a metamorfózis lehatárolása - asko.uni-miskolc.huaskmf/hpage/oktat/mf204/06_mmbev.pdf1 a...
TRANSCRIPT
1
A metamorfózis lehatárolása
Lásd még: Pápaykönyv pp. 313-322.
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
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)
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, Al2SiO5, 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: ⇓SiO2-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
4
Metamorf ásványegyüttesekstabilitása
• Fázistörvény: F = C + 2 - 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
• K2O·Al2O3 ⇒ K/Al arány kfp-ban
• (Ca,Na)2O·Al2O3 ⇒ Ca,Na / Al arány pl-ban• (Si,Ti)O2 ⇒ 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,Fe3+)2O3 ⇒ gyakori helyettesítés (Fe3+ ⇒ Al)• H2O ⇒ mint fluid fázis, valamint víztartalmú
ásványokban
• CO2 ⇒ mint fluid fázis, valamint karbonátok
5
• CO2, H2O mindig jelen van ⇒ 5-6 komponens ⇒ 5-6 fázis
• ACF diagramok: Al, Ca, Femikus, (+Q, Fp)
C F
A
± kvarc
± albit
± kfp
Pélites
Kvarc-
földpátos
BázikusMeszes
UB
Az ACF diagram• Fıleg a mafikus (bázikus, ultrabázikus) kızetek
metamorf ásvanyegyütteseinek és azokváltozásának modellje egy egyszerősített 3-komponenső rendszerben.
• Csak a megjelenı / eltőnı ásványokra koncentrál ->metamorf fok jelzı ásványok
• 3 pszeudo-komponens: A = Al2O3 + Fe2O3 - Na2O - K2OC = CaO - 3.3 P2O5
F = FeO + MgO + MnO
6
Az AKF Diagram
• Pélites szedimentekhez (magas Al-, K-tartalom)
• A 3 pszeudo-komponens:A = Al2O3 + Fe2O3 - Na2O - K2O - CaOK = K2OF = FeO + MgO + MnO
Kisfokú MM
Pélites
Kvarc-
földpátos
BázikusMeszes
C F
A andaluzit,
muszkovit
epidot
(zoizit)
kalcit
aktinolit
klorit
± kvarc
± albit
± kfp
Pélites, Q-fp-os kızetekben:
epidot, klorit, andaluzit,
muszkovit, Q, kfp, ab
Meszes kızetekben:
epidot, kalcit, aktinolit, Q,
kfp, ab
Bázikus kızetekben:
aktinolit, klorit, epidot
(aktinolitpala)
Ultrabázikus: aktinolit,
klorit, talk (kloritpala, fillit)talk
UB
7
Közepes fokú MM• 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)
Pélites
Kvarc-
földpátos
BázikusMeszes
A szillimanit,
muszkovit
plagioklász
kalcit
Biotit
± kvarc
± kfp
AntofillitAmfibol
Kordierit
Grosszulár
C
UB
FázisátmenetekEltőnt fázisok Új fázisok
andaluzit szillimanitepidot / zoizit plagioklászklorit grosszulártalk cordieritaktinolit biotitalbit antofillit
hornblende
Al2SiO
5 => Al
2SiO
5
Andaluzit Szillimanit
4Ca2Al
3Si
3O
12(OH) + SiO
2 => 5CaAl
2Si
2O
8 + Ca
3Al
2Si
3O
12 + 4H
2O
epidot / zoizit kvarc anortit (plag) grosszulár fluidum
(Mg,Fe)5Al
2Si
3O
10(OH)
2 + KAl
3Si
3O
10(OH)
2 + 2SiO
2 =>
klorit muszkovit kvarc
K(Fe,Mg)3AlSi
3O
10(OH)
2 + (Mg,Fe)
2Al
4Si
5O
18 +4H
2O
biotit kordierit fluidum
7Mg3Si
4O
10(OH)
8 => 3Mg
7Si
8O
22(OH)
2 + 4SiO
2 + 4H
2O
