20/4/2016. Ακαδημαϊκό Έτος ιδάσκων: Ι. Ηλιόπουλος

Transcript

1 Πετρολογία Μαγματικών και Μεταμορφωμένων Πετρωμάτων ιάλεξη 11 η : Φάσεις μεταμόρφωσης επαφής Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης Ακαδημαϊκό Έτος ιδάσκων: Ι. Ηλιόπουλος Αργιλικοί σχιστόλιθοι Εξωτ. ζώνη κηλιδωτών αργιλ. σχιστολίθων Ενδιάμεση ζώνη ανδαλουσιτικών σχιστολίθων Εσωτερική ζώνη κερατιτών.. Γρανίτης Skiddaw Figure Geologic Map and crosssection of the area around the Skiddaw granite, Lake District, UK. After Eastwood et al (1968). Geology of the Country around Cockermouth and Caldbeck. Explanation accompanying the 1-inch Geological Sheet 23, New Series. Institute of Geological Sciences. London. Από Winter

2 Μεταμόρφωση Επαφής Η θερμοκρασία των γειτονικών πετρωμάτων σε κάποια απόσταση από την επιφάνεια επαφής του διεισδύοντος σώματος εξαρτάται από: τη θερμοκρασία ρ τη θερμοκρασία κρυστάλλωσης τη λανθάνουσα θερμότητα κρυστάλλωσης το μέγεθος του διεισδύοντος μαγματικού σώματος τη θερμική αγωγιμότητα την ειδική θερμότητα τη ικανότητα διάχυσης την αρχική θερμοκρασία την περιεκτικότητα σε νερό του γειτονικού πετρώματος τις Η των μεταμορφικών αντιδράσεων 3 Μεταμόρφωση Επαφής Στην επαφή γρανιτικών διεισδύσεων: ο C παραγενέσεις της κεροστιλβοκερατιτικής φάσης εύρος μεταμορφικών άλωων συνήθως ~1 km γεωθερμικές βαθμίδες: ο C/Km!!! Στην επαφή βασικών πλουτωνιτών σε βαθειές θέσεις: ο C παραγενέσεις της πυροξενοκερατιτικής φάσης Όμως πλέον συνήθεις οι άλωες γύρω από γρανιτικά, γρανοδιοριτικά, διοριτικά σώματα 4 2

3 Μεταμόρφωση Επαφής 5 Μεταμόρφωση Επαφής Ο μηχανισμός της διείσδυσης επιδρά επίσης στα φαινόμενα επαφής Γύρω από μικρές και παθητικά τοποθετημένες διεισδύσεις ισότροποι γρανοβλαστικοί ιστοί Σε βίαιες διεισδύσεις η πλαστική παραμόρφωση μπορεί να προκαλέσει ανισότροπο ιστό και σχιστότητα! 6 3

4 Μεταμόρφωση Επαφής Για το σχήμα κατανομής της θερμοκρασίας στο χώρο και στο χρόνο έχουν προταθεί διάφορα μοντέλα (Jaeger, 1957, 1968) Tmax στην επαφή μιας διείσδυσης ανεξάρτητη από το μέγεθος και το σχήμα της διείσδυσης Η κατανομή όμως της Τ γύρω της εξαρτάται σε πολύ μεγάλο βαθμό από το μέγεθος και το σχήμα της, αλλά και το χρόνο και την απόσταση Χαπότηνεπαφή 7 Μεταμόρφωση Επαφής 8 4

5 Μεταμόρφωση Επαφής 9 Μεταμόρφωση Επαφής 10 5

6 Μεταμόρφωση Επαφής H Τmax σε απόσταση Χ είναι συνάρτηση του λόγου D/X Αν π.χ. D/X = 3.3, θερμοκρασία 400 ο C επιτυγχάνεται σε: Χ = 300 m για D = 1 km X = 3 km για D = 10 km Οι θερμικές ιστορίες όμως είναι πολύ διαφορετικές Ο χρόνος που απαιτείται για να φθάσουν τα γειτονικά πετρώματα κάποια συγκεκριμένη T, εξαρτάται από το D 2 του πλουτωνίτη 11 Μεταμόρφωση Επαφής π.χ. για D/X =

