Mineralogie granitických pegmatitů I Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. • Granitické pegmatity •Existuje několik definicí od různých autorů, které více či méně zvýrazňují texturní, mineralogické a/nebo geochemické rysy pegmatitů. Jako granitické pegmatity označujeme • •- magmatické horniny (všechny nebo téměř všechny minerály pegmatitů vznikly utuhnutím ze silikátové taveniny), jejichž celkové složení (celého tělesa) je blízké granitu •- typickým znakem je zonální stavba pegmatitových těles, především těch více frakcionovaných (jen vzácně jsou pegmatity téměř homogenní) •- charakteristická je také přítomnost pegmatitových textur (např. grafické srůsty křemene a K-živce případně křemene a jiných minerálů, velké krystaly minerálů o objemu až několik m3; viz. termín Texturní diferenciace). •- pegmatity tvoří spíše malá (maximálně zhruba 100 m mocná, většinou pouze několik m), převážně žilná tělesa (mohou mít také čočkovitý i zcela nepravidelný tvar) •- jako nejvíce frakciované členy vývoje magmatických komplexů se ve složení granitických pegmatitů uplatňují ve větší míře tzv. inkompatibilní (litofilní) prvky a obsahují řadu vzácných v jiných horninách téměř neznámých minerálů (viz. termín Geochemická frakcionace). Granitické pegmatity •Základními faktory pro vznik pegmatitů jsou: 1.Granitická tavenina s vysokým obsahem H2O a dalších volatilních komponent (B, F, P, Li). 2.Výrazné podchlazení pegmatitové taveniny (asi 700-600 °C), která proniká do hornin asi o 200 °C ale i více chladnějších. Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles london obrázky textur II Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles A vývoj textur B vývoj textur C vývoj textur Schéma tří forem posloupného, dovnitř směrovaného růstu krystalů. Ve všech případech krystalizace probíhá hlavně ve znázorněném směru, se zanedbatelným bočním růstem krystalů následkem pomalé difúze Al a Si. Na obr. (a) i (b) reprezentuje každý hexagonální blok jeden krystal. Na obr. (c) znamenají jednotlivé hexagonální bloky postupné přírůstky krystalů křemene a alkalického živce. Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles nukleační teploty turmalínů Krystalizace pegmatitu začíná s růstem turmalínu v čase t1 a je brzy následována krystalizací albitu v čase t2 do prostoru mezi krystaly turmalínu. Po určité přestávce, kdy teplota čela krystalizace klesne na teplotu heterogenní nukleace turmalínu, začne turmalín znovu růst z čela krystalizace směrem do středu tabule a krátce po tom začne kolem turmalínu růst K-živec. Po těchto epizodách růstu následuje nová generace krystalů v čase t5. Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles Vlastějovice (Novák a Hyršl 1992) Bližná I (Novák et al. 1997) Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles Drahonín, Černý (1956) Vladislav, Škoda (2002) Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles Dolní Bory, Staněk (1954) Věžná I, Černý (1965) Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles NovakDiaspor Dolní Bory, Staněk (1954) Moeller (1989) Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles Rožná, Sekanina (1946) Nová Ves, Grym (1975) Dobrá Voda (Staněk 1965) Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles • Maršíkov, Scheibengraben Novák et al. (2003) Podlesí, Breiter (1998) Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles Vlastějovice Strzegom Granitické pegmatity – stavba pegmatitových těles •Strzegom Granitické pegmatity •Procesy produkující granitické taveniny •Podle původu taveniny můžeme pegmatity rozdělit do dvou hlavních skupin: • •(i) pegmatitová tavenina je produktem diferenciace a frakcionace granitické taveniny (magmatogenní pegmatit). Svým vznikem i složením jsou magmatogenní pegmatity