SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI ÉS INFORMATIKAI KAR ÁSVÁNYTANI, GEOKÉMIAI ÉS KŐZETTANI TANSZÉK Geográfus szak DIPLOMAMUNKA Újabb adatok a Görcsöny hátság metamorf fejlődéstörténetéhez KÉSZÍTETTE: Nagy Ágnes V. geográfus hallgató, geológia szakirány TÉMAVEZETŐ: Dr. M. Tóth Tivadar egyetemi docens 2008
T ARTALMI ÖSSZEFOGLALÓ A dél-dunántúli kristályos aljzat részét képező Görcsöny hátságot a Baksa-2 fúrás tárja fel legmélyebben. Dolgozatomban a fúrás alsó 400 méterének gneisz és csillámpala mintáit vizsgáltam, a jelenlegi foliációt megelőző, S1 palássághoz kapcsolható szöveti elemek szempontjából, azzal a céllal, hogy a kőzetoszlop korai fejlődés történetéről kaphatunk bővebb információkat. A kutatás során a megfigyelt szöveteken optikai és műszeres vizsgálatokat végeztünk. Az így meghatározott ásványegyütteseket DOMINO/THERIAK programmal modelleztem. Az ásványkémiai eredmények alapján geotermobarometriai számításokat végeztem. A geotermobarometriai eredmények egy olyan PT utat vázolnak, mely 720-760 C hőmérsékletről (földpát földpát teromométer, gránát zárványokból) és 8-9 kbar nyomásról (GASP barométer) indul, ahol a kőzet piroxén káliföldpát rutil tartalmú. Izotermális dekompreszió következik, 680 C és ~5 kbar nyomásig (Ti a biotitban termobarométer), ahol a kőzetben megjelenik a biotit kvarc titanit ásványegyüttes, mely a hirtelen kondícióváltozás miatt szimplektites szövetet alkot. Ezt a nagyfokú változást az alkáli földpát és apatit zárványok körüli radiális repedések támasztják alá. Majd a további hűlést és nyomás csökkenést fengit tartalmú ásványtársulás rögzítette (~620 C és 4,8 kbar). Ehhez kapcsolható a földpát rekrisztalizáció hőmérséklete: ~ 630 C. Az így kapott metamorf út jelentősen eltér a korábbi eredményektől, mely közepes nyomású és közepes hőmérsékletű csúcs paramétereket állapított meg. Mindezek alapján az a következtetés vonható le, hogy a kőzetoszlop általam vizsgált alsó része más korai metamorf történettel jellemezhető, a felső résszel a fengit kialakulási kondícióin kapcsolódhatott össze. Kulcsszavak: Görcsöny-hátság, geotermobarometria, gránát zárványok, földpát rekrisztalizáció 2
T ARTALOMJEGYZÉK T ARTALMI ÖSSZEFOGLALÓ... 2 TARTALOMJEGYZÉK... 3 1. BEVEZETÉS... 4 2. FÖLDTANI HÁTTÉR... 5 3. VIZSGÁLATI MÓDSZEREK... 11 3.1. Makroszkópos vizsgálat... 11 3.2. Mikroszkópos vizsgálat... 11 3.4. Pásztázó Elektronmikroszkópos vizsgálat... 12 3.5. Termometria, barometria... 12 3. 5. 1. DOMINO/THERIAK... 12 3. 5. 2. Kémiai egyensúlyon alapuló kalibrált geotermobarométerek... 12 3. 5. 3. Szöveti bélyegeken alapuló kalibrált geotermobarométerek... 14 4. E REDMÉNYEK... 15 4.1. Makroszkópos leírás... 15 4.2. Mikroszkópos leírás... 17 4.3. Ásványkémia... 32 4.3.1. Gránátok... 32 4.3.2. Földpátok... 32 4.3.3. Biotitok... 32 4.4. Termometria, barometria... 35 5. DISZKUSSZIÓ... 40 5.1. A makroszkópos, mikroszkópos leírás értékelése... 40 5.2. Baksa-2 fúrás alsó két tagozatának óriás gránátjainak zárványai... 40 5.2.1. Idiomorf földpát zárványok keletkezése... 41 5.2.2. Radiális repedések kialakulása a gránátok földpát zárványai körül... 42 5.3. Kvarc + biotit + káliföldpát ± titanit ± rutil összenövés... 44 5.4. Plagioklász rekrisztalizációs szövet értelmezése... 45 5.5. A Baksai Komplexum metamorf fejlődése az eredmények tükrében... 45 6. T OVÁBBI LEHETSÉGES KUTATÁSI IRÁNYOK... 48 K ÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS... 49 I RODALOMJEGYZÉK... 50 N YILATKOZAT... 54 3
