Strukture in teksture magmatskih kamnin
Transcription
Strukture in teksture magmatskih kamnin
Univerza v Ljubljani Naravoslovnotehniška fakulteta Oddelek za geologijo ŠTUDIJSKO GRADIVO za vaje s predmeta PETROLOGIJA MAGMATSKIH IN METAMORFNIH KAMNIN STRUKTURE IN TEKSTURE MAGMATSKIH KAMNIN Avtorja: doc. dr. Matej Dolenec red. prof. dr. Tadej Dolenec Ljubljana, 2010 Zlog magmatskih kamnin Vsaka magmatska kamnina je produkt kristaljenja magme določene kemične sestave. Taline različne kemične sestave dobijo različno strukturo celo ob enakih fizikalnih pogojih. Sprememba fizikalnih pogojev pri kristaljenju lahko razliko še močno poveča. V zlogu kamnine se zrcali njena kemična sestava in fizikalni pogoji oblikovanja. Zlog kamnine določajo razne posebnosti: medsebojni odnosi mineralov, njihov način zraščanja, odnosi velikosti posameznih zrn, razpored sestavnih delov in njihova zapolnitev v prostoru. Zlog delimo na strukturo in teksturo. Struktura obsega vse znake, ki jih določajo velikost, oblika in obojestransko razmerje sestavnih delov kamnine (mineralov, pa tudi stekla). Teksturo določamo z razporeditvijo delov kamnine v prostoru in s stopnjo zapolnjenja tega prostora. Naj pojasnim oba pojma s primerom. Osnova mnogih predornin ima v sebi steklo, ki je polno iglic mikrolitov plagioklaza – to je hialofitska struktura. Ti mikroliti so razporejeni ali popolnoma brezredno, ali pa bolj ali manj vzporedni med seboj, podobno kot so usmerjeni tramovi, ko plavajo po reki. V tem primeru govorimo o fluidalni teksturi. Američani uporabljajo ta dva pojma v obratnem smislu: "structure" je naša tekstura, "texture" pa naša struktura. Tipi struktur glede na stopnjo kristalizacije sestavnih delcev Tipe struktur klasificiramo po sledečih znakih: 1. Stopnja kristalizacije sestavnih delcev 1. popolno kristalna ali holokristalna struktura, ko je vsa kamnina sestavljena iz kristalnih sestavnih delcev in nima stekla, 2. steklasta ali holohialinska, ko je vsa kamnina iz stekla in 3. hipokristalna, vitrofirska ali hipohialinska, ko v kamnini nastopajo hkrati kristali in steklo. Steklo predstavlja skrajno žilavo preohlajeno raztopino, v kateri so atomi in njihove skupine razporejene brezredno kot v tekočini in ne tvorijo zakonitih prostorskih mrež, značilnih za kristale. Tako steklasto stanje pa je labilno in kamnina počasi in samodejno kristalizira v agregat izredno majhnih kristalnih elementov. Prav zato poznamo sorazmerno malo paleozojskih kamnin, ki so ostale steklaste. Temperatura ta proces še pospeši. V starih lavah, ki so bile podvržene termalni in dinamični metamorfozi, ne najdemo stekla. 2. Absolutna velikost kristalnih zrn 4. jasno kristalna ali fanero kristalna in afanitska ali skrito kristalna struktura. V prvi vidimo posamezna zrna s prostim očesom, v drugi pa izgleda kamnina s prostim očesom masivna, 5. jasno kristalne strukture delimo po velikosti zrn na grobokristalne (premer zrn nad 5 mm), srednjekristalne (premer zrn 1 do 5 mm) in drobno kristalne (premer zrn pod 1 mm), 6. afanitska struktura lahko pod mikroskopom kaže, da je kamnina sestavljena iz mikroskopskih kristalnih zrnc. To je mikrokristalna struktura. Lahko se zgodi, da so posamezni kristalčki nerazločni celo pod mikroskopom, čeprav njih agregat deluje na polarizirano svetlobo - to je mikroafanitska ali skritokristalna (kriptokristalna) struktura. 