Sedimentární horniny Mikroskopie minerálů a hornin Přednáší Václav Vávra Makro strukturní a mikro strukturní znaky sedimentů Podobně jako u magmatických hornin jsou struktury (makrostruktury) viditelné pouhým okem a mikrostruktury je třeba sledovat pomocí mikroskopu. Časté je ale překrývání jednotlivých znaků. K hlavním strukturním znakům sedimentárních hornin patří: velikost klastických částic tvar a opracování klastických částic charakter povrchu klastických zrn charakter pojiva, základní hmoty a tmelu Makro strukturní a mikro strukturní znaky sedimentů Velikost klastických částic Velikost klastických částic je významným strukturním (mikrostrukturním) znakem, na jehož základě je prováděna klasifikace klastických sedimentů. Kromě deskriptivního a klasifikačního významu mají rozměry klastických součástek i značný význam genetický. Umožňují posoudit podmínky vzniku sedimentu, transportační sílu, charakter okolního prostředí, dobu trvání abraze, popř. způsob zpevňování zvětrávacích produktů. Makro strukturní a mikro strukturní znaky sedimentů Tvar a opracování klastických částic Tvar klastických částic a stupeň jejich mechanického opracování pomáhají objasnit původ klástického materiálu, způsob transportu, délku transportu a podmínky ukládání. K nejdůležitějším morfologickým znakům patří sféricita a zaoblení zrn. Sféricita (zakulacení) Sféricita je číslo, které vyjadřuje, do jaké míry se tvar dané částice přibližuje tvaru koule. Hodnota sféricity kolísá od 0 do 1. Z hlediska sféricity mohou být valouny označeny j ako: 1) ploché (diskovité) 2) stejnorozměrné (kulovité) 3) ploše protáhlé (čepelovité) 4) protáhlé (vřetenovité) Zaoblení Pokud rohy a hrany klastických částic jsou ostré, je stupeň zaoblení nízký. V normální praxi se zaoblení stanovuje vizuálním odhadem porovnáním se srovnávací tabulkou. Podle stupně zaoblení rozlišujeme: 1. ostrohranná neboli angulární zrna 2. poloostrohranná neboli subangulární zrna 3. polozaoblená zrna 4. zaoblená zrna- 5. dokonale zaoblená zrna Makro strukturní a mikro strukturní znaky sedimentů Povrch klastických zrn Charakter povrchu klastických zrn je značně variabilní a závisí na řadě faktorů, které lze rozdělit do dvou skupin: Primární faktory vyvolané mechanickým působením (drsnost povrchu částic v závislosti na stupni abraze, rýhování) Sekundární faktory vyvolané chemicky (rozpouštění nebo diagenetické dorůstáni) Makro strukturní a mikro strukturní znaky sedimentů Pojivo, základní hmota a tmel Pojivo představuje strukturně odlišnou, jemnozrnnější složku sedimentárních hornin. Jde o negenetický pojem, kterého se používá v případě, kdy nelze rozeznat, je-li pojivo primárního nebo sekundárního původu. Základní hmotou rozumíme primární složku sedimentární horniny. Tato složka bývá vždy zřetelně j emnozrnnější než hrubší částice v ní uzavřené. 1. bazálni základní hmota - základní hmota převládá nad hrubšími částicemi 2. pórová základní hmota - základní hmota vyplňuje pouze volné prostory (póry) Tmel představuje sekundární, chemogenně se tvořící složku horniny. Bývá vyvinutý především u klastických sedimentů. Vlastnosti tmelu bezprostředně ovlivňují stupeň zpevnění horniny. Tmel je možné blíže klasifikovat podle tří hlavních kritérií: podle minerálního složení podle způsobu výskytu, podle vnitřní stavby. Makro struktury sedimentů Z popisného hlediska můžeme rozdělit makrostmktury sedimentů na dvě skupiny. vrstevnatost rytmičnost a cykličnost nerovnosti vrstevních ploch: •čeřiny •bahenní praskliny •stopy eroze, proudů a skluzů •stopy vlečení •stopy po činnosti organismů •stopy vtlačování barva zvrstvení skluzové struktury konvolutní struktury orientace částic konkrece, hlízy, hlíznatá struktura útvary vzniklé vyplňováním dutin závalky stylolity kuželové struktury Makro struktury sedimentů Lineárně paralelní Plošně lineárně paralelní Plošně paralelní = vrstevnatá Lavicovitá (20 - 200 cm) Deskovitá (1-20 cm) Laminovaná (0,2-1 cm) Lupenitá (0,02 - 0,2 cm) Blanitá (pod 0,02 cm) Makro struktury sedimentů Vnitřní struktury z hlediska charakteru zvrstvení mohou být: Horizontální Šikmé Zvlněné Cočkovité Gradační Konvolutní Vnitřní struktury z hlediska zaplnění prostoru mohou být: Kompaktní Pórovité Kaverno sní Mikro struktury sedimentů