1. BEVEZETÉS A Pannon-medence mai képe a miocénben alakult ki. Előtte az őt felépítő mikrokontinensek, más-más paleogeográfiai helyzetben voltak, így a fejlődéstörténetük is igen eltérő. A medencét két nagy egység, a Pelsoi és a Tiszai Nagyszerkezeti egység építi fel. A Görcsöny hátság a Tiszai Egység dél-dunántúli kristályos aljzatának részét képezi. Felszíni kibukkanása nincsen, kőzeteit a területen mélyült számos szénhidrogén kutató és vízföldtani fúrásból ismerjük. Fő tömegét alkotó gneisz és csillámpala közé helyenként mafikus eredetű metamorfitok, illetve kristályos mészkő rétegek ékelődnek be. A terület kristályos aljzatát általánosságban közepes fokú metamorfózis jellemzi, melyet helyenként más-más utóhatások értek. A területet legmélyebben (1200 m) feltáró 1979-ben mélyült fúrás a Baksa-2 számú. Ez egyben típusfeltárása a Baksai Komplexumnak, mely magába foglalja a Görcsöny hátságot. Ezt a mélységet egyedül ezek a minták képviselik, melyek egyedi lehetőséget nyújtanak a dél-dunántúli aljzat mélyebb részeinek leírására és részletes vizsgálatára. A fúrás korábbi vizsgálatai rendszerint annak egészére kiterjedtek, azt egységként kezelték. Dolgozatom az alsó 400 m gneisz mintáira terjed ki, melyeknek számos szöveti eleme tartogathat információt annak korai fejlődéstörténetéről. Az optikai és műszeres vizsgálatok eredményeinek feldolgozása megállapíthatja, hogy a kőzetoszlop valóban mindvégig együtt fejlődött-e vagy fejlődéstörténetük csak egy bizonyos ponton kapcsolódott össze. 4
2. FÖLDTANI HÁTTÉR A Görcsönyi hátság a Tiszai Nagyszerkezeti egység része, mely a variszkuszi Európáról, a jura során levált mikrolemez. Komplikált sodródás és forgások után foglalta el a jelenlegi helyét a miocén során. Ez a főleg paleozoos granitoidokból és polimetamorf kristályos kőzetekből felépülő tömeg adja a Dél-Dunántúl és az Alföld aljzatát, melyet szinte mindenhol vastag, helyenként több km fiatalabb üledékek fednek. A Tiszai egységet terrénumokra osztjuk, ezek olyan mikrolemez, melyeket jelentős vetők, lineamensek vagy szutúra vonalak határolnak. Többféle folyamat hozhatta létre, ami különbözik az őt körülvevő blokkoktól, elkülönítésük nem horizontális litofácies változásokon alapul. Sztratigráfiai, paleontológiai, szerkezeti és deformációs belső folytonosság jellemzi. A Tiszai egység három terrénumra és több kisebb takarófoszlányra osztható, melyeket nem sorolnak külön terrénumokba (SZEDERKÉNYI, 1996). A Baksai- Egység vagy alterrénum, a Babócsai-Egységgel együtt alkotják a Szlavóniai - Drávai- Terrénumot (1. ábra). 1. ábra: A Tiszai egység tágabb környezete és felosztása, a Baksai - egység elhelyezkedése (Kovács et al., 2000) 5
A Baksai Egység mai nevezéktanban (CSÁSZÁR, 2005) Baksai Komplexum néven szerepel, mely lényegében magában foglalja a Görcsöny hátságot és a Villányi hegységet. A Baksai Komplexum nyugati határát a Babócsai-Komlexum képezi, északról a Mecsekalja vonal határolja, keleti határa a Villány-Szalatnak mélytörés, déli határa ismeretlen. Ez alkotja a Villány-hegység kristályos aljzatát, átnyúlik Kelet-Szlavóniába (SZEDERKÉNYI, 1998). A kristályos aljzat nagy részét alkotó gneisz és csillámpala protolitja grauwackepelites üledékek, melyekben előfordulhatnak mafikus láva vagy tufa eredetű közbetelepülések. A Baksai- és a Tisza-alegység az egyetlen amelyek tartalmaznak több méter vastag karbonátos közbetelepüléseket (SZEDERKÉNYI, 1996). A terület földtani térképét a 2.ábra mutatja be. 2. ábra: A dél-dunántúli kristályos aljzat földtani térképe (Fülöp, 1994) és a Baksa-2 fúrás elhelyezkedése 6
