2. STRUKTURY METAMORFOVANÝCH HORNIN Stavby metamorfováných hornin Dnes někteří autoři nerozlišují textury a struktury ale zahrnují tyto stavební prvky pod jeden společný název STAVBA. Textury metamorfováných hornin ar murale Piet rrtd O rfe i tik i MjjJnlln Gí h:;.:;. D liectbfc Všesměrná stavba (kontaktní rohovce) Foliace: plošně paralelní uspořádání destičko vitých minerálů (převážně fylosilikátů) v důsledku působení orientovaného tlaku. Lineace: přednostní uspořádání sloupcovitých minerálů (např. amfibolů) > Hlavním dělítkem je makroskopicky patrná isotropic nebo anisotropic všesměrná (masivní) — v horninách bez lineace a foliace (karbonáty, serpentinity, eklogity). lineárně paralelní — v horninách s lineací a bez foliace (stébelnatá rula, některé amfibolity) plošně paralelní — v horninách s foliací a bez lineace lineárně - plošně paralelní—je vyvinuta lineace i foliace Podle výraznosti paralelní textury je možno rozlišovat paralelní texturu velmi výraznou, málo výraznou a nevýraznou. A - plošně paralelní (foliace), B - lineárně paralelní (lineace), C - všesměrná páskovaná — střídání poloh lišících se barvou, zrnitostí apod. - jemně páskovaná (pásky v mm) - hrubě páskovaná (pásky v cm) - lavicovitě páskovaná (pásky v dm) D - stébelnatá, E - páskovaná stébelnatá — hornina se skládá z rovnoběžných, tence válcovitých útvarů Layering Stébelnatá rula - lineárně para Fylit - plošně paralelní textura Eklogit - všesměrná textura Vznik metamorfní foliace i) 2) 3) Mechanická rotace tabulkovitých a protažených zrn Tlakové rozpouštění, plastická deformace Orientovaný růst vnucený napěťovým polem. Dvojslídný svor *.'*r' tOV*\t ?sř*! -«**v Flaitiü clmn£j? y Orly i rial grains^ PreíSuir? 5snlnCn-in ■-lisřfilLiilon Mb w ti i li ii "i ďl => V I----- Direction of —■ prüfe r red cririTiatl'jr jíandon-. fabric á I - ■ ■ -jt. coropresElor.1 i.'iíter compression! Compress k;n '1 ITU» Direction o? p. dVi i cü «i ťľJŕi[it>n U n if o rm (H y dro stati c) Stře s s ji ■u ■— T- E Maximum Stre-5-5 "i Differential Stress j Gj > g2 = g3 ^^ foliace a není přítomna lineace j Gj = g2 > a3 ->• lineace a není přítomna foliace j Gj > g2 > g3 —» foliace a lineace ulili* Vztah kliváže a původního zvrstvení horniny (Best (1982). Igneous and Metamorphic \ Petrology. W. H Freeman. San Francisco). Kliváž hustá soustava paralelních nebo subparalelních trhlin, které pronikají celým tělesem. jde o druhotně vzniklé plochy skutečného nebo častej i jen potenciálního rozpadu hornin (např. po zvětrání) jejich vznik není doprovázen celkovou rekrystalizací horniny Relict silty laminae Krenulacní kliváž: • Vzniká v jemně zvrásnených (krenulovaných) horninách redistribucí fylosihkátů do ramen drobných vrásek a světlých minerálů do zámků těchto vrásek. -z ( a ) '( b ) Vznik krenulacní kliváže a —» c (asymetrická), d —» f (symetrická) (Spry (1969) Metamorphic Textures. Pergamon. Oxford). -'"* /S1 t s» \x (d ) /} C e ) ( c) ( f ) ;-S^Tľ5LT» S ►peciální texturní znaky • 1) Skvrnitá • 2) Okatá • 3) Plodová • 4) Plástevnatá • plástevnatá — tabulkovitě odlučné polohy potaženy slídami • stébelnatá — hornina se skládá z rovnoběžných, tence válcovitých útvarů • dynamofluidální — připomíná fluidální texturu vyvřelin, ale vznikla tektonickým pohybem (hlavně v