Biến chất động lực (Dynamic Metamorphism)

Nguyên nhân gây ra biến chất động lực:

• Áp suất có hướng: Lực ép tác động không đều lên khối đá, gây ra biến dạng và phá vỡ. Áp suất có hướng này thường liên quan đến các hoạt động kiến tạo địa chất quy mô lớn.
• Ứng suất cắt: Lực tác động song song và ngược chiều lên hai mặt của khối đá, tạo ra sự trượt và nghiền nát. Ứng suất cắt là yếu tố chủ yếu gây ra sự biến dạng cơ học trong biến chất động lực.
• Ma sát: Sự ma sát giữa các khối đá trượt lên nhau tạo ra nhiệt. Tuy nhiên, nhiệt độ nói chung không đủ cao để gây ra sự tái kết tinh đáng kể. Mặc dù vậy, nhiệt ma sát có thể góp phần làm yếu đá và thúc đẩy quá trình biến dạng cataclastic.

Đặc điểm của Biến chất Động lực

• Cataclasis: Đây là quá trình chủ yếu trong biến chất động lực, liên quan đến sự phá vỡ, nghiền nát và mài mòn các hạt khoáng vật do tác động của ứng suất cắt. Kết quả là đá bị biến dạng mạnh, tạo thành các cấu trúc đặc trưng như:
  • Mylonit (Mylonite): Đá biến chất hạt mịn, được hình thành do quá trình nghiền nát và tái kết tinh ở nhiệt độ và áp suất tương đối cao. Mylonit thường có cấu tạo phân dải (foliation) do sự sắp xếp lại của các khoáng vật dạng tấm.
  • Cataclasit (Cataclasite): Đá biến chất gồm các mảnh vỡ góc cạnh, được gắn kết lại với nhau. Kích thước các mảnh vỡ rất đa dạng. Cataclasit thường xốp hơn và ít liên kết hơn mylonit.
  • Brecccia đứt gãy (Fault breccia): Đá được hình thành từ các mảnh vỡ đá lớn hơn, góc cạnh, thường được gắn kết bởi một chất nền hạt mịn. Brecccia đứt gãy thường được tìm thấy dọc theo các vùng đứt gãy.
  • Gương trượt (Slickenside): Bề mặt nhẵn, bóng được hình thành do ma sát dọc theo mặt đứt gãy. Gương trượt có thể mang lại thông tin về hướng di chuyển của đứt gãy.
• Thiếu sự thay đổi thành phần hóa học: Biến chất động lực chủ yếu là biến đổi vật lý, không liên quan đến sự thay đổi đáng kể về thành phần hóa học của đá. Tuy nhiên, một số phản ứng hóa học hạn chế có thể xảy ra do sự hiện diện của nước, đặc biệt ở nhiệt độ và áp suất cao hơn trong quá trình hình thành mylonit.
• Liên quan đến đứt gãy: Biến chất động lực thường được tìm thấy ở các đứt gãy, đặc biệt là các đứt gãy lớn và hoạt động mạnh. Vùng chịu ảnh hưởng của biến chất động lực quanh đứt gãy được gọi là vùng biến dạng (deformation zone). Kích thước của vùng biến dạng có thể thay đổi từ vài cm đến vài km.

Phân biệt với các loại biến chất khác

Biến chất động lực khác với biến chất khu vực và biến chất tiếp xúc ở chỗ nó chủ yếu do áp suất có hướng và ứng suất cắt gây ra, chứ không phải do nhiệt độ hoặc áp suất đồng nhất. Biến chất động lực thường diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn so với biến chất khu vực và tiếp xúc.

Ý nghĩa

Nghiên cứu biến chất động lực giúp hiểu về lịch sử biến dạng của vỏ Trái Đất, đặc biệt là hoạt động của các đứt gãy. Phân tích các cấu trúc biến chất động lực cung cấp thông tin về cường độ và hướng của ứng suất tác động lên đá. Điều này rất quan trọng trong việc nghiên cứu kiến tạo mảng và đánh giá nguy cơ động đất.

Ví dụ

Một ví dụ điển hình của biến chất động lực là sự hình thành mylonit dọc theo Đứt gãy San Andreas ở California. Sự chuyển động trượt bằng nhau dọc theo đứt gãy này đã tạo ra áp suất và ứng suất cắt cực lớn, dẫn đến sự hình thành các đới mylonit rộng lớn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến Biến chất Động lực

Mức độ và kiểu biến chất động lực phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm:

• Cường độ và hướng của ứng suất: Ứng suất càng lớn và tập trung, mức độ biến dạng và cataclasis càng cao. Hướng của ứng suất ảnh hưởng đến kiểu cấu trúc biến chất được hình thành. Ví dụ, ứng suất cắt thuần túy sẽ tạo ra các cấu trúc song song với mặt đứt gãy.
• Thành phần khoáng vật của đá gốc: Các loại đá khác nhau phản ứng khác nhau với ứng suất. Đá giòn dễ bị vỡ vụn, trong khi đá dẻo dễ bị biến dạng uốn nếp. Thành phần khoáng vật cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của các khoáng vật mới trong quá trình biến chất.
• Nhiệt độ và áp suất: Mặc dù biến chất động lực chủ yếu là quá trình cơ học, nhiệt độ và áp suất vẫn đóng một vai trò nhất định. Nhiệt độ cao làm tăng tính dẻo của đá, trong khi áp suất lithostatic cao làm giảm sự hình thành khe nứt. Sự kết hợp của nhiệt độ và áp suất cao có thể dẫn đến sự tái kết tinh đáng kể, như trong quá trình hình thành mylonit.
• Sự hiện diện của chất lỏng: Nước và các chất lỏng khác có thể làm giảm ma sát giữa các hạt khoáng vật và thúc đẩy một số phản ứng hóa học hạn chế. Chất lỏng cũng có thể đóng vai trò là môi trường vận chuyển cho các ion, tạo điều kiện cho quá trình tái kết tinh.