3. Razmerje med velikostjo zrn 7. enakomerno zrnato struktura, 8. neenakomerno zrnata struktura, 9. porfirska ali porfirju podobna (porfiroidna) struktura. Porfirska ali porfirju podobna struktura je značilna po posameznih večjih kristalih, vtrošnikih ali fenokristalih, ki ležijo v osnovi precej manjših kristalov, mikrolitov ali včasih stekla. Včasih je teh vtrošnikov veliko, tako da se dotikajo med seboj in so medprostori zapolnjeni z osnovo (steklo) - to je intersertalna struktura, če je pri tem tip strukture holokristalen, pravimo, da je to kriptska struktura. Polifirska struktura je tista, kjer nastopa mnogo vtrošnikov, oligofirska, če jih je malo. Afirska struktura nastopa, kadar sploh ni vtrošnikov. Z genetske točke ločimo dve vrsti porfirskih struktur: Prvi tip je vezan na nenaden padec temperature ali povečano hitrost ohlajanja, drugi tip pa ni vezan na tak hiter padec temperature. Drugi tip strukture razlikujemo od prvega z izrazom porfirju podobne ali porfiroidne strukture. V tem primeru je osnova navadno jasnokristalna, drobnozrnata. Ta način je lahko nastal pri kristalizaciji taline, ki je imela ene komponente precej nad sestavom evtektične točke. Najprej so se torej izločali eni kristali in ko je talina dobila sestav evtektične točke, so minerali, ki so preostali, kristalizirali hkrati in stvorili drobnozrnato zmes. Včasih je pri tem nastalo pravilno zraščanje, ki kaže na istočasno kristaljenje. Te vrste strukture imenujemo evtektofirske. Sem spada granofirska struktura, v kateri nastopajo lepi kristali glinencev v osnovi iz mikropegmatitskih zrastkov glinencev in kremena, ki tvorijo evtektikum. 4. Oblika mineralov (zraščenje in preraščenje mineralnih komponent). A. Značaj zraščanja: 1. Zrna so omejena z lastnimi kristalnimi ploskvami - idiomorfni (euhedralni) ali automorfni kristal. 2. Včasih so kristali slabo oblikovani in korodirani. Včasih ne kažejo svojih lastnih kontur, temveč zapolnjujejo prostor, ki ga omejujejo drugi kristali - to so ksenomorfna (anhedralna) ali alotriomorfna zrna. 3. Isti mineral je lahko idiomorfen z ozirom na ene in ksenomorfen z ozirom na druge minerale. Tedaj mu pravimo, da je hipidiomorfen (subhedralen). 4. Če ni nobene razlike med minerali z ozirom na idiomorfnost zrn, pravimo, da je struktura panalotriomorfna ali anidiomorfna. B. Značaj preraščanja 1. Pri istočasni kristalizaciji se pogosto zgodi, da nastopajo minerali v drobnem pegmatitskem preraščanju (npr. glinenci in kremen v mikropegmatitu ali granofirju). Važna značilnost pegmatitskega preraščanja je: a) Vrastki kremena v kalijevem ali K - Na - glinencu so orientirani enako, t.j. vsi vrastki v enem zrnu potemnijo istočasno. Izjema je le takrat, ko nastopajo v raznih delih preraščenja po različnih zakonih. Tedaj potemnijo istočasno skupine vrastkov, ki ustrezajo istemu zakonu. b) Obrisi vrastkov se približujejo poligonalnim konturam v prečnih presekih in premim podolgovatim oblikam v podolžnih presekih. Prečni preseki dajejo sliko tako imenovanega pismenkastega preraščenja. c) Orientacija kremena in glinenca je zakonita (ploskve, v katerih se stikata, so kristalonemične). Granofirski zrastki prehajajo pogosto v sferulit. Pegmatitska struktura je značilna po istočasni kristalizaciji, najbolj pogosto kremena in alkalnega glinenca. 