Bài giảng Địa chất công trình - Chương 1: Các loại đá trong vỏ quả đất và địa tầng (Phần 3) - Trường Đại học Thủy Lợi

1 
Bài giảng môn học 
Địa Chất Công Trình 
Chương 1 
CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT 
VÀ ĐỊA TẦNG 
Giảng viên: Dr.-Ing. Nguyễn Quang Tuấn 
Trường Đại học Thủy lợi 
Bộ môn Địa kỹ thuật 
§1.3. ĐÁ BIẾN CHẤT 
3 
Chu trình hình 
thành các loại đá 
theo nguồn gốc 
Nén chặt và gắn 
kết (hình thành đá) 
Biến đổi do 
nhiệt độ và 
áp suất 
Nóng 
chảy Đá biến chất 
Nguội và 
đông cứng 
(kết tinh) 
Đá mắc ma 
Đá trầm tích nhiệt độ 
& 
áp suất 
Phong hóa, vận 
chuyển và tích tụ 
trầm tích 
Nâng kiến tạo, 
phong hóa, vận 
chuyển và tích tụ 
Nâng kiến tạo, 
phong hóa, vận 
chuyển và tích tụ 
Nội dung: 
1. Sự hình thành đá biến chất 
2. Phân loại đá biến chất 
3. Thành phần khoáng vật của đá biến chất 
4. Kiến trúc và cấu tạo của đá biến chất 
5. Thế nằm của đá biến chất 
6. Một số loại đá biến chất chính 
1. Sự hình thành đá biến chất 
• Đá biến chất được hình thành do quá trình biến đổi các 
đá có trước (đá magma, đá trầm tích và cả đá biến chất) 
dưới tác dụng của nhiệt độ và áp lực lớn, xẩy ra ở sâu 
bên trong lòng đất. Kết quả làm thay đổi thành phần 
khoáng vật, kiến trúc và cấu tạo của đá ban đầu. 
• Nhiệt độ trong lòng đất do 3 nguyên nhân: 
• Gradient địa nhiệt: nhiệt độ tăng dần theo độ sâu 
• Do sự nén ép kiến tạo 
• Do các lò magma 
• Áp lực lớn do: 
• Áp lực địa tĩnh: áp lực do các lớp đá nằm trên gây ra 
• Áp lực kiến tạo: do hiện tượng nén ép kiến tạo gây ra 
1. Sự hình thành đá biến chất 
Các dạng biến chất: Dựa vào các nhân tố gây biến chất, có thể 
chia thành 3 dạng biến chất cơ bản 
a. Biến chất tiếp xúc: xảy ra do nhiệt độ và quá trình trao đổi 
chất khi đá tiếp xúc với mắc ma nóng chảy  làm thay đổi 
thành phần và tính chất của đá 
b. Biến chất động lực: xảy ra do áp lực kiến tạo  đá bị phá 
hủy vỡ vụ và cà nát, sau đó bị nén ép chặt lại và gắn kết lại 
(thay đổi về kiến trúc, cấu tạo, không thay đổi thành phần) 
c. Biến chất khu vực: xảy ra do đá nằm dưới sâu do tác dụng 
đồng thời của nhiệt độ cao và áp lực lớn  làm đá bị thay 
đổi cả thành phần và tính chất 
a. Biến chất tiếp xúc: do tác nhân nhiệt độ gây ra 
 Khi khối magma đi lên mất nhiệt, đá vây quanh bị nung 
nóng, xảy ra các quá trình hoá lý làm biến chất đá 
 Biến chất tiếp xúc chỉ xảy ra ở chỗ tiếp xúc của đá vây 
quanh với khối magma. Càng ra xa mức độ biến chất 
càng giảm, hình thành nên một đới biến chất xung quanh 
khối magma dày từ vài cm đến vài km. 
 Quá trình biến chất bắt đầu ở nhiệt độ trên 2000C với sự 
phá vỡ mạng tinh thể để hình thành khoáng vật mới. Quá 
trình kết thúc ở nhiệt độ trên 600-12000C khi nóng chảy 
hoàn toàn 
 Chiều 
dày đới 
biến chất 
phụ thuộc 
kích 
thước và 
nhiệt độ 
khối xâm 
nhập 
Biến chất tiếp xúc 
Thể magma càng lớn  đới đá bị biến chất càng lớn 
Magma xâm nhập 
Đá bị biến chất 
b.Biến chất khu vực: tác nhân gây biến chất là nhiệt 
độ và áp suất 
 Theo độ sâu, nhiệt độ 
và áp suất đều tăng, 
đạt ngưỡng nào đó sẽ 
gây biến chất đá. 