A Dráva-terrénumról, különös tekintettel a Baksai Komplexumról szóló korábbi irodalmi adatokat az 1. táblázatban foglaltam össze. Ebből látszik hogy az idő folyamán több elmélet is született a terület metamorf fejlődéstörténetének magyarázatára. SZERZŐ, TERÜLET KOVÁCH et. al., 1985 Baksa-2 ÁRKAI et. al., 1985 Somogy-Dráva medence KIRÁLY, 1996 Görcsöny-hátság SZEDERKÉNYI, 1998 Baksa-alegység ÁRKAI et. al., 1999 Baksa-2 METAMORF FÁZISOK PARAMÉTEREI: 1. metamorfózis és D 1 deformáció: Barrow-típusú Sill indexásvány, 331 ± 13 Ma 1. Metamorfózis: 560+35 C 7,3 ± 1,1 kbar (21,4 ± 4,1 C/km) Barrow-típusú Kora-hercini, vagy kaledóniai 1. metamorfózis: Barrow, almandinamfibol fácies 5-7 kbar 552-592 C vagy 580-631 C vagy 595-648 C 1. metamorfózis: Nagy P, kis T Eklogit keletkezett (obdukciós esemény?) Prekabrium/koravariszkuszi Progresszív szakasz: 480±50 C 470±70 MPa Ky indexásvány Szakasz végén megjelenik a stau Első grt generáció magja 2. metamorfózis és D 2 deformáció: Magas T, közepes P 315 Ma 2. Metamorfózis: Alacsony P, magas T (> 36 C/km) Andaluzittal jellemzett Amfibolit-fácies Hercini Nincs nyoma a kis P közepes T metamorfózisnak (granitosodás nyomai), és a káliummetaszomatózisnak sem 2. metamorfózis: Barrow 6-9 kbar, 17-27 C/km 330 Ma Csúcsparaméterek: 660±20 C 750±50 MPa Stau + ky stabil Első grt generáció széle 3. retrográd fázis Alacsony T, lassú kiemelkedés 315-280Ma 3. Retrográd fázis Anci-epizóna Zöldpala fácies, klorit zóna 200-400 C 2. retfrográd fázis: Zöldpala fácies Aktinolit-klorit-epidot 3. metamorfózis: Andaluzittal jellemzett hőesemény, A komplexum északi peremvidédékére jellmező Izotermális dekompresszió: 650±40 C 440±MPa Sill Jelenlegi foliáció kial Új, kicsi grt generáció kapcsolat a Variszkuszi gránit magmatizmussal 1. táblázat: korábbi irodalmi adatok a Dráva Terrénum metamorf fejlődéstörténetéről sill=szillimanit, ky=kianit, stau=staurolit, grt=gránát A Mecsek és Dráva közti területen az 1960-as években mélyült vízföldtani és szénhidrogén kutató fúrások kimutatták, a területre jellemző, az Alföldi aljzat többi részétől (ÉK-DNY) eltérő szerkezeti irányokat (NYÉNY-KDK) (SZEDERKÉNYI, 1976). A fúrómagok alapján SZEDERKÉNYI (1976) öt csoportba sorolta a leírt kőzettípusokat. Metamorf fokuk alapján Barrow típusú metamorfózist állapított meg, a metamorf fok délről észak felé nő, a klorittól a szillimanit zónáig. 7
KOVÁCH et al (1985) a Baksa-2 fúrás alapján, egy policiklikus metamorfózist vázol, melyhez teljes kőzeten és biotiton mért Rb-Sr korokat kapcsol. Az első metamorf fázis, a szillimanittal jellemzett Barrow-típusú átalakulás, melyben a staurolit-kianit-szillimanit dominál. Kora 331±13Ma, ami az első deformáció kora is egyben. Ezt feltételesen a Mórágyi Granitoidokkal köti össze. A progresszív fázist retrográd szakasz követi, melyet dekompresszió és szöveti fellazulás jellemez. Az előzőt felülbélyegző második metamorf szakaszt, melyhez a második deformáció kötődik, magas T és közepes P jellemezte. Kora 315±4 Ma, amit okozhattak a hercini korú mikrogránit, aplit benyomulások, vagy a gyódi ultramafitok. Ez után egy hosszan elnyúló retrográd szakasz következett (315-280Ma), melyet helyenként jelentkező polimetallikus szulfidos mineralizáció szakított meg (240Ma). A szomszédos Dráva-medencében hasonló fejlődéstörténetet írt le ÁRKAI et al. (1985). Az első progresszív metamorfózis egy alacsony-közepes grádiensű (14-27 C/km), azaz amfibolit-fáciesű vagy Barrow-típusú fázis, melyet kezdetben, szórványosan migmatizáció kísért. A második, fiatalabb metamorfózist magasabb grádiens (>29 C/km), andaluzit indexásvány és alacsony P jellemezte. Ez után retrográd szakasz következett, mely zöldpala fáciesű felülbélyegzést eredményezett. KIRÁLY (1996) délkelet-dunántúli polimetamorf aljzatból származó amfibol tartalmú mintákon végzett vizsgálatai, a területre négy metamorf fázist írt le. Ezek közül a Görcsöny-hátságra csak kettőt tudott kimutatni. Az első fázis egy prehercini Barrow típusú, almandin amfibolit fáciesű metamorfózis, mely a Görcsöny-hátságban 5-7 kbar nyomással és módszertől függően 552-592 C vagy 550-631 C vagy 595-648 C hőmérséklettel jellemezhető. A második egy közepes T és kis P jellegű átalakulás, a harmadik egy káli-metaszomatózis, melyeknek a Görcsöny-hátságban nincs nyoma. A negyedik itt is megtalálható