mylonitech). • okatá — vzájemně se nedotýkající okrouhlé nebo mírně protáhlé útvary (oka), složené z jednoho nebo více zrn, uložené v jemnozrnnější hmotě • čočkovitá — čočko vité útvary nahloučené jeden na druhém • brekciovitá — ostrohranné úlomky • skvrnitá — barevná nestejnorodost podmíněná shluky minerálů, grafitického nebo rudního pigmentu apod. • pórovitá (kavernosní) — vzniká v metamorfováných horninách většinou jen druhotně selektivním vyvětráváním, vzácně se vytváří i při metasomatóze, např. při dolomitizaci krystalických vápenců (zmenšení objemu) STRUKTURY METAMORFOVÁNÝCH HORNIN Základní termíny: • krystaloblast — minerál vzniklý během metamorfózy (bez ohledu na velikost, tvar a stupeň idiomorfie) • holoblast — krystaloblast, který se během metamorfosy vytvořil jako úplně nová součást, nikoli dorůstáním zárodku z výchozí horniny • idioblast — krystaloblast omezený vlastními krystalografickými plochami • xenoblast — krystaloblast bez vlastního krystalografického omezení • porfyroblast — krystaloblast, převyšující svou velikostí značně krystaloblasty ostatní (může být idioblastický i xenoblastický) • glomeroblast — shluk několika krystaloblastů téhož minerálu • komu lob last — shluk krystaloblastů různých minerálů, tvořící v hornině samostatné útvary • základní tkáň —souhrn menších krystaloblastů vyplňujících prostor mezi porfyroblasty popř. glomeroblasty nebo kumuloblasty, ekvivalent základní hmoty vyvřelin (obdobně jako porfyroblast je ekvivalent porfyrické vyrostlice). základní tkáň porfyroblast 0,5 mm Krystaloblastické struktury dělíme podle toho, zda se předmetamorfní struktura uchovala (aspoň zčásti), nebo neuchovala: I) reliktní struktury • blastoporryrická, blastopsamitická, blastogranitická, blastoaleuritická, blastoofitická, blastopelitická, blastopsefitická atd. Reliktní struktura - metakonglomerát obsahující deformované valouny. II) rekrystalizační • granoblastická, nematoblastická, lepidoblastická atd. I) Reliktní struktury • vyskytují se v horninách v nichž metamorfóza zcela nesetřela původní strukturní nebo minerální uspořádání horniny • horninu pojmenujeme stejným názvem jako její nemetamorfovaný ekvivalent pouze užijeme předponu meta- (např. metagabro, metakonglomerát) • struktury mají předponu blasto- (blastopsamitická). P> l -íT I Porfyroklast draselného živce v mylonitu (Mongolsko) Porfyroklast: relikty původních vyrostlic v deformované hornině Porfyroklast draselného živce v ortorule (Mongolsko) •^í q Ar l II) Rekrystalizační struktury Rekrystalizační struktury rozlišujeme podle několika hledisek: 1. Podle tvaru minerálních součástek: a) Granoblastická - součástky mají tvar zrn, tj. nejsou omezeny rovnoběžnými plochami • isometricky granoblastická - zrna mají tvar blížící se kouli anisometricky granoblastická - zrna jsou protáhlá (asi jako zrna pšenice) pro přechodné případy se ponechá jen základní termín - struktura granoblastická > odrůdy granoblastická struktury podle omezení zrn: 1) dlažbovitá - omezení zrn rovné 2) suturovitá - okraje zrn jsou výrazně členité, vykrajované isometricky granoblastická anisometricky granoblastická a) Granoblastická struktura • tvořena minerály s izometrickými zrny kvarcit tvořený hlavě křemenem **?* ci v"-!