Granitoid kőzetek repedésrendszereinek fejlődéstörténete fluidzárvány-síkok vizsgálata alapján

Átírás

1 Granitoid kőzetek repedésrendszereinek fejlődéstörténete fluidzárvány-síkok vizsgálata alapján Molnár Ferenc és Benkó Zsolt ELTE TTK Ásványtani Tanszék

2 Fluidzárvány-síkok gránit kőzetalkotó kvarckristályában Fluidzárvány-síkok Orientált minta

3 Fluidzárvány-síkok jellemzői A fluidzárvány-síkok behegedt mikrorepedések, amelyek egykori fluidumáramlási útvonalakat rögzítenek. A fluidzárvány-síkok orien- tációi és képződési körül- ményei meghatározható- ak,, miáltal a kéreg oldat- áramlási rendszereinek tek- tonikai kontrollja is megad- ható A kőzetalkotó kvarcban a kristálytani jellegek nem befolyásolják a fluidzárvány-síkok orientációját. σ 3 Extenziós repedés: fluidzárvány-sík kialakulásának lehetősége σ 1 σ 1 σ 3

4 Fluidzárvány-síkok geometriai jellemzőinek statisztikai feldolgozása Mikrorepedéses permeabilitás K f =1/12*D v *π*r f2 *e f 2 ahol D v =D s *1/L*1/π K f = permeabilitás (mdarcy) D s = felületegységre eső zárványsík szám (db) L= a zárványsíkok átlaghossza (m) r f = a zárványsíkok átlagos sugara (m) e f = a zárványsíkok vastagsága (m) K f m 2 -ben: (1Darcy =, m 2 ) Mikrorepedéses porozitás Φ=L/S*e f L= a repedések kumulatív hossza (m) S= felület (m 2 ) e f = a zárványsíkok vastagsága (m)

5 Ásványosodott (makro-) ) repedésrendszerek (ér- és telérhálózatok) geometriai jellemzőinek statisztikai feldolgozása Permeabilitás K m =(g/12η)*(a m3 /S m ), ahol S m =1/N m *Σs m,k K m =permeabilitás (mdarcy) g=gravitációs gyorsulás (m*s -2 ) η=a fluidum kinematikus viszkozitása (m 2 s 2 ) A m =a telérek átlagos vastagsága (m) S m = a telérek közti átlagos távolság (m) s m.k =a k-1 és k+1-dik telértávolsága (m)

6 AZ ÁSVÁNYOSODOTT REPEDÉSRENDSZEREK FRAKTÁL-TULAJDONSÁGAI: TULAJDONSÁGAI: A FLUIDCIRKULÁCIÓ TÉRBELI KONCENTRÁLÓDÁSÁNAK JELLEMZÉSE A fraktál tulajdonságú alakzatok végtelen finom szerkezettel bírnak, amelyeknek a legkisebb részei is az egész alakzathoz hasonlóak.

7 Ásványosodott repedésrendszerek fraktál analízise 1. Lépcsős függvény Kumulatív telérvastagság -ugrások a deformáció fölhalmozódásának helyén -feszültségtér heterogenitása Távolság log gyakoriság y = 59,117x -,9124 R 2 =, log telérvastagság 2. Kumulatív gyakoriság függvény érvastagságra -fraktál tulajdonság -kőzet átalakultsága N t t -Dm D m kicsi relatív sok vastag telér D m nagy relatív sok vékony telér

8 Ásványosodott repedésrendszerek fraktál analízise Gyakoriság y = 31,271e -1,2262x R 2 =,9865,1,1 1 1 Telérek közti távolság D t alacsony intenzíven csoportosult telérek D t magas kevésbé csoportosult telérek 3. Kumulatív gyakoriság függvény értávolságokra - telérek csoportosultságának mértéke N t t -Dt Cv 2 1,5 1,5 Csoportosult Véletlenszerű Csoportosulatlan Periódikus 4. Variációs koefficiens -a telérek sűrűsödésének mértékét adja meg -,5,5,1,15,2,25 Vastagság határérték C v =SD(s)/M(s)

9 A Velencei hegység szerkezetföldtana (Dudko, 1999)

10 A Velencei-hegység hidrotermális rendszerei Paleogén magmás-hidrotermális ásványosodás Cu-porfír HS típusú epitermális ércesedés Variszkuszi gránitintrúzió posztmagmás ásványosodása pegmatit kontaktzónák turmalinosodása kvarc-molibdenit érhálózatok polimetallikus fluorit-kvarc telérek

