A metamorfózis lehatárolása

Átírás

1 A metamorfózis lehatárolása Lásd még: Pápay könyv pp Metamorfózis A szilárd kızet ásványos összetételi és szerkezeti idomulása a megváltozott fizikai (p, T, σ) és/vagy kémiai (c ) körülményekhez Hatásterület: a felszíni mállási zóna és a diagenetikus öv hatásterülete alatt: > 200 C; > 200 MPa Komplex átalakulás, figyelembe kell venni: a szövetszerkezet változását (deformáció) a stabil ásványegyüttesek (új egyensúlyi ásványfázisok) kialakulását a protolit kızet összetételét 1

2 A metamorfózis fıbb típusai Kontakt MM: korlátozott térfogatban a magmaintrúzió környezetében dominánsan termális hatás pélites kızetekben: szaruszirtek meszes kızetekben: szkarn Regionális (dinamotermális) MM : nagy területeken, tektonikai mozgások hatására (szubdukciós zónák, hegységképz.) foliált-győrt kızetszövet, különbözı léptékő redık takarós-győrt szerkezetek alacsony fokú MM - ultra MM Kataklasztos MM: tektonikai nyírási zónában kis mélységben: kataklazit: dominánsan töréses deformáció + cementálódás nagyobb mélységben: milonit: foliált, képlékenyen deformált nyírási zóna Szubmarin hidrotermális MM: forróvizes oldatok hatására: a bázikus óceáni kéreg átalakulása Mg-, Fe-gazdag, víztartalmú ásványok lépzıdése (szerpentin, klorit, talk, aktinolit, tremolit, prehnit, agyagásványok) Betemetıdési MM: nagy üledékes medencékben T 300 C-ig, csak litosztatikus (betemetıdési) nyomás Sokk MM: impakt hatás, vagy erıs vulkáni robbanás eredményeként UHP MM: magasnyomású polimorf változatok képzıdése (Q coesit, stishovit; grafit gyémánt) 2

3 Protolit típusok A protolit hatása a MM evolúció során egyre gyengül, de meghatározza a kızet kémiai jellegét Pélites kızet: Al-gazdag Ü. kızetekbıl, agyagtartalom agyagásványok, Al 2 SiO 5, gránát, csillám Q-fp-os kızet: granitiodokból, arkózás homokkıbıl széles pt-n stabil ásványok (Q, kfp, muszkovit) Meszes: karbonátos eredető, ill. Ca-szilikátos kızetekbıl MM: többnyire karbonátok MM: Ca-Mg-oxidok, szilikátok (brucit, flogopit, tremolit, klorit) MM: vízmentes Ca-Mg szilikátok (diopszid, forsterit, wollasztonit, grosszulár, plagioklász) Bázikus: SiO 2 -tartalmú, bázikus magmás eredet (bazalt, gabbro) Mg, (Fe, Ca)-tart. ásványok: biotit, klorit, Hb, bázikus Pl., epidot Magneziális: Magas Mg, alacsony Fe-tartalom, ultrabázikus eredet (peridotit, dunit, piroxenit) Mg-tart. ásványok: Szerpentin, brucit, talk, dolomit, tremolit Vasas: Magas Fe, alacsony Mg: vasas márgából, vasas üledékekbıl MM: Fe-aktinolit, Fe-cummingtonit, hematit, magnetit MM: ferroszillit, fayalit, Fe-hedenbergit, almandin Mangános: mangánüledékekbıl stilpnomelán, spessartin 3

4 Metamorf ásványegyüttesek stabilitása Fázistörvény: F = C P Mivel a MM során p és T egyaránt változik és szilárd-szilárd fázisátmenet van F = 2 C = P Ha P > C még nem alakult ki egyensúlyi ásványegyüttes, vagy már retrográd MM lépett fel (reakciószegélyek) Metamorf kızetek fı komponensei K 2 O Al 2 O 3 K/Al arány kfp-ban (Ca,Na) 2 O Al 2 O 3 Ca,Na / Al arány pl-ban (Si,Ti)O 2 gyakori helyettesítés a tetraéderes pozícióban (Ti Si kvarc) (Fe,Mn)O gyakori helyettesítés (Mn Fe) MgO kell, mert a Fe-Mg szilárd oldatok stabilitása egyaránt p és T-függı (néha elhagyható) (Al,Fe 3+ ) 2 O 3 gyakori helyettesítés (Fe 3+ Al) H 2 O mint fluid fázis, valamint víztartalmú ásványokban CO 2 mint fluid fázis, valamint karbonátok 4