Mikrostruktury se mohou dělit podle kvalitativních znaků součástek: a) struktury úlomkovité b) struktury krystalické (zrnité) c) struktury podmíněné organickými zbytky. Tyto tři typy struktur odpovídají dělení sedimentů na klastické, chemické a organogenní. Mikrostruktury klastických sedimentů se klasifikují podle velikosti částic. a) struktura psefitická > 2,0 mm b) struktura psamitická 2,0 - 0,063 mm c) struktura aleuritická 0,063 - 0,004 mm d) struktura pelitická < 0,004 mm Klastické sedimenty nebývají v přírodě ve většině případů dokonale vytříděny. Z tohoto důvodu se u nich setkáváme také s přechodnými strukturními typy (např. struktury psefiticko-psamitické, aleuriticko-pelitické apod.). Mikrostruktury sedimentů Mikrostruktury krystalické (zrnité) v_______________________________________________________________________________/ Krystalické struktury (mikrostruktury) jsou charakteristické zejména pro sedimenty chemického původu. a) Struktury (mikrostruktury) klasifikované na základě velikosti zrna • Struktura hrubozrnná > 1,0 mm; • Struktura velkozrnná 1,0 - 0,5 mm; • Struktura středně zrnitá 0,5-0,1 mm; • Struktura drobnozrnná 0,1 - 0,01 mm; • Struktura jemnozrnná (afanitická) 0,01 - 0,0001 mm; • Struktura koloidní < 0,0001 mm; • Struktura smíšená b) Struktury klasifikované na základě tvaru zrna •Struktura idiomorfní (automorfní) •Struktura hypidiomorfní (hypautomorfní) •Struktura alotriomorfní (xenomorfní) •Struktury metasomatické Mikro struktury sedimentů Podle vnitřní stavby tmelu ajeho vztahu ke klastickým zrnům rozlišujeme následující typy mikrostruktur sedimentů: regenerační (dorůstající) - tmel má stejné složení a optickou orientaci jako klastická zrna korozní - tmel koroduje nebo zatlačuje klastická zrna poikiloklasticka (prorůstající) - minerál tmelící klastický materiál vytváří nápadně velká zrna, z nichž každé uzavírá větší počet klastických zrn. amorfní (kolomorfní) - tmel se skládá z amorfního minerálu, takže není krystalický krustifikační - tmelící minerál vytváří různě silné povlaky kolem klastických zrn. lupenitá, vláknitá a jehličko vitá -jde o méně běžné typy, které se vyskytují především u písčitých hornin se sádrovcovým tmelem Mikro struktury sedimentů Mikrostruktury vápenců. Vápence se zpravidla dělí na: •Alochemické (klastické) - obsahují alochemy (klasty) a pojivo tvoří mikrit nebo spařit •Ortochemické (chemogenní) - obsahují mikrit nebo dismikrit •Autochtónni (organodetritické) - obsahují prorůstající se schránky organismů Důležitými součástkami vápenců jsou: •Mikrit - nejjemnější částice vápenců do velikosti 4 jiim •Spařit - zrnitý kalcit •Alochemy jako např. bioklasty (fosílie), peloidy (hlízky), ooidy, pisoidy, interklasty a extraklasty Základní typy sedimentárních hornin Základní genetické rozdělení sedimentárních hornin může být podle schémata: Klastické sedimenty v. ) Karbonátové sedimenty v. ) Ality, ferolity, fosfority, manganolity v. ) Silicity v. ) Evapority v. ) Kaustobiolity v. ) Klastické sedimenty - psefity Jako psefity se označují horniny s částicemi nad 2 mm a to podle následujícího klíče (příklad slepenců): 50-100 % psefitových klastů = slepenec 25 - 50 % psefitových klastů = písčitý slepenec (pokud jsou zbylé klasty psamitové) 25-10 % psefitových klastů = slepencovitý pískovec Velikostní kategorie psefitických klastů: 2-10 mm (drobné valouny) = drobně zrnitý 10-50 mm (střední valouny) = středně zrnitý 50 - 250 mm (hrubé valouny) = hrubě zrnitý nad 250 mm (balvany) = balvanitý ŕ Nezpevněné psefity N \ ) Kamenná suť Štěrk ŕ Zpevněné psefity N \ ) Brekcie Tillit Slepenec Klastické sedimenty - psefity Brekcie Diageneticky zpevněná klastická hornina, ostrohranné a poloostrohranné úlomky tvoří více než 50 %. Úlomky pochází od jednoho nebo více typů hornin. Volně přechází do slepenců. Makrostruktura obvykle lavicovitá. Mikrostruktura běžně psefitická nebo brekciovitá. Matrix: psamitická, aleuritická, pelitická Tmel: křemitý, karbonátový Klastické sedimenty - psefity Slepence - konglomeráty Diageneticky zpevněná klastická hornina, psefitické zaoblené úlomky tvoří více než 50 %. Makrostruktura obvykle lavicovitá. Mikrostruktura běžně psefitická nebo konglomerátová. Matrix: psamitická, aleuritická, pelitická Tmel: karbonátový, sádrovcový Petromiktní slepence - obsahují úlomky různých typů hornin Oligomiktní slepence - obsahuj valouny Křemene a křemitých hornin (např. křemence). Monomiktní slepence - obsahují jediný typ valounů, nej častěj i křemen Klastické sedimenty - psamity Jako psamity se označují horniny s částicemi 0,063 - 2 mm a to podle následujícího klíče (zpevněné): 50-100 % psamitových klastů = pískovec 25 - 50 % psamitových klastů = jílovitý pískovec (pokud jsou zbylé klasty pelitické) 25-10 % psamitových klastů = písčitý jílovec nebo písčitá břidlice Pro nezpevněné se používá pravidelný trojúhemkový diagram písek - prach -jíl. Velikostní kategorie psamitických klastů: 0,063 - 0,1 mm jemně zrnité 0,1-0,5 mm středně zrnité 0,5-2 mm hrubě zrnité Nezpevněné psamity Zpevněné psamity písek pískovec arkóza droba Klastické sedimenty - psamity Pískovec Zpevněný klastický sediment s velikostí částic 0,063 - 2 mm. Složení křemen a stabilní úlomky hornin (nad 90 %), přibýváním živců přechází do arkóz, přibýváním jílu do drob. Makrostruktura obvykle lavicovitá. Mikrostruktura běžně psamitická. Matrix: aleuritická, pelitická Tmel: karbonátový, křemitý, hematitový Křemenné pískovce s křemitým tmelem vedou ke vzniku křemenců (kvarcitů). V názvu se označuje přítomnost významných minerálů, např. glaukonitový pískovec. Klastické sedimenty - psamity Arkóza Zpevněný klastický sediment s velikostí částic 0,063 - 2 mm. Složení křemen a stabilní úlomky hornin, obsah živců přesahuje 25 %, obsah jílové složky je pod 20 %. Makrostruktura obvykle tence lavicovitá. Mikrostruktura běžně psamitická. Matrix: aleuritická, pelitická Tmel: karbonátový, křemitý, hematitový Obvykle málo vytříděné s ostrohrannmi úlomky, matrix tvoří směs prachu a jílu. V úlomcích hornin převládají kyselé typy. Klastické sedimenty - psamity D roba Zpevněný klastický sediment s velikostí částic 0,063 - 2 mm. Složení křemen a stabilní úlomky hornin (do 70 %), obsah živců přesahuje 10 %, obsah jílové složky je 20 - 75 °' /o. Makrostruktura obvykle lavicovitá. Mikrostruktura běžně psamitická. Matrix: aleuritická, pelitická Tmel: karbonátový, křemitý, hematitový Z úlomků hornin převládají bazické a intermediální typy. Klastické sedimenty - aleurity Prachovec (siltovec) Klastický zpevněný sediment s převahou zrn 0,063 - 0,004 mm. Křemenný prachovec obsahuje nad 90 % křemene, polymiktní prachovec obsahuje nad 10 % živců, slídy a úlomky hornin. Prachová (siltová) břidlice Aleurit mořského původu s plošně paralelní makrostrukturou. Makrostruktura masivní o prachovců a laminární u prachových břidlic. Mikrostruktura běžně aleuritická. Matrix: jílová Tmel: karbonátový Klastické sedimenty - pelity Jílovec Částečně zpevněný sediment s převahou zrn pod 0,004 mm na přechodu mezi klastickými a cementačními sedimenty. Cementační Materiál nepřesahuje 10 %, prachová a písková zrna jsou pod 20 %. Jílová břidlice Stejné charakteristiky jako jílovec, ale vykazuje výraznou foliaci a štípatelnost v tenkých vrstvách. Na rozdíl od jílovců nelze rozplavit ve vodě. Makrostruktura lavicovitá, laminární, břidličnatá. Mikrostruktura běžně pelitická. Přechodné klastické a chemogenní sedimenty Slínovce, opuky Horniny ve kterých se zastupuje složka jílovitá a vápencová, menší podíl mají i prachovité částice. Správnější označení je ale vápenatý jíl Nebo jílovitý vápenec. Opuky obvykle obsahují organické zbytky (jehlice hub) a glaukonit. Makrostruktura je lavicovitá. Typická horniny české křídy. Chemogenní sedimenty - karbonáty Vápenec Chemogenní sediment skládající se z kalcit neklastického charakteru a skeleteu fosilií. klasty kalcitu jsou podřadné, jiné příměsy nepřesahují 10 %. Makrostruktura obvykle celistvá, pórovitá. Mikrostmktura jemně až hrubě krystalická. Mikrostmktura vápenců je rozmanitá, základní složky tvoří obvykle mikrit a spařit. Chemogenní sedimenty - silicit Silicit Biochemogenní sediment skládající se Z křemitého materiálu (křemen, opál, chalcedon) neklastického původu. Makrostruktura obvykle masivní nebo vrstevnatá. Mikrostmktura mikrozrnitá, sférolitická nebo mozaiková. Buližník je negenetické označení silicitů českého proterozoika. Lydit je černá varieta buližníku. Limnokvarcit je sladkovodní opálová hornina chemogenního původu.