7 Μεταμόρφωση Επαφής Πολλές φορές το μοντέλο ροής θερμών ρευστών πιο σημαντικό από εκείνο της αγωγιμότητας. Συνδυαζόμενη με τη υψηλή θερμοχωρητικότητα του νερού αποτελεί πολύ σημαντικότερο μηχανισμό μεταφοράς θερμότητας προς τα γειτονικά πετρώματα. Βέβαια η γρήγορη μεταφορά θερμότητας έχει ως αποτέλεσμα τη γρηγορότερη ψύξη του πλουτωνίτη ύσκολος ο προσδιορισμός P-T-t ιαφορές παρουσιάζονται και στην κατανομή θερμοκρασίας γύρω από τη μαγματική εστία 13 Μεταμόρφωση Επαφής 14 7

8 Μετασωμάτωση - Skarn Πολλές φορές όχι μόνο ανακρυστάλλωση αλλά και μεταβολή στη χημική σύσταση Μείωση πτητικών συστατικών ιζηματογενών πετρ. αλλά και μείωση μη πτητικών συστατικών Η μεταμόρφωση που συνοδεύεται από αλλαγή στη χημική σύσταση του πετρώματος μετασωμάτωση Συνδέεται συνήθως με γρανιτικές διεισδύσεις ημιουργεί γενικά πετρώματα με μικρό αριθμό ορυκτών skarn ιαφορές μεταξύ έκτασης μεταμορφικών άλω που δημιουργούνται γύρω από γρανίτες ίδιου μεγέθους 15 Μετασωμάτωση - Skarn Figure Zonation in an experimental skarn formed at the contact between granodiorite and limestone at 600 o C, P fluid = 0.1 GPa (X CO2 = 0.07). After Zharikov, V.A. and G.P. Zaraisky (1991) Experimental modeling of wall-rock metasomatism. In L. L Perchuck (ed.), Progress in Metamorphic and Magmatic Petrology. A Memorial Volume in Honor of D. S. Korzhinskii. Cambridge University Press. Cambridge, pp Photo courtesy G. Zaraisky. Winter (2010) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 8

9 Fig Temperaturepressure diagram showing the three major types of metamorphic facies series proposed by Miyashiro (1973, 1994). Winter (2010) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 17 Μεταμόρφωση Επαφής 18 9

10 Αλβιτο-επιδοτο-κερατιτική φάση ιαφορές με πρασινοσχιστολιθική και αμφιβολιτική: Παρουσία ανδαλουσίτη, απουσία στιλπνομέλανα και αλμανδίνη Αντικατάσταση αλβίτη από ολιγόκλαστο νωρίτερα Σε ανθρακικά πετρώματα: ασβεστίτης+τάλκης+χαλαζίας 19 Κεροστιλβο-κερατιτική φάση 20 10

11 Πυροξενο-κερατιτική φάση Σε ανθρακικά πετρώματα: Παρουσία διοψιδίου, γροσσουλάριου, βολλαστονίτη, φορστερίτη 21 Σανιδινική φάση ημιουργούνται σε πολύ περιορισμένα περιβάλλοντα πολύ υψηλών Τ και χαμηλών P(ηφαιστειακές φλέβες, σωλήνες, λαιμούς και σε ξενόλιθους εντός ηφαιστειακών βασικών πετρωμάτων) Σανίδινο και πιτζεονίτης (πυρόξενοι, κορδιερίτης και Ca- Plg) Απουσιάζουν μαρμαρυγίες και αμφίβολοι Συχνή η εμφάνιση υψηλής Τ πολυμόρφων του SiO2 Al-ούχα πετρώματα: μουλλίτης + κορούνδιο Ανθρακικά πετρώματα: μοντιτσελλίτης, μελίλιθος, σπουρίτης, μερβινίτης, λαρνίτης, ρανκινίτης. Τήξη ύελος : μπουχίτες (συχνά με εγκλείσματα κορδιερίτη, κορουνδίου, μουλλίτη, τριδυμίτη) 22 11

12 P-T συνθήκες των φάσεων Μεταμ.. Επαφής d (a) πυροφυλλίτης ανδαλουσίτης + χαλαζίας (b) κλινοζωϊσίτης + κυανίτης ανορθίτης + χαλαζίας (c) μοσχοβίτης Κ-ούχος άστριος + κορούνδιο + χαλαζίας (d) ανθοφυλλίτης ενστατίτης + χαλαζίας (4) ασβεστίτης + διοψίδιος ακερμανίτης 23 Figure Geologic Map and cross-section of the area around the Skiddaw granite, Lake District, UK. After Eastwood et al (1968). Geology of the Country around Cockermouth and Caldbeck. Explanation accompanying the 1-inch Geological Sheet 23, New Series. Institute of Geological Sciences. London

