3. Hidrotermális és autigén agyagásvány-képződés

Átírás

1 77 3. Hidrotermális és autigén agyagásvány-képződés

2 Füzérradvány 78 Vulkáni kőzetek hidrotermális elváltozásai Általános jellemzés Típusok: kis és nagy összkén-tartalmú forró vizek (hidrotermák). Hasadékok mentén tör fel, de széles sávban átjárja és elváltoztatja a vulkáni kőzeteket. Kapcsolata a szulfidos és arany-ezüst-ércesedéssel. Legfelül hévforrás-tavak és a leszivárgó csapadékvíz hatása. Elváltozási zónák: ( C): propilit (klorit, szmektit), káliföldpát (adulár), szericit, arany-ércesedés, ( C): (közel semleges ph): illit, szmektit, (savas ph): kaolinit, alunit, (középen): kovásodás. 82. ábra. A Tokaji-hegység hidrotermális elváltozási zónái (balra) és kapcsolatuk az ércesedéssel (jobbra). Az ábra jobb oldalán a függőleges vonalak azt mutatják, hogy a fontosabb lelőhelyek a zónabeosztásban hová illenek (Molnár 1997)

3 79 Tokaji-hegység Kis összkén-tartalmú hidrotermák. Vulkanizmus kora: miocén, főleg szarmata. Hidrotermális elváltozási zónák: Telkibánya. Fentről lefelé: kaolinites, montmorillonitos (arany!) zóna az andezitből megelőzőleg kialakult kálitrachitban és propilites (=kloritos) zóna andezitben. A propilites andezit összetétele a CaO (Mg,Fe)O Al2O3 háromszög-diagramban ábrázolható (Székyné Fux V. 1970). Erdőbénye: a propilit szmektitjéhez hasonló Fe-tartalmú szaponit ( mauritzit ) piroxén-andezit lakkolitban. Mád, Király-hegy: Agyagásvány-övek riolittufában, belülről kifelé: kvarc, kaolinit, montmorillonit, rectorit (= allevardit ), illit, klorit. Füzérradvány, Korom-hegy: illit. A világ 2. illitje (1937), valójában kb % szmektit tartalmú kevert rétegű illit/szmektit-1m. Hasonló van még a Kárpát-medencében: Körmöci-hg., Hargita. Felszíni melegvizes tavi üledékek: Rátka, Mád: növénymaradványos tavi kovaüledék (limnokvarcit), bentonit, kaolinit. Füzérradvány, Korom-hegy: illit-telepet fedő tavi kovás törmelékes üledékek. 83. ábra. Telkibánya érces területének hidrotermális elváltozási zónái (Székyné Fux 1970). A montmorillonitos és kaolinites öv a megelőzőleg már az andezit elváltozásával létrejött kálitrachitban alakult ki. Jelmagyarázat: 1: piroxén-andezit, 2: agyagásványosan bontott andezit, 3: andezitogén propilit, 4: kálitrachit, 5: agyagásványosan bontott kálitrachit, 6: riolittufa, 7: érctelér

4 80 propilites andezit 84. ábra. Propilitesen elváltozott kőzetek ásványos összetételének ábrázolása a CaO (Mg,Fe)O Al2O3 háromszög-diagramban (Korzsinszkij 1959 nyomán Székyné Fux 1964) 1 Ny K Transzgresszív tavi sorozat Riolittufa, tufit, hidrotermális agyagtelepek 12 Fekü tengeri üledékek 85. ábra. A füzérradványi illit-előfordulás elvi szelvénye (Mátyás 1972 nyomán, Pécskay et al. 2005). Jelmagyarázat: 1: negyedidőszaki agyag, 2-12: szarmata, 2: tömbös kovásodás kvarcerek mentén, 3: kovásodott konglomerátum, 4: tavi kovásodott homok, 5: tavi kovásodott pélit, 6: pélit, 7: kovás kaolinit, 8: illit, 9: hematitos illit, 10: pirites illitmontmorillonit, 11: kismértékű agyagos elváltozás, 12: agyag, márga, homokkő

