metamorfne stene - uvod - pdfmachine from broadgun ...rgf.bg.ac.rs/predmet/ro/ii semestar/lezista...
TRANSCRIPT
METAMORFNE STENE
Prof. Nada Vaskoviã
Rudarsko-geolo�ki fakultet � Univerzitet u Beogradu
id64347062 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com
� Grèki: metá=promena
� morphé=oblik
Podrazumeva fizièkohemijske procese pri kojima je izvr�eno
preobra�avanje prvobitnog sastava ili/i sklopa stene
� Glavni faktori koju utièu na promene u primarnim stenama su:
a) TEMPERATURA
b) PRITISAK
c) PRISUTNOST FLUIDA
d) VREME PROVEDENO U NOVONASTALIM USLOVIMA
DEFINICIJA METAMORFIZMA
Skup procesa koji dovode do strukturnih, mineralnihili hemijskih promena u primarnoj steni (protolitu), a odvijaju se u èvrstom stanju
Metamorfizam
Metamorfizam je subsolidusni proces koji dovodi do
promene mineralnog sastava i/ili promene strukture stene
(npr. velièina zrna) i/ili promene hemijskog sastava stene.
Nastale promene predstavljaju odgovor sistema na fizièke
i/ili hemijske uslove koji se razlikuju od onih u kojima je
sistem formiran
IUGS - definicija metamorfizma
Subsolidus - poluèvrsto
Protolit (prekursor) - ishodna � pimarna stena èijom
metamorfozom nastaje metamorfna stena
Protolit mo�e biti:
magmatska stena sedimentna stenastarija metamorfna
stena
orto porekla para- porekla Para/orto porekla
Ako je stena samo delimièno preobra�ena onda
se nazivu prvobitne stena dodaje samo prefiks
meta: na primer:
Metape�èar
Metagabro
OSNOVNI PRINCIPI METAMORFIZMA
Izofazni metamorfizam - ako se u steni vr�e samo
promene sklopa
Alofazni metamorfizam - ako se menja i mineralni
sastav i sklop stene
Metamorfni procesi pri kojima se menja samo struktura ili/i
mineralni sastav (rekristalizacija ili premineralisavanje), a
ne menja hemizam stene nazivaju se � izohemijski
metamorfni procesi
Ako se pri metamorfizmu menja i hemijski sastav�VWHQH�
usled privoðenja ili odovðenja nekih komponenti iz sistema
onda se takvi procesi nazivaju � alohemijski metamorfni
procesi
Mineralni sastav metamorfnih stena
Kvarc
Talk
GrafitMinerali Epidotske grupe
DolomitKordijerit
KalcitStaurolit
MagnetitAl-silikati:Disten, Silimanit, Andaluzit
HematitGranati
LavsonitMinerali serpentinske grupe
Zeoliti Olivini
KorundLiskuni: Muskovit, Biotit, Hlorit, Sericit
PrenitPirokseni:
Monoklinièni: Diopsid-Hedenbergit, Omfacit
Rombièni: Enstatit, Hipersten
VolastonitAmfiboli: Aktinolit, Tremolit, Hornblenda, Glaukofan
VezuvijanFeldspati: Mikroklin, Ortoklas, Plagioklasi
ALUMOSILIKATI:
DISTEN
SILIMANIT
ANDALUZIT
� DISTEN - triklinièan
� Svijetloplav, plavozelena do plavosiv
� Sjaj: staklast do sedefast
� tipièan za: srednji stupanj
regionalnog metamorfizma glinovitih
sedimenata
ANDALUZIT - rombièan
� siv, zelen, ru�ièast; sjaj
staklast,
� tipièan za: srednji stupanj
regionalnog i kontaknog
metamorfizma glinovitih
sedimenata
� dolazi sa distenom,
staurolitom, granatom i dr.
