Metamorfne stene - uvod

8/20/2019 Metamorfne stene - uvod

1/82

METAMORFNE STENE

Prof. Nada Vaskoviã

Rudarsko-geološki fakultet – Univerzitet u Beogradu


2/82

• Gr èki: metá=promena

• morphé=oblik

Podrazumeva fizièkohemijske procese pri kojima je izvr šeno

preobražavanje prvobitnog sastava ili/i sklopa stene

• Glavni faktori koju utièu na promene u primarnim stenama su:

a) TEMPERATURA

b) PRITISAKc) PRISUTNOST FLUIDA

d) VREME PROVEDENO U NOVONASTALIM USLOVIMA

DEFINICIJA METAMORFIZMA


3/82

Skup procesa koji dovode do strukturnih, mineralnihili hemijskih promena u primarnoj steni (protolitu), a

odvijaju se u èvrstom stanju

Metamorfizam


4/82

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 - poluè vrsto


5/82

Protolit (prekursor) - ishodna – pimarna stena èijom

metamorfozom nastaje metamorfna stena

Protolit može biti:

magmatska stena sedimentna stenastarija metamorfna

stena

orto porekla para- porekla Para/orto porekla


6/82

Ako je stena samo delimièno preobražena onda

se nazivu prvobitne stena dodaje samo prefiks

meta: na primer :

Metapešè ar

Metagabro


7/82

OSNOVNI PRINCIPI METAMORFIZMA

Izofazni metamorfizam - ako se u steni vr še samopromene sklopa

Alofazni metamorfizam - ako se menja i mineralni

sastav i sklop stene


8/82

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 "#$%$

usled privoðenja ili odovðenja nekih komponenti iz sistema

onda se takvi procesi nazivaju – alohemijski metamorfni

procesi


9/82

Mineralni sastav metamorfnih stena

Kvarc

Talk

GrafitMinerali Epidotske grupe

DolomitKordijerit

KalcitStaurolit

MagnetitAl-silikati:Disten, Silimanit, Andaluzit

HematitGranati

LavsonitMinerali serpentinske grupe

ZeolitiOlivini

KorundLiskuni: Muskovit, Biotit, Hlorit, Sericit

PrenitPirokseni:

Monoklini è ni: Diopsid-Hedenbergit, Omfacit

Rombi è ni : Enstatit, Hipersten

VolastonitAmfiboli: Aktinolit, Tremolit, Hornblenda, GlaukofanVezuvijanFeldspati: Mikroklin, Ortoklas, Plagioklasi


10/82

ALUMOSILIKATI:

DISTENSILIMANIT

ANDALUZIT


11/82

• DISTEN - triklinièan

• Svijetloplav, plavozelena do plavosiv

• Sjaj: staklast do sedefast

• tipièan za: srednji stupanj

regionalnog metamorfizma glinovitih

sedimenata


12/82

ANDALUZIT - rombièan

• siv, zelen, ružièast; sjaj

staklast,• tipièan za: srednji stupanj

regionalnog i kontaknog

metamorfizma glinovitih

sedimenata

• dolazi sa distenom,staurolitom, granatom i dr.


13/82

• SILIMANIT - rombièan

• sivobela do žuta

•Srednji dovisokotemperaturni regionalni

metamorfizam glinovitih

sedimenata

• dugoprizmatièni kristali ili

vlaknasti agregati


14/82

Disten

Silimanit

Andaluzit


15/82

• dobro oblikovani kristali, zrnasti

i masivni agregati

• dva niza: piralspiti i ugranditi

• sjaj staklast do dijamantan

• boja crvena (pirop, almandin ),

žuta (spessartin, andradit), bela

(grossular), zelena (uvarovit)

• dominantno metamorfni

minerali, a pojavljivanje zavisiod P-T

GRANATI - teseralni


16/82

GRANATI - teseralni


17/82

GRANATI - teseralni

uvarovit andradit

almandin almandingrosular


18/82

•

Boja crveno - crnosmeða

• kristali su stubasti, prizmatièni, èesti blizanci

• sjaj staklast do mastan;