2. Preraščenje v mirmekitski strukturi se razlikuje od pravilnih preraščanj mikropegmatitov in granofirov. Zrna kremena imajo nepravilno, črvom podobno obliko in se preraščajo s plagioklazi. Kremenovi vrastki hkrati potemnjujejo. V tem primeru nimamo preraščenja ortoklaza ali kalijevo natrijevih glinencev s kremenom, kot je to primer v pegmatitu. Pegmatitu podobna zraščenja nastopajo seveda tudi med nekaterimi drugimi minerali: plagioklaz nefelin, plagioklaz - rombični piroksen, avgit - rogovača, piroksen - špinel, špinel - magnetit itd. 3. Pertitska struktura. Deloma vzporedno, deloma ne, popolnoma pravilno preraščanje kalijevih glinencev in alkalnih plagioklazov imenujemo pertitsko strukturo. Pri visokih temperaturah so bili glinenci med seboj topni, pri nižjih temperaturah pa so razpadli v pertit. Albit se izloča v žilicah, ki sekajo kalijev glinenec (ortoklaz ali mikroklin). Ortoklaz navadno prevladuje. Antipertit je tako zraščenje albita in ortoklaza, ko albit prevladuje in je ortoklaz prisoten v pegastih vrastkih v albitu. 4. Poikilitska zraščanja. Nastopajo lepo razviti kristali enega minerala, ki se imenuje v takih pogojih oikokristal. V tem mineralu so vključena kristalna zrna drugega minerala ali nekoliko mineralov, hadakristalov, ki so različno orientirani. To strukturo lahko tolmačimo kot zbirno kristaljenje, ki spremeni posamezna manjša zrna, ki so ležala prej med hadakristali, v en velik oikokristal. Ta oikokristal nato vsebuje kot vključke v sebi hadakristale. Lahko si predstavljamo npr. kristal kremen, ki vključuje z zbirno kristalizacijo glinence, lahko amfibol, ki je nastal z zbirno kristalizacijo piroksena, ki vsebuje bazične plagioklaze. Lahko pa so hadakistali tudi preprosto vključeni pri začetku rasti v oikokristalu. 5. Spremembe izločenih kristalov za časa kristalizacije Resorpcija lahko nastane iz dveh razlogov: 1. če nastopi dvig temperature in pritiska in 2. v slučaju inkongruentne točke taljenja kemične spojine. Forsterit se začne topiti npr. pri 1557 °C in se spreminja v klinoenstatit. Pri procesih spreminjanja že izločenih kristalov nastopajo včasih reakcijski obročki. Na meji dveh mineralov nastane zaradi njihovega medsebojnega vpliva sloj tretjega minerala, ki ju loči. Med olivinom in plagioklazom nastopa večkrat amfibol, med magnetitom in plagioklazom biotit itd. Če nastopa amfibol okrog granata ali olivina, pravimo strukturi kelifitska. Včasih nastopa reakcijski obroč zaradi vpliva taline na mineral. To je zelo verjetno v primeru rombičnega piroksena in olivina. Rombični piroksen tvori venec okrog olivina. Ta lastnost je značilna za druzitsko ali venčasto strukturo. Primer je amfibol okrog piroksena, sljude okrog olivina. Tipi tekstur Razlikujemo endogene in eksogene teksture. Prve kažejo razpored sestavnih delov pod vplivom notranjih vzrokov, v zvezi z načinom kristalizacije magme. Eksogene teksture pa so nastale pod vplivom zunanjih vzrokov. A. Endogene teksture 1. Homogena ali normalna tekstura je najbolj razširjena. Mineralni deli so razporejeni po vsej masi enakomerno in posamezni delci kamnine so enaki po sestavi in strukturi. To teksturo imajo lahko zrnate magmatske kamnine in porfirske kamnine. 2. Šlirska ali taksitska tekstura je značilna po koncentriranju mineralov kamnine v plasti. Če se razlikujejo plasti po mineralih, ki jih sestavljajo, imenujemo teksturo konstitucijska šlirska, če pa se plasti razlikujejo po velikosti zrn pa govorimo o strukturno šlirski teksturi. Z ozirom na lego plasti razlikujemo: a) evtaksitsko teksturo: plasti so vzporedne, b) ataksitsko teksturo: lega plasti je nepravilna in c) plastnato teksturo: značilne so ostro izražene pravilno vzporedne plasti. 3. Glomerokristalna tekstura karakterizira zrnate kamnine in se izraža v neenakomernem koncentriranju mineralov v posamezne izolirane skupine v nasprotju z njihovo razdelitvijo v homogeni teksturi. 