talk antofillit kvarc fluidum
7(Mg,Fe)5Al
2Si
3O
10(OH)
2 +13Ca
2(Mg,Fe)
5Si
8O
22 (OH)
2 +12Ca
2Al
3Si
3O
12(OH)+14SiO
2 =>
klorit aktinolit epidot (zoizit) kvarc
25Ca2(Mg,Fe)
4Al
2Si
7O
22(OH)
2 + 22H
2O
amfibol fluidum
8
• 1. Albit → oligoklász (növekvı Ca-tartalom a hımérséklet emelkedésével)
2. Aktinolit → hornblende (az amfibol több Al-t és alkáliát fogad be magasabbhımérsékleten)
• Mindkét átmenet kb. azonos fokot jelent, de eltérı P/T görbe meredekséggel
Kisfok - középfok közötti átmenet két fıásványreakciója
Magas fok• Pélites: pl, szil., kord., Q,
kfp (szillimanit, kordieritgneisz)
• 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)
Pélites
Kvarc-
földpátos
BázikusMeszes
A Szillimanit,
plagioklász
Wollasztonit
Almandin / pirop
± kvarc
± kfp
Hipersztén
Kordierit
Grosszulár
C Diposzid
UB
9
FázisátmenetekEltőnı fázisok Új fázisokmuszkovit szillimanit
wollasztonitkalcit diopszidamfibol hiperszténantofillit almandin / piropbiotitkordierit
KAl3Si
3O
10(OH)
2 + SiO
2 => KAlSi
3O
8 + Al
2SiO
5 + H
2O
muszkovit kvarc Kfp szillimanit fluidum
CaCO3 + SiO
2 => CaSiO
3 + CO
2
kalcit kvarc wollasztonit fluidum
Ca2Mg
4Al
2Si
7O
22(OH)
2 => CaMgSi
2O
6 + 3MgSiO
3 + CaAl
2Si
2O
8 +H
2O
amfibol diopszid hipersztén plagioklász fluidum
Mg7Si
8O
22(OH)
2 => 7MgSiO
3 + SiO
2 + H
2O
antofillit hipersztén kvarc fluidum
K(Fe,Mg)3AlSi
3O
10(OH)
2 + 3SiO
2 => KAlSi
3O
8 + 3(Mg,Fe)SiO
3 + H
2O
biotit kvarc kfp hipersztén fluidum
(Mg,Fe)2Al
4Si5O
18 + (Mg,Fe)
7Si
8O
22(OH)
2 =>2(Mg,Fe)
3Al
2Si
3O
12 + 3(Mg,Fe)SiO
3 + 4SiO
2 + H
2O
kordierit antofillit almandin / pirop hipersztén kvarc fluidum
• Magas fokon a bázikus metamorfitok „száraz” ásványokban gazdagok– amfibol ⇒ opx, cpx, gránát
• Fluidum: az alacsonyabb olvadáspontúkomponensekben ⇒ részleges felolvadás ⇒ migmatitosodás
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
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
12
Metamorf zónák: pro és kontra
•• VilViláágszertegszerte soksoklellelııhelyenhelyenalkalmazottalkalmazott elvelv
•• TerepiTerepi munkmunkáánnáálljjóóll alkalmazhatalkalmazhatóó, , kköönnyennnyenttéérkrkéépezhetpezhetıızzóónahatnahatáárokrok
•• IgazIgazáánn a a ppéélitesliteskkıızetekrezetekre éérvrvéényesnyes, , bbáárr ttööbbbb kkıızettzettíípusrapusrais is alkalmazzalkalmazzáákk
•• KKüüllöönbnböözzııkkıızettzettíípusokpusok esetesetéénnnehezennehezenkorrelkorrelááltathatltathatóó P/T P/T kköörrüülmlméényeknyek
•• FluidumFluidum--, , vagyvagyfeszfeszüültsltséégvgvááltozltozáásrasranemnem éérzrzéékenykeny
• “Bármely kızetben, vagy metamorf formációban, amelyben a metamorfózis során állandó nyomásonés hımérsékleten kémiai egyensúly alakult ki, azásványi összetételt csak a kémiai összetételhatározza meg.”
