OSNOVE MINERALOGIJE I PETROLOGIJE OPĆA MINERALOGIJA SISTEMATSKA MINERALOGIJA PETROLOGIJA. Bazalt Ca-plagioklas, pirokseni.

Transcript

1 OSNOVE MINERALOGIJE I PETROLOGIJE Metamorfne stijene nastaju metamorfozom iz starijih magmatskih, metamorfnih ili sedimentnih stijena, bez otapanja ili taljenja. KRISTALOGRAFIJA OPĆA MINERALOGIJA KEMIJSKA I FIZIKALNA SVOJSTVA MINERALA GENEZA MINERALA SISTEMATSKA MINERALOGIJA NESILIKATI SILIKATI PETROLOGIJA MAGMATSKIH STIJENA PETROLOGIJA PETROLOGIJA METAMORFNIH STIJENA PETROLOGIJA SEDIMENTNIH STIJENA Starije magmatske, metamorfne ili sedimentne stijene PROTOLIT Promjena p,t,c METAMORFOZA Geotermalni gradijent Difuzija iona pomoću fluida voda, karbonatni fluidi Pritisak naliježećih naslaga Preraspodjela mineralne tvari u skladu s novim p,t Vapnenac, CaCO 3 Bazalt Ca-plagioklas, pirokseni Promjena p,t,c Promjena p,t,c Mramor, CaCO 3 Amfibolit Na-plagioklas, amfibol, epidot 1

2 Čimbenici metamorfizma Temperatura Utiskivanje magme Trenje duž rasjednih linija Dubina zalijeganja (geotermalni gradijent) Udar meteorita Radioaktivni raspad Toplina ulaza = toplini izlaza = const. t Toplina ulaza > toplini izlaza = > t, endotermne reakcije (dehidratacija), progradna metamorfoza Toplina ulaza < toplini izlaza = < t, retrogradna metamorfoza Temperatura Pritisak Fluidi Sastav protolita Vrijeme Prijenos topline Kondukcija Konvekcija Radioaktivno zračenje Pritisak Promjena visine ili gustoće naliježećih naslaga Pliće (stijene krute) usmjereni tlak = stres Dublje (stijene plastične) neusmjereni tlak = litostatski Dvostruka debljina kontinentalne kore Normalna debljina kontinentalne kore Litostatski pritisak Duboki sedimentacijski bazen Metamorfoza tonjenja Statički stjenska masa miruje Dinamički stijenska masa se kreće Postanak usmjerenog stresa 2

3 Protolit Metamorfna stijena Fluidi Sastav protolita Dehidratacijom minerala pri progradnom metamorfizmu H 2 O, CO 2, CH 4, H 2 S δ vode > δ vodene pare pri T < T kritične (<373ºC i 217 bara) δ vode = δ vodene pare pri T > T kritične = fluidna faza ili fluid Porna voda iz sedimentnih stijena, meteorska ili magmatska voda Reaktanti Produkti Ovise o p, T, t, volatilima, i mogu biti različiti 1. Bez volatila polimorfne reakcije, izmjene kationa, izdvajanja 2. S volatilima dehidratacija, dekarbonizacija, oksidacija, redukcija Vrijeme Metamorfni procesi su izuzetno spori: ovise o brzini prijenosa topline, volumenu stijena podvrgnutih metamorfizmu, vrsti stijene, sadržaju fluida mineralne parageneze dostupne za istraživanje su često u metastabilnom stanju. UVJETI METAMORFIZMA T min ~ 150ºC (silikatne stijene) pojava prvog metamorfnog minerala (klorit, glaukofan) T max = T taljenja stijene ovisi o p, sastavu stijene i količini vode ( ºC u kori, i do 1500 ºC u plaštu) STUPNJEVI METAMORFOZE p, t, dubina, indeks minerali, mineralne zone, metamorfni facijesi, metamorfne izograde T vrlo-niski, niski, srednji, visoki P visoko i niskotlačna Dubina epizona, mezozona, katazona ~ dijagenetski uvjeti PRIMJER 1 GRANIT p = 5 kbar p = 5 kbar + H2O - H2O T taljenja = 660ºC T taljenja = 1000ºC PRIMJER 2 BAZALT p = 5 kbar p = 5 kbar + H2O - H2O T taljenja = 800ºC T taljenja = 1120ºC P min ~ P površinski P max = 40 kbar 3

