Što je sediment? Što je sedimentna stijena? OSNOVE MINERALOGIJE I PETROLOGIJE OPĆA MINERALOGIJA SISTEMATSKA PETROLOGIJA PETROLOGIJA

Transcript

1 Što je sediment? OSNOVE MINERALOGIJE I PETROLOGIJE OPĆA MINERALOGIJA SISTEMATSKA MINERALOGIJA PETROLOGIJA KRISTALOGRAFIJA KEMIJSKA I FIZIKALNA SVOJSTVA MINERALA GENEZA MINERALA NESILIKATI SILIKATI PETROLOGIJA MAGMATSKIH STIJENA PETROLOGIJA PETROLOGIJA METAMORFNIH SEDIMENTNIH STIJENA STIJENA Sediment je nevezani materijal koji se sastoji od čestica različitog sastava i dimenzija Što je sedimentna stijena? Lapori za cementnu industriju Našice, Slavonija. 1

2 Fosiliferni badenski pješčenjaci kod Huma Brezovečkog, Hrvatsko zagorje. Slojevi piroklastiti nastali višestrukim eksplozivnim vulkanskim erupcijama, San Torini, Grčka. Kako nastaju sedimentne stijene? SEDIMENTNE OBZIROM NA MEHANIZAM POSTANKA SEDIMENTNE KEMIJSKE I BIOKEMIJSKE VULKANO- REZIDUATI KEMIJSKE izravnom precipitacijom iz otopine BIOKEMIJSKE taloženjem bioklasta Taloženjem i vezivanjem vulkanskog materijala. Taloženjem netopivog ostatka kemijski trošenih stijena (laterit, boksit, zemlja crljenica, kaolin). 2

3 Sedimentne stijene unutar stijenskog ciklusa STARIJA MAGMATSKA, METAMORFNA ILI SEDIMENTNA STIJENA TROŠENJE (MEHANIČKO KEMIJSKO BIOKEMIJSKO) DIJAGENEZA (LITIFIKACIJA CEMENTACIJA) TRANSPORT (VODA VJETAR LEDENJACI) TALOŽENJE (OVISI O VELIČINI I GUSTOĆI ČESTICA) MEHANIČKO TROŠENJE = USITNJAVANJE Voda-led Dekompresija Vjetar Salt wedging solno trošenje + vjetar, sol (aridna klima) Korjenje viših biljaka 3

4 KEMIJSKO TROŠENJE = OTAPANJE I NASTANAK NOVIH MINERALA Voda (otapanje, hidroliza) Kisik (oksidacija) Kiseline (ugljična, humusne kiseline), karbonatizacija Fe 3+ pirit Fe 2+ Fe 3+ limonit 4

5 Ugljična kiselina Diskontinuirani niz Kontinuirani niz TRANSPORT Vodom Vjetrom Ledenjacima Pješčana oluja, Sudan Delta Amazone Glečer Baffin Island, Canada 5

6 LITIFIKACIJA (OKAMENJIVANJE) prijelaz mekanog, rasutog i vodom bogatog nevezanog taloga u čvrstu sedimentnu stijenu. SASTOJCI Alotigeni mehaničkim usitnjavanjem Autigeni kristalizacijom in situ STRUKTURNI SASTOJCI Klasti Matriks (sitnozrnati materijal čestica <0,03mm) Vezivo (cement) Pore KLASTI ILI DETRITUS Siliciklastični Karbonatni Fosiliferni STRUKTURA Klastična (klastične stijene) Kristalasta (kemijska) makro (>0,1 mm) mikro (0,1 0,01) kriptokristalasta (<0,01 mm) Organogena (biokemijska) cement TEKSTURA Prostorni razmještaj, meñusobni odnosi i orijentacija sastojaka stijene Slojevitost je redanje slojeva slojevitost Sloj je geološko tijelo definirano debljinom većom od 1 cm i omeñeno gornjom i donjom slojnom plohom. Nastaje zbog kontinuiranog taloženja pri jednakim fizikalnim, kemijskim i/ili biološkim uvjetima. Laminacija mm promjene unutar sloja (unutarnja, interna tekstura) Pad energije vode SLOJEVI (Campbell, 1967) Vrlo debeli >100 cm Debeli cm Sredje debeli cm Tanki 3 10 cm Vrlo tanki 1 3 cm 6

