Petrografie pro analytické geochemiky Sedimentární horniny Jak poznat sedimentární horniny? •Sedimentární – zkameněliny, vrstevnatost, klastické sedimenty mají viditelné úlomky nebo jsou velmi jemné (jíl), často málo zpevněné, sedimentární struktury (bahenní praskliny, čeřiny apod.) •Magmatické – sklo, bubliny, omezené krystalky, tabulky živců, víceméně všesměrné, nebo usměrněné (dle toku tavenin) •Metamorfované – mají foliaci ≈ břidličnatost (vzniklou deformací), specifické minerály (granát, staurolit, kyanit) Sedimentární stavby •Vrstevnatost = bedding •Střídání vrstev Výsledek obrázku pro sedimentary bedding Sedimentární stavby •Gradační zvrstvení (turbidity) - sedimentace na aktivních okrajích kontinentů; •období tektonického neklidu = sedimentace z hustých proudů; od hrubších sedimentů po jemnozrnné, zdola nahoru: štěrk, písek, prach; •období tektonického klidu - jílovitá vrstva, sedimentace jemných částic z vodního sloupce •Čeřiny, vodní, větrné Sedimentární stavby •Duny Sedimentární stavby •Bahenní praskliny, jemnozrnné sedimenty Výsledek obrázku pro fossil mud cracks •Otisky dešťových kapek, jemnozrnné sedimenty •Bioglyfy, stopy po prolézání Výsledek obrázku pro trace fossils Diskordance = Hiát = mezera • Plocha diskordance = starý povrch země!!! •Co z nich vyčteme: •Směr do nadloží („facing“) •Směr proudění •Zda to bylo vynořeno •Principy: •Původně vodorovné vrstvy •Superpozice •Mladší nahoře („younging“) •Narušení = něco se dělo (vrásnění) Sedimentární stavby Zvětrávání minerálů •Odolnost vůči zvětrávání je přesně obrácená Bowenovu schématu krystalizace •Tmavé minerály (Fe, Mg) •Železo → limonit (hematit) – všechny půdy („hlíny“) u nás jsou hnědé •Nejméně pohyblivé jsou v přírodě trojmocné kovy (Fe3+, Al3+) •V redukčním kyselém prostředí je dvojmocné železo rozpustné (v archaiku byly oceány plné dvojmocného železa) •Hořčík → do moře •Světlé minerály •Draselný živec → illit → kaolinit → hydroxidy Al (böhmit) •Plagioklas → montmorillonit → kaolinit → hydroxidy Al (böhmit) •Křemen – je stabilní •Výjimečně v zásaditém prostředí migruje (vápence, laterity) • • Sedimenty klastické •Klastické sedimenty = Clastic •Usazením úlomků (klastů) zvětralých hornin přinesených do sedimentární pánve •Zrna = klasty •Základní hmota = matrix •Zrna uložená v základní hmotě • •Nejčastější klastické sedimenty •Štěrk (gravel) → slepenec (conglomerate) •Písek (sand) → pískovec (sandstone) •Prach (silt) → prachovec (siltstone) → •Jíl (clay) → Jílovec (claystone/mudtone) → jílová břidlice (shale) • •Ale i např. organoklastické vápence – úlomky schránek organismů • Sedimenty chemogenní •Vysrážením z roztoků v sedimentární pánvi •Karbonáty – vápenec, dolomit •Silicity – převaha SiO2 •Evapority – soli (sůl, sádrovec) •Ferolity – sedimentární Fe rudy •Manganolity – sedimentární Mn rudy •Fosfority –fosfáty bohaté sedimentární horniny •Ality – bauxit (je přeplavený) • Sedimenty vzniklé zvětráváním in-situ •Mechanicky rozrušené („zemní písek“) •Jílová zvětralina – „hlína“ (illit, montmorillonit), obvykle barvená limonitem •Kaolin – kaolinit (+ křemen), obvykle vybělené, bez Fe •Laterit – oxidy hliníku ± oxidy železa (tropické zvětrávání) Diageneze Diageneze: soubor procesů, převážně chemických, při nichž dochází ke zpevnění (litifikaci) uložených nezpevněných sedimentů (změna na horninu) obvykle s