4 Epizona < 300ºC Niski p Minerali s konstitucijskom vodom: kalcit, dolomit, glaukofan, talk, sericit, klorit, albit Mezozona ºC Stres litostatski p Rekristalizacija štapićasti i iglićasti minerali: granati, disten, Hbl, Bt, Ms, Na-Pl Katazona ºC litostatski p Bezvodni minerali >ρ Stijene homogene, slične magmatskim; granati, andaluzit, silimanit, diopsid, Hbl, alkalijski feldspati, Ca-Pl Indeks minerali: klorit biotit granat staurolit disten silimanit Mineralne zone zone čija je donja granica definirana prvom pojavom indeks minerala po kojemu je zona dobila naziv, a gornja granica prvom pojavom indeks minerala slijedeće zone: kloritna biotitna granatna staurolitna distenska silimanitna Problem: indeks minerali se u stijenama različitog sastava mogu pojaviti pri različitim p-t uvjetima Ispravnije Odrediti stupanj metamorfoze prema reakcijama u kojima su reaktanti i produkti 1 ili više minerala, uz odreñen p,t, utjecaj fluida i sastav protolita eksperimentalno ili iz termodinamičkih podataka Metamorfni facijesi skupina metamorfnih stijena nastalih pri odreñenim p,t uvjetima (zanemaren utjecaj fluida), a definira se mineralnom paragenezom stabilnom samo u tom facijesu Metamorfne izograde linije na karti koje spajaju mjesta istih indeks minerala na zemljinoj površini Pirometamorfoza 1. Prema prevladavajućem faktoru temperatura VRSTE METAMORFIZMA pritisak Lokalni metamorfizam Kontaktni - termalni Na kontaktu magme i okolnih stijena pri čemu se stijene parcijalno tale prijelaz prema magmatskim procesima. Termalni metamorfizam Dinamotermalni metamorfizam Dinamo ili kinematički metamorfizam 2. Prema veličini prostora Lokalni metamorfizam Regionalni metamorfizam 1. Kontaktni 2. Kataklastični 3. Hidrotermalni 4. Impaktni 1. Orogeni 2. Plutonski 3. Metamorfoza oceanskog dna 4. Metamorfoza tonjenja 4

5 Lokalni metamorfizam Kataklastični - kinematički Lokalni metamorfizam Hidrotermalni pneumatolitski - fluidi Metasomatoza migracija iona Autometasomatoza plinovi i pari zaostali nakon kristalizacije magme djeluju prije nastale stijene Alteracijske zone - izmjene primarnih stijena pod utjecajem pneuma ili hidrotermi Kontaktni met. Magmatska intruzija Kontaktni met. Lokalni metamorfizam Impaktna - >p, t, vrijeme kratko, taljenje Regionalni metamorfizam Orogeni - dinamotermalni Konvergentne granice ploča, t ºC Halls creek, Australija 5