7 TEKSTURE na gornjoj slojnoj plohi TEKSTURE na donjoj slojnoj plohi Tragovi vučenja, zadiranja, usijecanja, kotrljanja TEKSTURE unutar sloja Bioturbacije (ihnofosili) Recentni valni riplovi Valni riplovi Tragovi kišnih kapi Desikacijske pukotine Recentne desikacijske pukotine SEDIMENTNE KLASIFIKACIJA SEDIMENTNIH SIJENA SEDIMENTNE KEMIJSKE I BIOKEMIJSKE KEMIJSKE izravnom precipitacijom iz otopine BIOKEMIJSKE taloženjem bioklasta VULKANO Taloženjem i vezivanjem vulkanskog materijala. REZIDUATI Taloženjem netopivog ostatka kemijski trošenih stijena (laterit, boksit, zemlja crljenica, kaolin). nevezane vezane PSEFITI (kršje, valutice >2 mm) PSAMITI (pijesak 2 0,063 mm) PELITI (prah ili silt, glina < 0,063 mm) SIPAR ŠLJUNAK PIJESAK PRAH (SILT) MULJ GLINA BREČA KONGLOMERAT PJEŠČENJAK (arenit, grauvaka) PRAHOVNJAK (SILTIT) MULJNJAK (MADSTON) GLINJAK ŠEJL ARGILIT LES ILI PRAPOR 7

8 SIPAR ŠLJUNAK sipar PIJESAK PSEFITI (kršje, valutice >2 mm) BREČA KONGLOMERAT PSAMITI (pijesak 2 0,063 mm) PJEŠČENJAK (arenit, grauvaka) šljunak ρ= 2,60 2,72 g/cm 3 ρ 0 = 2,60 2,70 g/cm 3 p = 0,8 2 % w = 0,2 1 % β p = MPa Ovise o svojstvima fragmenata i veziva breča konglomerat Kvarcni pijesak, Jagma, Lipik Kvarcni arenit Kvarcni arenit Feldspatska arkoza ρ= 2,6 2,7 g/cm 3 ρ 0 = 2,4 2,7 g/cm 3 p = 2 18 % w = 0,5 8 % β p = MPa Ovise o svojstvima fragmenata i veziva Kvarcni pijesak, Vranić, Lipik Feldspatska grauvaka < matriksa Feldspatska grauvaka > matriksa 8

9 PELITI (prah ili silt, glina < 0,063 mm) PRAH (SILT) MULJ GLINA PRAHOVNJAK (SILTIT) MULJNJAK (MADSTON) GLINJAK ŠEJL ARGILIT LES ILI PRAPOR Klasti (kvarc, feldspati, odlomci stijena, minerali glina) dimenzije silta 0,063 0,004 mm i glina <0,004 mm 50 % svih stijena Slabo izložene na površini sklone trošenju, prekrivene vegetacijom Taloženje u poplavnim ravnicama, jezerima, velikim deltama, bazenskim padinama ŠEJL Siltozni Muljeviti Glinoviti Sastojci: minerali glina, tinjci, kloriti, kvarc, feldspati Listaste paralelan raspored listićavih sastojaka >udio glina meki i raspadaju se u vodi >udio kvarca čvršći i postojani u vodi Sivi, crni, zeleni, crveni, smeñi boja ukazuje na uvjete postanka SILTIT GLINJAK MULJNJAK GLINJAK MULJNJAK SILTIT PLASTIČNOST BUBRENJE KLIZIŠTA ARGILIT ρ= 2,82 2,9 g/cm 3 ρ 0 = 2,7 2,8 g/cm 3 p = 0,6 2,5 % w = 0,5 0,8 % β p = MPa Sastojci: minerali glina, kvarc, sericit, kloriti, grafit, pirit, hematit Sličan muljnjacima i šejlovima, slabije laminiran od šejla Siv crn, kida se u velike ploče za pokrivanje krovova LES ILI PRAPOR Sastojci: kvarc, minerali glina, feldspati, karbonati Žućkast smeñkast U područjima poplavnih ravnica, taloženjem čestica vjetrom (uglate) vezan uz glacijale i interglacijale Velika poroznost (do velike dubine), voda obogaćena Cahidrogenkarbonatom cementiranje zrnaca kalcitom praporne lutke (jajolike i kuglaste konkrecije) Groblje i naselja izgrañeni u lesu, Hunyuan, Shanxi Province, China 9