Các đới Biến chất Động lực

Trong một vùng đứt gãy, mức độ biến chất động lực thay đổi theo khoảng cách so với mặt đứt gãy. Các đới biến chất động lực khác nhau được phân biệt dựa trên mức độ biến dạng và các loại đá được hình thành:

• Đới brecccia đứt gãy: Nằm gần mặt đứt gãy, chứa brecccia đứt gãy với các mảnh vỡ đá góc cạnh, cho thấy sự phá vỡ mạnh mẽ.
• Đới cataclasit: Xa mặt đứt gãy hơn, chứa cataclasit với các mảnh vỡ nhỏ hơn, cho thấy sự nghiền nát và mài mòn.
• Đới mylonit: Nằm xa nhất so với mặt đứt gãy, chứa mylonit hạt mịn, thể hiện mức độ biến dạng và tái kết tinh cao nhất, cho thấy sự biến dạng dẻo mạnh.

Ứng dụng của nghiên cứu Biến chất Động lực

• Kiến tạo mảng: Nghiên cứu biến chất động lực giúp tái tạo lại lịch sử kiến tạo của các vùng đứt gãy và hiểu về sự chuyển động của các mảng kiến tạo. Việc xác định các đới biến chất động lực có thể giúp xác định vị trí và loại đứt gãy.
• Thăm dò khoáng sản: Các đới đứt gãy có thể chứa các mạch khoáng sản quý, và nghiên cứu biến chất động lực có thể giúp định vị các khu vực tiềm năng cho việc khai thác khoáng sản.
• Kỹ thuật địa chất: Hiểu về biến chất động lực là rất quan trọng trong việc đánh giá sự ổn định của nền móng công trình ở các vùng đứt gãy, đặc biệt là trong việc xây dựng các công trình lớn như đập hoặc nhà máy điện hạt nhân.

• Vernon, R. H. (2004). A practical guide to rock microstructure. Cambridge University Press.
• Passchier, C. W., & Trouw, R. A. J. (2005). Microtectonics. Springer.
• Best, M. G. (2013). Igneous and metamorphic petrology. John Wiley & Sons.

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt chính giữa biến chất động lực và biến chất khu vực là gì?

Trả lời: Biến chất động lực chủ yếu do áp suất có hướng và ứng suất cắt gây ra dọc theo các đứt gãy, trong khi biến chất khu vực xảy ra trên diện rộng do nhiệt độ và áp suất tăng lên liên quan đến chôn vùi sâu và hoạt động kiến tạo. Biến chất động lực thường diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn so với biến chất khu vực.

Làm thế nào để phân biệt mylonit và cátáclát dựa trên các đặc điểm của chúng?

Trả lời: Cả mylonit và cátáclát đều là sản phẩm của biến chất động lực. Mylonit là đá hạt rất mịn, thể hiện sự tái kết tinh rõ rệt và thường có cấu trúc phân phiến do sự sắp xếp lại của các khoáng vật. Ngược lại, cátáclát gồm các mảnh vỡ góc cạnh, kích thước đa dạng, gắn kết với nhau mà không có hoặc có rất ít sự tái kết tinh.

Vai trò của nước trong biến chất động lực là gì?

Trả lời: Mặc dù biến chất động lực chủ yếu là một quá trình cơ học, nước có thể đóng vai trò là chất xúc tác, làm giảm ma sát giữa các hạt, thúc đẩy một số phản ứng hóa học hạn chế, và ảnh hưởng đến tính dẻo của đá.

Pseudotachylite được hình thành như thế nào và nó cho ta biết điều gì về điều kiện biến chất?

Trả lời: Pseudotachylite là một loại “thủy tinh đá” được hình thành do sự nóng chảy cục bộ của đá dọc theo mặt đứt gãy do ma sát cực mạnh và nhiệt sinh ra trong quá trình dịch chuyển nhanh. Sự hiện diện của pseudotachylite cho thấy tốc độ dịch chuyển rất cao dọc theo đứt gãy.

Làm thế nào để áp dụng kiến thức về biến chất động lực vào kỹ thuật địa chất?

Trả lời: Hiểu biết về biến chất động lực rất quan trọng trong việc đánh giá sự ổn định của nền móng công trình ở các vùng đứt gãy. Việc xác định các đới biến dạng và các loại đá biến chất động lực giúp dự đoán hành vi của nền đất và thiết kế các biện pháp gia cố phù hợp. Ví dụ, việc xây dựng trên nền mylonit đòi hỏi sự xem xét đặc biệt do tính dẻo của loại đá này.