5 ábra. A füzérradványi illit (illit/montmorillonit) röntgen-diffrakciós felvételei (Nemecz 1973). Orientált preparátumok. Balra a kezeletlen, eredeti minta, jobbra az etilén-glikolos minta felvétele, valamint a 10 Å-ös bázisreflexió két csúcsra való felbomlásából számított montmorillonit % (10-26 %). A csúcsok felett a d-értékek Å-ben vannak megadva 87. ábra. Nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópi (HRTEM) kép a füzérradányi illitről ( Zempleni illite, Veblen et al. 1990). Jól látszanak a 3-7 rétegből álló elemi illit-kötegek, és a köztük levő sötétebb kontrasztú sávok, amelyek a röntgen-diffrakciós vizsgálatokkal kimutatott montmorillonitrétegeknek felelnek meg 88. ábra. Nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópi (HRTEM) kép a füzérradányi illit ( Zempleni illite ) diszpergált, önálló illit-kötegeiről (Veblen et al. 1990). Az itt látható alap-szemcsék (fundamental particles) 4 illetve 6 elemi illit rétegből állanak. Ha ezek párhuzamosan összekapcsolódnának, a köztük levő határréteg felelne meg a montmorillonit rétegnek

6 82 Velencei-hegység Vulkanizmus kora: eocén. Erősen lepusztult, a vulkán mélyebb zónái vannak feltárva. A kőzetelváltozások zónái (belülről kifelé): 1. káliföldpát, 2. szericit, 2a. pirofillit, dickit, topáz, zunyit, 2b: kovásodás, 3. kaolinit, montmorillonit, 4. klorit, epidot. Ezek párhuzamosíthatók az ércesedés zónáival. A pirofillit jól rendezett, 1Tc politípus. 89. ábra. A Velencei-hegység rézporfiros típusú ércesedését kísérő agyagásványos elváltozás elvi vázlata (Daridáné Tichy et al. 1984). Jelmagyarázat: 1-5: Kőzetelváltozások zónái, 1: káli-metaszomatózis (káliföldpát), 2: szericitesedés, 2a: pirofillit (+ topáz + zunyit stb.), 2b: kovásodás, 3: agyagásvány-képződés (kaolinit, montmorillonit), 4: propilitesedés (klorit, epidot), 5: szkarn : Földtani felépítés, 12: rétegvulkáni összlet, andezit láva és piroklasztikum, 13: törmelékes üledékek, 14: mészkő, 15: márga, 16: dolomit, 17: metamorf pala, 18: gránit, 19: mikrogránit, gránitporfír, aplit, 20: diorit, dioritporfirit, 21: szubvulkáni andezit, 22: intruzív breccsa, 23: monokvarcit

7 ábra. Pirofillit-1Tc rendezett módosulat röntgen-diffrakciós felvétele (Nemecz 1984). A bázisreflexiókat és a 060 reflexiót jelöltük. Pázmánd, Velencei-hegység 91. ábra. Pirofillit-1Tc rendezett módosulat termikus felvétele derivatográffal (Nemecz 1984). Az adszorptív víz csekély, az OH-vesztés 650 C-nál erős. Pázmánd, Velencei-hegység

8 84 Mélytengeri hidrotermális működés Óceáni hátságok területén hidrotermális működés Fe 2+ -t hoz, ez a tengervízben részben oxidálódik, a tengerből biogén kovasav válik ki. A kettő vasas-kovás gélt alkot, amely átkristályosodik Fe-szmektitté. Hasonló folyamat a Vörös-tenger mélyén is. 92. ábra. Hidrotermális neoformációs agyagásvány-képződés a Vörös-tenger Atlantis-II. nevű mélytengeri síkságán (Butuzova 1984 nyomán, egyszerűsítve). Jelmagyarázat: I: tengervíz, II. és III.: a koncentrált sóoldat felső és alsó rétege 93. ábra. Mélytengeri laza kémiai üledék röntgen-diffrakciós felvétele (Fortin et al. 1998). A csúcsok felett a d-értékek Å-ben vannak megadva. Jelmagyarázat: N: nontronit, F: ferrihidrit. Lelőhely: ÉK-Csendes-óceán, Southern Explorer Ridge (hátság), Vancouver-szigettől Ny-ra (lásd 96. ábra), a hévforrás kilépésétől 300 m távolságra