11 35 3 Variszkuszi posztmagmás fluidcirkuláció: fluidzárvány petrográfia, mikrotermometria és termobarometria L+V, Th (L-V) L Sóoldatos zárvány Pegmatit Széndioxidos-sóoldatos zárvány Kvarc-molibdenit érhálózat Frequency Pegmatit 2 µm 2 µm Frequency Frequency Aqueous-carbonic, Th tot L+V, Th (L-V) L Kvarc-MoS 2 érhálózat L+V, Th (L-V) L, f luorite L+V, Th (L-V) L, quartz Polimetallikus Kvarc-fluorit telérek Total homogenization temperature C Pressure (bars) Pegmatit Two-feldspar equilibrium curves Isochores % Ab, % Or Ab, -4% Or, -2.1% Temperature ( C) 24-31% Ab, 69-76% Or 1 % Ab, % Or Crystallization p-t

12 Paleogén szubvulkáni-vulkáni hidrotermás rendszer: fluidzárvány petrográfia és mikrotermometria Porphyry copper Frequency 15 L+V+H, Th (L-H) L L+V+H, Th (L-V) L L+V, Th (L-V) V L+V, Th (L-V) L 1 2 µm 5 Epithermal Frequency 15 L+V, Th (L-V) V L+V, Th (L-V) L 2 µm µm Total homogenization temperature C

13 A paleogén hidrotermális cirkuláció nyomai a variszkuszi gránitintrúzió területén Cu ércesedés a gránit és a pala kontaktusán Frequency 1 5 L+V+H, Th (L-V) L L+V, critical homog. L+V, Th (L-V) V L+V, Th (L-V) L Homogenizációs hőmérséklet C Cu-porfír és epitermális típusú fluidumok

14 A Variszkuszi és a paleogén hidrotermális rendszerek fluiszárvány fluiszárvány--jellemzőinek összehasonlítása Pegmatites Q-Mo stockwork Polymetallic veins Salinity NaCl(+CaCl2) 3 Variscan 2 Mixing of magm atic water with deep basin fluids 1 Cooling Cu-porphyry Epithermal zones Cpy bearing breccia Salinity NaCl(+KCl) 9 8 Paleogene 7 6 Mixing of magmatic fluids with meteoric water 5 4 Boiling of magm atic fluids 3 Boiling in shallow levels Total homogenization temperature C 5 55

15 Nadap, háromszögelési pont A részletesen vizsgált terület a Velencei hegység keleti részén É - Szelvény nélkül a gránitban Gécsi-hegy -6 szelvény a gránitban -1 szelvény az andezitben Nagy kőfejtő 2 m Nagy kőfejtő -4 szelvény a gránitban -1 szelvény az andezitben

16 Gécsi-hegyi feltáráscsoport, repedésrendszerek, vetők terepi felmérési eredményei É 5 m Útbevágás Mohr-pár feltárás Kis feltárás a csúcs közelében Pegmatit Erdei feltárás Andezit feltárás Kis gödör a pegmatit mellett Litoklázisrendszerek Kvarcerek, hidotermás breccsa Az andezit repedésrendszere Paleogénnél fiatalabb repedésrendszer Feltárás

17 Gécsi-hegy hegy: : a fluidzárvány-síkok orientációja és a mikrotermometriai vizsgálatok eredményei Útbevágás Pegmatit Univerzális forgatóasztallal Sótartalom (NaCl súly%) Variszkuszi Th( C) Útbevágás Sóta rta lom ( Na Cl súly% ) 12 1 Variszkuszi Paleogén Paleogén Th ( o C) Pegmatit

18 Illit, K/Ar kor: 32,8 millió év Gécsi hegy, nagy kőfejtő

19 gránit andezit illit nontronit

20 Gécsi hegy, nagy kőfejtő: repedésrendszerek és vetők Andezitben Gránitban III.udvar Gránitban

21 Gécsi-hegy hegy,, nagy kőfejtő: mikroszkópos megfigyelések 35 NaCl súly% Paleogén Variszkuszi Paleogén Th( o C) Variszkuszi

22 Nadap,, háromszögelési alappont makroszkópos és mikroszkópos megfigyelések Parkoló Átalakulási zóna Kaolinit Sótartalom (NaCl súly%) Variszkuszi Háromszögelési p ont Th( C) Háromszögelési p ont átalakulási zóna Útbevágás

23 A fraktál analízis vizsgálatok eredményei I. Útbevágás Nagy kőfejtő D-i fal Nagy kőfejtő K-Ny-i fal K um u la tív te lé r v a s ta g s á g 3 2,5 2 1,5 1,5 Alapponttól való táv ols ág (m) 3 2,5 2 1,5 1,5 Alapponttól való távolság (m) Alapponttól való távolság (m ) - a nem-réteges kőzetekre jellemző heterogén alakváltozás K u m u latív g yako riság (d b ) 1 1 1,1,1 1 Telérek vastagsága (cm ) Növekvő hidrotermális kőzetátalakulás Útbevágás: D m =,758 Nagy kőfejtő, D-i fal: D m =,912 Nagy kőfejtő K-Ny-i fal: D m =,912 -a telér vastagságok fraktál jellemzőkkel bírnak -D m <1 nem-réteges kőzetekre jellemző -a nagy kőfejtő telérei között dominálnak a vékonyabb telérek