• tipièan produkt regionalnog metamorfizma

STAUROLIT - monoklinièan


19/82


20/82

Škriljava tekstura - paralelni raspored minerala (listastih i

izduženih) u ravni koja je upravna na smer pritiska (stres)

•Lako se deli u ploèe ili listove zbog paralelne graðe

•deljivost u ploèe može biti i posledica prisustva finih

tankih pukotina u steni –

takvu deljivost nazivamo klivaž

Teksture metamorfnih stena


21/82


22/82

ŠKRILJAVA TEKSTURA


23/82

Ubrana tekstura – varijetet škriljave teksture, kada su

nabori sitni za teksturu kažemo da je plisirana


24/82


25/82

Okcasta tekstura – grupisanje

minerala (kvarc, feldspat) u gnezdasoèivastog ili ovalnog oblika.

Okce može biti izgraðeno i samo od

jednog krupnog zrna


26/82

Okcasta tekstura


27/82

Bobièava tekstura – to je sitnookcasta tekstura kod koje bobice

predstavljaju ili porfiroblaste (krupan metamorfni mineral) ili

grupe porfiroblasta koji leže u sitnizrnoj osnovi


28/82

Injekciona tekstura – nastaje ubrzgavanjem aplitoidnih

rastopa nastalih parcijalnim stapanjem u okolne stene.Rastop može biti ubruzgavan po povr šini škriljavosti ili

nepravilno


29/82

Injekciona tekstura


30/82

Injekciona tekstura


31/82

Masivna tekstura – &'( &')$ "* "+"#'),- "#$%$

rasporeðeni bez ikakve orijentacije – kažemo i stena jehomogenog sklopa


32/82

Masivna tekstura


33/82

Masivna tekstura


34/82

Masivna tekstura


35/82

DEFORMACIJA STENA - pri povišenom pritisku stena prolazi kroz

nekoliko FAZA DEFORMACIJA:

a) KRTA DEFORMACIJA ( T


36/82


37/82

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 izduženosti ovisi od smera maksimalnog stresa

maksimalni stres

sluèajna orijentacija minerala

preferirana orijentacija minerala

smjer maksimalnog stresa


38/82

FOLIJACIJA


39/82

Strukture metamorfnih stena

Karakteristike sklopa koje proizilaze iz naèina srastanja,odnosa velièina, oblika i idiomorfizma nazivamo strukturom

metamorfne stene


40/82

Strukture metamorfnih stena nastale su na dva naèina:

1. Procesom prekristalizacije i premineralisavanja sastojakai rašãenjem minerala u èvrstoj ili delimièno èvrstoj masi

stene

• Rast minerala u toku metamorfizma nazivamo

BLASTEZA, a strukture nastale na taj naèin blasti è ne

strukture

2. Procesom drobljenja stene ili stenske mase usled

regionalnih pokreta – pod uticajem pritiska• Strukture nastale na ovaj naèin nazivamo

kataklasti è ne strukture


41/82

Blastiène strukture se dele na dve grupe:

I. Reliktne strukture

• Struktura koja još uvek odražava i sklop primarnestene (protolita)

II. Singenetske strukture

• Strukture stvorene u toku procesa metamorfizma


42/82

S obzirom da je delom saèuvan primaran sklop stene prideterminaciji strukture zadr žava se naziv primarne strukture

protolita uz dodatak prefiksa blasto:

Na primer:Blasto porfirska

Blastozrnasta

Blasto psefitska

Blasto psamitska i td .

Reliktne struktura


43/82

Blasto psefitska

metakonglometat


44/82

Singenetske strukture

Po velièini zrna razlikujemo:

1. Homeoblasti è ne – zrna ujednaèene krupnoãe

2. Heteroblasti è ne – gde su razlike u velièini zrna jasno

vidljive


45/82

Homeoblasti è ne strukture su:

a) Granoblasti è na - Sastojci imaju pribli ž no izometri è an

oblik i sli è nu veli è inu

b) Nematoblasti è na – karakteri še se prisustvom igli è astihili izduž enih stubastih ili vlaknastih minerala (pirokseni,

amfiboli)

c) Lepidoblasti è na – karakteri še se prisusutvom listastih

minerala (liskuni, hlorit, sericit)