6 Regionalni metamorfizam Plutonski Dublji dijelovi litosfere, >t, litostatski p (neusmjeren) granoblstične stijene, bezvodni minerali velike gustoće, nema ošre granice izmeñu plutonske metamorfoze i magmatizma. Regionalni metamorfizam Metamorfizam tonjenja <t (do 450º), sačuvane strukture i relikti protolita, slabija škriljavost, nepotpuna izmjena mineralnog sastava postanak se odreñuje mikroskopski Regionalni metamorfizam Metamorfizam oceanskog dna Ocean Tisuće kilometara ºC, p < 3kbar Hidrotermalne žile Metasomatoza 3. Prema stabilnosti mineralnih parageneza Progradna metamorfoza - dinamotermalna Endotermni proces primanja topline i mehaničke energije, procesi dehidratacije, dekarbonizacije (oslobañanje CO2, H2O). Nastaju novi minerali koji su stabilni uvjetima povišenja p, t. Retrogradna metamorfoza često pneumatolitna ii hidrotermalna, metamorfoza oceanskog dna, pri brzim ekshumacijama Snižavanjem p,t nastaju novi minerali, primarno iz visokotemperaturnih parageneza 4. Prema kemijskom sastavu Izokemijska metamorfoza Nema promjene kemijskog sastava u odnosu na protolit (vapnenac mramor) KOLOKVIJ 1. KOJIM PROCESOM nastaju magmatske stijene? 2. KOJIM PROCESOM nastaju metamorfne stijene? 3. Nabroji FAKTORE koji utječu na metamorfizam. 4. Nabroji TIPOVE metamorfizma prema prevladavajućem faktoru. 5. Nabroji TIPOVE metamorfizma prema veličini prostora. Alokemijska metamorfoza - metsomatoza Dolazi do promjene kemijskog sastava u odnosu na protolit (izmjene kationa) 6

7 Minerali Kako prepoznati metamorfnu stijenu? 1) Minerali zastupljeni u svim stijenama kvarc, kalcit, dolomit, piroksen, amfibol, tinjci, feldspati 2) Minerali tipični za metamorfne uvjete granat, disten, andaluzit, silimanit, jadeit, tremolit, aktinolit, glaukofan, serpentin, talk Mineralne zajednice Asocijacije karakterističnih minerala Struktura Blastične i kataklastične Tekstura Škriljava i homogena STRUKTURE METAMORFNIH STIJENA - BLASTIČNA Grč. blastos= klica Blastoza = rekristalizacija Blastična struktura = nastaje rekristalizacijom i rastom minerala u metamorfnim uvjetima (u čvrstom stanju!) Reliktne blastične strukture odražavaju strukturu protolita (npr. blastoporfirna) HOMEOBLASTIČNA vs. HETEROBLASTIČNA HOMEOBLASTIČNA MINERALNI SASTOJCI OJEDNAKIH VELIČINA Granoblastična minerali ojednakih dimenzija Lepidoblastična listićavi minerali Nematoblastična štapičasti ili igličasti minerali HETEROBLASTIČNA MINERALNI SASTOJCI RAZLIČITIH VELIČINA PORFIROBLASTIČNA - PORFIROBLASTI Foliacija Lineacija Homogena tekstura Lepidoblastična Nematoblastična Granoblastična 3 cm velik almandinski granat porfiroblast u gnajsu, Paraiba,Brazil 7

8 STRUKTURE METAMORFNIH STIJENA - KATAKLASTIČNA Deformirani minerali s anomalnim optičkim svojstvima, sekundarnim lamelama sraštanja i pukotinama. MILONITNA minerali zdrobljeni u prah, ponekad pretaljeni u staklo BREČASTA ILI MORTAL rubovi minerala zdrobljeni, jezgre očuvane PROFIROKLASTIČNA veći nezdrobljeni minerali (porfiroklasti) u sitnozdrobljenom matriksu OKCASTA stijena sadrži lećaste porfiroklaste (feldspati,kvarc), okružene stitnijim, listićavim mineralima PORFIROKLASTIČNA OKASTA STRUKTURE METAMORFNIH STIJENA TEKSTURE METAMORFNIH STIJENA ŠIVANA - nazubljena, zupčasto prodiranje jednog minerala u drugi pri visokoj temperaturi i tlaku. MOZAIČNA neorijentirana, poligonalna zrna, dodiruju se u jedno točci pod kutem od ~120º. ŠKRILJAVA stres Ploha škriljavosti stres Škriljavost ili folijacija Šivana Mozaična 8

