1
2. Stavby metamorfovaných hornin
Petrologie G3021
Stavby metamorfovaných hornin
strukturní znaky
texturní znaky
Dnes někteří autoři nerozlišují textury a struktury ale zahrnují tyto stavební prvky pod jeden společný název STAVBA.
Hlavním dělítkem je makroskopicky patrná isotropie nebo anisotropie horniny:
• 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 D - stébelnatá, E - páskovaná
E
D
páskovaná — střídání poloh lišících se
barvou, zrnitostí apod.
- jemně páskovaná (pásky v mm)
- hrubě páskovaná (pásky v cm)
- lavicovitě páskovaná (pásky v dm)
stébelnatá — hornina se
skládá z rovnoběžných,
tence válcovitých útvarů
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
častěji jen potenciálního rozpadu hornin (např.
po zvětrání)
• jejich vznik není doprovázen celkovou
rekrystalizací horniny
Vznik krenulační kliváže a →→→→ c (asymetrická), d →→→→ f (symetrická)
(Spry (1969) Metamorphic Textures. Pergamon. Oxford).
Krenulační kliváž:
• Vzniká v jemně zvrásněných (krenulovaných) horninách redistribucí fylosilikátů do ramen
drobných vrásek a světlých minerálů do zámků těchto vrásek.
2
• Foliace: plošně paralelní uspořádání destičkovitých minerálů
(převážně fylosilikátů) v důsledku působení orientovaného tlaku.
Vznik metamorfní foliace
1) Mechanická rotace tabulkovitých a
protažených zrn
2) Tlakové rozpouštění, plastická
deformace
3) Orientovaný růst vnucený
napěťovým polem.
Dvojslídný svor
Vznik nové metamorfní foliace
1) Původní zvrstvení (páskování, žilky) je ovlivněno směrným tlakem
2) V důsledku směrného tlaku vzniknou čočky
3) Protažením a rekrystalizací čoček vzniká nové páskování (foliace)
v důsledku střihu při
vrásnění může vznikat
série čoček nebo poloh
(často není možné určit
genezi)
Vznik nové metamorfní foliace
1) V důsledku směrného tlaku vzniknou pásy zalomení „kink-bands“
2) Nová foliace vzniká podél osních rovin těchto pásy zalomení
3) Dochází k tlakovému rozpouštění křemene a vzniká nové páskování (foliace)
• Lineace: přednostní
uspořádání sloupcovitých
minerálů (např. amfibolů)
• Stébelnatá rula - lineárně paralelní textura
• Všesměrná stavba
• Eklogit - všesměrná textura
3
•• σσ11 >> σσ22 == σσ33 →→ foliafoliacece aa nenneníí ppřříítomnatomna linelineaceace
•• σσ11 == σσ22 >> σσ33 →→ linealineacece a na neneníí ppřříítomnatomna foliafoliacece
•• σσ11 >> σσ22 >> σσ33 →→ foliacefoliace aa lineacelineace
• Stébelnatá rula - lineárně paralelní textura
• Fylit - plošně paralelní textura • Eklogit - všesměrná textura
Výsledný napěťový elipsoid
Plocha foliace je
kolmá ke směru
maximálního
Lineace je
orientovaná
souhlasně s
maximálním
protažením
Bt rula (Ždár)
Speciální texturní znaky
• 1) Skvrnitá
• 2) Okatá
• 3) Plodová
• 4) Plástevnatá
3 4
2
• 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 — čočkovité útvary nahloučené jeden na druhém
• brekciovitá — ostrohranné úlomky
• skvrnita — barevná nestejnorodost podmíněná shluky minerálů,
grafitického nebo rudního pigmentu apod.
• pórovitá (kavernosní) — vzniká v metamorfovaných horninách
většinou jen druhotně selektivním vyvětráváním, vzácně se vytváří i
při metasomatóze, např. při dolomitizaci krystalických vápenců
(zmenšení objemu)
4
STRUKTURY METAMORFOVANÝCH
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
• komuloblast — 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).
porfyroblast
základní tkáň
Krystaloblastické struktury dělíme podle toho, zda se předmetamorfní struktura
uchovala (aspoň zčásti), nebo neuchovala:
I) reliktní struktury
• blastoporfyrická, blastopsamitická, blastogranitická, blastoaleuritická, blastoofitická,
blastopelitická, blastopsefitická atd.
II) rekrystalizační
• granoblastická, nematoblastická, lepidoblastická atd.
Reliktní struktura - metakonglomerát
obsahující deformované valouny.
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).
C) blastoporfyrická struktura:
mylonitizovaný muskovitický
granit, Krhovice u Znojma.
Reliktně zachované vyrostlice
živců v drcené a rekrystalované
základné tkáni složené z
drobnějších zrn živců, křemene
a lupínků muskovitu.
B) blastoofitická struktura: Zelená břidlice, Kralupy
nad Vltavou. Reliktně zachovaný tvar a uspořádání lišt
původně bazických, nyní kyselých plagioklasů v
rekrystalované základní tkáni složené z drobného
albitu, chloritu, křemene a titanitu, vytvářejícího
proužky.
A) blastopsamitická struktura:
Kontaktně metamorfovaný
algonkický pískovec, Koupě u
Hudčic. Reliktní klastická
zrna křemene uložená v
jemnozrnné rekrystalované
základní tkání, která se skládá
z jemných šupinek biotitu a
zrnek křemene.