� SILIMANIT - rombièan
� sivobela do �uta
� Srednji do
visokotemperaturni regionalni
metamorfizam glinovitih
sedimenata
� dugoprizmatièni kristali ili
vlaknasti agregati
Disten
Silimanit
Andaluzit
� dobro oblikovani kristali, zrnasti
i masivni agregati
� dva niza: piralspiti i ugranditi
� sjaj staklast do dijamantan
� boja crvena (pirop, almandin ),
�uta (spessartin, andradit), bela
(grossular), zelena (uvarovit)
� dominantno metamorfni
minerali, a pojavljivanje zavisi
od P-T
GRANATI - teseralni
GRANATI - teseralni
GRANATI - teseralni
uvarovit andradit
almandin almandin grosular
� Boja crveno - crnosmeða� kristali su stubasti, prizmatièni, èesti blizanci� sjaj staklast do mastan;� tipièan produkt regionalnog metamorfizma
STAUROLIT - monoklinièan
SKLOP METAMORFNIH STENA
Folijacija - bilo koji oblik planarne graðe u metamorfnoj steni
-definisana je paralelnim razmje�tajem liskuna
�kriljava tekstura - paralelni raspored minerala (listastih i
izdu�enih) u ravni koja je upravna na smer pritiska (stres)
�Lako se deli u ploèe ili listove zbog paralelne graðe
�deljivost u ploèe mo�e biti i posledica prisustva finih
tankih pukotina u steni � takvu deljivost nazivamo kliva�
Teksture metamorfnih stena
�KRILJAVA TEKSTURA
Ubrana tekstura � varijetet �kriljave teksture, kada su
nabori sitni za teksturu ka�emo da je plisirana
Trakasta tekstura �
mineralni sastojci su
grupisani u zone (trake)
koje se neizmenièno
smenjuju.
Okcasta tekstura � grupisanje
minerala (kvarc, feldspat) u gnezda
soèivastog ili ovalnog oblika.
Okce mo�e biti izgraðeno i samo od
jednog krupnog zrna
Okcasta tekstura
Bobièava tekstura � to je sitnookcasta tekstura kod koje bobice
predstavljaju ili porfiroblaste (krupan metamorfni mineral) ili
grupe porfiroblasta koji le�e u sitnizrnoj osnovi
Injekciona tekstura � nastaje ubrzgavanjem aplitoidnih
rastopa nastalih parcijalnim stapanjem u okolne stene.
Rastop mo�e biti ubruzgavan po povr�ini �kriljavosti ili
nepravilno
Injekciona tekstura
Injekciona tekstura
Masivna tekstura ��NRG�NRMH�VX�VDVWRMFL�VWHQH�
rasporeðeni bez ikakve orijentacije � ka�emo i stena je
homogenog sklopa
Masivna tekstura
Masivna tekstura
Masivna tekstura
DEFORMACIJA STENA - pri povi�enom pritisku stena prolazi kroz
nekoliko FAZA DEFORMACIJA:
a) KRTA DEFORMACIJA ( T<250°C )
b) DUKTILNA DEFORMACIJA ( 250°C <T <800°C )
c) TAÈKA LOMA zavisi od temperate, pritiska, napregnutosti i
sastava materijala
DEFORMACIONE STRUKTRE U METAMORFIZMU
jesu rezultat uticaja povi�enog pritiska
FOLIJACIJA
Diferencijalni stres�veliki utjecaj na strukturu stene a) preferirana orijentacija-npr.
minerali iz grupe filosilikata ãe se orijentisati upravno na smjer maksimalnog pritiska b)
okrugla zrna postaju eliptièna-smer izdu�enosti ovisi od smera maksimalnog stresa
maksimalni stres
sluèajna orijentacija minerala
preferirana orijentacija minerala
smjer maksimalnog stresa
FOLIJACIJA
Strukture metamorfnih stena
Karakteristike sklopa koje proizilaze iz naèina srastanja,
odnosa velièina, oblika i idiomorfizma nazivamo strukturom
metamorfne stene
Strukture metamorfnih stena nastale su na dva naèina:
1. Procesom prekristalizacije i premineralisavanja sastojaka
i ra�ãenjem minerala u èvrstoj ili delimièno èvrstoj masi
stene
� Rast minerala u toku metamorfizma nazivamo
BLASTEZA, a strukture nastale na taj naèin blastiène
strukture
2. Procesom drobljenja stene ili stenske mase usled
regionalnih pokreta � pod uticajem pritiska
� Strukture nastale na ovaj naèin nazivamo
kataklastiène strukture
Blastiène strukture se dele na dve grupe:
I. Reliktne strukture
� Struktura koja jo� uvek odra�ava i sklop primarne
stene (protolita)
II. Singenetske strukture
� Strukture stvorene u toku procesa metamorfizma
S obzirom da je delom saèuvan primaran sklop stene pri
determinaciji strukture zadr�ava se naziv primarne strukture
protolita uz dodatak prefiksa blasto:
Na primer:
Blastoporfirska
Blastozrnasta
Blastopsefitska
Blastopsamitska i td.