9 ábra. Példa a biogén hatásra mélytengeri hévforrás-üledékekben. Nontronittal kitöltött csomók (eredetileg baktériumok) és azokat körülvevő, ugyanolyan anyagú, görbült, szálas, foszlány-szerű ásványok (Fortin et al. 1998). Elektronmikroszkópi felvétel. A jobb alsó sarokban levő mikroszondás felvétel a nontronit jellegzetes elemeit mutatja: Si, Fe, O, Ca, a mintatartó: Cu. Lelőhely: mint a 94. ábrán 95. ábra. A Southern Explorerhátság (ellipszissel jelölve) elhelyezkedése az ÉK-Csendesóceánban, a Vancouver-szigettől Ny-ra (Fortin et al. 1998). A ábrán bemutatott mélytengeri hévforrás-üledék lelőhelye

10 86 Tektonikai töréseket kitöltő agyagásványok Tágulással járó tektonikai törésvonalakat gyakran agyagos kőzetanyag tölti ki (hasadékkitöltés, angolul: fault gouge). Ebben lehetnek a mellékkőzet felmorzsolt darabjai és a hasadékban mozgó forró vízből kivált, újonnan képződött (neoformációs) ásványok is, pl. illit és illit/szmektit kevert szerkezet. A helyben keletkezett illit vagy illit/szmektit politíp módosulata 1M (kb C), vagy 1Md (kb C) lehet, ennek radioaktív korából a tektonikai mozgás időpontjára lehet következtetni. A mellékkőzetből mechanikai aprózódással hozzákeveredhetett régebbi, nagyobb hőmérsékleten (280 C felett) keletkezett illit-2m módosulat, vagy régebbi, kisebb hőmérsékleten keletkezett illit/szmektit. (Hőmérséklet-adatok: Haines, van der Pluijm 2008.) A keveredés hatására látszólag idősebb átlag-kor jön ki. Ezért a régebbi módosulat (pl. illit-2m) arányát meg kell határozni. Fiatalodást okozhat az 1M vagy 1Md illit másodlagos mállása illit/szmektit kevert szerkezetté, hidegebb oldatok hatására. Pl.: Észak-anatóliai törésvonal (Törökország), Sidney-medence (Ausztrália), Mórágyi-rög. Mellékkőzet Hasadék Mellékkőzet 96. ábra. Elvi vázlat a hasadékkitöltő agyag képződési korának meghatározásáról (Haines, van der Pluijm 2008). A mellékkőzetben általában nagyobb méretű, illit-2m szemcsék vannak, amelyek mechanikai aprózódással belekerülnek a hasadékba. A hasadékban hidrotermális oldatokból illit-1md válik ki, amely általában kisebb szemcseméretű. A teljes hasadékkitöltő agyagra kapott radioaktív kor e két fázis arányától függő keverék-kor, ha szeparáljuk, a durvább frakciók idősebb, a finomabb frakciók fiatalabb kort adnak

11 ábra. Felső kép: Az Észak-anatóliai törésvonal helyszínrajza. Jelmagyarázat: a-d: az egyes mintavételi pontok. Alsó kép: Különböző szemcsefrakciók látszólagos K-Ar földtani korai millió években (Ma), az illit-1m/2m keveredés hatására (Uysal et al. 2006). A 100 % 2M illitre extrapolált érték a mellékkőzet 2M illitjének kora: 142,7 Ma. A 0% 2M illitre extrapolált érték a hasadékban keletkezett 1M illit kora: 57,4 Ma. Észak-anatóliai törésvonal, b lelőhely (Gerede). Megjegyzés: A törésvonal mellékkőzete itt felső-kréta homokkő. A 2M illitre kapott kor idősebb, mint felső-kréta ( Ma), tehát nem a homokkő leülepedésének korát, hanem a homokkőben levő törmelékes illit-2m szemcsék áthalmozás előtti korát mutatja. Az illit-1m kora, kb. 57 Ma a paleocén-eocén határnak felel meg, amikor a mai törésvonal kialakulását megelőzőleg a területen az első komolyabb elmozdulás bekövetkezett az arábiai és anatóliai kontinens-részek ütközésének hatására