metamorfózis egy csökkenő hőmérséklettel jellemzett zöldpala fáciesű, retrográd fázis. SZEDERKÉNYI (1998) a háromütemű pre-alpi polimetamorfózis első szakaszának a feltehetően obdukciós eseményhez köthető eklogit keletkezését tartja, melyet prevariszkuszi vagy legkorábbi variszkuszi eseményként datál. A második fázis az egész komplexumra kiterjedő Barrow típusú metamorfózis. A harmadik szakasz, az északi peremvidékre jellemző hőesemény, melyben az andaluzit dominál. A Baksa-2 fúrásból származó gneisz és amfibolit minták alapján ÁRKAI et al. (1999) egy óra járásával megegyező P-T utat vázolt fel. Főleg a gránátok megjelenése alapján kétféle gneisz típust különít el. Az elsőben (gneisz I) a gránát porfiroblasztok 8
nagyok, a mag és a szél összetétele különböző, a másodikban apró és homogén gránátok találhatóak. Relikt ásványokként nevezi meg a kianitot és a staurolitot, a biotit és a szillinatit pedig a foliációt határozza meg. A mikroszerkezetek és az ásványparagenetikai vizsgálatok alapján relatív idősort, az ásványkémiai eredményekből pedig hőmérséklet és nyomás értékeket határoztak meg. E szerint a progresszív szakaszt közepes P és T jellemezte, kianit indexásvánnyal, a szakasz végén jelent meg a staurolit. A metamorfózis csúcsparamétereikor mind a kianit mind a staurolit stabil volt. Majd izotermális dekompresszió következett be, melyben a szillimanit volt stabil és ekkor keletkeztek a második generációs kis gránátok is (gneisz II). Az amfibolit mintákon csak a későbbi fázist sikerült kimutatniuk, az eredmények a kis gránát tárasággal vannak összhangban. Az azonos hőmérséklet mellett csökkenő nyomás szakaszát a közvetlen szomszédban lezajlott gránit magmatizmussal hozza kapcsolatba. Fontos különbség a korábbi elméletekkel szemben, hogy egy folyamatos metamorf fejlődést ír le, amit nem szakítanak meg retrográd folyamtok. Egy, a Dunántúl metamorf aljzatának korát vizsgáló tanulmány (LELKES-FELVÁRI & FRANK, 2006) a Baksa-2 fúrás mintáira is kiterjedt. A 0,1-0,2 mm-nél nagyobb muszkovit és biotit szemcséken végzett K/Ar illetve 40 Ar/ 39 Ar mérések eredménye: 307,8 ± 4,2 311,9 ± 3,9 Ma. A meglepően szűk intervallum a vizsgált szemcsék kiválasztásának és vizsgálat közbeni kopásnak köszönhető. Így a jobban vagy kevésbé megőrződött mag összetételen történt az elemzés, amit a későbbi variszkuszi hűlés kevésbé befolyásolhatott. A komplexumot utólagos hatások is érték. Felismerhető egy aplit benyomulásokhoz kapcsolódó kontakt metaszomatózis, mely főleg a karbonátos részeken okozott átalakulást. TARNAI (1998) jelentős ércindikációt ír le, melyet laterálszekréciós és hidrotermás fázisra különít el. Ez utóbbit magmás eseményhez köti, ami lehetett a Gyűrűfűi Riolit vagy más még fel nem tárt vulkanizmus is. Az egység felső 800 méterének kvarc-karbonát repedéskitöltéseit vizsgáló tanulmány (FINTOR et al., 2008) hiperszalin fluidumok áramlását mutatta ki, melyek perm-triász evaporitos összletekből eredhetnek. 9
A Baksa-2 fúrás a Baksai Komplexum metamorf képződményeit hivatott feltárni, melyet 1979-ben létesítettek és 1200m mélységben, magas magkihozatali százalékkal tárja fel a kristályos aljzatot. Viszonylag kevés fedő üledék (57,1m) után, az alaphegységet az őt felépítő uralkodó kőzettípusok alapján a következő tagozatokra osztotta SZEDERKÉNYI (1979): 1. Felső Márványos Tagozat (57,1-223,7m): Felső határa eróziós felszín ezért a tagozat nem teljes. Az így is jelentős vastagságú egységet nagyfokú kőzettani változatosság jellemzi. A felső részén uralkodó kőzettípus a márvány és a dolomitmárvány, csillámpala és gneisz betelepülésekkel, míg az alsó részen ez utóbbiak kerülnek túlsúlyba, jelentős márványpadokkal kísérve. A gneiszek és csillámpalák uralkodó ásvány együttese plagioklász + kvarc + biotit + muszkovit ± gránát, jelentős a biotit utáni kloritosodás, indexásványok: kianit, szillimanit, staurolit. A tagozat egész vastagságában találhatók aplit benyomulások, melyek elsősorban a karbonátos mellékkőzetben okoztak néhány 10 cm-es átalakulásokat. Helyenként az aplitoktól akár több méter távolságban is észlelhetők epidot fészkek. Továbbá hidrotermális hatásra képződött ércindikációk jelenléte jellemző a tagozatra (TARNAI, 1998). 