Преузми - Univerzitet u Beogradu

Rudarsko-geološki fakultet – Univerzitet u BeograduMETAMORFNE STENEProf. Nada Vaskoviã

DEFINICIJA METAMORFIZMA• Grèki: metá=promena• morphé=oblikPodrazumeva fizièkohemijske procese pri kojima je izvršenopreobražavanje prvobitnog sastava ili/i sklopa stene• Glavni faktori koju utièu na promene u primarnim stenama su:a) TEMPERATURAb) PRITISAKc) PRISUTNOST FLUIDAd) VREME PROVEDENO U NOVONASTALIM USLOVIMA

MetamorfizamSkup procesa koji dovode do strukturnih, mineralnihili hemijskih promena u primarnoj steni (protolitu), aodvijaju se u èvrstom stanju

IUGS - definicija metamorfizmaMetamorfizam je subsolidusni proces koji dovodi dopromene mineralnog sastava i/ili promene strukture stene(npr. velièina zrna) i/ili promene hemijskog sastava stene.Nastale promene predstavljaju odgovor sistema na fizièkei/ili hemijske uslove koji se razlikuju od onih u kojima jesistem formiranSubsolidus - poluèvrsto

Protolit (prekursor) - ishodna – pimarna stena èijommetamorfozom nastaje metamorfna stenaProtolit može biti:magmatska stenasedimentna stenastarija metamorfnastenaorto porekla para- porekla Para/orto porekla

Ako je stena samo delimièno preobražena ondase nazivu prvobitne stena dodaje samo prefiksmeta: na primer:MetapešèarMetagabro

OSNOVNI PRINCIPI METAMORFIZMAIzofazni metamorfizam - ako se u steni vrše samopromene sklopaAlofazni metamorfizam - ako se menja i mineralnisastav i sklop stene

Metamorfni procesi pri kojima se menja samo struktura ili/imineralni sastav (rekristalizacija ili premineralisavanje), ane menja hemizam stene nazivaju se – izohemijskimetamorfni procesiAko se pri metamorfizmu menja i hemijski sastavVWHQHusled privoðenja ili odovðenja nekih komponenti iz sistemaonda se takvi procesi nazivaju – alohemijski metamorfniprocesi

Mineralni sastav metamorfnih stenaFeldspati: Mikroklin, Ortoklas, PlagioklasiAmfiboli: Aktinolit, Tremolit, Hornblenda, GlaukofanPirokseni:Monoklinièni: Diopsid-Hedenbergit, OmfacitRombièni: Enstatit, HiperstenLiskuni: Muskovit, Biotit, Hlorit, SericitOliviniMinerali serpentinske grupeGranatiAl-silikati:Disten, Silimanit, AndaluzitStaurolitKordijeritMinerali Epidotske grupeVezuvijanVolastonitPrenitTalkKvarcKorundZeolitiLavsonitHematitMagnetitKalcitDolomitGrafit

ALUMOSILIKATI:DISTENSILIMANITANDALUZIT

• DISTEN - triklinièan• Svijetloplav, plavozelena do plavosiv• Sjaj: staklast do sedefast• tipièan za: srednji stupanjregionalnog metamorfizma glinovitihsedimenata

ANDALUZIT - rombièan• siv, zelen, ružièast; sjajstaklast,• tipièan za: srednji stupanjregionalnog i kontaknogmetamorfizma glinovitihsedimenata• dolazi sa distenom,staurolitom, granatom i dr.

• SILIMANIT - rombièan• sivobela do žuta• Srednji dovisokotemperaturni regionalnimetamorfizam glinovitihsedimenata• dugoprizmatièni kristali ilivlaknasti agregati

AndaluzitDistenSilimanit

GRANATI - teseralni• dobro oblikovani kristali, zrnastii masivni agregati• dva niza: piralspiti i ugranditi• sjaj staklast do dijamantan• boja crvena (pirop, almandin ),žuta (spessartin, andradit), bela(grossular), zelena (uvarovit)• dominantno metamorfniminerali, a pojavljivanje zavisiod P-T

GRANATI - teseralni

GRANATI - teseralnialmandinalmandingrosularuvarovitandradit

STAUROLIT - monoklinièan• Boja crveno - crnosmeða• kristali su stubasti, prizmatièni, èesti blizanci• sjaj staklast do mastan;• tipièan produkt regionalnog metamorfizma

