit, geothit), còn trong điều kiện khử, lắng đọng kết tủa oxyt sắt hóa trị thấp. 5- Tác dụng phân dị trầm tích: Quá trình phân dị là một quá trình xảy ra trong quá trình di chuyển và lắng đọng vật liệu trầm tích. Kết quả của quá trình phân dị là từ 1 hệ nhiều pha, nhiều kích th−ớc hạt, nhiều thành phần tách ra thành những bộ phận t−ơng đối đồng nhất và tạo nên đá trầm tích. Nếu không có quá trình phân dị trầm tích thì khó có thể thành tạo những loại đá trầm tích mà hiện nay con ng−ời có thể khai thác và sử dụng. Phân biệt hai quá trình phân dị trầm tích: phân dị cơ học và phân dị hóa học. 53nhieu.dcct@gmail.com 12 a- Phân dị cơ học: Phân dị cơ học xảy ra đối với hạt vụn di chuyển trong môi tr−ờng n−ớc, một số ít trong môi tr−ờng không khí. Nguyên nhân của quá trình phân dị cơ học là kích th−ớc, hình dáng, tỷ trọng của hạt vụn, cũng nh− tính chất của môi tr−ờng nh− độ nhớt, nhiệt độ, chế độ động lực học của môi tr−ờng... - Phân dị theo kích th−ớc hạt: Sản phẩm của quá trình phong hóa cơ học là một tập hợp hạt vụn có nhiều kích th−ớc từ nhỏ đến lớn và các hạt rất sắ