24 Kumulatív gyakoriság (db) Fraktál analízis vizsgálatok eredményei II. Útbevágás Nagy kőfejtő, D-i fal Nagy kőfejtő K-Ny-i fal,1,1,1,1 1 Telérek távolsága (m) Kumulatív gyakoriság (db) 1 1 1,1,1, Telérek távolsága (m) Kumulatív gyakoriság (db) 1 1 1,1,1,1 1 1 Telérek távolsága (m ) -exponenciális? -log-normális -log-normális Dt= 1,226 A telérek alacsony csoportosultsága D t =1,163 C v 2 1,5 1,5 -, Vastagság határér ték Cv 2 1,5 1,5 -, Vastagság határérték Cv 2 1,5 1,5 -,5,5,1,15,2,25 Vastagság határérté k Cv=,93 (<1) C v =,9 (<1) C v =1,57 (>1) Csoportosulatlan Csoportosulatlan Csoportosult

25 Töréses paleo-porozitásporozitás és -permeabilitás vizsgálatok eredményei Kovásodott gránitzárvány az andezitben F.I.P. alapján: Φ=6,6% K m =1,3mDarcy Nagy kőfejtő illites zóna F.I.P. alapján: Φ=4,2% K m =1,4mDarcy Kvarc erek alapján: K m =,8mDarcy Nagy kőfejtő nem átalakult zóna F.I.P. alapján: Φ=3,32% K m =,71mDarcy Kvarc erek alapján: K m =,4mDarcy Útbevágás F.I.P. alapján: Φ=1,67% K m =,39mDarcy Kvarc erek alapján: K m =,7mDarcy Növekvő hidrotermális kőzetátalakulás Háromszögelési pont, gránitporfír telér F.I.P. alapján: Φ=2,94% K m =,63mDarcy Háromszögelési pont, átalakulási zóna F.I.P. alapján: Φ=3,63% K m =,86mDarcy

26 Szerkezetföldtani következtetések σ 1 σ 1 Variszkuszi szerkezetfejlődés 1. ÉK-DNy irányú aplit telérek benyomulása σ 1 2. ÉK-DNy irányú kompresszió (zárvány-síkok, kvarc-molibdenit erek) σ 1 3. ÉÉK-DDNy irányú kompresszió (zárvány-síkok, repedés rendszerek) Paleogén szerkezetfejlődés 4. Andezit telérek benyomulása, ÉK-DNy csapású hidrotermális rendszer (zárvány-síkok, illites zóna, kvarc-erek) Kapcsolat a Balaton vonallal? 5. Andezit telérek benyomulása, ÉNy-DK irányú normálvető működése (zárvány-síkok, kvarc-erek) Poszt-paleogén szerkezeti mozgások 6. KÉK-NyDNy csapású jobbos nyírás Összefoglalva: a variszkuszi szerkezeti irányok felújultak a paleogén és posztpaleogén tektonikai folyamatok során

27 Töréses paleo-porozitásporozitás és -permeabilitás vizsgálatok alapján levonható következtetések 1. A zárvány-síkok és a kvarc erek alapján azonos trendeket kapunk 2. A kőzet átalakultsága és a töréses permeabilitás / porozitás között pozitív korreláció van 3. A nyílt mikro-repedések mindig hosszabbak a fluidzárvány-síkoknál 4. A hidrotermális oldatáramlásban a döntő szerep a fluidzárvány-síkoknak jut a nyílt-mikro repedésekkel és az ásványosodott repedésekkel szemben A fraktál analízis vizsgálatok alapján levonható következtetések 1. A telérek vastagság és távolság eloszlása fraktál tulajdonságokkal rendelkezik 2.A telérek statisztikai jellemzői jól korrelálnak a kőzet hidrotermálisan átalakult zónáinak elhelyezkedésével. 3. A fraktál tulajdonságok bizonyítják a gránit mechanikai homogenitását 4. A statisztikai jellemzők alapján a hidrotermális rendszer érchozó volt, ez a terület ércföldtani ismeretességével is összevág A módszerek komplex alkalmazása: érckutatás, nukleáris hasadóanyag ag elhelyezés, hidrotermális tektonikai rekonstrukció

28 Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozunk Marc Lespinasse-nak hasznos szakmai tanácsaiért A kutatásokat az OTKA T 3595 sz. pályázata és a Magyar-Francia TéT Együttműködés Balaton projektje támogatta