2. Kloritos Kétcsillámú Gneisz Tagozat (223,7-821,8m): A kőzetoszlop legvastagabb tagozata gneisz és csillámpala váltakozásából épül fel, melyre a korában leírt ásványos összetétel igaz. A két kőzettípus közül a gneisz van túlsúlyban, ezen kívül néhány amfibolitpad is megfigyelhető. Az aplit erek ritkák, főleg a 600-700 méteres mélységben jelentkeznek, kontakt hatásuk csekély. Vetőzónák 500 méter mélységben jellemzők, ahol egy fiatal biotit-andezit telér található. 3. Alsó Márványos Tagozat (821,8-866,6m): A tagozatot 70%-ban amfibolit alkotja, azonban a márvány karakterisztikus jelenléte miatt, az lett a névadó, melyek a Felső Márványos Tagozatban lévőkkel ellentétben kizárólag dolomitból állnak. További jellegzetessége a tagozatnak hogy az előbbieknél és az utána következőknél jóval több aplitbenyomulást tartalmaz, mely a már korábban leírt csekély kontakt hatást eredményezték. 4. Óriásgránátos Kétcsillámú Gneisz Tagozat (866,6-922,2m): A tagozat döntően gneiszből épül fel, csillámpala betelepüléssel. Jellegzetessége, hogy a gránátok mennyisége és mérete megnő, akár a 2 cm-es nagyságot is elérheti. 10
5. Óriásgránátos Kétcsillámú Pala Tagozat (922,2-1200m): A kőzetoszlop második legvastagabb tagozata, melynek mélységbeli kiterjedését nem ismerjük pontosan, 1200 méternél mélyebbről nincsenek információink. Kétharmad részben csillámpala, egyharmad részben gneisz építi fel. A gránátok mennyisége és nagysága itt is jelentős. Az egyveretű felépítést helyenként amfibolit betelepülések és tisztán biotitból álló szakaszok teszik változatosabbá. 3. VIZSGÁLATI MÓDSZEREK 3.1. Makroszkópos vizsgálat A makroszkópos vizsgálathoz szükséges mintákat az Szegedi Tudományegyetem Ásványtani- Geokémiai és Kőzettani Tanszékén rendelkezésre álló fúrómagokból választottuk ki, az alsó két tagozatból. Az összes rendelkezésre álló minta átnézése után, elmondható hogy ezek főleg gneiszből, csillámpalából, helyenként amfibolitból illetve átalakult mésszilikátos részekből állnak. A továbbiakban a gneisz és csillámpala mintákkal foglalkoztunk, melyekből kizártuk azokat, melyeken a kloritosodás és a szericitesedés erőteljesen mutatkozott. Az így kiválogatott 28 darab üdébb mintákon a fejlődéstörténet korai szakaszát vizsgáltuk. 3.2. Mikroszkópos vizsgálat A fúrómagokat először kis nagyítású mikroszkóppal vizsgáltuk (Binoc), mellyel a szabad szemmel is jól látható szerkezeti jellegeket rögzítettük. Mikroszkópos vizsgálat céljából 9 fúrómagból készültek foliációra merőleges vékony csiszolatok, melyekben megfigyelhetőek 0,5cm vagy annál nagyobb gránátok, illetve egyéb érdekes szöveti elemek. Ezen kívül megvizsgáltam M. Tóth Tivadar által rendelkezésemre bocsátott, korábban készült vékony csiszolatokat is. A csiszolatok optikai vizsgálata az SZTE Ásványtani- Geokémiai és Kőzettani Tanszékén, a Nikon Microphot FXA és Olympus BX49 típusú mikroszkóppal történt, a fotók az utóbbival készültek. 11