SKLOP METAMORFNIH STENAFolijacija - bilo koji oblik planarne graðe u metamorfnoj steni-definisana je paralelnim razmještajem liskuna

Teksture metamorfnih stenaŠkriljava tekstura - paralelni raspored minerala (listastih iizduženih) 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 finihtankih pukotina u steni – takvu deljivost nazivamo klivaž

ŠKRILJAVA TEKSTURA

Ubrana tekstura – varijetet škriljave teksture, kada sunabori sitni za teksturu kažemo da je plisirana

Trakasta tekstura –mineralni sastojci sugrupisani u zone (trake)koje se neizmeniènosmenjuju.

Okcasta tekstura – grupisanjeminerala (kvarc, feldspat) u gnezdasoèivastog ili ovalnog oblika.Okce može biti izgraðeno i samo odjednog krupnog zrna

Okcasta tekstura

Bobièava tekstura – to je sitnookcasta tekstura kod koje bobicepredstavljaju ili porfiroblaste (krupan metamorfni mineral) iligrupe porfiroblasta koji leže u sitnizrnoj osnovi

Injekciona tekstura – nastaje ubrzgavanjem aplitoidnihrastopa nastalih parcijalnim stapanjem u okolne stene.Rastop može biti ubruzgavan po površini škriljavosti ilinepravilno

Injekciona tekstura

Injekciona tekstura

Masivna tekstura –NRGNRMHVXVDVWRMFLVWHQHrasporeðeni bez ikakve orijentacije – kažemo i stena jehomogenog sklopa

Masivna tekstura

Masivna tekstura

Masivna tekstura

DEFORMACIONE STRUKTRE U METAMORFIZMUjesu rezultat uticaja povišenog pritiskaDEFORMACIJA STENA - pri povišenom pritisku stena prolazi kroznekoliko FAZA DEFORMACIJA:a) KRTA DEFORMACIJA ( T

FOLIJACIJADiferencijalni 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 stresasmjer maksimalnog stresamaksimalni stressluèajna orijentacija mineralapreferirana orijentacija minerala

FOLIJACIJA

Strukture metamorfnih stenaKarakteristike sklopa koje proizilaze iz naèina srastanja,odnosa velièina, oblika i idiomorfizma nazivamo strukturommetamorfne stene

Strukture metamorfnih stena nastale su na dva naèina:1. Procesom prekristalizacije i premineralisavanja sastojakai rašãenjem minerala u èvrstoj ili delimièno èvrstoj masistene• Rast minerala u toku metamorfizma nazivamoBLASTEZA, a strukture nastale na taj naèin blastiènestrukture2. Procesom drobljenja stene ili stenske mase usledregionalnih pokreta – pod uticajem pritiska• Strukture nastale na ovaj naèin nazivamokataklastiène strukture

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

Reliktne strukturaS obzirom da je delom saèuvan primaran sklop stene prideterminaciji strukture zadržava se naziv primarne struktureprotolita uz dodatak prefiksa blasto:Na primer:BlastoporfirskaBlastozrnastaBlastopsefitskaBlastopsamitska i td.

metakonglometatBlastopsefitska

Singenetske strukturePo velièini zrna razlikujemo:1. Homeoblastiène – zrna ujednaèene krupnoãe2. Heteroblastiène – gde su razlike u velièini zrna jasnovidljive

Homeoblastiène strukture su:a) Granoblastièna - Sastojci imaju približno izometrièanoblik i sliènu velièinub) Nematoblastièna – karakteriše se prisustvom iglièastihili izduženih stubastih ili vlaknastih minerala (pirokseni,amfiboli)c) Lepidoblastièna – karakteriše se prisusutvom listastihminerala (liskuni, hlorit, sericit)

Heteroblastiène strukture su:a) Porfiroblastièna – nastaje zbog bržeg rasta pojedinihminerala u toku procesa metamorfizma – ti krupniminerali nazivaju se PORFIROBLASTIb) Kataklastiène – nastaju pri drobljenju stene zbogtektonskih pokreta, posle èega može da doðe dorekristalizacije, pa produkti drobljenja prelaze ugranoblastiène agregate• Prorfiroklastièna struktura je kataklastièna sazaostalim krupnijim zrnima – PORFIROKLASTI• Milonitska struktura – intenzivno drobljenje -usitnjavanje, uškriljavanje i rekristalizacija

granatLiskuniLepidoblastièna i porfiroblastièna struktura

Granoblastièna struktura

Lepidoblastièna struktura

Lepidoblastièna struktura

granat

granatPorfiroblastièna struktura

FAKTORI METAMORFIZMA 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 meteoritaProcena raspona okeanskog i kontinentalnoggeotermalnog gradijenta do dubine od 100 km. PremaSclater et al. (1980), Earth. Rev. Geophys. Space Sci.,18, 269-311.