46/82

Heteroblasti è ne strukture su:

a) Porfiroblasti è na – nastaje zbog br ž eg rasta pojedinihminerala u toku procesa metamorfizma – ti krupni

minerali nazivaju se PORFIROBLASTI

b) Kataklasti è ne – nastaju pri drobljenju stene zbog

tektonskih pokreta, posle è ega mož e da doð e dorekristalizacije, pa produkti drobljenja prelaze u

granoblasti è ne agregate

• Prorfiroklasti è na struktura je kataklasti è na sa

zaostalim krupnijim zrnima – PORFIROKLASTI

• Milonitska struktura – intenzivno drobljenje -

usitnjavanje, uškriljavanje i rekristalizacija


47/82

Lepidoblasti è na i porfiroblasti è na struktura

Liskuni

granat


48/82

Granoblasti è na struktura


49/82

Lepidoblasti è na struktura


50/82

Lepidoblasti è na struktura


51/82

granat


52/82

Porfiroblasti è na struktura

granat


53/82

! Temperatura: obiènonajvažniji metamorfni faktor•T/ °C

! Geotermalni gradijent" kontinentalni je viši 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.


54/82

Povišenje temperature ima nekoliko efekata:

1) Pokreãe rekristalizaciju

• Poveãava se velièina zrna

• Veãa povr šina/volumen minerala ! manja stabilnost

• Povišenje 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 može spreèiti dostizanje ravnoteže


55/82

Pritisak - P

Jedinice: Pa, MPa

u upotrebi: kbar

1 bar = 105Pa,

1 kbar = 100 MPa


56/82

NizakT/P geotermalni gradijent

• u zonama subdukcije

Metamorfne stene

Metamorfne stene

“Normalni”gradijenti mogu biti poremeãeni:

VisokT/P geotermalni gradijent

• u podruè jima plutonske

aktivnost i/ili riftinga

rifting


57/82

! Litostatièki pritisak = jednolik pritisak (hidrostatièki)

! Stres = nejednak pritisak s razlièitih strana (usmeren)

Opisuje se s 3 meðusobno okomite komponente(ó):

ó1 – maksimalni stres

ó2 - meðuvrednost stresa

ó3 - minimalna vrednost stresa

! U sluèaju litostatièkog pritiska (hidrostatièkog)

sluèaju sve tri vrijednosti ó su jednake


58/82

Stres pogaða strukture i teksture, ali ne bitno iravnotežnu mineralnu zajednicu

Statièki ! škriljava tekstura

Dinamiè

ki!

usitnjavanje minerala

Razlikujemo tri vrste stresa:

! Tenziju! Kompresiju! Smicanje


59/82

Primarnioblik Elipsoid

naprezanja

Tenzija: ó3 je negativan, što ima za posledicu

ekstenziju - razvlaèenje

- Javlja se u pliãim nivoima

Sl. 21-2. Tri osnovna tipa stresa sa primerima moguãih struktura. a. Tenzija, jedan stres je negativan. “Tenzionepukotine” su upravne na ekstenziju i ispunjene sekundarnim mineralima. Winter (2001) An Introduction toIgneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.


60/82

Kompresija: ó1 je dominantna! nabiranje ili kod

homogenih tela spljoštavanje

Sl. 21-2. Tri osnovna tipa stresa sa primerima moguãih struktura. b. Kompresija, uzrokuje spljoštavanje ili nabiranje.

Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.


61/82

• Folijacija je uobièajen

rezultat 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. Spljoštavanje duktilne homogene sfere (a) sadrži sluèaj noorijentisane spljoštene èestice. U (b) sluèaju matriks

se kreãe tako da s progresivnim spljoštavanjem èestice zauzimaju paralelan položaj upravan na dominantan smer stresa

(škriljavost, folijacija). Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.


62/82

Smicanje - kretanje duž ravni koje su pod uglom na ó1

Slika21-2. Tri osnovna tipa stresa s primerima moguãih struktura. c. Smicanje, uzrokuje

klizanje duž paralelnih ravni i rotaciju. Preuzeto iz Winter (2001) An Introduction to Igneous

and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.