«^ dlažbovitá struktura: mramor Krajními případy suturovité struktury jsou: 1) struktura zubovitá (okraj e zrn j sou ostrohraně členité) 2) laločnatá (okraje zrn jsou oble členité) suturovitá struktura: kvarcit b) Nematoblastická struktura charakterizována převahou sloupcovitých nerostů na obrázku je tremolitová břidlice s mastkem (lepidonematoblastická struktura) c) Lepidoblastická struktura převaha lupenitých součástek většinou fylosilikátů (např. slídy, chlority). na obrázku je sericitická břidlice (muskovit + křemen) s granolepidoblastickou strukturou d) Fibroblastická struktura odrůda struktury nematoblastické (sillimanit) • velmi často jde o kombinaci dvou struktur • první část nazvu obsahuje méně podstatný znak Granolepidoblastická Lepidogranoblastická přechodné struktury > lepidogranoblastická - zrnitých součástek více než lupenitých > granolepidoblastická - lupenitých součástek více než zrnitých, > nedoporučuje se skládat název víc jak ze dvou předpon, třetí nejméně významnou strukturní složku vynechat, pokud není zvlášť potřeba ji vyjádřit 2) Podle relativní velikosti minerálu vyskytujících se v hornině • a) homeoblastická: přibližně stejně velké součástky • b) heteroblastická: různě velké součástky, netvoří se však porfyroblasty • c)porfyroblastická v hornině se vytvářejí relativně velká minerální zrna -porfyroblasty vzhledem k velikosti minerálních zrn základní hmoty Textura heteroblastická (lepidogranoblastická) - A a porfyroblastická s granoblastickou základní hmotou - B. Porfyroblast zrno výrazně větší velikosti než okolní minerály rostou při metamorfóze jde o minerály s velkou kryštalizační silou • porfyrogranoblastická — porfyroblasty ve tvaru zrn • porfyrolepidoblastická — porfyroblasty ve tvaru lupínků • porfyronematoblastická — porfyroblasty ve tvaru sloupců • základní tkáň se obvykle charakterizuje zvlášť (např.: struktura porfyroblastická s lepidogranoblastickou strukturou základní tkáně) 3) Podle vzájemného sepětí součástek poikiloblastická — větší krystaloblasty uzavírají mnoho krystaloblastů drobných • glomeroblastická — shluky složené z několika individuí téhož minerálu • kumuloblastická — shluky složené z několika individuí různých minerálů diablastická (symplektitická)—součástky se detailně prorůstají kokardová — větší krystaloblasty obklopeny obrubou krystaloblastů drobnějších korosní Eryfer*- " 0,5 mm ■$ Poikiloblast • zrno metamorfního minerálu, které v sobě uzavírá drobná zrna jiného minerálu cedníkovitá (odrůda poikiloblastické s.) větší krystaloblasty uzavírají velké množství isometrických krystaloblastů někdy mohou objemově převažovat uzavíraná zrna nad uzavírajícím minerálem a vzniká tak skeletovitá struktura (.^."^, '£*& J Grt+Qtz í r?<* ■ WäShv >' * V ' 1 -.*V (2001) IG :;$>* - *>ř 5SP A *f >-. helicitická zrna obsahují uzavřeniny seřazené do rovnoběžných (rovných i zprohýbaných) pruhů Speciální struktury kelyfítická • zrna granátu jsou na okrajích druhotně přeměněna na obrubu vláknitých minerálů - serpentinity atolová • vnitřek okrouhlých zrn j e vyplněn j inými minerály Atoll garnets {spessartíne - rich; annular shape) coexisting with riebeckite (blue green mineral in upper right hand corner of image) and quartz. Protolith: chert. A) Glomeroblastická struktura s lepidogranoblastickou strukturou