12 ábra. Az Észak-anatóliai törésvonal c lelőhelyéről származó hasadékkitöltő agyagásvány röntgen-diffrakciós felvétele a politíp módosulat meghatározása céljából (Mutlu 2010). 1-2 μm frakció, orientálatlan preparátum. A reflexiók mind az illit 1M módosulatára jellemzőek, vagy az 1M és 2M módosulatnál azonosak. A jellel jelzett vonalak helyén lennének a csak a 2M módosulatra jellemző reflexiók, de ezek mind hiányoznak. Tehát ez a hasadékkitöltés csak helyben keletkezett illit-1m-et tartalmaz, amelynek Rb-Sr kora kb. 27,5 Ma. Ez egy a mai törésvonal kialakulását megelőző mozgási fázisnak felel meg 99. ábra. Hasadékkitöltő agyag TEM felvételei. Sidney-medence, Ausztrália (Zwingmann et al. 2004). Balra: az aleuritos mellékkőzetre jellemző, idősebb, törmelékes illit (vagy illit/szmektit). Mellékkőzet kora: Ma (felső-perm). Jobbra: A hasadékban keletkezett, tipikus léces kifejlődésű illit/szmektit (illit-hányad: kb. 70 %). A hasadékkitöltés kora: Ma (riftesedés az alsó-krétában). Jelmagyarázat: I/S: illit/szmektit, K: kaolinit

13 89 Autigén ásványképződés A kőzetek szabad pórusterében a kitöltő pórusvízből ásványok válhatnak ki, agyagásványok, földpátok, kvarc stb., illetve a meglévő ásványok újra feloldódhatnak. A pórusokban újonnan kivált ásványok szép sajátalakúak. A kevésbé ellenálló törmelékszemcsék anyaga is kicserélődhet. Autigén ásványok leggyakrabban homokkőben, laza mésziszapban és vulkáni piroklasztikumban. Optikai mikroszkóppal, pásztázó (scanning) elektronmikroszkóppal (SEM) vizsgálhatók. Az autigén ásványok eltömhetik a pórusokat, így megváltoztathatják a vízáramlási viszonyokat. Hatással vannak a CH-tárolókőzetek tulajdonságaira. SZEMCSEBEVONAT PÓRUS- KITÖLTÉS HASADÁSI NYOMOK PSZEUDOMORF HELYETTESÍTÉS REPEDÉSKITÖLTÉS 100. ábra. Autigén ásványképződés lehetséges esetei homokkövekben: szemcsebevonat, póruskitöltés, a szemcsék pszeudomorf átalakulása, mikrorepedések kitöltése (Wilson, Pittmann 1977)

14 ábra. Autigén kaolinit SEM képe. Geoda kitöltése, Keokuk, Iowa, U.S.A. (Keller 1988). Jellegzetesek az álhatszöges táblákból álló kötegek 102. ábra. Autigén illit SEM képe. Szemcsebevonat permi Rotliegend homokkőben, Északitenger (Wilson, Pittmann 1977). Jellegzetesek a vékony, görbült, szálas kristályok, amelyek a homokkő törmelékszemcséi felületéhez közel lemezszerű bevonatban olvadnak össze 103. ábra. Autigén klorit SEM képe. Póruskitöltés miocén Discorbis homokban, Louisiana, U.S.A. (Wilson, Pittmann 1977). Jellegzetes a kristályok rozetta-szerű elrendezése, a kristályok körvonalai ívelt, görbe vonalak, nem olyan határozott hatszögek, mint a kaolinitnél 104. ábra. Autigén szmektit SEM képe. Póruskitöltés homokkőben, jura Norphlet Formáció, Alabama, U.S.A. (Wilson, Pittmann 1977). Jellemző a görbült, szabálytalan, lemezszerű kristályok méhsejtszerű elrendeződése, de a klorit hasonló elrendeződésével ellentétben (103. ábra) itt nem lehet az egyes kristály-egyedeket megkülönböztetni