3.4. Pásztázó Elektronmikroszkópos vizsgálat A gránátokon és zárványain végzett pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálatok célja azok részletesebb megismerése: elemtérkép, vonalprofil, mikroszkóppal nem azonosítható fázisok meghatározása. Ezek a Szegedi Tudományegyetem Környezettudományi Intézetének elektronmikroszkóp laboratóriumában készültek, a Hitachi S4700 típusú pásztázó elektron mikroszkóppal. Az ásványkémiai mérések Röntec EDS spektrométerrel 20 kv-os feszültségen, 10 µa-es áramerősséggel készültek. 3.5. Termometria, barometria 3. 5. 1. DOMINO/THERIAK A mikroszkópi elemzés során megfigyelt ásványtársaságok modellezéséhez a DOMINO/THERIAK (DE CAPITANI, 1994) programcsomagot használtam. A Theriak adott kémiai összetétel alapján, tetszőleges P-T pont, esetén az egyensúlyi ásványparagenezist számítja ki. Az algebrailag lehetséges ásványparagenezisek közül az algoritmus a minimális Gibbs-energiájút tekinti stabilnak. A domino ugyancsak az egyensúlyi parageneziseket számítja a felhasználó által megadott P-T intervallumban, a grafikus eredményen a görbék a stabil ásványtársaságokat választják el egymástól. 3. 5. 2. Kémiai egyensúlyon alapuló kalibrált geotermobarométerek A geotermobarométerek egy adott ásványtársulásra a benne előforduló ásvány illetve ásványpárok elemtartalma vagy elemeloszlása alapján határoz meg nyomást és/vagy hőmérsékletet. Ti-in-bio (HENRY et al., 2005) A termométer a peraluminiumos metapelitekben előforduló közel izobár biotitok titán telítettségén alapul. A képletben szerepel a hőmérséklet (T [ C]), a titán tartalom (apfu 22 oxigénre) és a magnézium arány (X Mg =(Mg/(Mg+Fe)), amit a T-re oldunk meg. T = ([ln(ti) (-2.3594) (-1.7283)*(X Mg ) 3 ]/ 4.6482*10-9 ) 0.333 Az eredmény érvényes, ha: P = 4-6kbar, X Mg = 0.275-1.0, Ti = 0.04-0.6 apfu és T = 480-800 C. 12
Gránát Alumínium Szilikát Plagioklász - Kvarc (GHENT, 1976) A szerző az alábbi reakcióra 3CaAl 2 Si 2 O 8 = Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 + 2Al 2 SiO 5 + SiO 2 a következő egyenletet írta fel 0 = -(a/t) + b (c(p-1)/t) + log a grosszulár 3 log a anortit ahol a változók a következők: Kinait esetén a = 3272,0 b = 8,3969 c = 0,3448 Szillimanit esetén a = 2551,4 b = 7,1711 c = 0,2842 Andaluzit esetén a = 2817,2 b = 7,4351 c = 0,2678 A barométert két gránát modellel alkalmaztam (GANGULY & SAXENA, 1984; HACLER & WOOD, 1989). Földpát - földpát termométer: A termométert a SOLVCALC program (WEN & NEKVASIL, 1994) segítségével használtam, mely a különböző modellek alapján, adott nyomásra szolvuszokat és az együtt előforduló földpátok egyensúlyi hőmérsékletét adja meg. A modellek közül kettőt alkalmaztam (FUHRMAN & LINDSLEY, 1988, NEKVASIL & BURNHAM, 1987), melyek számolnak a földpátok Ca + tartalmával is. Fengit gránát termométer (GREEN & HELLMAN, 1982) A fengit gránát termométer a két ásvány közti Fe/Mg arány megoszlásán alapul. Pelites rendszerekben ~ 67 % magnézium tartalom mellett a következő képlettel számol: T [ K] = (5560+0.036P [kbar]) / (lnk D + 4,65) Fengit barométer (MASSONNE & SCHREYER, 1987) A fengitben található Si tartalom (11 oxigénre) alapján határozza meg a nyomást. Gránát biotit termométer (FERRY & SPEAR, 1978) A termométer a gránát és a biotit között végbemenő reakción alapul: almandin + flogopit = pirop + annit Az ásványok közötti Fe, Mg megoszlásból lehet következetni a kialakulási hőmérsékletre. 13
3. 5. 3. Szöveti bélyegeken alapuló kalibrált geotermobarométerek A kémiai egyensúlyon alapuló geotermobarométerek mellett szöveti bélyegek is alkalmasak lehetnek metamorf körülmények paramétereinek meghatározására. Földpát rekrisztalizáció (KRUHL, 2001) A szerző természetes minták alapján állított fel termométert a rekrisztalizáció során keletkezett plagioklász szemcsék átlagos átmérője alapján. A módszer 500 C felett működik, mert ez a plagioklász rekrisztalizáció minimum hőmérséklete. A geotermométernek két kikötése van, az egyik, hogy csak a plagioklász szemcséket szabad mérni. Másrészt a nagy nyírási zónákban a kezdeti nagyszámú rekrisztalizált szemcse miatt a kisebb szemcséket el kell kerülni. Radiális repedések zárványok körül, mint barométer A coesit α-kvarc átalakulás okozta radiális repedések kialakulását a PT körülmények megváltozása