4. Glomeroporfirska tekstura je značilna za porfirske kamnine in sicer so vtrošniki v kamnini razporejeni in koncentrirani neenakomerno v osamljene skupine. 5. Sferična tekstura se izraža z razvrstitvijo mineralov kamnine v sferične ali ovalne sloje. Včasih jo spremlja tudi sferična struktura t. j. sferična oblika mineralov, ki nastopajo kot središča sferične razpredelitve. B. Eksogene teksture 1. Fluidalna tekstura: Vtrošniki porfirske ali vitrofirske kamnine so razprostrti v smeri, v kateri je snov tekla. Vzporedna ali skoraj vzporedna razvrstitev dolgih mikrolitov je značilna za trahitsko strukturo osnove porfirskih kamnin. 2. Tekstura zrnastih kamnin, ki obstojijo skoraj izključno iz glinencev in je značilna po podobnem subparalelnem razporedu letvastih kristalov, je trahitoidna. 3. Breči podobna tekstura je značilna z močno zlomljenostjo različnih delov kamnine, z njihovo oglato obliko in z razliko med sestavo cementa in posmeznih delov breče. 4. Gnajsova ali skrilava tekstura. Intenzivno plastnata zaradi enosmernega pritiska. 5. Tufska ali grohova tekstura (v porfirskih ali vitrofirskih strukturah) se izraža s prisotnostjo številnih zlomljenih vtrošnikov in deloma s tem, da imajo različni deli kamnin nekoliko različno strukturo in sestavo. Z ozirom na način in stopnjo zapolnitve prostora razlikujemo sledeče teksture: 6. Kompaktna tekstura 7. Porozna tekstura: ta je lahko nastala ali pri pogojih strjevanja globočnin, ki so a) kristalne zrnate ali pa b) v površinskih potokih lave. a). V prvem primeru imamo druzovo ali miarolitsko teksturo. V masi kamnine ostajajo praznine, ki so bile že prvotno nezasedene z mineralnimi snovmi in omejene z bolj ali manj lepo izoblikovanimi ploskvami kristalov. b). V predorninah imajo pore, ki so nastale zaradi nastopanja mehurjev plina, okroglo obliko kroglasto ali elipsoidno. Te pore so včasih raztegnjene v smeri pretakanja in postanejo cevaste. V odvisnosti od števila mehurčkov ločimo porozno, mehurčasto, žlindrasto in votličasto teksturo. 8. Končno nastopa v predorninah bazičnih kamnin, ki se izlivajo v morja, poseben način zapolnjevanja prostora. Ta način se z ene strani genetsko približuje tvorbi poroznih tekstur, z druge strani pa po zunanji obliki veže te singenetske lastnosti s pojavi krojenja. Vsa masa kamnine razpada v tem primeru na posamezne sferoide in dobi obliko zelo grobega agregata. Kroglaste lave (pillow lava) so razširjene v kamninah skupine spilitov. Nastopajo skupaj z morskimi sedimenti, kar kaže na njihov podvodni nastanek. Afirska st. Kadar v kamnini ni vtrošnikov Antipertitska st. Zraščanje albita in ortoklaza, ko albit prevladuje in je ortoklaz prisoten v pegastih vrastkih v albitu (Slika 20) Druzitska st. Rombični piroksen tvori venec okrog olivina Fluidalna tek. Vtrošniki porfirske ali vitrofirske kamnine so razporejeni v smeri, v kateri je snov tekla (Slika 21) Globuliti Zelo majhna kroglasta jedrca Glomerokristalna tek. Glomeroporfiska tek. Granofirska st. Hialofitska st. Intersertalna st. Kelifitska st. Mikrofelzit Mirmekitska st. Ofitska st. Oligofirska st. Perlitska tek. Pertitska st. Značilna za zrnate kamnine in se izraža v neenakomernem koncentriranju mineralov v posamezne izolirane skupine Značilna za porfirsko kamnino. Vtrošniki v kamnini so razporejeni in koncentrirani neenakomerno v osamljene skupine (gnezda). Nastane pri istočasnem kristaljenju glinencev in kremena. Vključki kremena v glinencu so orientirani enako - vsa zrna kremena v enem zrnu glinenca potemnijo istočasno (Slika 2) Posebna vrste