Magmatické a metamorfní procesy _ Kontaktní metamorfóza a metasomatóza II David Buriánek pouze pro potřeby výuky Osnova 1.Charakteristika kontaktní metamorfózy 2.Al-chudé pelity během kontaktní metamorfózy 3.Vývoj chemického složení fluid během kontaktní metamorfózy 4.Metasomatóza 5.Interpretace látkové bilance metasomatických procesů • 1) Charakteristika kontaktní metamorfózy •tepelné působení těles vyvřelých hornin •účinky rychle klesají se vzdáleností od kontaktu •rozsah obvykle max. několik km •rozsah aureoly závisí na tvaru tělesa, typu magmatu a petrografickém složení kontaktní aureoly, rozdílu teplot mezi magmatem a okolím (hloubka intruze) •nízký P/T (andalusit-sillimanit- cordietit) D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYmet\Metam\Contact Metamorphic Series_files\mfacies3.gif C:\David\Skola\met\met\A Very Simple Metamorphic Classification_files\contact.gif Změny teploty v závislosti na čase v kontaktních aureolách http://larapinta.geology.adelaide.edu.au/mhand/Teaching/Metamorphic2/lecture5/buchpro.gif Schématický diagram dynamického vmístění granitového plutonu (hypotéza diapirického plutonu, Flood a Vernon, 1978) pluton vzniká v spodní kůře (prciálně natavené) a v důsledku nižší hustoty stoupá. S intruzí je svázána deformace okolních hornin a parciální tavení hlavně v spodní části plutonu D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\M2\KFMASH.jpg 2) Al-chudé pelity během kontaktní metamorfózy •Al-chudé pelity ve 350 ºC a 3 kbar mají asociaci: I.chlorit + muskovit + křemen + plagioklas II.Ms + Chl + Qtz = Cdr + Bt +H2O kontinuální reakce (2) III.Ms + Cdr = And + Bt + Qtz + H2O (3) IV.Ms + Qtz = And + Kfs + H2O (4) V.andalusit = sillimanit •konečná asociace je: Sill + Cdr +Kfs + Bt + Ms + Qtz + Pl 450 700 Pattison / Lithos 88 (2006) I. Ms + Chl + Qtz III. Ms + Ms + Cdr + Bt Vývoj minerálního složení metapelitu v kontaktní aureole Vernon-Clarke 2008/ Principles of Metamorphic Petrology •Složení minerální asociace je výrazně závislé na chemickém složení metamorfované horniny Příklad kontaktní metamorfózy •Okolní hornina Chl + Ms + Pl + Qtz + Rt •I. Cld + Ms + Chl + Pl + Qtz + Ilm + Rt •II. Bt + Cld + Ms + Chl + Pl + Qtz + Ilm •III. Grt + Bt + Cld + Ms + Chl + Pl + Qtz + Ilm •IV. And + Bt + Grt + Ms + Chl + Pl + Qtz + Ilm •V. Crd + And + Bt + Ms + Pl + Qtz + Ilm + Chl + Grt •VI Crd + And + Bt + Ms + Pl + Qtz + Ilm •VII Sill + Kfs + Cdr + Bt+Qtz + Ilm + Ms Schematický P–T diagram ukazující pozici metamorfních zón a izográd v kontaktní aureole Ayakhtinsk (Likhanov et al. 2001, syntetizovaná data více autorů (Pattison, 1992 Chatterjee a Johannes, 1974 , Ganguly, 1969, Richardson, 1968 a Seifert, 1970). Isograda: I = Cld-in, II Bt-in, III Grt-in, IV And-in, V Crd-in, VI Grt–Chl-out a VII Sil–Kfs-in. 3) Vývoj chemického složení fluid během kontaktní metamorfózy Tři případy průběhu reakcí v systému CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2. Rozdíl je dán rozdílným poměrem množství fluidní fáze a minerálů nebo odlišným množstvím některých minerálních fází. V prvním případě je objem fluid výrazně větší než objem horniny (otevřený systém) fluidy horninou pronikají a udržují stabilní XCO2 Druhý případ reprezentuje uzavřený systém v němž během vzniku Tr roste obsah CO2, protože se tento plyn uvolňuje a naopak se konzumuje H2O, teplota postupně stoupá až do bodu D. Při dalším vzrůstu teplot se tremolit začíná rozpadat a uvolňuje se H2O dokud není spotřebován všechen Tr. V třetím případě je všechen Qtz spotřebován před dosažením bodu D. K další reakci dochází až při rozpadu Tr v důsledku reakce s Dol. http://serc.carleton.edu/images/research_education/equilibria/buffered.jpg http://serc.carleton.edu/images/research_education/equilibria/trccetc.jpg Převzato http://serc.carleton.edu/research_education/equilibria/TXdiagrams.html • •V okolí kontaktních aureol se často mísí magmatická a sed nebo met. fluida. •V důsledku teplotního působení magmatu dochází k výraznému proudění fluid což ovlivňuje vývoj minerálních asociací v kont. aureole. •metamorfní reakce nízkého a středního stupně jsou řízeny hlavně teplotou (se vzrůstem teploty roste tlak fluid a XCO2 ve fluidech) •naproti tomu při reakcích během vrcholu metamorfózy (wolastonitová reakce) jsou