základní tkáně. V hornině jsou nápadné okrouhlé shluky (glomeroblasty) biotitu (patrně pseudomorfosy po granátových porfyroblastech), uložené v základní tkáni, která se skládá větším dílem ze zrn křemene a živců, z menší části z lupínků biotitu. I C) Porfyroblastická struktura, cedníkovitá, s lepidogranoblastickou strukturou základní tkáně. Porfyroblasty granátu obsahují drobná zrnka křemene a živce, v základní tkáni převažuji zrnité minerály (křemen a živce) nad lupenitými (biotit). B) Porfyroblastická struktura, atolová, s granonematoblastickou strukturou základní tkáně Vnitřky porfyroblastu granátu jsou místy vyplněny jinými minerály (hlavně křemen), které v porfyroblastu vytvářejí jakousi „lagunu"; v základní tkáni je sloupcovitého amfibolu o něco více než zrn křemene a plagioklasu. • 4) Podle stupně idiomorfie součástek • idioblastická - všechny krystaloblasty nebo jejich značná většina má vlastní krystalografické omezení • hypidioblastická - část má vlastní omezení, část ne • xenoblastická - všechny krystaloblasty bez vlastního omezení • 5) Podle absolutní velikosti minerálu vyskytujících se v hornině • makro ... (např. makrogranoblastická) — součástky jsou pouhým okem zřetelně viditelné. Předpony makro... se však užívá jen výjimečně, když je makroskopickou velikost součástek třeba zvlášť zdůraznit; nepoužije-li se předpony, pokládáme tuto velikost za samozřejmou • mikro... (např. mikrolepidoblastická) — rozměry součástek jsou pod hranicí rozlišovací schopnosti lidského oka, přibližně pod 0,1 mm • krypto... (např. kryptoblastická) — součástky mají velikost na hranici rozlišovacích možností polarizačního mikroskopu (pod tisícinami mm). • tyto pojmy se požívají vzácně většinou se hornina charakterizuje označením zrnitosti. Průměrná velikost zrna v mm >33 33-10 10-3,3 3,3-1 1 - 0,33 0,33-0,1 0,1-0,01 0,01-0,001 Označení zrnitosti velkozrnná velmi hrubozrnná hrubozrnná středně zrnitá drobnozrnná j emnozrnná velmi jemnozrnná celistvá Struktury typické pro serpentinizované peridotity Mřížovitá struktura síťovité uspořádání minerálů serpentinové skupiny, polygony mezi touto sítí vyplňují také minerály serpentinové skupiny Smyčková struktura ostrůvkovité relikty olivínu rozděleny nepravidelně probíhajícími pruhy Minerály serpentinové skupiny obklopují zrna relikty zrn olivínu. Deformační struktury: Podle charakteru deformace: tektonoplastická — deformace (stlačení, ohnutí) součástek bez rozpadu na drobnější zrna tektonoklastická — součástky drceny tektonoblastická — deformace s rekrystalizací Podle intenzity deformace: kataklastická — zrna ohnuta, rozpraskána, částečně drcena, ale neztrácejí svůj tvar a velikost • maltovitá — okraje zrn rozbity v drť porfyroklastická — v drti se zachovávají jen jednotlivá větší zrna, připomínající vyrostlice • mylonitická — drť bez reliktů větších zrn Deformace a metamorfóza • během deformace a současné metamorfózy se mění velikost a tvar minerálních zrn. • to je řízeno: 1) rychlostí deformace 2) velikostí diferenciálního tokového napětí 3) teplotou a všesměrným tlakem a) Kataklastické mikrostruktury • Nízké teploty a vysoká rychlost deformace > jemné základní hmota a klasty ze zbylých nejodolnějších zrn —> kataklazity • rozlamovaná zrna vykazují silné undulózní zhášení, způsobené