5 CO 2, H 2 O mindig jelen van 5-6 komponens 5-6 fázis ACF diagramok: Al, Ca, Femikus, (+Q, Fp) A Pélites ± kvarc ± albit ± kfp Kvarcföldpátos C Meszes Bázikus UB F Az ACF diagram Fıleg a mafikus (bázikus, ultrabázikus) kızetek metamorf ásvanyegyütteseinek és azok változásának modellje egy egyszerősített 3- komponenső rendszerben. Csak a megjelenı / eltőnı ásványokra koncentrál -> metamorf fok jelzı ásványok 3 pszeudo-komponens: A = Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 - Na 2 O - K 2 O C = CaO P 2 O 5 F = FeO + MgO + MnO 5

6 Az AKF Diagram Pélites szedimentekhez (magas Al-, K-tartalom) A 3 pszeudo-komponens: A = Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 - Na 2 O - K 2 O - CaO K = K 2 O F = FeO + MgO + MnO Kisfokú MM A andaluzit, muszkovit Pélites, Q-fp-os kızetekben: epidot, klorit, andaluzit, muszkovit, Q, kfp, ab kalcit C epidot (zoizit) Meszes Pélites Kvarcföldpátos Bázikus aktinolit ± kvarc ± albit ± kfp UB klorit F talk Meszes kızetekben: epidot, kalcit, aktinolit, Q, kfp, ab Bázikus kızetekben: aktinolit, klorit, epidot (aktinolitpala) Ultrabázikus: aktinolit, klorit, talk (kloritpala, fillit) 6

7 Közepes fokú MM Grosszulár kalcit C plagioklász Meszes A szillimanit, muszkovit Pélites Kvarcföldpátos Bázikus Amfibol Kordierit UB ± kvarc ± kfp Biotit Antofillit Pélites: szil., pl, kord., muszk., Q, kfp (csillámpala) Q-fp kızetek: pl, kord., biotit, Q, kfp (csillámpala, gneisz) meszes: grosz., cc., Hb bázikus: pl, biotit, Hb, Q, kfp (amfibolit) ultrabázikus: biotit, antofillit, Hb (amfobolit) Fázisátmenetek Eltőnt fázisok Új fázisok andaluzit szillimanit epidot / zoizit plagioklász klorit grosszulár talk cordierit aktinolit biotit albit antofillit hornblende Al 2 SiO 5 => Al 2 SiO 5 Andaluzit Szillimanit 4Ca 2 Al 3 Si 3 O 12 (OH) + SiO 2 => 5CaAl 2 Si 2 O 8 + Ca 3 Al 2 Si 3 O H 2 O epidot / zoizit kvarc anortit (plag) grosszulár fluidum (Mg,Fe) 5 Al 2 Si 3 O 10 + KAl 3 Si 3 O SiO 2 => klorit muszkovit kvarc K(Fe,Mg) 3 AlSi 3 O 10 + (Mg,Fe) 2 Al 4 Si 5 O 18 +4H 2 O biotit kordierit fluidum 7Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 8 => 3Mg 7 Si 8 O SiO 2 + 4H 2 O talk antofillit kvarc fluidum 7(Mg,Fe) 5 Al 2 Si 3 O Ca 2 (Mg,Fe) 5 Si 8 O Ca 2 Al 3 Si 3 O 12 (OH)+14SiO 2 => klorit aktinolit epidot (zoizit) kvarc 25Ca 2 (Mg,Fe) 4 Al 2 Si 7 O H 2 O amfibol fluidum 7

