Metamorfne stene - uvod - pdfMachine from Broadgun ...rgf.bg.ac.rs/predmet/RO/II semestar/Lezista...

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