10 Erdutski vinogradi, debljina lesnih naslaga do 170m. Les je nastajao izmeñu oledbi iz vjetrom nošenog materijala, zaostalog nakon poplavljivanja rijeka Drave i Dunava LAPOR klastičnokemogena stijena Sastojci: minerali glina (20 80 %) + kemogeni kalcit (80 20 %) + < 10 vol.% siliciklasta Taloženjem u morima i jezerima. Za proizvodnju cementa. Ako su minerali glina prešli u klorite, tinjce LITIFICIRANI LPOR, LAPORNJAK VAPNENAC LAPOR MULJNJAK KLASIFIKACIJA SEDIMENTNIH SIJENA SEDIMENTNE KARBONATNE VAPNENCI I DOLOMITI Kalcit Ca(CO 3 ), dolomit CaMg(CO 3 ) 2, aragonit kalcit ± minerali glina, kvarc VAPNENCI (MARINSKI, SLATKOVODNI, TERESTIČKI) >50 vol. % kalcita (dolomitični, glinoviti, siltozni, pjeskoviti vapnenci) >90 vol % kalcita (čisti vapnenci) Karbonatni mikritni mulj (< 30µm; zdrobljeni skeleti + precipitacija); intraklasti (zaobljeni fragmenti ocrvslog i dezintegriranog karbonatnog mulja); fosilno kršje; peleti; obavijena zrna; sparit (izravnim izlučivanjem iz pornih otopina) Precipitacija kalcita tople lagune, evaporacija (koncentracija), uklanjanje CO 2 fotosintezom (>ph) KEMIJSKE I BIOKEMIJSKE VULKANO- REZIDUATI KARBONATNE EVAPORITNE SILICIJSKE KEMIJSKE izravnom precipitacijom iz otopine BIOKEMIJSKE taloženjem bioklasta Taloženjem i vezivanjem vulkanskog materijala. Taloženjem netopivog ostatka kemijski trošenih stijena (laterit, boksit, zemlja crljenica, kaolin). 10