• A gyakorlat számára:– A metamorf fácies egy ismétlıdıen megjelenımetamorf ásványegyüttes
– Ha terepen megállapítható egy specifikusásványegyüttes, illetve egymást kiegészítıásványegyüttesek csoportja, úgy a területre jellemzımetamorf fácies meghatározható
A metamorf fáciesek elve:Eskola fáciesek
13
• Az elmélet számára: Mindegyik metamorf fáciesegy-egy közelítıleg meghatározható P-T intervallumot jelöl
• Eskola (1920) 5 fáciest különített el:– Zöldpala– Amfibolit– Szaruszirt– Szanidinit– Eklogit
• Mafikus kızetekben könnyen meghatározhatóásványegyüttesek találhatók
Metamorf Fácies
• Eskola (1939) kiegészítése:– Granulit– Epidot-amfibolit– Glaukofánpala (jelenelg Kékpala)
... Valamint a szaruszirt fáciest piroxénszaruszirt fáciesre cserélte.
Metamorphic Facies
14
Coombs (betemetıdési metamorf sorozatok, Új-Zéland):– Zeolit– Prehnit-pumpellyit
Fyfe et al. (1958):– Albit-epidot szaruszirt– Hornblende szaruszirt
További fáciesek (mások által)
Metamorf Fáciesek
Fig. 25Fig. 25--2.2. TemperatureTemperature--
pressure diagram pressure diagram
showing the generally showing the generally
accepted limits of the accepted limits of the
various facies used in this various facies used in this
text. Boundaries are text. Boundaries are
approximate and approximate and
gradational. The gradational. The
““typicaltypical”” or average or average
continental geotherm is continental geotherm is
from Brown and from Brown and MussettMussett
(1993). (1993). Winter (2001) An Winter (2001) An
Introduction to Igneous Introduction to Igneous
and Metamorphic and Metamorphic
Petrology. Prentice Hall.Petrology. Prentice Hall.
kékpala
eklogit
granulit
amfibolitzöldpala
szaruszirtek
15
Mafikus kızetek ásványegyüttesei a különbözı fáciesekben
Fácies meghatározó ásványegyüttes mafitokban
Zeolit zeolitok, fıleg laumontit, wairakit, analcim
Prehnit-pumpellyit prehnit, pumpellyit (+ klorit, albit)
Zöldpala klorit, albit, epidot / zoisit, kvarc, aktinolit
Amfibolit hornblende, plagioklász (oligoklász-andezin),
gránát
Granulit Opx (+ Cpx, plagioklász, gránát, hornblende)
Kékpala glaukofán, lawsonit / epidot (+ albit, klorit)
Eklogit pirop, omfacitos piroxén
Kontakt fáciesek érdemében nem különbözik a magasabb
nyomású fáciesek ásványegyütteseitıl
Fig. 25Fig. 25--9.9. Typical mineral changes that take place in metabasic rocks durinTypical mineral changes that take place in metabasic rocks during progressive metamorphism in the g progressive metamorphism in the
medium P/T facies series. The approximate location of the pelitimedium P/T facies series. The approximate location of the pelitic zones of Barrovian metamorphism are included c zones of Barrovian metamorphism are included
for comparison. for comparison. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic PetroloWinter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.gy. Prentice Hall.
16
•• KKéémiailagmiailag azonosazonos áásvsváánypnypáárokrok elteltéérrıı PP--T T viszonyokviszonyok kköözzöötttt::
MgSiOMgSiO33 + CaAl+ CaAl22SiSi22OO88 = CaMgSi= CaMgSi22OO66 + Al+ Al22SiOSiO55
ensztatitensztatit anortitanortit diopsziddiopszid andaluzitandaluzit
Metamorf Fácies: rövid példa
17
p-T becslés
• stabil ásványegyüttesek alapján figyelembe véve az egyes reakciók fázisdiagramjait
• igen kisfokú – kisfok: kiegészítımódszerek 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.
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 ≈ pmax, fokozatosan eléri a GtG-nek megfelelı hımérsékletet
• felmelegedés miatt sőrőség csökken + erózió a felszínen: kiemelkedés, expanzióval járóhıfelszabadulás: Tmax elérése
• kihántolódási szakasz: p és T fokozatosan csökken
Fig. 25Fig. 25--12.12. Schematic pressureSchematic pressure--temperaturetemperature--time paths based on heattime paths based on heat--flow models. The Alflow models. The Al22SiOSiO
55 phase diagram and phase diagram and
two hypothetical dehydration curves are included. Facies boundartwo hypothetical dehydration curves are included. Facies boundaries, and facies series from Figs. 25ies, and facies series from Figs. 25--2 and 252 and 25--3. 3.
Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic PetroloWinter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.gy. Prentice Hall.