63/82

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 “nižim”

pritiscima i temperaturama, a zavise i od svojstva fluida

Fluidi


64/82

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“


65/82

STEPEN METAMORFIZMA


66/82

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


67/82

2. Temelje se na smještaju ili procesu

– Kontaktni metamorfizam

•Pirometamorfizam

–Regionalni metamorfizam•Orogeni metamorfizam

•Metamorfizam tonjenja

•Metamorfizam okeanskog dna

– Hidrotermalni metamorfizam

– Metamorfizam rasednih zona

– Impaktni ili šok metamorfizam


68/82

KONTAKTNI METAMORFIZAM


69/82

Karakteristika plutona


Velièina i oblik kontaktnog oreola zavisi od:

Velièina

Oblik

Orijentacija

TemperaturaSastav

Karakteristika primarnih

stena (protolita)

SastavDubina

Vrste stena

Propusnosti


70/82

- Najizraženiji kad se pluton intruduje u statiènu sredinu blizupovr šine (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



71/82

Tri osnovna tipa:

– Orogeni metamorfizam

– Metamorfizam tonjenja

–Metamorfizam okeanskog dna

REGIONALNI METAMORFIZAM

Metamorfizam koji se odvija u regionalnim razmerama


72/82

- asociran je sa konvergentnim marginama ploèa

- orogeni (dinamotermalni) metamorfizam podrazumeva jednu ili

više epizoda orogeneze s kombinacijom povišenih geotermalnih

gradijenata i deformacija

- uzdizanje i erozija

- pokazuje rast stepena metamorfizma prema centralnom podruè ju

- orogeni pojasevi pokazuju nekoliko epizoda deformacije i

metamorfizma kreirajuãi slo

žen polimetamorfni sklop

- npr. Kontinentalna kolizija

OROGENI – REGIONALNI METAMORFIZAM


73/82

Metamorfizam tonjenja = vrlo niski stepen metamorfizma nastao ubasenima sedimentacije zbog tonjenja i gomilanja sedimentnih

naslaga

• bez deformacija i magmatskih intruzija

• finozrnasti agregati, staklo, visokeT -> pogodni za metamorfnualteraciju

• metamorfni efekti pripisani povišenju P i T u toku tonjenja/

zatrpavanja

• Niz od dijageneze do formiranja zeolita, prehnita, pumpeleita,

laumontita, itd.

METAMORFIZAM TONJENJA


74/82

Metamorfizam tonjenja se javlja u podruè jima koja nisu

pretrpela znaèajnije deformacije ili orogenezu

Ogranièen je relativno neporemeãene naslage sedimenata

smeštene dalje od aktivnih kontinentalnih margina

– Meksièki zaljev

– Bengal




75/82

Ekstrapolacija!

250-300o

C u bazi (P ~ 0.6 GPa)To je unutar podruè ja metamorfizma i težina

krovinskih sedimenata je dovoljna za nastanak

folijacije

Pasivne granice postaju aktivne

• Stoga podruè ja metamorfizma tonjenja postaju podruè ja

orogenog REGIONALNOG METAMORFIZMA



76/82

Metamorfizam okeanskog dna djeluje na okeansku koru na

grebenima

•Širok 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


77/82

• Coombs (1961) – hidrotermalni metamorfizam,

uzrokovan vruãim H2O fluidima;

•uklju

èuje i metasomatizam

• Teško ga je u potpunosti odeliti od istih efekata koji

hidroterme imaju u drugim tipovima metamorfizma

(metamorfizam oceanskog dna, ...)

HIDROTERMALNI METAMORFIZAM


78/82

METAMORFIZAM RASEDNIH ZONA I IMPAKTNI

METAMORFIZAM

Javljaju se u podruè jima 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.


79/82

Impaktni metamorfizam


80/82

Impaktni metamorfizam


81/82

• Progradni metamorfizam:

Rast stepena metamorfizma sa vremenom kako stena dolazi

pod višemetamorfne 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


82/82

! Donja temperaturna granica metamorfizma prelazi u

dijagenezu, granica nije è vrsto odreð ena

! Procesi dijageneze i alteracije se teško razlikuju odmetamorfnih 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

Documents

Metamorfne stene - uvod