rostoucí hloubkou pohřbení (tedy rostoucí mocností nadložních sedimentů). Obvykle provázeno alterací jednoho či více usazených minerálů (např. živců, biotitu) a vzniku minerálů nových (růst tmele = zpevnění). Nejčastěji vzniká křemitý, vápenatý, železitý, jílovitý tmel. Probíhá za nízkých PT, za teplot do 200°C. Za teplot 200-350°C se hovoří již o anchimetamorfóze. Studium diagenetické historie – stanovení T vývoje – odraznost vitrinitu (růst odraznosti organického materiálu), krystalinita illitu (sk. slíd), fission track metoda na apatitech. Klastické sedimenty - psefity • Akumulace klastů o velikosti nad 2 mm • Nezpevněné: štěrky • Zpevněné: slepence, brekcie • • • • • • • • • • Vytřídění a zaoblení klastů – odraz zralosti sedimentů podpůrná struktura valounů podpůrná struktura matrix ortokonglomeráty (< 15% matrix) parakonglomeráty (> 15% matrix) Psefity (rudity) •Monomiktní – valouny jednoho horninového druhu (křemenné, vápencové) •Oligomiktní •Polymiktní – pestrý materiál valounů • •Extraklasty (extraformační slepenec): transport valounu do pánve •Intraklasty (intraformační slepenec): materiál vlastní pánve erodovaný • • Slepence vs. brekcie •brekcie je tvořena klasty ostrohrannými, >1/3 ostrohranných úlomků •Slepenec – je tvořen klasty zaoblenými •brekcie - sedimentární • - tektonická • - vulkanická • Psefity (rudity) Terminologie sedimentů řady slepenec - pískovec Psamity •převaha klastů 0,063 – 2 mm •nezpevněné – písek •zpevněné – pískovec (křemenný pískovec, arkóza, droba) • •Podle minerálního složení klastů • siliciklastické • karbonátové ( kalciarenity) • pyroklastické (vulkanoklastické) • Terminologie sedimentů řady pískovec - jílovec Strukturní znaky psamitů •Primární: velikost klastů a jejich vytřídění a zaoblení •Sekundární: stupeň a způsob zpevnění, tmel a jeho rekrystalizační projevy •Struktura psamitická • Zralost sedimentů Strukturní: odstranění matrix velikostní vytřídění zaoblení zrn Mineralogická: rozpadem nestabilních klastů (živců a nestabilních horninových úlomků) Chemická: nárust stabilních oxidů, úbytek nestabilních nejčastěji užíván poměr Al2O3/Na2O (s rostoucí zralosti sedimentu se poměr zvyšuje) Růst strukturní zralosti klast. sedimentů Podle charakteru pojiva •kontaktní povlakové pórové •bazální korozní poikilitická Ovlivňuje míru zpevnění Klasifikace pískovců •základem je procento matrix a procento nestabilních klastů • •matrix < 20 % •křemenný pískovec •arkózový pískovec •arkóza (živcová, litická) • •matrix > 20 % •drobový pískovec •droba (živcová, litická) • matrix estabilní klasty stabilní klasty Křemenný pískovec •zralé (velikostně i mineralogicky vytříděné, zaoblené) •tektonicky stabilní oblasti •dlouhý transport či resedimentace nebo přeplavování v mělkých pánvích •tmel křemitý (postupné dorůstání, až vznik mozaikovité str.) • kalcitový • železitý (možnost koroze) Arkózy •převážně kontinentální (aridní, periglaciální klima) •intenzívní eroze bez chemického zvětrávání •velký podíl nestabilních klastů •velikostně vytříděné, málo základní hmoty •klasty neopracované •tmel křemitý • železitý • Droby •převážně mořské •tektonicky nestabilní oblasti; sedimenty turbiditních proudů •rychlá eroze, krátký transport •nezralé (slabé vytřídění a zaoblení, nestabilní klasty, vysoký podíl matrix) •matrix: chlorit, sericit, illit, křemen, biotit, živce • Aleurity (prachovce, siltovce) •klastické sedimenty s převahou frakce 0,004 – 0,063 mm •prachová frakce tvoří samostatné sedimenty vzácně, obvykle je stálá příměs jílových sedimentů, tyto sedimenty se spojují pod název aleuropelity •Podle stupně zpevnění •nezpevněné • spraše– eolický původ •zpevněné • prachovce • prachovité břidlice •Podle minerálního složení •křemenné prachovce •polymiktní prachovce: > 10 % nestabilního materiálu, nezralé • • • Pelity (jílovce) •klastické sedimenty s převahou částic pod 0,004 mm •Na přechodu mezi klastickými a chemogenními sed. •mineralogicky jíl – jílové minerály vs. fyzikálně jíl – klastické částice menší než 0,004 mm • •minerály pelitů •kaolín, smektity, illit, chlorit, (příměs muskovitu, křemene, karbonátů, organických látek) • •nezpevněné: jíly (ve vodě rozplavitelné) •zpevněné: jílovce (nerozplavitelnost) • jílovité břidlice (rekrystalizace min. nad 0,08 mm) • břidličnatost (uspořádání jílových min.), malá pórovitost •řada jíl – jílovec – jílovitá břidlice – fylitická břidlice – fylit je dána rostoucím zpevněním a intenzitou diagenetických (až metamorfních) změn • •reziduální horniny • kaolín: teplé, vlhké klima, zvětr. kyselých hornin • přeplavením vznikají kaolinitické jíly • bentonity: přeměnou bazických tufů, tufitů, vulkanitů, přeplavením vznikají montmorillonitické jíly • • stavební znaky - zvrstvení •laminace •homogenní textura • primární – nepříliš hojná, klidná sedimentace • ze suspenze • sekundární – bioturbací •mázdřité, vlnité, čočkovité • (proměnlivý poměr psamity/aleurity/pelity) • Slínité horniny •přechod mezi jílovitými a karbonátovými horninami (25 – 75% jílu) •převážně mořský původ • •nezpevněné: slíny (mořské neogenní pánve) •zpevněné: slínovce (střídání s jílovci nebo vápenci) • slínité břidlice • opuky – písčitý slínovec s hojnou příměsí org. zbytků (jehlice hub, foraminifery) a glaukonitu Karbonáty •vznik převážně v mořském prostředí •Z pohledu geneze •nahromadění schránek a koster organismů •chemické vysrážení: přímé chemické vysrážení nebo za účasti organismů •stmelení úlomků starších karbonátových hornin – klastický původ • •Texturní znaky karbonátů •shodné s text. znaky v klastických sedimentech (šikmé, křížové zvrstvení apod.) ovlivněné charakterem sedimentačního prostředí •laminace: nejhojnější text. znak, obvykle vzniká v souvislosti s ukládáním vápnitého kalu či růstem organismů (např. stromatolity) •stylolity: nepravidelné sutury vzniklé v souvislosti s rozpouštěním karbonátů podél nichž je nakoncentrován nerozpustný podíl (mohou představovat 25-90% chybějícího rozpuštěného karbonátu) • • • •Alochemické vápence: složeny z alochemů (klastů), pojivo tvoří mikrit nebo sparit •mikrit: jemnozrný karbonátový kal (frakce do 20 mm) •sparit: krystaly kalcitu, rekrystalizací mikritu či růstem ve volných prostorách-diageneze • • alochemy • intraklasty: úlomky karbonátového sedimentu z vlastní pánve • extraklasty: úlomky karb. erodované ze starších geol. jednotek • oolity: kulovitá tělíska < 2mm, koncentrické nebo radiálně paprsčité, mořské • pisolity: kulovitá tělíska > 2mm, mořské i kontinentální (vřídlovec, jeskynní perly) • peloidy: drobné mikritové částice různé geneze (např. mikritizované ooidy) • pelety: válečkovitý tvar, např. fekální pelety • bioklasty: úlomky schránek a koster organismů • •Ortochemické vápence •mikritové •dismikritové: tvořené mikritem s hnízdy hrubšího čirého kalcitu •Biolitové vápence: tvořeny na místě rostoucími a přerůstajícími se organismy • • Folkova klasifikace karbonátů biomikritové vápence foraminifery, ramenonožci ostrakodi •mechovky •řasy, mlži Biosparitový vápenec, (foraminifery) • oosparitový vápenec Pelmikritový vápenec, (mikritizované ooidy) pelsparitový vápenec, (fekální hlízky) mikritový vápenec •biolitový vápenec pevná konstrukce z na sebe přirůstajících skeletů, tvořena rifogenními organismy Biolitový vápenec korálový vápenec stromatolit volné prostory ve stromatolitu jsou vyplněné dolomitem tmel v karbonátech E:\Renata\skola\SEDIMENTY\tmel.jpg Fibrální tmel zelené řasy, foraminifera http://geoinfo.nmt.edu/staff/scholle/graphics/permphotos/060.jpg Karbonáty kontinentálního prostředí •travertin – kupy, pórovitý, vysrážený v okolí pramenů •pěnovce - karb. tekoucích vod blízké travertinům •sintry - deskovité útvary v jeskyních, srážení z tekoucích vod •vřídlovec (hrachovec)- vysrážením z horkých pramenů, tvořený aragonitem, pisolitický •jezerní křída - karbonát stojatých vod • Vznik travertinu http://www.trailmonkey.com/images/Europe/Turkey/pumukkale/pum7terracevu.JPG sintr http://www.quercy.net/pechmerle/images/IMG0007_600.jpg Jeskynní perly http://www.quercy.net/pechmerle/images/IMG0006_600.jpg Silicity •SiO2 bohaté horniny (v čistých silicitech 90-95% SiO2) •kontinentální i mořské prostředí • •Podle způsobu vzniku •organogenní: nahromadění schránek rozsivek, mřížovců, jehlic hub •Chemogenní - vysrážení z roztoků • gejzirity: vysrážení opálu z horkých pramenů, vrstevnaté • jaspility: silicity s pásky hematitu nebo skvrny hematitu, doprovodná hornina submarinně-exhalačních ložisek •druhotně diagenetickými procesy: rozpuštění opálu a jeho opětovné vysrážení a zatlačování původního sedimentu (karbonátů, evaporitů) • •Termín rohovce •V širším smyslu představují zpevněné silicity různého původu (radiolarity, buližníky, …), často již špatně identifikovatelné geneze •v užším smyslu se jedná o křemité hlízy, konkrece, čočky a polohy převážně v karbonátech vzniklé v souvislosti s diagenezí • •Organogenní původ: • diatomity: schránky jednobuněčných řas rozsivek • vznik v chladnějších oblastech v mořích i jezerech, pórovité, lehké horniny • po zpevnění tzv. diatomové břidlice • radiolarity: opálové schránky mřížovců - radiolárií, mořské • spongolity: jehlice mořských hub •Původní opálové schránky organismů většinou rekrystalizované na chalcedon či křemen • •Neurčitý původ: • buližníky: v mladším proterozoiku barrandienu, nelze již rozlišit genezi • Silicity organogenního původu Strukturní a texturní znaky silicitů •Velice různorodé v závislosti na vzniku a diagenetické historii • •amorfní, mikrokrystalické,… •sférolitické • •laminované, vrstevnaté •nodulární •pórovité •brekciovité •hlízy, konkrece • Laminovaný rohovec Rohovec vzniklý zatlačením evaporitů; několik generací SiO2 Silicifikace evaporitů Silicifikace matrix i klastů karbonátu Evapority - chemogenní sedimenty •chemickým vysrážením z mořské či jezerní vody – teplé klima (salinita > 35g/l) •souvislé polohy (příměsi karbonáty, jílové minerály, klastická zrna) •Často jen shluky a krystaly v jílovitých, slínitých a karbonátových horninách či jiných evaporitech •nejčastěji v přírodě zastoupené halit, sádrovec