 Độ nhiệt cấp trung 
bình 33m/10C, mang 
tính khu vực  độ 
sâu biến chất khác 
nhau theo từng khu 
vực 
 Càng xuống sâu mức 
độ biến chất càng tăng 
Độ dài mũi tên biểu diễn độ lớn của áp lực 
 Biến chất khu vực xảy ra 
trong quá trình tạo núi. Khi 
các mảng lục địa xô và ép 
vào nhau, ứng suất nén làm 
đá bị uốn và tăng bề dày vỏ 
trái đất, các lớp đá bị đẩy 
xuống dưới sâu và ở đó chịu 
tác dụng của nhiệt độ và áp 
suất. 
Bản chất của quá trình 
biến chất bao gồm 
 Sắp xếp, định hướng lại các khoáng vật 
 Phân phiến 
 Các khoáng vật tái kết tinh hoặc hình 
thành khoáng vật mới 
2. Thành phần khoáng vật của đá biến chất 
 Thành phần khoáng vật của đá biến chất gồm có các loại sau: 
 Khoáng vật tàn dư: khoáng vật của đá ban đầu không bị 
biến đổi trong quá trình biến chất 
 Khoáng vật thuần túy: hình thành trong quá trình biến chất 
– là các khoáng vật nội sinh. 
 Đặc điểm chung của các khoáng vật trong đá biến chất: Các 
khoáng vật hình thành ở điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, nên 
 Thường có tỷ trọng lớn 
 Cường độ cao nhưng kém ổn định với tác dụng phong hóa 
 Nhiều khoáng vật có dạng tấm, dạng vảy gây giảm cường 
độ của đá 
Một số khoáng vật chính 
Tên khoáng vật Công thức 
Thạch anh 
Feldspar 
Muscovite 
Biotite 
Chlorite 
Epidote 
SiO2 
(K,Na,Ca)(AI,Si)4O8 
KAl2AlSi3O10(OH)2 
K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 
Mg5AI2Si3O10(OH)8 
Ca2(AI,Fe)3Si3O12.OH 
3. Kiến trúc, cấu tạo của đá biến chất 
a. Kiến trúc 
 Kiến trúc hạt biến tinh: các khoáng vật dạng hạt tinh thể do các 
khoáng vật đá ban đầu có thể được kết tinh (trường hợp biến chất từ 
đá trầm tích gắn kết) hoặc tái kết tinh (đối với đá magma và trầm 
tích hóa học). Sự kết tinh này của khoáng vật có thể xảy ra ở trạng 
thái cứng hoặc có thể ở trạng thái lỏng do nhiệt độ cao làm đá nóng 
chảy cục bộ. VD: đá hoa, Quartzite 
 Kiến trúc vảy: các hạt khoáng vật có dạng vảy, dạng tấm được định 
hướng theo một phương nào đó. Kiến trúc này đặc trưng cho các 
loại đá phiến hình thành do áp lực trong quá trình biến chất. Đá có 
dạng kiến trúc này thường kém ổn định khi chịu phong hóa 
 Kiến trúc cà nát: có dạng các hạt vụn gắn kết lại với nhau. Đặc 
trưng cho đá biến chất động lực. Các hạt vụn hình thành do đá ban 
đầu bị ép đến dập vỡ, nghiền nát vụn bởi tác dụng của áp lực kiến 
tạo. 
Kiến trúc biến tinh (Kết tinh hoặc Tái kết tinh) 
Kết tinh = các 
khoáng vật của 
đá ban đầu kết 
tinh. VD: đá 
quartzite - biến 
chất từ đá cát 
kết 
Tái kết tinh = 
các tinh thể 
khoáng vật cũ 
kết tinh lại. VD: 
Đá hoa– 
bị biến chất từ 
đá vôi 
Kiến trúc vảy 
© Michael P. Klimetz 
Source: 
metamorphic-rocks/ 
Các kiểu kiến trúc cà nát 
Dăm kết kiến tạo 
Các mảnh đá sắc cạnh, 
kích thước không đồng 
đều, các hạt nhỏ làm xi 
măng gắn kết mảnh lớn. 
Nguồn: Wikipedia 
Cataclasite 
Các mảnh vụn sắc cạnh 
có kích thước vừa và nhỏ, 
được gắn kết bởi vật liệu 
hạt mịn 
Mylonite 
Các hạt vật liệu mịn đến 
rất mịn, thường phân 
thành các dải song song 
nhau, có dấu hiệu tái kết 
tinh yếu 
b. Cấu tạo 
• Cấu tạo không phân phiến (cấu tạo khối): các khoáng vật 
phân bố đồng đều trong đá. Cấu tạo khối có ở đá có thành 
phần tương đối đồng nhất và trong quá trình biến chất vẫn 
giữ nguyên được đặc tính đó 
• Cấu tạo phân phiến: Các khoáng vật dạng tấm, dạng vảy 
sẽ sắp xếp định hướng thành các phiến mỏng song song với 
nhau. Cấu tạo phiến đặc trưng cho đá biến chất do chịu tác 
dụng của áp lực mạnh. Các mặt phiến vuông góc với 
phương áp lực nén ép. Đá có có thể dễ tách ra thành những 
tấm mỏng. 