9 PARALELNO - PRUGASTA Zrnasti minerali Listićavi minerali NAZIVI METAMORFNIH STIJENA HOMOGENA Kotaktna metamorfoza pri <p, >t ili metamorfoza pri >litostatskom p Korijen -Teksturno svojstvo (škriljavac) -Dominantni metamorfni mineral (amfibolit) 1. Prema strukturno-teksturnim svojstvima Slejt, filit, škriljavac, gnajs Kataklazit, milonit, ultramilonit ± Prefiks -Strukturno svojstvo (trakasti amfibolit) -Dodatna informacija o mineralnom sastavu (trakasti epidotni amfibolit) Boja Zeleni škriljavac Plavi škriljavac MRAMOR 2 Prema mineralnom sastavu Glavni minerali >5 vol% (muskovitni gnajs) Sporedni minerali <5 vol% (gnajs koji sadrži muskovit) Kataklastična metamorfoza s očuvanim mineralnim sastavom protolita (kataklazirani vapnenac) Ako stijena nema reliktnu ni metamorfnu strukturu naziv prema mineralnom sastavu (kvarc-klorit-epidotna stijena) 3. Prema protolitu Meta protolit metamorfna stijena, prefiks nazivu protolita (metagabro) Orto protolit magmatska stijena, prefiks nazivu metamorfne stijene (ortognajs) Para protolit sedimentna stijena, prefiks nazivu metamorfne stijene (paragnajs) 9

10 KLASIFIKACIJA METAMORFNIH STIJENA 1. Prema dubini postanka (p,t uvjeti) Epizona Mezozona Katazona 2. Prema strukturno-teksturnim obilježjima (stupanj folijacije i lineacije) Izražena (slejt, filit, škriljavac) Slabo izražena (gnajs, milonit, migmatit) Nema ili vrlo slabo izražena (mramor, kvarcit, skarn, hornfels) 3. Prema protolitu (ukoliko se može utvrditi) Meta-, orto-, para- 4. Prema mineralnoj paragenezi (metamorfnom facijesu) 5. Prema vrsti metamorfizma Dinamometamorfne, termalnometamorfne, dinamotermalne Lokalno i regionalno metamorfne Facijes plavih škriljavaca: glaukofan+px+ aragonit Granulitni facijes: bezvodni Opx+Cpx Amfibolitni facijes: Aktinolit+klorit +epidot+albit Facijes zelenih škriljavaca: plagioklas+hor nblenda Podfacijes zelenih škriljavaca Prema mineralnoj paragenezi (metamorfnom facijesu) Eklogitni facijes: omfacit+granat Tip metamorfizma Stijene Podfacijes zelenih škriljavaca Facijes zelenih škriljavaca plagioklas+hornblenda Amfibolitni facijes: Aktinolit+klorit+epidot+albit 1. Kontaktni (termalni) 2. Kataklastični (kinematički) Mramor, kvarcit, skarn, kornit Kataklazit, milonit, ultramilonit 3. Regionalni (dinamotermalni) Slejt, filit, škriljavac, gnajs, serpentinit, amfibolit, mramor, kvarcit, granulit, eklogit Facijes plavih škriljavaca: glaukofan+px+aragonit Granulitni facijes: bezvodni Opx+Cpx Eklogitni facijes: omfacit+granat 10