ohybem krystalové mřížky, ohyb mřížky vede často ke vzniku tzv. pásů zalomení (kink bands) u vrstevných silikátů, • vznikají deformační lamely (plagioklasy, karbonáty) —> mají vzhled velmi jemných linií uzavírajících čočkovitě nedeformované plochy deformovaný mramor ^Lv \ ±^ kataklazit ■k ..,■ _■ ŕ ^^C^ ŕ Hui ' ŕ tilrCI T _ ' Kr # t_« _!L^^ť^^l ^^^f LE_« t_ř^ J^^fl ŕ Pj^^Kj ^m_ ■z í* Undulósní zhášení (a) zrna křemene (undulose extinction) a rozpad zrna na řadu protažených subzrn (b). (Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.) b) Dynamická rekrystalizace • při zvýšení teploty a/nebo snížení rychlosti deformace se zrno zmenšuje a vznikají subzrna subzrna mají podobnou velikost, kulaté tvary a nevykazují žádnou nebo malou interní deformaci zbylé klasty (porfyroklasty) naproti tomu vykazují silné undulozní zhášení při úplné rekrystalizaci agregátu může vzniknout poly kry stalinní agregát tvořený stejně velkými okrouhlými zrny podobného zhášení Rekrystahzace a rotace zrn a. grain boundary migration ■10 jim nucleation grain-boundary migration O i' Um, í> b. sub-grain rotation su bg rain l~~~N' / boundary / U/i I u I Q i /yi grain boundary subgrain rotation v mylonitech nedochází jen k rozpadu větších zrn na menší a jejich rotaci mnohdy také rostou nová zrna často s jinou orientací než měla zrna v protolitu • Nárůst teploty při vysoké rychlosti deformace vede k plastické deformaci > křemen se mění na silně protáhlá zrna • minerály nerozlamují ale plasticky deformují &'* r^ĚSfma —. —" T_ *^ V '*rr- Č \ *-> ** dominant brittle fracturing dominant ductile deformation incohesive brittle fault rocks cohesive __ brittle fault rocks j^s. my Ion i te u nde formed parent rock (phenocryst granite) striped gneiss brittle fault with cohesive cataclasite brittle fault with pseudotachylyte narrow ductile shear zone with mylonite wide ductile shear zone with striped gneiss Vývoj struktur na střižné zóně s hloubkou od křehké deformace po páskovanou rulu C) Statická rekrystalizace po ukončení deformace mají krystaly větší množství dislokací typická jsou nepravidelné hranice s vysokou povrchovou energií za vyšších teplot a vyšší aktivity fluid dojde k zotavení = statická rekrystalizace statická rekrystalizace se projevuje: 1) redukcí mřížkových defektů bez zhrubnutí zrna - primární rekrystalizace 2) zhrubnutím zrna - sekundární rekrystalizace statická krystahzace může vytvořit polygonálni granoblastickou strukturu • je typická pro kontaktní metamorfózu Granoblast Granoblastická struktura Jak charakterizovat stavbu horniny ? • název struktury se volí podle toho hlediska, které je pro danou horninu nejvýznamnější, nikoli podle všech možných hledisek • pokud je to vhodné, je možné sestavovat název podle dvou i více hledisek — např.: struktura xenoblasticky granoblastická, atolová nematogranoblastická • složených názvů užíváme j en pokud j sou j azykové únosné • v mnohých případech je vhodné vyjádřit názvem jen hlavní strukturní rys horniny a podrobnosti uvést v popisu arnph ■ üv<~ 0.5 mm 1 Retrográdně metamorfovaný eklogit Původní klinopyroxenje nahrazován amfibolem. Spodní obrázek ukazuje eklogit bez retrográdních přeměn (minerální asociace eklogituje: cpx + gt + sp a retrográdně přeměněného je: cpx + gt + sp + amph). Retrográdní přeměny Jde o jeden z případu kdy mohou taktéž vznikat reliktní stavby. Původní minerální asociace se stane v podmínkách nižšího tlaku a teploty nestabilní a je nahrazována minerální asociací za daných podmínek stabilnější. STRUKRURY INDIKUJÍCÍ NESTABILITU MINERÁLU 1) Pokut je minerál za daných podmínek nestabilní, přemění se na minerál nebo několik minerálu, které jsou za daných podmínek stabilní. Jestliže nové minerály zachovávají vnější tvar původního minerálu mluvíme o pseudomorfóze. >' ^.^-.; Obr. 1 Pseudomorfóza muskovitu po kyanitu. Kyanit je v centru pseudomorfózy zachován (v rovnoběžných a zkřížených nikolech). '■XL ŕ 1 ¥ p/iy.,^ 2) Reakční koróny vznikají kolem minerálů, které jsou v minerální asociaci dané horniny nestabilní. Právě koróna uchránila tento minerál před přeměnou. Koróny bývají většinou složeny ze dvou komplikovaně prorostlých minerálních fází. l/b) Koróna vznikla mezi plagioklasem a amfiboly obklopujícími plagioklasové zrno. Rovnoběžné a zkřížené nikoly. Vztah metamorfózy a deformace • 1) Post-tektonická stavba: Nová minerální asociace vznikla až po deformaci. Proto nové minerály přerůstají deformační stavby jako je foliace nebo vrásy. • 2) Syn-tektonická stavba: Minerály nové minerální asociace rostou během deformace (např. rotovaný granát vznik foliace). • 3) Pre-tektonická stavba minerály byly po svém vzniku postiženy deformací (vznikají tlakové stíny a undulózní zhášení). Post-tektonické struktury a. Krystal přerůstající starší foliaci b. Náhodně orientované krystaly c. Polygonálni vrásy d. Chiastolity e. Pozdní lem kolem granátu neobsahující inkluze f. Náhodně orientované agregáty v pseudomorfóze Syn-tektonické struktury ^L ^č- "7" -^ ^L. • Syn-krystaliní mikrobudináž • struktura vzniká neustálým protahováním krystalu který současně dorůstá. Pre-tektonické stí e f a) Ohnutý krystal s undulosním zhášením b) Foliace obalená kolem porfyroblastu. c) Tlakové stíny d) Lomené vrstvy nebo plochy (Kink bands) e) Mikroboudiny f) Deformační dvojčatění pre- I í syn- post «tectonic ^■Hítv^ X" v Deformační analýza metamorfovaných hornin • Deformační událost: Dx D2 D3 . • Metamorfní událost: Ml M2 M3 •Foliace: S0 Sx S2 S3 ... • Lineace: L0 Lx L2 L3 ... Struktura hypotetického svoru s porfyroblasty andalusitu. Bard (1986) Microtextures of Igneous and Metamorphic Rocks. Reidel. Dordrecht. Dn^S Regional M1 muscovite quartz M? = contact metamorphic event andalusite Time Grafická analýza vztahu mezi deformací (D), a metamorfózou (M). Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. * If -if. . i L . * Fv^ . * ^v ..■;"; ■<■ Ik* ' ľ* .. '^■LjJ-Sfc- • > - -* Zelená břidlice (Nikaragua) I 9|f- .-H »T :-^w "*šNŕ :^if?S Migmatity • migmatitizace postihuje hlavně pelity a bazické horniny • 1) leukosom: tavenina (pelity: Qtz + PÍ + Kfs + slídy) • 2) melanosom (restit): hornina ochuzená o taveninu (pelity: Grt + Bt + Sil + PÍ + Qtz + Cdr). Literatura Dudek, A. - Fediuk F. - Palivcová M. (1962): Petografické tabulky • Hejtman, B. (1962): Petrografie metamorfováných hornin Konopásek, J. - Stípská P. - Klápová H. - Schulmann K . (1998): Metamorfní petrologie Naprostá většina obrazového materiálu pochází z celé řady internetových stránek věnujících se metamorfní petrologii