a anhyrit •Posloupnost vysrážení z vody: karbonáty – sádrovec – anhydrit – sůl kamenná – draselné a hořečnaté soli • • •Strukturní a texturní znaky: různorodé, ovlivněné rozpustností a plasticitou •primární struktury: krystalické, vláknité, tabulkovité, krustifikační • •v důsledku vysoké rozpustnosti jsou často zatlačovány jinými minerály – silicifikace, karbonatizace a vznikají sekundární strukturní a texturní znaky •sekundární struktury: rekrystalizační, kataklastické • •primární textury: masívní, laminované, vrstevnaté •sekundární textury: síťovité, hlízovité, nodulární, brekciovité • • • Krystalická struktura - růžicovitá stavba – krystaly sádrovce rostou při dně v mělkých salinách http://geoinfo.nmt.edu/staff/scholle/graphics/permphotos/029.jpg http://geoinfo.nmt.edu/staff/scholle/graphics/permphotos/037.jpg Dutiny po krystalech evaporitů v dolomikritu Nodulární textura - vznik nodulární textury při přechodu anhydritu na sádrovec http://geoinfo.nmt.edu/staff/scholle/graphics/permphotos/028.jpg Nodulární textura evaporitů způsobená zatlačováním kalcitem (barvený - narůžovělý) http://geoinfo.nmt.edu/staff/scholle/graphics/permphotos/253.jpg Jehličkovitý anhydrit silicifikovaný s krystaly kubického pyritu Silicifikace anhydritu (jasné barvy)- křemen zatlačující anhydrit http://geoinfo.nmt.edu/staff/scholle/graphics/permphotos/042.jpg Sádrovec vyplňující dutiny ve stromatolitu http://geoinfo.nmt.edu/staff/scholle/graphics/permphotos/035.jpg Fosfority – chemogenní i organogenní vznik •Sedimenty, kde podstatné množství fosfátů • minerály sk. apatitu: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) • nejčastěji fluorapatit; dále hydroxylapatit, karbonáthydroxylapatit; karbonátfluorapatit; • tzv. frankolit – varieta hojná ve fosforitech obvykle se zvýšených obsahem karbonátové komponenty aj. minoritních prvků – není uznaný minerál (Ca,Mg,Sr,Na)10(PO4,SO4,CO3)6F2-3. • další minerály: vivianit Fe2+3(PO4)2•8(H2O), xenotim apod. •převážně mořský původ (s vápenci, slínitými a jílovitými horninami) v obdobích pomalé klastické sedimentace či přerušení sedimentace •příměs: jílové minerály, karbonáty, glaukonit, křemen, chalcedon, opál, pyrit, oxidy Fe, organika • Primární výskyty •nahromadění fosfátických organických zbytků (kostí, zubů, schránek ramenonožců) •nahromadění živočišných exkrementů (ptačí trus, netopýří guáno, koprolity mořských živočichů) • •vrstevnaté fosfority: celistvé, zrnité, oolitické •povlaky, náteky: infiltrací roztoků do puklin a trhlin • • Sekundární výskyty •pseudomorfózy po organických zbytcích •konkrece v jiných sedimentech •fosfority zatlačující jiné horniny, zejména vápence •tmel jiných sedimentů (často krustifikační) • Fosfority Střídající se fosfority, fosfátické dolomity a břidlice http://www.cs.umt.edu/GEOLOGY/FAC/hendrix/Sheep_Creek_Canyon_section.jpg Fosforitová čočka s kostní brekcií http://www.geocities.com/xavidium/sivathere.jpg Fosforitové nodule http://www.quercy.net/patrimoine/phosphatieres/couvert3.jpg Ferolity •železem bohatý sediment •původ Fe terigenní (z hornin kontinentů) a vulkanický •slabá klastická sedimentace a nevhodné podmínky pro tvorbu karbonátů • •minerály Fe – velká rozmanitost •oxidy a hydroxidy – hematit Fe2O3, magnetit Fe2+Fe3+2O4, goethit Fe3+O(OH), lepidokrokit Fe3+O(OH), hydrogoethit 3Fe2O3 · 4H2O •silikáty – chamozit (sk. chloritů), glaukonit (sk. slíd) •karbonáty – siderit (FeCO3); ankerit CaFe(CO3)2 •sulfidy – pyrit FeS2, markazit FeS2 • •tvorba minerálů ovlivněna silně Eh a pH prostředí •vznik v mořích (mělká i hluboká) i na kontinentech •příměsi – SiO2, oxidy Mn, Al, P2O5, V, As, Co, Ni, Cr, Cu, organika • • mořské •oolitické Fe rudy – oxidy, hydroxidy Fe, chamozit; mělkovodní prostředí •ferolity submarinně-exhalačních ložisek (hematit v křemičité hornině – jaspility) •BIF – hematit, magnetit, SiO2, proterozoikum •Fe konkrece – mělká moře i hlubokovodní prostředí •pyritové sedimenty vázané na černé břidlice (s vysokým podílem organiky) • • kontinentální •zvětrávací kůry obohacené o Fe – reziduální, tropické oblasti tvorby lateritů, silné vyluhování, hromadění oxidů a hydroxidů Al, Fe, Mn •bahenní a jezerní rudy •pelosiderity (karbonáty Fe) v uhlonosných sedimentech Ferolity BIF - banded iron formation páskované Fe rudy •proterozikum •oxidace Fe rozpuštěného v mořské vodě •Fe dodáváno do oceánu z vulkanické činnosti a zvětráváním z kontinentů •střídání pásku bohatých hematitem či magnetitem s pásky kryptokrystalického křemene Oolitické Fe ruda Zobrazit zdrojový obrázek Zobrazit zdrojový obrázek Textové pole: Textové pole: • Oolity hematitové Oolity sideritové (makrovzorek a ve výbruse) http://www.assignmentpoint.com/wp-content/uploads/2018/02/Chamosite-1.jpg http://www.winona.msus.edu/geology/MRW/mrwimages/oolites.jpg Oolity chamositové •Sideritová konrece http://webcenter.ru/~minbooks/images/ma3_48.jpg Manganolity •obvyklá příměs oxidů Mn i ve ferolitech •manganolity - černá barva • •mořské •Oxidické: oxidy - pyroluzit (Mn4+O2); • oxid-hydroxidy – tzv. manganomelany (manganit – MnOOH; psilomelan - masivní, wad - dendrity – oba poslední blízké amorfním látkám) •Karbonatické: kutnohorit - CaMn(CO3)2; rodochrozit - MnCO3 • •konkrece – mělkovodní i hlubokovodní •kůry a vrstvičky • •kontinentální •v tropických oblastech v souvislosti s tvorbou lateritů (tropické zvětrávání) – pyroluzit, psilomelan •v močálech a jezerech – pyroluzit, psilomelan; tvoří konkrece, kůry • • • • wad – dendritický povlak; oxid-hydroxidy Mn Zobrazit zdrojový obrázek psilomelan – oxid-hydroxidy Mn Manganolity •Zdroje Mn pro vznik manganolitů: •Zvětrávání silikátů granitických hornin. Mn2+ ve většině minerálů magmatických hornin (substituce za Fe2+). Mn2+ vysoce rozpustné (více než Fe). •Dalším významným zdrojem Mn2+ is je podmořská hydrotermální aktivita (kuřáci) •Vznik sedimentárních hornin Mn-bohatých •Buďto oxidací Mn2+ na Mn3+ či Mn4+, které jsou nerozpustné. A vznik oxyhydroxidů Mn, které tvoří sedimentární Mn rudy •Pokud dochází ke krystalizaci karbonátů v sedimentární pánvi a je dostatek rozpuštěného Mn2+, potom Mn2+ substituje Ca2+ v autigenních karbonátech - kutnohorit (CaMn(CO3)2) and Ca- bohatý rodochrozit (MnCO3) = ranně diagenetické fáze. Rodochrozit a braunit (Mn2+Mn3+6SiO12) potom vznikají obvykle sekundárně a při metamorfních procesech Mn-silikáty. •Na rozdíl od Fe, Mn2+ obvykle netvoří sulfidy. •Vysoké koncentrace Mn2+ v Archaické mořské vodě souvisely s nízkou koncentrací O2 v období před 2.3 miliardy let (a tedy malou možností oxidace Mn) . • •Největší ložiska sedimentárních Mn rud vznikaly po tom, co došlo ke zvýšení koncentrace O2 v atmosféře a vodách v období cca 2.3 miliardy let. Manganolity