11 1. Kontaktni (termalni) metamorfizam MRAMOR -Metamorfozom (rekristalizacijom) VAPNENACA ILI DOLOMITA (kalcitni i dolomitni mramor) -Sastav KALCIT (DOLOMIT), tremolit, diopsid, granat, epidot, olivin -Tekstura - HOMOGENA, ako sadrži tinjac slabo škriljava -Struktura - GRANOBLASTIČNA -Boja - BIJEL, zelen, siv, crven, blijedo žut, nejednoliko ili jednoliko obojen od primjesa KVARCIT -Metamorfozom (rekristalizacijom) PJEŠČENJAKA ILI ROŽNJAKA -Sastav KVARC -Tekstura HOMOGENA -Struktura - GRANOBLASTIČNA -Boja - SVIJETLA ρ= 2,65 2,72 g/cm 3 ρ 0 = 2,65 2,71 g/cm 3 p = 0,4 2 % w = 0,1 0,3 % β p = MPa Lako se polira Sivocrni mramor kod Požege ρ= 2,64 2,70 g/cm 3 ρ 0 = 2,60 2,65 g/cm 3 p = 0,4 2 % w = 0,2 0,5 % β p = MPa Masivan, tvrd, otporan na atmosferilije 2. Kataklastični (kinematički) metamorfizam SKARN - Na kontaktu VAPNENCA i GRANITNE MAGME. Vapnenac metasomatski obogaćen Si, Al, Fe, Mg -Sastav silikati Ca, Mg, Fe (hedembergit, diopsid, tremolit, aktinolit, granati, forsterit, titanit) + magnetit, pirhotin, sulfidi Cu KORNIT ILI HORNFELS - Izmjenom PELITA, TUFA, SLEJTA u visokometamorfnim uvjetima, na kontaktu s kiselim intruzivima -Sastav kvarc, feldspati, biotit, granati, kalcit, biotit, piroksen, andaluzit -Tekstura HOMOGENA KATAKLAZIT -Oštri fragmenti nastali drobljenjem stijena usljed tektonskih zdrobljenih sastojaka iste stijene sličan breči, ali se osnovna masa sastoji od zdrobljenih čestica iste stijene. MILONIT -Stijena nastala gotovo potpunim drobljenjem ishodišne stijene u prah (i do 90 vol % matriksa). ULTRAMILONIT -Sadrži vrlo malo fragmenata (<10 vol%) u finozrnatoj osnovi tamne boje. Često dolazi do djelomičnog taljenja i postanka stakla 11

12 Kataklastična stijena 3. Regionalni (dinamotermalni) metamorfizam KRISTALASTI ŠKRILJAVCI Usmjereni pritisak + fluidi otapanje i ponovna rekristalizacja na mjestu manjeg pritiska, škriljave i paralelno-prugaste teksture ºC PROGRADNA (PROGRESIVNA) METAMORFOZA SLEJT FILIT TINJČEV ŠKRILJAVAC GNAJS Milonit Crveni, zeleni, crni PROGRADNA (PROGRESIVNA) METAMORFOZA SLEJT FILIT TINJČEV ŠKRILJAVAC GNAJS šejl slejt škriljavac gnajs Tekstura škriljasta Struktura - lepidoblastična filit migmatit šejl Crveni, zeleni, crni slejt škriljavac gnajs filit migmatit Plummer, Mcgeary & Carlson(2001): Physical Geology 12

13 ŠKRILJAVCI Prikaz približno prvih 30 km zemljine kore s metamorfnim mineralima nastalim iz šejla KLORITNI Klorit, albit, kvarc ZELENI Klorit, aktinolit, epidot, albit AMFIBOLSKI Aktinolit, hornblenda GLAUKOFANSKI Glaukofan, granat, muskovit, biotit, kalcit, albit Plummer, Mcgeary & Carlson(2001): Physical Geology SERPENTINIT Stijena nastala hidrotermalnom metamorfozom bazičnih i ultrabazičnih stijena Boja crna zelena Tekstura škriljava Struktura granoblastična lepidoblastična Minerali serpentin, olivin, piroksen, amfibol, magnetit, klorit, magnezit AMFIBOLIT Boja crna tamnozelena Tekstura homogena Struktura granoblastična nematoblastična Minerali >50 vol % hornblenda, >20 vol% neutralni bazični plagioklas + Bt, titanit, Q PARA progradnom metamorfozom lapora dobro izražena folijaija ORTO retrogradnom metamorfozom bazičnih stijena, slabo izražena folijacija. Odličan tehnički-grañevinski kamen 13

14 GRANULIT (plutonska metamorfoza) Nastaje iz sedimentnih (siltit, šej, arkoza) ili magmatskih kiselih, neutralnih i bazičnih stijena Tekstura masivna - gnajsoidna Struktura granoblastična Minerali kvarc, feldspati, pirokseni, granati, disten, silimanit (bezvodni minerali) EKLOGIT (plutonska metamorfoza) Nastaje iz gabroidnih stijena (bez feldspata) Minerali zeleni Px omfacit + granat MIGMATIT (plutonska metamorfoza) Silikatne stijene s tamnijim i svijetlijim dijelovima parcijalno taljenje (svijetliji dijelovi se lako take, tamniji teže) 14