příbuzné pegmatoidním granitům, od nichž jsou často odvozeny, u nás např. Čertovy kameny u Jeseníku nebo Přibyslavice u Čáslavi, a dále vysokoteplotním žilným ložiskům Sn, popř. W a Mo a greisenům (např. amblygonitový žilník s kasiteritem z Vernéřova u Aše). • •(ii) pegmatitová tavenina je produktem natavení (metamorfogenní pegmatit) jiné horniny (hlavně metapelitů) a k procesům diferenciace a frakcionace zde nedošlo vůbec nebo jen v malé míře. Některé metamorfogenní pegmatity jsou blízké metatektům v migmatitech (např. cordieritem bohaté hrubozrnné partie metatektu v Horních Borech) nebo i vysokoteplotní alpské paragenezi (např. primitivní „pegmatitové“ žíly s hojným křemenem, s andalusitem, turmalínem, chloritem, muskovitem a karbonáty z Horních Borů). Granitické pegmatity nový-16 Černý (1991) Granitické pegmatity – texturní diferenciace •Procesy probíhají při vzniku pegmatitů •Při vzniku pegmatitů se uplatňují dva hlavní procesy (lépe komplexy procesů): texturní diferenciace (stavba, textury) a geochemická frakcionace (chemické složení) • •Texturní diferenciace – typickým znakem většiny granitických pegmatitů (hlavně magmatogenních ale vzácně i metamorfogenních) je zonální stavba. Ta je produktem texturní diferenciace, kdy během krystalizace vznikají postupně jednotlivé jednotky (zóny) s odlišnou texturou, velikostí zrna i mineralogickým (chemickým) složením. Tyto jednotky mohou tvořit jasně definovatelné a souvislé zóny (hlavně granitická jednotka nebo křemenné jádro) nebo jen nepravidelné partie i značných rozměrů (např. albitová nebo lepidolitová jednotka). Termín jednotka je obecnější než termín zóna, která nám už jasně definuje způsob vystupování v pegmatitovém tělese. Příkladem je zonálnost běžně vyvinutá od okraje do středu na pegmatitových žilách: Granitické pegmatity – texturní diferenciace •granitická zóna (velikost zrna ~ 0,1-2 cm, křemen + K-živec + kyselý plagioklas + biotit ± muskovit) •grafická zóna (velikost zrna ~ 0,5-5 cm, křemen + K-živec) •bloková zóna (velikost zrna až několik m, K-živec) •křemenné jádro. • •Ve více diferencovaných pegmatitech se objevují také •albitová jednotka jako jasně definovaná zóna nebo jen partie, ale někdy i značných rozměrů, •lepidolitová jednotka popř. blokový spodumen nebo blokový petalit většinou situované mezi blokovým K-živcem (zóna blokového K-živce) a křemenným jádrem. • Granitické pegmatity – texturní diferenciace turm-qrz%2004 grt Turmalín+křemen Vlastějovice Spessartin+křemen Bližná II Grafické textury Granitické pegmatity – texturní diferenciace Grafický pegmatit, Písek Krystal berylu, Písek Granitické pegmatity – texturní diferenciace Obrovské krystaly turmalínu, Aqua Santa, Brazílie Obrovský krystal berylu (asi 3 m), Assuncao, Portugalsko Granitické pegmatity – texturní diferenciace San Luis, různé texturní jednotky Granitické pegmatity – texturní diferenciace K-živec Vlastějovice Andalusit Dolní Bory Granitické pegmatity – texturní diferenciace Blokový K-živec a petalit Covas Barroso Krystal elbaitu do dutiny, Pakistan Granitické pegmatity – texturní diferenciace Dolní Bory, Staněk (1954) Maršíkov, Scheibengraben Novák et al. (2003) Granitické pegmatity – geochemická frakcionace •Geochemická frakcionace – během frakční krystalizace v taveninách dochází ke koncentraci některých prvků (bývají označovány jako inkompatibilní) v závěrečných fázích krystalizace. Tento vývoj lze velmi dobře dokumentovat poměry vybraných prvků, např. K/Rb, K/Cs, Fe/Mn, Mg/Fe, Al/Ga, Zr/Hf, Nb/Ta a řada dalších, které se s nárůstem frakcionace snižují, (často se používají také jiné poměry Ta/(Ta+Nb), Mn/(Mn+Fe) aj.), a dále také zvýšenou koncentrací některých prvků, např. Li, Be, Sn, Ta, Rb a Cs. Stupeň frakcionace se odráží jak ve vzniku nových