15 91 Függelék: Földön kívüli agyagásványok Hold A Holdon gyakorlatilag nincs víztartalmú ásvány, így agyagásvány sem. Néhány ritka kivétel: Hold-talajban nagyon kevés, μm-es, dioktaéderes agyagásvány- (kaolinit?) szemcse és nagyobb talajszemcsék felületén trioktaéderes agyagásványok (Drever et al. 1970). Meteoritok Víztartalmú rétegszilikát a meteoritokban is nagyon ritka. Igen kis mennyiségben szenes kondritokban fordul elő mint a meteorit végleges kialakulása előtti kismértékű vizes elváltozás terméke. Pl.: Allende meteoritban: csillám, montmorillonit a Ca-Al-dús zárványok szemcséinek felületén és szerpentin-szerű ásvány olivin szemcse felületén (Tomeoka, Buseck 1982a,b). Orgueil meteoritban: duzzadó klorit (Orcel et al. 1972). Mars Amerikai és európai űrszondákon (Mars Reconnaissance Orbiter és Mars Express) a visszavert látható és közeli infravörös fény (VIS-IR) színképelemzésével sikerült kimutatni, hogy a Marson gyakoriak az agyagásványok. Fő spektroszkópiai elnyelési vonalak hullámhossza és a megfelelő szerkezeti kötések: ~2,19-2,21 μm: Al OH ~2,28-2,31 μm: Fe/Mg OH ~1,9 μm: H2O. Előfordulás: Ősi bazaltos kéreg hidrotermális(?) elváltozási termékei, valószínűleg becsapódásos (impakt) breccsa kötőanyaga: leggyakrabban Fe/Mg-szmektitek: nontronit, szaponit, (corrensit, klorit), megfigyelhető a kráterperemeken, meredek sziklás feltárásokban. Ennek változatlan összetételben, főleg víz által való áthalmozása törmelékkúpok, folyóvízi üledékek, terraszok, tavi üledékek formájában kráterek és medencék belsejében található. Szél általi áthalmozás is lehet. Ritkán a legfelső üledékes rétegekben Al-agyagásványok: montmorillonit és kaolinit, talajképződésre(?) utalnak (Noe Dobrea et al. 2009). Agyagásvány-képződés kora: Noachian Period (Noé időszak), 3,7 milliárd évnél idősebb, csak ekkor volt elegendő víz (de még ekkor is viszonylag kevés vízre utal, hogy szmektitek képződtek). A nagyon idős, több milliárd éves agyagásványok azóta megmaradtak.

16 92 hullámhossz (μm) 105. ábra. Agyagásványok előfordulása a Holden kráterben, a Mars D-i féltekéjén (Milliken, Bish 2010). Amerikai Mars-szonda felvételei. (a) Perspektivikus kép a kráterről. Kimutatható ásványok: olivin, piroxén, Fe/Mg-agyagásványok. (b) Kinagyított kép a kráter pereméről. Ásványok: olivin, Fe/Mg-agyagásványok. Innen indul a folyóvízi áthalmozás. (c) Kinagyított kép a kráter belsejéről, folyóvízi és tavi üledékek. Legalul van a legtöbb agyagásvány. (d) VIS-IR spektroszkópiai felvételek a kráter pereméről (Unit A) és a belsejből (Unit B). Összehasonlításul Fe/Mg-agyagásványok felvételei. Látható, a H2O és a kation OH kötésnek megfelelő elnyelési sáv. Legjobban egyezik a nontronit és szaponit, kevés klorit is lehet, de a montmorillonit nem egyezik