8 Kisfok - középfok közötti átmenet két fı ásványreakciója 1. Albit oligoklász (növekvı Ca-tartalom a hımérséklet emelkedésével) 2. Aktinolit hornblende (az amfibol több Al-t és alkáliát fogad be magasabb hımérsékleten) Mindkét átmenet kb. azonos fokot jelent, de eltérı P/T görbe meredekséggel plagioklász Grosszulár Wollasztonit C Meszes Pélites Kvarcföldpátos Magas fok A Szillimanit, Diposzid Bázikus Kordierit UB ± kvarc ± kfp Almandin / pirop Hipersztén Pélites: pl, szil., kord., Q, kfp (szillimanit, kordierit gneisz) Q-fp kızet: pl, kord., gránát, Q, kfp (gránátos gneisz) meszes: woll., grossz., pl, diopszid bázikus: pl, diopszid, gránát; pl, hip., gránát ultrabázikus: hip., diopszid, gránát (eklogit) 8

9 Fázisátmenetek Eltőnı fázisok muszkovit kalcit amfibol antofillit biotit kordierit Új fázisok szillimanit wollasztonit diopszid hipersztén almandin / pirop KAl 3 Si 3 O 10 + SiO 2 => KAlSi 3 O 8 + Al 2 SiO 5 + H 2 O muszkovit kvarc Kfp szillimanit fluidum CaCO 3 + SiO 2 => CaSiO 3 + CO 2 kalcit kvarc wollasztonit fluidum Ca 2 Mg 4 Al 2 Si 7 O 22 => CaMgSi 2 O 6 + 3MgSiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 +H 2 O amfibol diopszid hipersztén plagioklász fluidum Mg 7 Si 8 O 22 => 7MgSiO 3 + SiO 2 + H 2 O antofillit hipersztén kvarc fluidum K(Fe,Mg) 3 AlSi 3 O SiO 2 => KAlSi 3 O 8 + 3(Mg,Fe)SiO 3 + H 2 O biotit kvarc kfp hipersztén fluidum (Mg,Fe) 2 Al 4 Si5O 18 + (Mg,Fe) 7 Si 8 O 22 =>2(Mg,Fe) 3 Al 2 Si 3 O (Mg,Fe)SiO 3 + 4SiO 2 + H 2 O kordierit antofillit almandin / pirop hipersztén kvarc fluidum Magas fokon a bázikus metamorfitok száraz ásványokban gazdagok amfibol opx, cpx, gránát Fluidum: az alacsonyabb olvadáspontú komponensekben részleges felolvadás migmatitosodás 9

10 A metamorf zónák elve: Barrow zónák Barrow térképezése 1893-ban Skóciában Kaledóniai hegységképzıdés: Dalred és Moine sorozatok max. 700 C és 700 MPa kb. 25 km Protolit: döntıen pélites kızetek + mészkı, diabáz, bazalt; kor: prekambrium - kora-kambrium Ásványgenerációk alapján a MM fok növekedésével 6 elkülöníthetı zóna (Barrow zónák): klorit; biotit; gránát; staurolit; kianit; szillimanit 10

11 A Barrow-féle metamorf zónák Pélites kızetek (Barrow zónák) Zóna Q mu Chl bi ab olig alm st ky sil Klorit Biotit Gránát sztaurolit kianit szillimanit Chl + mu + Q bi + cord + fluid mu + Q sil + kfp + fluid cord + ant alm + hyp + Q + fluid 11

12 Metamorf zónák: pro és kontra Világszerte sok lelıhelyen alkalmazott elv Terepi munkánál jól alkalmazható, könnyen térképezhetı zónahatárok Igazán a pélites kızetekre érvényes, bár több kızettípusra is alkalmazzák Különbözı kızettípusok esetén nehezen korreláltathat ltatható P/T körülmények Fluidum-, vagy feszülts ltségváltozásra nem érzékeny A metamorf fáciesek elve: Eskola fáciesek Bármely kızetben, vagy metamorf formációban, amelyben a metamorfózis során állandó nyomáson és hımérsékleten kémiai egyensúly alakult ki, az ásványi összetételt csak a kémiai összetétel határozza meg. A gyakorlat számára: A metamorf fácies egy ismétlıdıen megjelenı metamorf ásványegyüttes Ha terepen megállapítható egy specifikus ásványegyüttes, illetve egymást kiegészítı ásványegyüttesek csoportja, úgy a területre jellemzı metamorf fácies meghatározható 12