fází, např. Be-minerálů (beryl, hambergit, fenakit aj.), Li-minerálů (trifylín, lepidolit, petalit, spodumen, elbait, amblygonit-montebrasit), Cs-minerálů (polucit), tak ve změně chemického složení u jednotlivých skupin minerálů s nárůstem stupně frakcionace, Granitické pegmatity – geochemická frakcionace •slídy: biotit → muskovit → trilithionit → polylithionit, •granáty: almandin → spessartin, •columbit-tantalit: ferrocolumbit → manganocolumbit → manganotantalit, •turmalíny: dravit → skoryl (foitit) → elbait → rossmanit. • •Právě v granitických pegmatitech (magmatogenních) byly popsány nejvyšší stupně frakcionace v magmatických horninách a také výrazný nárůst frakcionace v měřítku několika m (v rámci pegmatitového tělesa) nebo jen několika mm (v rámci jednoho zrna). • Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Slídy, pegmatity - Třebíčský pluton Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Rožná, Novák a Černý (2000) Maršíkov, Scheibengraben Novák et al. (2003) Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Moravany nad Váhom, Novák et al. (2000) Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Novák a Černý (1998) Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Maine, Wise et al. (2004) Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Y,REE,Nb,Ta,Ti-oxidy, pegmatity Třebíčský pluton Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Y,REE,Nb,Ta,Ti-oxidy, pegmatity Třebíčský pluton Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Granitické pegmatity – geochemická frakcionace Granitické pegmatity - kontaminace •Dalšími procesy (lépe komplexy procesů) probíhajícímí ve větší či menčí míře v granitických pegmatitech jsou také kontaminace a desilikace. • •Kontaminace – proces, při němž dochází k přínosu látek z okolních hornin do pegmatitu. Charakterickým rysem je přítomnost takových chemických látek, resp. minerálů, které tyto látky obsahují a které nemohou být produktem běžné frakcionace granitické taveniny. Typickým příkladem jsou např. pegmatity pronikající serpentinity, které jsou obohaceny Mg (obsahují např. hojný cordierit, dravit nebo biotit bohatý Mg), nebo pegmatity pronikající Fe-skarny, které jsou obohaceny Fe (obsahují Fe-bohaté amfiboly a pyroxeny nebo epidot). Vlastní proces kontaminace je ale jen velmi málo prozkoumaný. Nevíme přesně, ve kterých fázích vývoje pegmatitu a jakými mechanismy dochází ke kontaminaci. Protože se ukazuje, že hlavní část krystalizace více frakcionovaných granitických pegmatitů probíhá v uzavřeném nebo téměř uzavřeném systému, zdá se, že ke kontaminaci dochází především během pohybu pegmatitové taveniny od zdroje na místo krystalizace a/nebo okamžitě po vmístění taveniny do hostitelské horniny. Jakmile vznikne okrajová pegmatitová zóna, proces kontaminace se zastaví zhruba až do konce primární krystalizace z taveniny, potom se systém znovu otevře přínosu látek. Granitické pegmatity - kontaminace kontaminace zivce Vlastějovice Granitické pegmatity – kontaminace •Vlastějovice Grafika18 Granitické pegmatity – kontaminace Bližná I, II, Řečice, Ctidružice Granitické pegmatity – kontaminace 1X 3Xtuč 2X Bližná I a II Granitické pegmatity – kontaminace Bližná I Granitické pegmatity – kontaminace Fig9 Fig10 Shrnutí 1.Procesy produkující pegmatitové taveniny a)Frakcionace mateřských granitů b)Nízkoprocentní natavení hornin c) 2.Základními faktory pro vznik pegmatitů jsou: a)Granitická tavenina s vysokým obsahem H2O a dalších volatilních komponent (B, F, P, Li). b)Výrazné podchlazení pegmatitové taveniny (asi 700-600 °C), která proniká do hornin asi o 200 °C ale i více chladnějších. a) •3. Procesy probíhající v pegmatitech a)Texturní diferenciace b)Geochemická frakcionace • •4. Vliv složení mateřského granitu • •5. Vliv kontaminace