• Cấu tạo dải (cấu tạo gơ nai): Các khoáng vật khác nhau 
sắp xếp thành các dải song song riêng rẽ. Các dải khác nhau 
về màu hay kích thước hạt. Giữa các dải không có mặt phân 
lớp, không dễ tách ra được. Cấu tạo dải là dạng đặc biệt của 
sự phân phiến. 
Các dạng cấu tạo của đá biến chất 
Đá sét kết - 
trầm tích) kiến 
trúc hạt sét 
Đá phiến bảng 
Kiến trúc hạt 
rất nhỏ, dạng 
vảy 
Đá phiến 
Kiến trúc hạt 
trung bình đến 
lớn (có thể 
nhìn thấy) 
Đá Gneiss 
(Gơ nai) 
Kiến trúc biến 
tinh 
Cấu tạo phân phiến Cấu tạo dải 
Cấu tạo không 
phân phiến 
Cấu tạo phân phiến 
 Cấu tạo không phân 
phiến 
 Cấu tạo phân phiến 
Trước khi bị biến chất Sau khi bị biến chất 
4. Phân loại đá biến chất 
 Dựa vào cấu tạo (tính phân phiến) chia làm 2 
nhóm lớn: 
1. Đá phân phiến 
2. Đá không phân phiến 
 Dựa vào họ khoáng vật tạo đá chia làm 8 nhóm đá 
 Dựa vào khoáng vật chủ đạo để phân biệt loại đá 
khác nhau trong nhóm 
Ví dụ: nhóm đá phiến có phiến mica, phiến chlorite... 
Tên đá Cấu tạo Cỡ hạt Đặc điểm Đá gốc 
Rất nhỏ 
nhỏ 
Vừa đến to 
Vừa đến to 
Vừa đến to 
Vừa đến to 
Nhỏ 
P
h
â
n
 p
h
iế
n
K
h
ô
n
g
 p
h
â
n
p
h
iế
n
Đá dễ tách, bề mặt phân 
tách nhẵn và mờ 
Mica chiếm ưu thế, phân 
phiến dạng vảy 
Đá tách vỡ theo bề mặt 
gợn sóng, bề mặt phân 
tách nhìn láng bóng 
Cấu tạo phân dải do sự 
phân tách khoáng vật 
Các hạt calcite, dolomit cài 
móc vào nhau 
Các hạt thạch anh biến 
dạng do nóng chảy, cấu 
tạo khối cứng chắc 
Đá hưu cơ đen bóng, có 
thể vỡ dạng vỏ sò 
Sét kết phiến, 
đá cát bột kết, 
bột kết 
Đá phiến lợp 
Đá phiến phylit 
Đá phiến 
lợp 
Đá phiến 
Phylit 
Đá phiến 
Gơ nai 
Đá hoa 
Quartzit 
Than anthasit 
Đá phiến, granit, 
các đá mắc ma 
Đá vôi, dolomit 
Cát kết thạch 
anh 
Than nâu 
M
ứ
c
 đ
ộ
 b
iế
n
 c
h
ấ
t tă
n
g
Bảng phân loại – gọi tên đá biến chất 
5. Thế nằm của đá biến chất 
Thế nằm của đá biến chất giống thế nằm của đá ban đầu đã 
tạo nên nó, phụ thuộc vào loại biến chất: 
 Đá biến chất tiếp xúc: dạng đới bao quanh thể 
magma. Sự phân bố phụ thuộc vào quy mô và ảnh hưởng 
của khối mắc ma. 
 Đá biến chất động lực: phân bố dọc theo các đới phá 
hủy kiến tạo, bề ngang hẹp từ một vài cm đến một vài 
mét. Chiều dài lớn hàng trăm km và phụ thuộc vào quy mô 
của đứt gãy và cự li dịch chuyển. 
 Đá biến chất khu vực: giữ nguyên thế nằm của đá 
ban đầu 
Một số yêu cầu khi học bài đá biến chất 
 Các quá trình biến chất đá, các tác nhân gây biến chất; 
 Sự khác biệt giữa phân loại quá trình biến chất đá và 
phân loại đá biến chất; 
 Kiến trúc, cấu tạo của đá biến chất; 
 Thế nằm của đá biến chất. Kể được tên và hiểu được 
đặc điểm của các khoáng vật của đá biến chất. 
Câu hỏi ôn tập 
1. Đá biến chất? Sự hình thành đá biến chất 
2. Phân loại các dạng chất đá theo các tác nhân 
gây biến chất? 
3. Các loại khoáng vật của đá biến chất theo 
nguồn gốc? Đặc điểm chung của các khoáng 
vật của đá biến chất? 
4. Các kiểu kiến trúc của đá biến chất? 
5. Các kiểu cấu tạo của đá biến chất? Vẽ hình 
minh họa các kiểu cấu tạo của đá biến chất. 
6. Các dạng thế nằm của đá biến chất.