• Porfyroklast: relikty původních
vyrostlic v deformované hornině
Porfyroklast draselného živce
v mylonitu (Mongolsko)
Porfyroklast draselného živce
v ortorule (Mongolsko)
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 granoblastické struktury podle omezení zrn:
1) dlažbovitá - omezení zrn rovné
2) suturovitá - okraje zrn jsou výrazně členité, vykrajované
isometricky granoblastická anisometricky granoblastická
5
kvarcit tvořený hlavě křemenem
a) Granoblastická struktura
• tvořena minerály s izometrickými zrny
suturovitá struktura: kvarcit
dlažbovitá struktura: mramor
Krajními případy suturovité struktury jsou:
1) struktura zubovitá (okraje zrn jsou
ostrohraně členité)
2) laločnatá (okraje zrn jsou oble členité)
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
6
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 krystalizační 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
Retrográdně rekrystalizovaný eklogit: diablastická
(symplektitická) struktura Di+Ab
Px
Symplektit kolem
omfacitu v eklogitu
Poikiloblast
• zrno metamorfního minerálu, které v sobě uzavírá drobná zrna jiného
minerálu
helicitická
• zrna obsahují uzavřeniny seřazené do
rovnoběžných (rovných i zprohýbaných)
pruhů
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
Winter (2001)
Winter (2001)
St+Qtz
Grt+Qtz
7
Speciální struktury
kelyfitická
• zrna granátu jsou na okrajích druhotně přeměněna na obrubu vláknitých minerálů - serpentinity
atolová
• vnitřek okrouhlých zrn je vyplněn jinými minerály
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 porfyroblastů 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.
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.
• 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 Označení zrnitosti
• > 33 velkozrnná
• 33 – 10 velmi hrubozrnná
• 10 – 3,3 hrubozrnná
• 3,3 – 1 středně zrnitá
• 1 - 0,33 drobnozrnná
• 0,33 – 0,1 jemnozrnná
• 0,1 – 0,01 velmi jemnozrnná
• 0,01 – 0,001 celistvá
Mřížovitá struktura
• síťovité uspořádání
minerálů serpentinové
skupiny,
• polygony mezi touto sítí
vyplňují také minerály
serpentinové skupiny
Struktury typické pro
serpentinizované peridotity
• Minerály serpentinové skupiny obklopují zrna relikty zrn olivínu.
Smyčková struktura
• ostrůvkovité relikty olivínu rozděleny nepravidelně probíhajícími pruhy
8
Deformační struktury: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 kataklazit
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.)
aa
bb
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 polykrystalinní agregát tvořený stejně
velkými okrouhlými zrny podobného zhášení
R
E
K
R
Y
S
T
A
L
I
Z
A
C
E
9
Rekrystalizace a rotace zrn
• 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
• 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 krystalizace může vytvořit polygonální granoblastickou strukturu
• je typická pro kontaktní metamorfózu
statická krystalizace
dynamická
rekrystalizace
Granoblastická struktura
10
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 jen pokud jsou jazykově únosné
• v mnohých případech je vhodné vyjádřit názvem jen hlavní strukturní rys horniny
a podrobnosti uvést v popisu
Retrográdní přeměny
• reliktní stavby
• původní minerální asociace se
stane v podmínkách nižšího
tlaku a teploty nestabilní
• je nahrazována minerální
asociací za daných podmínek
stabilnější
Retrográdně metamorfovaný
eklogit. Původní klinopyroxen je
nahrazován amfibolem. Spodní
obrázek ukazuje eklogit bez
retrográdních přeměn (minerální
asociace eklogitu je: cpx + gt + sp a
retrográdně přeměněného je: cpx +
gt + sp + amph).
STRUKRURY INDIKUJÍCÍ NESTABILITU
MINERÁLU
• 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).
2) Reakční koróny
• vznikají kolem minerálů, které
jsou v minerální asociaci dané
horniny nestabilní
• koróna uchránila tento minerál
před úplnou přeměnou
• koróny bývají většinou složeny
ze dvou komplikovaně
prorostlých minerálních fází
1/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).
11
Post-tektonické struktury
• a. Krystal přerůstající starší foliaci b. Náhodně orientované krystaly c. Polygonální
vrásy d. Chiastolity e. Pozdní lem kolem granátu neobsahující inkluze f. Náhodně
orientované agregáty v pseudomorfóze
Syn-tektonické
struktury
• Vznik rotovaného
porfyroblastu
• Syn-krystaliní
mikrobudináž
• struktura vzniká neustálým
protahováním krystalu který současně
dorůstá.
Pre-tektonické struktury
• 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
12
Struktura hypotetického svoru s porfyroblasty andalusitu. Bard (1986) Microtextures of
Igneous and Metamorphic Rocks. Reidel. Dordrecht.
Grafická analýza vztahu mezi deformací (D), a metamorfózou (M). Winter (2001) An
Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Deformační analýza
metamorfovaných hornin
• Deformační událost: D1 D2 D3 …
• Metamorfní událost: M1 M2 M3 …
• Foliace: So S1 S2 S3 …
• Lineace: Lo L1 L2 L3 …
Zelená břidlice (Nikaragua)
Migmatity
• migmatitizace postihuje hlavně pelity a bazické horniny
• 1) leukosom: tavenina (pelity: Qtz + Pl + Kfs + slídy)
• 2) melanosom (restit): hornina ochuzená o taveninu (pelity:
Grt + Bt + Sil + Pl + Qtz + Cdr).
1
1
2
2
Polymetamorfní vývoj vulkanosedimentárního
metamorfovaného komplexu
Ledeč nad Sázavou Mirošov
Dolní Bory
13
Literatura
• Dudek, A. - Fediuk F. - Palivcová M. (1962): Petografické tabulky
• Hejtman, B. (1962): Petrografie metamorfovaných hornin
• Konopásek, J. – Štípská P. – Klápová H. – Schulmann K . (1998): Metamorfní petrologie
• Naprostá většina obrazového materiálu pochází z celé řady internetových stránek
věnujících se metamorfní petrologii