11 DUNHAMOVA KLASIFIKACIJA MARINSKIH VAPNENACA (TERENSKA) Peletni pekston Interklastični grejnston ρ= 2,68 2,72 g/cm 3 ρ 0 = 2,60 2,71 g/cm 3 p = 0,4 1,0 % w = 0,1 0,4 % β p = MPa Vapnenci bijeli do sivi, obojani Fe-mineralima (žuto, crveno, smeñe), crni od organske tvari, često dekorativni fosilni ostaci. SLATKOVODNI VAPNENCI JEZERSKI (LAKUSTRIJSKI) I RIJEČNI Brački kamen Uslijed promjene p,t, evaporacije, izdvajanja CO 2 uz pomoć biljaka, miješanje voda različitih ph. Na vlakanca i sluz algi i mahovina veže se karbonatni sediment laminiran zbog promjene godišnjih doba (ljeti karbonati; zimi nema organizama siliciklastiti veličine silta i gline) TERESTIČKI VAPNENCI VAPNENAČKA SEDRA spužvasti vapnenac na slapovima i izvorima (izlučivanje vapnenca zbog fotosinteze i prskanja vode) TRAVERTIN anorganski kalcit iz vrućih izvora (20-95ºC), CO 2 izlazi iz vode, šupljikavi laminirani, nepravilno uslojeni vapnenac (varijetet ONIKS MRAMOR) ŠPILJSKI VAPNENCI (SPELEOTEMI) vapnenačke sige nastaju udaranjem i kapanjemvode zasićene Ca-hidrogenkarbonatom TIPIČNA MORFOLOGIJA VAPNENACA NAZIVA SE KRŠ DOLOMITI Sastav: dolomit ±kalcit, kvarc, minerali glina Ne otapaju se u hladnoj, razrijeñenoj HCl, imaju oštrobridni lom, gušći i tvrñi od vapnenaca Postanak: rijetko direktnim izlučivanjem (lakše se precipitira kalcit i aragonit); procesom DOLOMITIZACIJE potiskivanje kalcita i aragonita dolomitom tijekom dijageneze. 2CaCO 3 + Mg 2+ CaMg(CO 3 ) 2 + Ca 2+ ; potreban omjer Mg/Ca>10 (morska voda 5,26) RANODIJAGENETSKA vs. KASNODIJAGENETSKA DOLOMITIZACIJA Stalaktit Dolomitizacija smanjuje volumen stijene (dolomiti šupljikavi) i povećava poroznost (za ~13 % prema kalcitu; 5,5 % prema aragonitu). Stalagmit Sedra Travertin 11

12 Problemi dolomitizacije: Za omjer Mg/Ca >0.67 direktna precipitacija Ca 2+ + Mg (CO 3 ) 2- CaMg(CO 3 ) 2 Morska voda - omjer Mg/Ca~5,2; ali dolomitizacija nastupa tek kod Mg/Ca>10 (700 veća koncentracija) Zašto? 1. Ureñena kristalna rešetka dolomita 2. Hidratizacija Mg 2+ iona u morskoj vodi 3. <c CO 3 2- (dolomit preferira alkalnije uvjete) Kako povećati Mg/Ca omjer? Evaporacijom lagune Miješanjem podzemne i morske vode Transformacijom smektit ilit Formacijske vode Kasnodijagenetski dolomit krupnokristalasti, primarne strukture djelomično sačuvane ρ= 2,8 2,9 g/cm 3 ρ 0 = 2,70 2,84 g/cm 3 p = 0,8 5,0 % w = 0,5 3 % β p = MPa Česta djelomična dolomitizacija. Hrvatska: Dalmacija, Hrvatsko zagorje, Medvednica Veliki koraljni greben, Australija, recentna dolomitizacija na >2900 km Ranodijagenetski dolomit sitni, kriptokristalasti, primarne strukture potpuno uništene EVAPORITNE Morska voda = 35 g/l Kalcit (CaCO 3 ) dolomit (CaMg(CO 3 ) 2 ) Gips (CaSO 4 2H 2 O) anhidrit (CaSO 4 ) Halit (NaCl) (salinitet 250 g/l) Kalijske (polihalit) i magnezijske soli (epsomit) Mrtvo more, Jordan (salinitet 345 g/l) Lagune, aridna klima - kemijska evaporacija, Karbonati, sulfati, halogenidi salinitet Hidratacija (d<1000m) Gips Anhidrit Deidratacija (d>1000m T= 50-60º) SILICIJSKE Dijagenezom u slojevite rožnjake dubina Kvarc, opal, kalcedon BIOGENE organogeno, taloženjem opalnih skeleta RADIOLARIT jednostanične radiolarije (vlaknasti kalcedon) SPIKULIT spikule spužvi (opal i kalcedon), cement krupnokristalasti kvarc DIJATOMIT opalni skeleti dijatomejske alge DIJAGENETSKE kemijski, silicifikacijom postojećih minerala u talogu ili stijeni (izlučivanje SiO 2 iz prezasićene otopine H 4 SiO 4 ) Opal (ljušture) Kalcedon Kvarc ROŽNJAK (ČERT) kriptokristalasti kvarc- kalcedon +Fe oksihidroksidi. Dijagenetski rožnjaci nodularni, lećasti, potiskivanjem karbonatnih taloga Organogeni prekristalizacijom radiolarita i spužvi - slojeviti TRIPOLI Svijetla, porozna, praškasta stijena sa sitnozrnim kvarcom dimenzija pelita, djelomičnom silifikacijom karbonatnih stijena (karbonati se izlužuju, ostaje kvarc) 12

