Granitoid kőzetek repedésrendszereinek fejlődéstörténete fluidzárvány-síkok vizsgálata alapján Molnár Ferenc és Benkó Zsolt ELTE TTK Ásványtani Tanszék
Fluidzárvány-síkok gránit kőzetalkotó kvarckristályában Fluidzárvány-síkok Orientált minta
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
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 =,97 1-12 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)
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)
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.
Ásványosodott repedésrendszerek fraktál analízise 1. Lépcsős függvény Kumulatív telérvastagság -ugrások a deformáció fölhalmozódásának helyén -feszültségtér heterogenitása Távolság log gyakoriság 1 1 1 y = 59,117x -,9124 R 2 =,9446 1 1 1 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
Ásványosodott repedésrendszerek fraktál analízise Gyakoriság 1 1 1 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)
A Velencei hegység szerkezetföldtana (Dudko, 1999)
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
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 25 2 15 1 5 Pegmatit 2 µm 2 µm Frequency Frequency 3 25 2 15 1 5 3 25 2 15 1 5 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 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 Total homogenization temperature C Pressure (bars) 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Pegmatit Two-feldspar equilibrium curves Isochores 4.5-9.5% Ab, 9.5-95.5% Or 94.9-99.9 Ab, -4% Or, -2.1% 1 2 3 4 5 6 7 Temperature ( C) 24-31% Ab, 69-76% Or 1 % Ab, % Or Crystallization p-t
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 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 2 µm Total homogenization temperature C
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 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 Homogenizációs hőmérséklet C Cu-porfír és epitermális típusú fluidumok
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 5 1 15 2 Cu-porphyry 25 3 35 Epithermal zones 4 45 5 55 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 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 Total homogenization temperature C 5 55
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
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
Gécsi-hegy hegy: : a fluidzárvány-síkok orientációja és a mikrotermometriai vizsgálatok eredményei Útbevágás Pegmatit Univerzális forgatóasztallal Sótartalom (NaCl súly%) 12 1 8 6 Variszkuszi 4 2 18 2 22 24 26 28 3 32 34 36 38 4 42 44 46 Th( C) Útbevágás Sóta rta lom ( Na Cl súly% ) 12 1 Variszkuszi Paleogén 8 6 4 2 Paleogén 22 24 26 28 3 32 34 36 38 4 42 44 46 Th ( o C) Pegmatit
Illit, K/Ar kor: 32,8 millió év Gécsi hegy, nagy kőfejtő
gránit andezit illit nontronit
Gécsi hegy, nagy kőfejtő: repedésrendszerek és vetők Andezitben Gránitban III.udvar Gránitban
Gécsi-hegy hegy,, nagy kőfejtő: mikroszkópos megfigyelések 35 NaCl súly% 3 25 2 15 1 5 Paleogén Variszkuszi Paleogén 2 22 24 26 28 3 32 34 36 38 4 42 44 46 Th( o C) Variszkuszi
Nadap,, háromszögelési alappont makroszkópos és mikroszkópos megfigyelések Parkoló Átalakulási zóna Kaolinit Sótartalom (NaCl súly%) 12 1 8 6 4 2 Variszkuszi 18 2 22 24 26 28 Háromszögelési p ont Th( C) Háromszögelési p ont átalakulási zóna Útbevágás
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) 3 2 1 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
Kumulatív gyakoriság (db) 1 1 1 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 1,1,1,1 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 -,5 1 1 1 Vastagság határér ték Cv 2 1,5 1,5 -,5 1 1 1 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
Töréses paleo-porozitásporozitás és -permeabilitás vizsgálatok eredményei 6. 5. 2. 4. 3. 1. 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
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
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
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