miatt bekövetkezett térfogatváltozással magyarázza VAN DER MOLEN & VAN ROERMUND (1986). Az általuk kidolgozott matematikai modell alapján a repedés bekövetkezéséhez a zárványbeli nyomásnak háromszorosára kell nőnie a mátrix nyomásához képest. A zárvány nyomása a térfogatváltozásának függvénye. WENDT (1993) olyan α-kvarc zárványok körül kialakult radiális repedések modellezését végezte, melyek nem eshettek át coesit α-kvarc átalakuláson. A korábban leírt matematikai eljárással magas bezáródási nyomást és nagyfokú izotermális dekompressziót feltételezve megkapta a repedéshez szükséges térfogatváltozás mennyiséget. 14
4. E REDMÉNYEK 4.1. Makroszkópos leírás A gneisz és csillámpala mintákat áthatja egy sík szerkezeti jelleg, melyet főleg a biotit, a szillimanit és helyenként a muszkovit rajzol ki. A közel párhuzamosan futó sötét és világos csillámkötegek között kvarc és földpát csíkok vannak (3/a ábra). A foliációt követő ásvány szemcsék helyenként a palásságba nem illeszkedő szerkezeteket mutatnak. Az ÁGK-766-os és ÁGK-755-ös mintákon a csillámok krenulációs klivázst rajzolnak ki (3/b ábra). A gneisz szerkezetbe gyakran több cm nagyságot is elérő rózsaszínű gránát szemcsék ékelődnek be. Egy magban több gránát is megfigyelhető, hol magányosan, máshol a foliáció vonalában sorban egymás mellett, helyenként csoportosan (4/a ábra). A szemcséket a foliációt meghatározó csillámok mindig megkerülik, becsomagolják. A gránátok többnyire xenomorfok, néha élek határolják, de akkor is lekerekítettek. A gránátok nem tiszták, számos zárványt tartalmaznak. A zárványok sokszor nem véletlenszerűen helyezkednek el a gránátban, hanem sorban egymást követve. Ezen zárványsorok irányítottsága rendszeresen eltér a csillámok által kijelölt palássági iránytól. Helyenként a gránát széle felé elkanyarodnak az addigi egyenes iránytól, orientációjuk közelít a palásságéhoz (4/b ábra). A gránátok mellett más ásvány is jelen van a mintákban nagyobb szemcsékkel. Az akár fél cm nagyságú kianit szemcsék szürkék, fényes felületűek, három irányban hasadozottak. Az ÁGK-766-os mintában több kianit szemcse is szöget zár be a palássági iránnyal (5/a ábra). Az ÁGK-774-es mintában a csillámkötegekkel párhuzamosan jelentkezik, rajta gyűrődés figyelhető meg (5/b ábra). 15
3. ábra: a) ÁGK-770 mintán a csillámok által definiált foliáció; b) ÁGK-766-os mintán megfigyelt krenulációs klivázs 4. ábra: a) foliáció által kikerült gránátok csoportja az ÁGK-732 mintában; b) gránát széle felé elkanyarodó zárványsorok az ÁGK-763-as mintában 5. ábra a) S 2 foliációval szöget bezáró kianit szemcse az ÁGK-763-as mintában b) Kinkes kianit az ÁGK-774-es mintában 16
4.2. Mikroszkópos leírás ÁGK-731-1 minta A csiszolatban a palássági irányt a biotit, a muszkovit és biotit utáni klorit kötegek jelölik ki. Ezek között kihengerelt földpát és kvarc szemcsék találhatók. A csillámok futása sokhelyütt megtörik, hullámos alakot vesz fel, kioltásuk unduláló. 6. ábra: a) Sorban elhelyezkedő gránátok, sötétebb maggal (0,8x nagyítás) b) gránát saját alakú földpát zárványai a jelölt részen, a bal sarokban egy turmalin zárvány 7. ábra: S 2 foliációba nem illeszkedő staurolit szemcse muszkovittal és kianittal (IIN és XN) A mintában számos gránát porfiroblaszt van, melyek kétízben egymás mellett sorakoznak, a foliáció rendszerint megkerüli a csoportot (6/a. ábra). A gránátok nagyrészt lekerekítettek, néhány él még megfigyelhető. Töredezettek és néhányuk jelentősen rezorbeált. A mintában lévő gránátok közepe sötétebb. Az optikailag észlelt zónásságot azonban az elektron mikroszkópos mérés nem erősítette meg. Sok zárványt tartalmaznak, 17