reakce výrazně ovlivněny infiltrací fluid s nízkým X CO2 •v pozdních fázích vývoje kontaktní aureoly je nízký obsah CO2 ve fluidech způsoben intenzivním přínosem magmatických fluid Polohy vápenatosilikátových hornin (mramorů) a kvarcitů Předpokládaný vývoj T–XCO2 v horninách v okolí granitového plutonu (Cui et al 2003), minerální reakce počítané pro 750 bar čísla udávají stáří v 1000 let po vmístění magmatu 1 2 •gradienty v chemických potenciálech mají podobně jako termální gradienty tendenci k vyrovnávání •hydrotermální fluida toto vyrovnávání usnadňují •endoskarn: vnitřní část kontaktní zóny která vznikla přeměnou vyvřelé horniny která byla v kontaktu s kontaktním dvorem inruze •exoskarn: vnější lem intruze kde v důsledku přínosu fluid dochází ke změnám metamorfované horniny Metasomatická reakce mezi mramorem a granitem gradient v chemických potenciálech se vyrovnává přesunem Si do vápenců a Ca do granitů vzniká tak wollastonitový lem který odděluje endoskarn a exoskarn D:\prace\PK\obrpol\Pol1\bud1.jpg Wo Cal Qtz+Di+Pl 4) Metasomatóza •Z fluid bohatých Mg se může za běžných podmínek srážet brucit (Mg((OH)2), magnesit (MgCO3), dolomit (CaMg(CO3)2) a také hydratované karbonáty jako je hydromagnesit (MgCO3(OH)2 . 3H2O) stabilitu těchto fází můžeme popsat těmito reakcemi (White 1999): Vlastnosti roztoků a stabilita minerálních fází na příkladu rozpusnosti Mg Hypotetický řez kontaktem mezi křemenem a periklasem (Thompson 1959) s zónami vzniklými v důsledku difuze. červená přerušovaná linie ukazuje obsah wt.% SiO2 další dvě přerušované linie ukazují zněny v chemických potenciálech mSiO2 a mMgO. (Winter 2001, An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall). C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 30\Fig 30-10.jpg C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 30\Fig 30-12.jpg C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 30\Fig 30-11.jpg aSiO2 – aH2O diagram pro fluida v systému MgO-SiO2-H2O při teplotě 600oC a tlaku 0.2 GPa (Winter 2001, An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall). D:\prednasky\mineral\Skarn\skd.gif D:\prednasky\mineral\Skarn\skarn.gif •skarny – silikátová hornina obsahující Ca-Fe-Mg vznikající v důsledku metasomatózy •typické minerály: granáty (grosular-andradit-almandin), pyroxen (diopsid-hedenbergit), plagioklasy (podružně), wollastonit, epidot, vesuvian, kalcit, křemen, skapolit •vznikají na kontaktu s plutonickými tělesy nebo jako důsledek reakce vhodných hornin s hydrotermálními fluidy • Minerální zóny vyvinuté na kontaktu mezi Qtz dioritem a dolomitickým mramorem. čísla ukazují místa odběru pro horninovou analýzu (Frisch a Helgeson 1984, Amer. J. Sci., 284, 121-185; Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall) C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 30\Fig 30-28.jpg D:\prednasky\mineral\Skarn\metfig.gif •vznikají také jako produkt reakce mezi dvěma chemicky kontrastními horninami během regionální metamorfózy ( např. rohovcové konkrece v mramoru) • C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 30\Fig 30-16.jpg Kontakt ultramafické horniny s rulou (Grafton, Vermont). Bylo vyčleněno několik zón: A = Tlc + Ath, B = Tlc, C = Act + Chl, D = přechodná, E = okolní hornina. (Sanford 1982, Amer. J. Sci., 282, 543-616, upravil Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall). C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 30\Fig 30-14.jpg Isoconový diagram (Grant 1986) Econ. Geol., 81, 1976-1982. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 5) Interpretace látkové bilance metasomatických procesů D:\prace\BMamf\BMobr\fotozelesic\zel6.jpg Dol mramor s žilou Tr+Cal Literatura •Dudek, A. - Fediuk F. - Palivcová M. (1962): Petografické tabulky •Hejtman, B. (1962): Petrografie metamorfovaných hornin •Konopásek, J. – Štípská P. – Klápová H. – Schulmann K . (1998): Metamorfní petrologie •Kornprobst, J. (2002): Metamorphic Rocks and Their Geodynamic Significance. A Petrological Handbook. Petrology and Structural Geology Series Vol. 12. •Vernon, R.H. and Clarke, G.L. (2008): Principles of Metamorphic Petrology. Cambridge University Press, 446 pp., •Naprostá většina obrazového materiálu pochází z celé řady internetových stránek věnujících se metamorfní petrologii