17 93 Irodalom a 3. részhez Butuzova, G. Ju. 1984: Mineralogija i nekotorüe aszpektü genezisza metallonosznüh oszadkov Krasznogo morja. Szoobscsenie I. Mineralnüj szosztav rudnogo vescsesztva. Szoobscsenie II. Osznovnüe processzü mineralo- i rudoobrazovanija vo vpadine Atlantisz-II. Litol. i polezn. iszkop. 2, & 4, Daridáné Tichy M., Horváth I., Farkas L., Földvári M. 1984: Az andezitmagmatizmushoz kapcsolódó kőzetelváltozások a Velence-hegység keleti részén. MÁFI Évi Jel. 1982, Drever, J. I., Fitzgerald, R. W., Liang, S. S., Arrhenius, G. 1970: Phyllosilicates in Apollo 11 samples. In Levinson, A. A. (ed.): Proc. Apollo 11 Lunar Science Conf. 1, Mineralogy and Petrology. Geoch. Cosmoch. Acta 34, Suppl. 1, Fortin, D., Grant Ferris, F., Scott, S. D. 1998: Formation of Fe-silicates and Fe-oxides on bacterial surfaces in samples collected near hydrothermal vents on the Southern Explorer Ridge in the northeast Pacific Ocean. Am. Min. 83, Haines, S. H., van der Pluijm, B. A. 2008: Clay quantification and Ar Ar dating of synthetic and natural gouge: Application to the Miocene Sierra Mazatán detachment fault, Sonora, Mexico. J. Struct. Geol. 30, Keller, W. D. 1988: Authigenic kaolinite and dickite associated with metal sulfides; probable indicators of a regional thermal event. Clays Clay Min. 36, 2, Milliken, R. E., Bish, D. L. 2010: Sources and sinks of clay minerals on Mars Philosophical Magazine, 90, 17, Maros Gy., Koroknai B., Palotás K., Musitz B., Füri J., Borsody J., Kovács-Pálfy P., Kónya P., Viczián I., Balogh Kad., Pécskay Z. 2010: Törészónák a Mórágyi Gránitban: új szerkezeti és K Ar-adatok. MÁFI Évi Jel. 2009, Molnár F. 1997: Epitermás aranyércesedések kialakulásának modellezése ásványtanigenetikai vizsgálatok alapján: példák a Tokaji-hegységből. Földt. Kut. 34, 1, Mutlu, H., Uysal, T., Altunel, E., Karabacak, V., Feng, Y., Zhao, J., Atalay, O. 2010: Rb Sr systematics of fault gouges from the North Anatolian Fault Zone (Turkey). J. Struct. Geol. 32, Nemecz, E. 1984: Pyrophyllite 1Tc occurrence at Pázmánd (Hungary) in fluorine-activated environment. Acta Geol. Hung. 27, 1-2, Noe Dobrea, E., Hurowitz, J., Ming, D., Bishop, J., McKeown, N. 2009: Pedogenesis on the red planet? Evidence for possible alteration horizons on Mars (abstract). 14th Intern. Clay Conf. Castellaneta Marina, 2009, Book of Abstracts 1, 318. Orcel, J., Caillère, S., Benkheiri, Y. 1972: Données nouvelles sur la nature minéralogique du constituant philliteux de la météorite d'orgueil. - C. R. Ac. Sci. Paris, Sér. D. 274, 1, Pécskay, Z., Molnár, F., Itaya, T., Zelenka, T. 2005: Geology and geochronology of illite from the clay deposit at Füzérradvány, Tokaj Mts., Hungary. Acta Min. Petr. Szeged 46, 1-7. Székyné Fux V. 1964: Propilitesedés és kálimetaszomatózis Tokaji-hegységi vizsgálatok tükrében. Földt. Közl. 94, 4, Székyné Fux V. 1970: Telkibánya ércesedése és kárpáti kapcsolatai. Akadémiai Kiadó, Budapest. 266 p. Tomeoka, K., Buseck, P. R. 1982a: Intergrown mica and montmorillonite in the Allende carbonaceous chondrite. - Nature 299, 5881, Tomeoka, K., Buseck, P. R. 1982b: An unusual layered mineral in chondrules and aggregates of the Allende carbonaceous chondrite. - Nature 299, 5881,

18 94 Uysal, T., Mutlu, H., Altunel, E., Karabacak, V., Golding, S. 2006: Clay mineralogical and isotopic (K Ar, δ 18 O, δd) constraints on the evolution of the North Anatolian Fault Zone, Turkey. Earth and Planetary Science Letters 243, Veblen, D. R., Guthrie, G. D., jr., Livi, K. J. T., Reynolds, R. C., jr. 1990: High-resolution transmission electron microscopy and electron diffraction of mixed-layer illite/smectite: experimental results. Clays Clay Min. 38, Wilson, M. D., Pittmann, E. D. 1977: Authigenic clays in sandstones: recognition and influence on reservoir properties and paleoenvironmental analysis. J. Sed. Petrology 47, 1, Zwingmann, H., Offler, R., Wilson, T., Cox, S. F. 2004: K-Ar dating of fault gouge in the northern Sydney Basin, NSW Australia implications for the breakup of Gondwana. - J. Struct. Geol. 26,