13 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw Αργιλικοί σχιστόλιθοι ορδοβισίου του Skiddaw (English Lake District) στους οποίους διεισδύουν αρκετά γρανιτικά σώματα Ρηχές διεισδύσεις Τα φαινόμενα επαφής δημιουργούνται επί μια προηγηθείσας χαμηλού βαθμού ορογενετικής καθολικής μεταμόρφωσης 25 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw Η άλως γύρω από το γρανίτη του Skiddaw διαχωρίστηκε σε 3 ζώνες, κυρίως βάση των ιστών: Αύξηση βαθμού μεταμόρφω- σης Αργιλικοί σχιστόλιθοι Εξωτ. ζώνη κηλιδωτών αργιλ. σχιστολίθων Ενδιάμεση ζώνη ανδαλουσιτικών σχιστολίθων Εσωτερική ζώνη κερατιτών Contact Skiddaw granite 26 13

14 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw Εξωτερική ζώνη κηλιδωτών αργιλικών σχιστολίθων: Σταδιακή απόσβεση σχιστότητας Εμφάνιση μαύρων ωοειδών κηλίδων (λόγω συγκέντρωσης, κρυστάλλωσης, συνένωσης οργανικού υλικού ή μεταλλικών κόκκων) Ίδια σύσταση κηλίδων με κύρια μάζα: mu+chl+ctd+opaq Στις πιο ανοικτόχρωμες: περισσότερος μοσχοβίτης 27 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw Ο τρόπος γένεσης των κηλίδων είναι αβέβαιος Εκλεκτική συγκέντρωση χημικών συστατικών πριν το σχη/σμό κορδιερίτη ή ανδαλουσίτη, ή Ανάδρομη μεταμόρφωση των πορφυροβλαστών Παρατήρηση κηλίδων με γωνιώδες περίγραμμα! Πιθανός ο σχηματισμός τους λόγω ενυδάτωσης και εισόδου ιόντων K + προϋπάρχοντος κορδιερίτη ctd+chl+mu 28 14

15 20/4/2016 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw Ενδιάμεση ζώνη: Αργιλικοί σχιστόλιθοι έντονα ανακρυσταλλωμένοι, που περιέχουν: βιοτίτη + μοσχοβίτη + κορδιερίτη ρ ρ η + ανδαλουσίτηη + χαλαζία χ Figure Cordieriteandalusite slate from the middle zone of the Skiddaw aureole. From Mason (1978) Petrology of the Metamorphic Rocks. George Allen & Unwin. London. 1 mm 29 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw από :

16 20/4/2016 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw Εσωτερική ζώνη: Έντονη ανακρυστάλλωση απώλεια φολίωσης 1 mm Figure Andalusite-cordierite schist from the inner zone of the Skiddaw aureole. Note the chiastolite cross in andalusite (see also Figure 2249). From Mason (1978) Petrology of the Metamorphic Rocks. George Allen & Unwin. London. 31 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw από :

17 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw 33 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw 34 17

18 Η μεταμορφική άλως του Skiddaw 35 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης ιεργασίες συνήθεις στο ανώτερο τμήμα του φλοιού Παρατηρούνται σε πετρώματα διαφόρων γεωτεκτονικών περιβαλλόντων (θαπτικής, υδροθερμικής, θερμικής, ωκεάνειου πυθμένα, κατάδυσης λιθ. Πλακών) Με εξαίρεση τα τελευταία: έλλειψη διαπεραστικής παραμόρφωσης, σταθερότητα χημικής σύστασης, διατήρηση στοιχείων των μητρικών τους πετρωμάτων Οι συστηματικές και προβλεπόμενες αλλαγές των παραγενέσεων ισορροπία 36 18

19 Fig Temperaturepressure diagram showing the three major types of metamorphic facies series proposed by Miyashiro (1973, 1994). Winter (2010) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 37 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης Η διάκριση των φάσεων βασίζεται κυρίως σε μεταβασαλτικές-μεταανδεσιτικές συστάσεις Μεταπηλίτες: ιλλίτης + χλωρίτης + χαλαζίας ± άστριοι ± ανθρακικά ορυκ. Μεταβασάλτες: συνδυασμός Ca-Al-πυριτικά ορυκτά (Caούχοι ζεόλιθοι, πρενίτης, πουμπελλυΐτης, επίδοτο, ακτινόλιθος, λωζονίτης) με χαλαζία, αλβίτη, χλωρίτη Συστηματικές αλλαγές στη σύσταση και στις παραγενέσεις ορυκτών μεταβολή PT P,T η/και / χημικού δυναμικού ρευστών φάσεων Αυτές οι συστηματικές μεταβολές οφείλονται σε συνεχείς/ασυνεχείς αντιδράσεις Πετρογενετικό δίκτυο 38 19