kvarcot, földpátot, ilmenit tűket, biotitot, turmalint (6/b. ábra). Ezek közül az ilmenit tűk irányítottan állnak, mely irány szöget zár be a palásággal. A mintában megfigyelt nagyobb staurolit szemcse (7. ábra) töredezett, a palássági irányban álló csillámok megkerülik. A közvetlen szomszédságában lévő muszkovit szemcse vele azonos irányban áll. 8. ábra: Az optikai mikroszkópos felvételen (bal felső kép, IIN) bejelölt zárványok elektron mikroszkópos képei, melyek a gránát saját alakú alkáli földpát zárványai; sarkaiknál radiális repedések találhatók A gránátban megfigyelt sok saját alakú, saját alakú földpát zárványt pásztázó elektron mikroszkóppal vizsgáltuk. A zárványokról készült felvételeken a sötétebb foltok albit gazdag, míg a világosabb részek ortoklász gazdag földpátot mutatnak. Esetenként más ásványt is tartalmazhatnak, például turmalint vagy apatitot. Az Ab-Or összetételű 18
zárványok sarkainál radiális repedések találhatók, melyek biotittal vannak kitöltve. Ilyen repedések a kvarc zárványoknál nem találhatók. ÁGK-763 minta A mintában uralkodó mennyiségben van a kvarc és a földpát, melyek a vékony csillámkötegek között helyezkednek el. A palásság rendre körbeveszi a gránát porfiroblasztokat. A csiszolatban megfigyelhető egy, a biotit által körvonalazott gyűrt szerkezet. Két párhuzamos csillámköteget köt össze S alakban (9/a ábra). Számos helyen találhatók az S 2 foliációba nem illeszkedő muszkovit szemcsék (9/b ábra). 9. ábra: a) mátrixban megfigyelt csillám gyűrődés (0,8x nagyítás) b) S 2 foliációba nem illeszkedő S 1 muszkovit szemcsék 10. ábra: a) gránátok zárványsorai szöget bezáróan állnak az S 2 foliációra (0,8x nagyítás) b) saját alakú földpát zárványok a kiemelt részen, kiemelt zárvány sarkánál radiális repedések vannak. A gránátok zárványsorai szinte merőlegesen állnak a foliáció irányára. Ezek főleg az ilmenit tűk, kvarc és földpát zárványok. A gránátban lévő biotitok c-tengely felöl látszanak és követik a zárványsorok irányát. A porfiroblasztok repedezettek és jelentősen rezorbeáltak. Utóbbi helyen a gránát helyén kis kerek kvarc szemcsék vannak, melyek 19
határainál gránát szegély figyelhető meg. Tartalmaznak jó néhány saját alakú földpát zárvány, melyek irányítatlanul, véletlenszerűen helyezkednek el. (10. ábra) A mátrixban elszórva számos kianit szemcse van, némelyiket muszkovit veszi körbe, a kianittal azonos szöveti helyzetben. Az egyik nagyobb szemcse kinkesen gyűrt. Néhány nagyobb kihengerelt földpát, illetve poliszintetikusan ikres plagioklász szemcsében kisebb kerek és alárendelten rövid féregszerű kvarc zárványok vannak. Ez a mirmekites szövet a mátrixban több helyen is előfordul. A kvarc szemcsék unduláló kioltásúak, esetenként szubszemcsékre tagolódnak. ÁGK-757-2 minta Ebben a mintában a foliáció kijelölésében a biotit mellett nagyobb szerepet kap a szillimanit. A csillámkötegek egymással párhuzamosan futnak, kihengerelt földpát és kvarc szemcséket fognak közre, kioltásuk gyakran unduláló. A csiszolatban egy gránát szemcse látható, ami hosszúkás, orsó alakú és közel merőlegesen áll a biotit és más csillámok által definiált foliációra, ami megkerüli (11/a ábra). Hosszában egy kvarc szemcsékből álló csík szeli ketté. A kvarc és ilmenit zárványok mellett, idiomorf földpát zárványokat is tartalmaz, melyek irányítottsága követi a gránát megnyúlt alakját (11/b ábra). A minta feltűnően gazdag kianit szemcsékben, melyek zöme apró, töredezett, elszórtan elhelyezkedő darabokból áll. Egyesek a jelenlegi S 2, míg mások a korábbi S 1 palássági irányban állnak (12/a ábra), sokuk ikres vagy kinkesen gyűrt. Szélükön szericit jelenik meg (12/b ábra), helyenként kisebb szericit halmazok önállóan is jelentkeznek. A kianit zárványként turmalint és rutilt tartalmazhat, a 11/c ábra egy rutil zárványt mutat be. Alárendelten, pár kisméretű staurolit szemcse is található a csillámkötegek közt. A mátrixban találhatók turmalin és lekerekített apatit szemcsék. 20