Reliktne struktura
Blastopsefitska
metakonglometat
Singenetske strukture
Po velièini zrna razlikujemo:
1. Homeoblastiène � zrna ujednaèene krupnoãe
2. Heteroblastiène � gde su razlike u velièini zrna jasno
vidljive
Homeoblastiène strukture su:
a) Granoblastièna - Sastojci imaju pribli�no izometrièan
oblik i sliènu velièinu
b) Nematoblastièna � karakteri�e se prisustvom iglièastih
ili izdu�enih stubastih ili vlaknastih minerala (pirokseni,
amfiboli)
c) Lepidoblastièna � karakteri�e se prisusutvom listastih
minerala (liskuni, hlorit, sericit)
Heteroblastiène strukture su:
a) Porfiroblastièna � nastaje zbog br�eg rasta pojedinih
minerala u toku procesa metamorfizma � ti krupni
minerali nazivaju se PORFIROBLASTI
b) Kataklastiène � nastaju pri drobljenju stene zbog
tektonskih pokreta, posle èega mo�e da doðe do
rekristalizacije, pa produkti drobljenja prelaze u
granoblastiène agregate
� Prorfiroklastièna struktura je kataklastièna sa
zaostalim krupnijim zrnima � PORFIROKLASTI
� Milonitska struktura � intenzivno drobljenje -
usitnjavanje, u�kriljavanje i rekristalizacija
Lepidoblastièna i porfiroblastièna struktura
Liskuni
granat
Granoblastièna struktura
Lepidoblastièna struktura
Lepidoblastièna struktura
granat
Porfiroblastièna struktura
granat
Temperatura: obiènonajva�niji metamorfni faktor�T/°C
Geotermalni gradijent kontinentalni je vi�i od okeanskog
(zbog veãe koncentracije radioaktivnih elemenata)
Raspadanje radioaktivnih minerala
Blizina magmatskog tela
Trenje (frikcijsko stapanje)
Udari meteorita
FAKTORI METAMORFIZMA
Procena raspona okeanskog i kontinentalnoggeotermalnog gradijenta do dubine od 100 km. PremaSclater et al. (1980), Earth. Rev. Geophys. Space Sci., 18, 269-311.
Povi�enje temperature ima nekoliko efekata:
1) Pokreãe rekristalizaciju
� Poveãava se velièina zrna
� Veãa povr�ina/volumen minerala manja stabilnost
� Povi�enje temperature prevladava kinetièku barijeru kod
rekristalizacije
2) Pokreãe reakcije koje dovode do
� Nestanka nestabilnih minerala i
� Daje nove minerale koji su stabilniji u tim uslovima
3) Pevladava kinetièku barijeru koja mo�e spreèiti dostizanje ravnote�e
Pritisak - P
Jedinice: Pa, MPa
u upotrebi: kbar
1 bar = 105Pa,
1 kbar = 100 MPa
NizakT/P geotermalni gradijent
� u zonama subdukcije
Metamorfne stene
Metamorfne stene
�Normalni�gradijenti mogu biti poremeãeni:
VisokT/P geotermalni gradijent
� u podruèjima plutonske
aktivnost i/ili riftinga
rifting
Litostatièki pritisak = jednolik pritisak (hidrostatièki)
Stres = nejednak pritisak s razlièitih strana (usmeren)Opisuje se s 3 meðusobno okomite komponente(ó):
ó1 � maksimalni stresó2 - meðuvrednost stresaó3 - minimalna vrednost stresa
U sluèaju litostatièkog pritiska (hidrostatièkog) sluèaju sve tri vrijednosti ó su jednake
Stres pogaða strukture i teksture, ali ne bitno i ravnote�nu mineralnu zajednicu
Statièki �kriljava tekstura
Dinamièki usitnjavanje minerala
Razlikujemo tri vrste stresa:
Tenziju Kompresiju Smicanje
Primarnioblik Elipsoid
naprezanja
Tenzija: ó3 je negativan, �to ima za posledicuekstenziju - razvlaèenje- Javlja se u pliãim nivoima
Sl. 21-2. Tri osnovna tipa stresa sa primerima moguãih struktura. a. Tenzija, jedan stres je negativan. �Tenzione pukotine� su upravne na ekstenziju i ispunjene sekundarnim mineralima. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Kompresija: ó1 je dominantna→ nabiranje ili kodhomogenih tela spljo�tavanje
Sl. 21-2. Tri osnovna tipa stresa sa primerima moguãih struktura. b. Kompresija, uzrokuje spljo�tavanje ili nabiranje. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
� Folijacija je uobièajenrezultat kompresije� omoguãava odreðivanje