Povišenje temperature ima nekoliko efekata:1) Pokreãe rekristalizaciju• Poveãava se velièina zrna• Veãa površina/volumen minerala manja stabilnost• Povišenje temperature prevladava kinetièku barijeru kodrekristalizacije2) Pokreãe reakcije koje dovode do• Nestanka nestabilnih minerala i• Daje nove minerale koji su stabilniji u tim uslovima3) Pevladava kinetièku barijeru koja može spreèiti dostizanje ravnoteže

Pritisak - PJedinice: Pa, MPau upotrebi: kbar1 bar = 105Pa,1 kbar = 100 MPa

ifting“Normalni”gradijenti mogu biti poremeãeni:VisokT/P geotermalni gradijent• u podruèjima plutonskeaktivnost i/ili riftingaMetamorfne steneNizakT/P geotermalni gradijent• u zonama subdukcijeMetamorfne stene

Litostatièki pritisak = jednolik pritisak (hidrostatièki) Stres = nejednak pritisak s razlièitih strana (usmeren)Opisuje se s 3 meðusobno okomite komponente(ó):ó 1 – maksimalni stresó 2 - meðuvrednost stresaó 3 - minimalna vrednost stresa U sluèaju litostatièkog pritiska (hidrostatièkog)sluèaju sve tri vrijednosti ó su jednake

Stres pogaða strukture i teksture, ali ne bitno iravnotežnu mineralnu zajednicuStatièki škriljava teksturaDinamièki usitnjavanje mineralaRazlikujemo tri vrste stresa: Tenziju Kompresiju Smicanje

Tenzija: ó 3 je negativan, što ima za posledicuekstenziju - razvlaèenje- Javlja se u pliãim nivoimaPrimarnioblikElipsoidnaprezanjaSl. 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.

Kompresija: ó 1 je dominantna → nabiranje ili kodhomogenih tela spljoštavanjeSl. 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.

• Folijacija je uobièajenrezultat kompresije• omoguãava odreðivanjeorijentacije ó 1ó 1 > ó 2 = ó 3 → folijacija bez lineacijeó 1 = ó 2 > ó 3 → lineacija bez folijacijeó 1 > ó 2 > ó 3 → i folijacija i lineacijaSl. 21-3. Spljoštavanje duktilne homogene sfere (a) sadrži sluèaj noorijentisane spljoštene èestice. U (b) sluèaju matriksse 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.

Smicanje - kretanje duž ravni koje su pod uglom na ó1Slika21-2. Tri osnovna tipa stresa s primerima moguãih struktura. c. Smicanje, uzrokujeklizanje duž paralelnih ravni i rotaciju. Preuzeto iz Winter (2001) An Introduction to Igneousand Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

FluidiDokazi 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

H 2 OFluidiCO 2CH 4SPorijeklo i izvor fluida?N 2meteorske, juvenilne – magmatske vode, subdukcionimaterijal, sedimenti, "degazacija omotaèa“Pomoãu fluida se transportuju razlièiti hemijski elementi naznaèajne udaljenosti - metasomatizam

STEPEN METAMORFIZMA

Vrste metamorfizmaRazlièiti pristupi klasifikaciji:1. Temelje se na glavnom procesu ili varijabilama (P, T)– Kataklastièni metamorfizam (P)– Termalni metamorfizam(T)– Dinamo-termalni metamorfizam (P, T)

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

KONTAKTNI METAMORFIZAM• U blizini magmatskih intruzija• Rezultat su termalnih (metasomatskih) efekata intruzijevruãe magme u hladnije stene• Javljaju se u širokom rasponupritisaka ukljuèujuãi i vrlo niske• Kontaktni oreoli

KONTAKTNI METAMORFIZAMVelièina i oblik kontaktnog oreola zavisi od:Karakteristika plutonaVelièinaOblikOrijentacijaTemperaturaSastavKarakteristika primarnihstena (protolita)SastavDubinaPropusnostiVrste stena