13 Nodularni radiolarit KLASIFIKACIJA SEDIMENTNIH SIJENA SEDIMENTNE Radiolarijski rožnjak Organogeni radiolarit KARBONATNE EVAPORITNE SILICIJSKE KEMIJSKE I BIOKEMIJSKE KEMIJSKE izravnom precipitacijom iz otopine BIOKEMIJSKE taloženjem bioklasta VULKANO- Taloženjem i vezivanjem vulkanskog materijala. REZIDUATI Taloženjem netopivog ostatka kemijski trošenih stijena (laterit, boksit, zemlja crljenica, kaolin). Dijatomit VULKANO Pepeo < 2 mm Lapili 2 do 64 mm Bombe > 64 mm Hrvatska: PIROKLASTITI Lika, Slavonija (Voćin), Donje Jesenje, Lepoglava, Sinj, Drniš, Komiža-Vis >25 vol% vulkanskog materijala + sedimentni materijal Transport zrakom ili vodom, slojevite ili neslojevite, porozne VULKANSKI AGLOMERAT cementiranjem vulkaskih bombi LAPILI - lapila TUF tufa (litoklastični, kristaloklastični, vitroklastični) Izmjenom kiselih tufova djelovanjem vode BENTONITI (montmorilonit, zeolit, kristobalit, kalcedon, opal) Izmjenom bazičnih tufova djelovanjem vode PARAGONITI (montmorilonit, zeolit, klorit, Fe-hidroksid) PLOVUČAC šupljikavi svijetli vulkanoklastit Aglomerat Lapil Tuf Lapili Vulkanska bomba Pepeo 13

14 KARBONATNE EVAPORITNE SILICIJSKE KLASIFIKACIJA SEDIMENTNIH SIJENA KEMIJSKE I BIOKEMIJSKE KEMIJSKE izravnom precipitacijom iz otopine BIOKEMIJSKE taloženjem bioklasta SEDIMENTNE VULKANO- Taloženjem i vezivanjem vulkanskog materijala. REZIDUATI Taloženjem netopivog ostatka kemijski trošenih stijena (laterit, boksit, zemlja crljenica, kaolin). REZIDUI ILI REZIDUALNI SEDIMENTNI Rezidualni kvarc, tinjci, silikati male topivosti + novi mineral nastali kemijskim trošenjem stijene (gline, Fe i Al oksihidrokside) LATERITI kore trošenja Al-Si stijena u tropskim uvjetima LATERIT alumosilikatna podloga, prevladavaju Feoksihidroksidi (bazične stijene) BOKSIT karbonatna podloga, prevladavaju Al-oksihidroksidi (kisele stijene, arkoze) KAOLINI trošenjem feldspata iz kiselih stijena i taloženjam u jezerima ZEMLJA CRLJENICA (TERRA ROSA) kaolin, tinjci, kvarc±hematit, getit, plagioklas, K-feldspat, amorfna tvar; crvena, smeñe-crvena, žutocrvena, nastaje na karbonatnoj (neutralnoj) podlozi, materijal eolski ili ispiranjem. laterit kaolin Lateritni profil na bazičnom tufu Primitivna eksploatacija laterita Zemlja crvenica Zemlja crvenica Eksploatacija boksita, Vijetnam 14