13 Metamorf Fácies Az elmélet számára: Mindegyik metamorf fácies egy-egy közelítıleg meghatározható P-T intervallumot jelöl Eskola (1920) 5 fáciest különített el: Zöldpala Amfibolit Szaruszirt Szanidinit Eklogit Mafikus kızetekben könnyen meghatározható ásványegyüttesek találhatók Metamorphic Facies Eskola (1939) kiegészítése: Granulit Epidot-amfibolit Glaukofánpala (jelenelg Kékpala)... Valamint a szaruszirt fáciest piroxén szaruszirt fáciesre cserélte. 13

14 További fáciesek (mások által) Coombs (betemetıdési metamorf sorozatok, Új-Zéland): Zeolit Prehnit-pumpellyit Fyfe et al. (1958): Albit-epidot szaruszirt Hornblende szaruszirt Metamorf Fáciesek Fig Temperature- pressure diagram showing the generally accepted limits of the various facies used in this text. Boundaries are approximate and gradational. The typical or average continental geotherm is from Brown and Mussett (1993). Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. kékpala eklogit zöldpala amfibolit granulit szaruszirtek 14

15 Mafikus kızetek ásványegyüttesei a különbözı fáciesekben Fácies Zeolit Prehnit-pumpellyit Zöldpala Amfibolit Granulit Kékpala Eklogit Kontakt fáciesek meghatározó ásványegyüttes mafitokban zeolitok, fıleg laumontit, wairakit, analcim prehnit, pumpellyit (+ klorit, albit) klorit, albit, epidot / zoisit, kvarc, aktinolit hornblende, plagioklász (oligoklász-andezin), gránát Opx (+ Cpx, plagioklász, gránát, hornblende) glaukofán, lawsonit / epidot (+ albit, klorit) pirop, omfacitos piroxén érdemében nem különbözik a magasabb nyomású fáciesek ásványegyütteseitıl Fig Typical mineral changes that take place in metabasic rocks during g progressive metamorphism in the medium P/T facies series. The approximate location of the pelitic c zones of Barrovian metamorphism are included for comparison. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 15

16 Metamorf Fácies: rövid példa Kémiailag azonos ásványpárok eltérı P-T viszonyok között: MgSiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 = CaMgSi 2 O 6 + Al 2 SiO 5 ensztatit anortit diopszid andaluzit 16

17 p-t becslés stabil ásványegyüttesek alapján figyelembe véve az egyes reakciók fázisdiagramjait igen kisfokú kisfok: kiegészítı módszerek is illit-klorit kristályossági fok (Kübler- index, Árkai-index) vitrinit reflexió szénülési fok, szervesanyag érettség paragenezisek (csak metavulkanitokban) Az igen kisfokú MM fáciesei (csak bázikus metavulkanitokban) Prehnit-pumpellyit fácies: prehnit és/vagy pumpellyit megjelenése, a zeoltiok, laumontit eltőnése. Paragenezis: kvarc, albit, klorit, prehnit és/vagy pumpellyit. Prehnit-aktinolit fácies: pumpellyit hiányzik. Paragenezis: prehnit, aktinolit, epidot, kísérıként klorit, albit, kvarc, titanit. Pumpellyit-aktinolit fácies: prehnit hiányzik. Paragenezis: pumpellyit, aktinolit, kvarc, kísérıként klorit, albit, epidot. 17

18 p-t-t útvonal betemetıdési szakasz: a hıátadás idıigénye miatt alacsony GtG, nyomás gyorsabban nı, mint a hımérséklet felmelegedési szakasz: max. betemetıdési mélység: p p max, fokozatosan eléri a GtG-nek megfelelı hımérsékletet felmelegedés miatt sőrőség csökken + erózió a felszínen: kiemelkedés, expanzióval járó hıfelszabadulás: Tmax elérése kihántolódási szakasz: p és T fokozatosan csökken Fig Schematic pressure-temperature temperature-time time paths based on heat-flow models. The Al SiO 2 5 phase diagram and two hypothetical dehydration curves are included. Facies boundaries, and facies series from Figs and Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 18