KONTAKTNI METAMORFIZAM- Najizraženiji kad se pluton intruduje u statiènu sredinu blizupovršine (niski pritisci)– Stene su obièno visokog stepena metamorfizma i izotropne graðe:hornfelsi u kojima su reliktne strukture èesto puta saèuvaneBobièavi filit ili metaglinac - rezultat overprint –aPirometamorfizam:Vrlo visoke temperature pri niskim tlakovimaRazvija se u ksenolitima

REGIONALNI METAMORFIZAMMetamorfizam koji se odvija u regionalnim razmeramaTri osnovna tipa:– Orogeni metamorfizam– Metamorfizam tonjenja– Metamorfizam okeanskog dna

OROGENI – REGIONALNI METAMORFIZAM- asociran je sa konvergentnim marginama ploèa- orogeni (dinamotermalni) metamorfizam podrazumeva jednu iliviše epizoda orogeneze s kombinacijom povišenih geotermalnihgradijenata i deformacija- uzdizanje i erozija- pokazuje rast stepena metamorfizma prema centralnom podruèju- orogeni pojasevi pokazuju nekoliko epizoda deformacije imetamorfizma kreirajuãi složen polimetamorfni sklop- npr. Kontinentalna kolizija

METAMORFIZAM TONJENJAMetamorfizam tonjenja = vrlo niski stepen metamorfizma nastao ubasenima sedimentacije zbog tonjenja i gomilanja sedimentnihnaslaga• 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 TONJENJAMetamorfizam tonjenja se javlja u podruèjima koja nisupretrpela znaèajnije deformacije ili orogenezuOgranièen je relativno neporemeãene naslage sedimenatasmeštene dalje od aktivnih kontinentalnih margina– Meksièki zaljev– Bengal

METAMORFIZAM TONJENJAEkstrapolacija→250-300 o C u bazi (P ~ 0.6 GPa)To je unutar podruèja metamorfizma i težinakrovinskih sedimenata je dovoljna za nastanakfolijacijePasivne granice postaju aktivne• Stoga podruèja metamorfizma tonjenja postaju podruèjaorogenog REGIONALNOG METAMORFIZMA

METAMORFIZAM OKEANSKOG DNAMetamorfizam okeanskog dna djeluje na okeansku koru nagrebenima•Širok raspon T na relativno niskim P•Metamorfne stene pokazuju znaèajne metasomatskealteracije - gubitak Ca i Si i prinos Mg i Na•Te promene se mogu korelisati sa izmenama katjonaizmeðu bazalta i vruãe morske vode (pillow bazalti)

HIDROTERMALNI METAMORFIZAM• Coombs (1961) – hidrotermalni metamorfizam,uzrokovan vruãim H 2 O fluidima;• ukljuèuje i metasomatizam• Teško ga je u potpunosti odeliti od istih efekata kojihidroterme imaju u drugim tipovima metamorfizma(metamorfizam oceanskog dna, ...)

METAMORFIZAM RASEDNIH ZONA I IMPAKTNIMETAMORFIZAMJavljaju se u podruèjima koja su poduticajem jakih deformacijam i slaberekristalizacije• krta deformacija• duktilna deformacijaImpaktni metamorfizam se javlja primeteoritskim udarimaSl. 21-7. Shematski presek kroz rasednu zonu. Iz Mason (1978):Petrology of the Metamorphic Rocks. George Allen & Unwin. London.

Impaktni metamorfizam

Impaktni metamorfizam

Progradni i retrogradni metamorfizam• Progradni metamorfizam:Rast stepena metamorfizma sa vremenom kako stena dolazipod višemetamorfne uslove• Retrogradni metamorfizam:• smanjenje stepena metamorfizma zbog hlaðenja stena(“oporavak”od metamorfnog ili magmatskog dogaðaja) ilizbog njihovog izdizanja u pliãe nivoe

Donja granica metamorfizma Donja temperaturna granica metamorfizma prelazi udijagenezu, granica nije èvrsto odreðena Procesi dijageneze i alteracije se teško razlikuju odmetamorfnih procesa Metamorfizam poèinje u temperaturnom rasponu od 150-180 o C za najnestabilnije tipove protolita Neki od minerala iz grupe zeolita su dijagenetskog porijekla, aneki metamorfnog - granica je nejasna