Post on 07-Aug-2018
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
1/82
METAMORFNE STENE
Prof. Nada Vaskoviã
Rudarsko-geološki fakultet – Univerzitet u Beogradu
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
3/82
Skup procesa koji dovode do strukturnih, mineralnihili hemijskih promena u primarnoj steni (protolitu), a
odvijaju se u èvrstom stanju
Metamorfizam
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
6/82
Ako je stena samo delimièno preobražena onda
se nazivu prvobitne stena dodaje samo prefiks
meta: na primer :
Metapešè ar
Metagabro
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
10/82
ALUMOSILIKATI:
DISTENSILIMANIT
ANDALUZIT
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
11/82
• DISTEN - triklinièan
• Svijetloplav, plavozelena do plavosiv
• Sjaj: staklast do sedefast
• tipièan za: srednji stupanj
regionalnog metamorfizma glinovitih
sedimenata
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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.
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
13/82
• SILIMANIT - rombièan
• sivobela do žuta
•Srednji dovisokotemperaturni regionalni
metamorfizam glinovitih
sedimenata
• dugoprizmatièni kristali ili
vlaknasti agregati
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
14/82
Disten
Silimanit
Andaluzit
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
16/82
GRANATI - teseralni
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
17/82
GRANATI - teseralni
uvarovit andradit
almandin almandingrosular
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
18/82
•
Boja crveno - crnosmeða
• kristali su stubasti, prizmatièni, èesti blizanci
• sjaj staklast do mastan;
• tipièan produkt regionalnog metamorfizma
STAUROLIT - monoklinièan
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
19/82
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
21/82
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
22/82
ŠKRILJAVA TEKSTURA
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
23/82
Ubrana tekstura – varijetet škriljave teksture, kada su
nabori sitni za teksturu kažemo da je plisirana
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
24/82
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
25/82
Okcasta tekstura – grupisanje
minerala (kvarc, feldspat) u gnezdasoèivastog ili ovalnog oblika.
Okce može biti izgraðeno i samo od
jednog krupnog zrna
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
26/82
Okcasta tekstura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
28/82
Injekciona tekstura – nastaje ubrzgavanjem aplitoidnih
rastopa nastalih parcijalnim stapanjem u okolne stene.Rastop može biti ubruzgavan po povr šini škriljavosti ili
nepravilno
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
29/82
Injekciona tekstura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
30/82
Injekciona tekstura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
31/82
Masivna tekstura – &'( &')$ "* "+"#'),- "#$%$
rasporeðeni bez ikakve orijentacije – kažemo i stena jehomogenog sklopa
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
32/82
Masivna tekstura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
33/82
Masivna tekstura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
34/82
Masivna tekstura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
35/82
DEFORMACIJA STENA - pri povišenom pritisku stena prolazi kroz
nekoliko FAZA DEFORMACIJA:
a) KRTA DEFORMACIJA ( T
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
36/82
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
38/82
FOLIJACIJA
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
39/82
Strukture metamorfnih stena
Karakteristike sklopa koje proizilaze iz naèina srastanja,odnosa velièina, oblika i idiomorfizma nazivamo strukturom
metamorfne stene
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
43/82
Blasto psefitska
metakonglometat
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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)
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
47/82
Lepidoblasti è na i porfiroblasti è na struktura
Liskuni
granat
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
48/82
Granoblasti è na struktura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
49/82
Lepidoblasti è na struktura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
50/82
Lepidoblasti è na struktura
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
51/82
granat
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
52/82
Porfiroblasti è na struktura
granat
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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.
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
55/82
Pritisak - P
Jedinice: Pa, MPa
u upotrebi: kbar
1 bar = 105Pa,
1 kbar = 100 MPa
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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.
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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.
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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.
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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.
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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“
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
65/82
STEPEN METAMORFIZMA
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
68/82
KONTAKTNI METAMORFIZAM
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
69/82
Karakteristika plutona
KONTAKTNI METAMORFIZAM
Velièina i oblik kontaktnog oreola zavisi od:
Velièina
Oblik
Orijentacija
TemperaturaSastav
Karakteristika primarnih
stena (protolita)
SastavDubina
Vrste stena
Propusnosti
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
KONTAKTNI METAMORFIZAM
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
71/82
Tri osnovna tipa:
– Orogeni metamorfizam
– Metamorfizam tonjenja
–Metamorfizam okeanskog dna
REGIONALNI METAMORFIZAM
Metamorfizam koji se odvija u regionalnim razmerama
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
METAMORFIZAM TONJENJA
METAMORFIZAM TONJENJA
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
METAMORFIZAM TONJENJA
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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.
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
79/82
Impaktni metamorfizam
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
80/82
Impaktni metamorfizam
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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
8/20/2019 Metamorfne stene - uvod
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