orijentacije ó1
ó1> ó2 = ó3 → folijacija bez lineacije
ó1 = ó2 > ó3 → lineacija bez folijacije
ó1 > ó2 > ó3 → i folijacija i lineacija
Sl. 21-3. Spljo�tavanje duktilne homogene sfere (a) sadr�i sluèaj noorijentisane spljo�tene èestice. U (b) sluèaju matriksse kreãe tako da s progresivnim spljo�tavanjem èestice zauzimaju paralelan polo�aj upravan na dominantan smer stresa(�kriljavost, folijacija). Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Smicanje - kretanje du� ravni koje su pod uglom na ó1
Slika21-2. Tri osnovna tipa stresa s primerima moguãih struktura. c. Smicanje, uzrokuje
klizanje du� paralelnih ravni i rotaciju. Preuzeto iz Winter (2001) An Introduction to Igneous
and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Dokazi za prisutnost metamorfnih fluida:
� Fluidne inkluzije
� Fluidi su potrebni za nastanak minerala s vodom (OH -
klorit, amfibol, liskuni, ...)
� Reakcije koje ukljuèuju fluide se javljaju na �ni�im�
pritiscima i temperaturama, a zavise i od svojstva fluida
Fluidi
Pomoãu fluida se transportuju razlièiti hemijski elementi na
znaèajne udaljenosti - metasomatizam
Fluidi
H2O
CO2
CH4
S
N2Porijeklo i izvor fluida?
meteorske, juvenilne � magmatske vode, subdukcioni
materijal, sedimenti, "degazacija omotaèa�
STEPEN METAMORFIZMA
Razlièiti pristupi klasifikaciji:
1. Temelje se na glavnom procesu ili varijabilama (P, T)
� Kataklastièni metamorfizam (P)
� Termalni metamorfizam(T)
� Dinamo-termalni metamorfizam (P, T)
Vrste metamorfizma
2. Temelje se na smje�taju ili procesu
� Kontaktni metamorfizam
�Pirometamorfizam
� Regionalni metamorfizam
�Orogeni metamorfizam
�Metamorfizam tonjenja
�Metamorfizam okeanskog dna
� Hidrotermalni metamorfizam
� Metamorfizam rasednih zona
� Impaktni ili �ok metamorfizam
� U blizini magmatskih intruzija
� Rezultat su termalnih (
metasomatskih) efekata intruzije
vruãe magme u hladnije stene
� Javljaju se u �irokom rasponu
pritisaka ukljuèujuãi i vrlo niske
� Kontaktni oreoli
KONTAKTNI METAMORFIZAM
Karakteristika plutona
KONTAKTNI METAMORFIZAM
Velièina i oblik kontaktnog oreola zavisi od:
Velièina
Oblik
Orijentacija
Temperatura
Sastav
Karakteristika primarnih
stena (protolita)
Sastav
Dubina
Vrste stena
Propusnosti
- Najizra�eniji kad se pluton intruduje u statiènu sredinu blizu
povr�ine (niski pritisci)
� Stene su obièno visokog stepena metamorfizma i izotropne graðe:
hornfelsi u kojima su reliktne strukture èesto puta saèuvane
Bobièavi filit ili metaglinac - rezultat overprint �a
Pirometamorfizam:
Vrlo visoke temperature pri niskim tlakovima
Razvija se u ksenolitima
KONTAKTNI METAMORFIZAM
Tri osnovna tipa:
� Orogeni metamorfizam
� Metamorfizam tonjenja
� Metamorfizam okeanskog dna
REGIONALNI METAMORFIZAM
Metamorfizam koji se odvija u regionalnim razmerama
- asociran je sa konvergentnim marginama ploèa
- orogeni (dinamotermalni) metamorfizam podrazumeva jednu ili
vi�e epizoda orogeneze s kombinacijom povi�enih geotermalnih
gradijenata i deformacija
- uzdizanje i erozija
- pokazuje rast stepena metamorfizma prema centralnom podruèju
- orogeni pojasevi pokazuju nekoliko epizoda deformacije i
metamorfizma kreirajuãi slo�en polimetamorfni sklop
- npr. Kontinentalna kolizija
OROGENI � REGIONALNI METAMORFIZAM
Metamorfizam tonjenja = vrlo niski stepen metamorfizma nastao u
basenima sedimentacije zbog tonjenja i gomilanja sedimentnih
naslaga
� bez deformacija i magmatskih intruzija
� finozrnasti agregati, staklo, visokeT -> pogodni za metamorfnu
alteraciju
� metamorfni efekti pripisani povi�enju P i T u toku tonjenja/
zatrpavanja
� Niz od dijageneze do formiranja zeolita, prehnita, pumpeleita,
laumontita, itd.