20 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης 39 Ζεολιθική φάση Ανάλκιμο, λωμοντίτης, χεουλαντίτης, βαϊρακίτης, χαλαζίας κ.ά. Na-Ca-Al υδροπυριτικά ορυκτά Χαρακτηριστικό: η ατελής ανακρυστάλλωση Θα πρέπει τα ιστολογικά χαρακτηριστικά να επιτρέπουν αρκούντως την κυκλοφορία ρευστών και τη διαθεσιμότητά τους για μεγάλο χρονικό διάστημα Συνεπώς σχηματίζονται συνήθως σε ρωγμές, πόρους ή κοιλότητες και απαντώνται συχνά σε φλέβες 40 20

21 Ζεολιθική φάση Που απαντώνται: Σε παχειές ακολουθίες ιζηματογενών πετρωμάτων πλούσιων σε κλαστικά πλαγιόκλαστα και/ή ηφαιστειακών θραυσμάτων που μεταμορφώθηκαν σε συνθήκες θαπτικής μεταμόρφωσης Σε περιοχές ενεργών γεωθερμικών πεδίων Σε περιοχές μεταμόρφωσης του ωκεάνειου φλοιού, κοντά σε μεσοωκεάνειες ράχεις 41 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης 42 21

22 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης 43 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης 44 22

23 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης 45 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης Άρα ζεολιθικές και μη ζεολιθικές παραγενέσεις μπορούν να σχηματίζονται στις ίδιες Ρ-Τ συνθήκες, ανάλογα με τις τιμές των χημικών δυναμικών του Η 2 Ο και του CO 2. Υψηλές τιμές του χημικού δυναμικού του CΟ 2 τείνουν να αποσυνθέσουν τους Ca-ούχους ζεόλιθους και να δημιουργήσουν ανθρακικές πηλιτικές παραγενέσεις, ενώ υψηλές τιμές χημικού δυναμικού του Η 2 Ο τείνουν να δημιουργήσουν Ca-ούχους ζεόλιθους. Η ζεολιθική φάση περιλαμβάνει επομένως, όχι μόνο πετρώματα με ζεόλιθο+χαλαζία, αλλά και χωρικά συνδεδεμένα με αυτά πετρώματα που στερούνται ζεολίθων. Τα τελευταία, δεν έχουν ζεόλιθους λόγω της απουσίας Na 2 O και CaO από το αρχικό πέτρωμα και του υψηλού χημικού δυναμικού του CO

24 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης 47 Φάσεις πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης 48 24

25 Πρενιτική πουμπελλυϊτική φάση 49 Πρενιτική πουμπελλυϊτική φάση από :

26 Πρενιτική πουμπελλυϊτική φάση 51 Πουμπελλυϊτική - ακτινολιθική φάση 52 26

27 Πουμπελλυϊτική - ακτινολιθική φάση Σε χαμηλότερους βαθμούς: πουμπελλυΐτης+χλωρίτης+ακτινόλιθος (± αιματίτης) Σε υψηλότερους βαθμούς: πουμπελλυΐτης+χλωρίτης+ακτινόλιθος (± επίδοτο) 53 Πουμπελλυϊτική - ακτινολιθική φάση πουμπελλυίτης + χλωρίτης + χαλαζίας = επίδοτο + ακτινόλιθος +Η 2 Ο (Ρ=7kb,370±20 C) Η διάσπαση του Mg-Al-pump σε κλινοζωϊσίτη, γρανάτη και χλωρίτη τοποθετείται στους 380 C (στην ίδια πίεση) Πετρώματα της πουμπελλυϊτικής - ακτινολιθικής φάσης έχουν βρεθεί εντός μεταπηλιτικών πετρωμάτων με κρυσταλλικότητα του ιλλίτη που αντιστοιχεί στα όρια της Ανχιζώνης- Επιζώνης (Ελβετικές Άλπεις). Στοιχεία από ρευστά εγκλείσματα και ανακλαστικότητα του άνθρακα (Frey, 1980) δείχνουν ότι αυτό το όριο δεν είναι χαμηλότερο των 270 C και 1.2 kb. Οι συνθήκες λοιπόν για τις παραγενέσεις αυτής της φάσης θα πρέπει γενικά να θεωρούνται ως C σε πιέσεις αρκετών kb