METAMORFIZAM TONJENJA
Metamorfizam tonjenja se javlja u podruèjima koja nisu
pretrpela znaèajnije deformacije ili orogenezu
Ogranièen je relativno neporemeãene naslage sedimenata
sme�tene dalje od aktivnih kontinentalnih margina
� Meksièki zaljev
� Bengal
METAMORFIZAM TONJENJA
Ekstrapolacija→250-300 oC u bazi (P ~ 0.6 GPa)
To je unutar podruèja metamorfizma i te�ina
krovinskih sedimenata je dovoljna za nastanak
folijacije
Pasivne granice postaju aktivne
� Stoga podruèja metamorfizma tonjenja postaju podruèja
orogenog REGIONALNOG METAMORFIZMA
METAMORFIZAM TONJENJA
Metamorfizam okeanskog dna djeluje na okeansku koru na
grebenima
��irok raspon T na relativno niskim P
�Metamorfne stene pokazuju znaèajne metasomatske
alteracije - gubitak Ca i Si i prinos Mg i Na
�Te promene se mogu korelisati sa izmenama katjona
izmeðu bazalta i vruãe morske vode (pillow bazalti)
METAMORFIZAM OKEANSKOG DNA
� Coombs (1961) � hidrotermalni metamorfizam,
uzrokovan vruãim H2O fluidima;
� ukljuèuje i metasomatizam
� Te�ko ga je u potpunosti odeliti od istih efekata koji
hidroterme imaju u drugim tipovima metamorfizma
(metamorfizam oceanskog dna, ...)
HIDROTERMALNI METAMORFIZAM
METAMORFIZAM RASEDNIH ZONA I IMPAKTNI
METAMORFIZAM
Javljaju se u podruèjima koja su pod
uticajem jakih deformacijam i slabe
rekristalizacije
� krta deformacija
� duktilna deformacija
Impaktni metamorfizam se javlja pri
meteoritskim udarima
Sl. 21-7. Shematski presek kroz rasednu zonu. Iz Mason (1978):
Petrology of the Metamorphic Rocks. George Allen & Unwin. London.
Impaktni metamorfizam
Impaktni metamorfizam
� Progradni metamorfizam:
Rast stepena metamorfizma sa vremenom kako stena dolazi
pod vi�emetamorfne uslove
� Retrogradni metamorfizam:
� smanjenje stepena metamorfizma zbog hlaðenja stena
(�oporavak�od metamorfnog ili magmatskog dogaðaja) ili
zbog njihovog izdizanja u pliãe nivoe
Progradni i retrogradni metamorfizam
Donja temperaturna granica metamorfizma prelazi u
dijagenezu, granica nije èvrsto odreðena
Procesi dijageneze i alteracije se te�ko razlikuju od
metamorfnih procesa
Metamorfizam poèinje u temperaturnom rasponu od 150-
180oC za najnestabilnije tipove protolita
Neki od minerala iz grupe zeolita su dijagenetskog porijekla, a
neki metamorfnog - granica je nejasna
Donja granica metamorfizma