intersertalne strukture z velikimi mikroliti plagioklaza, med katerimi nastopa steklo Vtrošniki mineralov se med seboj dotikajo, prazne prostore med njimi pa zapolnjuje drobnozrnata osnova Če nastopa amfibol okrog granata ali olivina Skritokristalni agregat sestavljen iz alkalnega glinenca in krimena (temnosiva barva) Zrna kremena imajo nepravilne črvom podobne oblike in se preraščajo s plagioklazi. Kremenovi vključki potemnijo istočasno. (Slika 3) Plagioklaz je idiomorfen glede na piroksen, ki zapolnjuje vmesna prostore med idiomorfnimi prizmami in letvicami plagioklazov (Slika 13, 17, 18, 19) Kadar nastopa v kamnini malo vtrošnikov Nastopa v žilavih steklih, predvsem kislih kamnin. Sestavljena je iz mreže tankih mikroskopskih razpok, ki razbijajo steklasto maso v skupnost okroglih teles (biserov), ki je vsak od njih sestavljen iz koncentričnih skorjic. Deloma vzporedno, deloma nepravilno preraščanje kalijevih glinencev in alkalnih plagioklazev - pertit (Slika 5) Politaksitska st. Podobna je trahitski strukturi, le da zrna niso orientirana (Slika 15) Poikilitska st. Nastopajo lepo razviti kristali enega minerala (ojkokristali), v tem mineralu pa so zrna drugega minerala ali večih mineralov (hadakristalov), ki so različno orientirani (Slika 1) Polifirska st. Sferična st. Sferuliti Šlirska tek. Trahitska st. Tufska tek. Vitrofirska str. Vtrošniki Kadar nastopa v kamnini veliko vtrošnikov (Slika 16) Izraža se z razvrstitvijo mineralov kamnine v sferične ali ovalne sloje. Iz amorfne steklaste mase izločena anizotropna steklasta snov minerala, vendar ne v obliki kristalov, ampak v obliki tankih vlaken, ki rastejo iz sredine in se grupirajo v bolj ali manj popolno kroglasto žarkovito obliko Koncentriranje mineralov v plasti. Evtaksitska - plasti so vzporedne, ataksitska - nepravilna lega plasti in plastasta - ostro izražene pravilno vzporedne plasti. Skoraj ali popolnoma brez stekla. Mikroliti (vtrošniki) alkalnih glinencev, Naplagioklazov ali glinenčevih nadomestkov podolgovatih oblik, so razporejeni navadno subparalelno eden ob drugem (Slika 14) V porfirskih ali vitrofirskih strukturah se izraža s prisotnostjo številnih zlomljenih vtrošnikov, in deloma tudi s tem, da imajo različni deli kamnin nekoliko različno strukturo in sestavo Steklasta osnova s posameznimi vtrošniki drugih mineralov (Slika 4) Veliki kristali v osnovi, ki jo sestavljajo manjši kristali, mikroliti ali steklo Slika 1 Poikilitska struktura Euhedralna do subhedralna zrna biotita in plagioklaza (hadakristali) obdaja siv ortoklaz (ojkokristal) Slika 2 Granofirska struktura nepravilno preraščanje kremena (svetli minerali) in ortoklaza (Siv mineral) Slika 4 Slika 3 Mirmekitska struktura Vitrofirska struktura Dvojčična zrna plagioklazov v steklasti osnovi (črno polje) Slika 5 Slika 6 Pertit Fanerokristalna - granit Slika 7 Steklasta - obsidijan Slika 9 Anhedralna zrna monoklinskega piroksena Slika 8 Euhedralna zrna rombičnega piroksena Slika 10 Enakomerno zrnata struktura Slika 11 Slika 12 Alotriomorfna struktura - skoraj vsa zrna so ksenomorfna Glomeroporfiritna razpokana zrna fenokristalov Slika 13 Slika 14 Ofitska struktura Trahitska struktura Slika 15 Porfirska struktura bazalt (Če je vtrošnikov veliko ji rečemo tudi polifirska) Slika 16 Politaksitska struktura Slika 17 Slika 18 Ofitska struktura svetlo moder piroksen poikilitsko vključuje letvičasta zrna plagioklazov Subofitska struktura velikost piroksenovih zrn (rumeno) in plagioklazovih zrn je enaka Slika 19 Intergranularna - zelo majhna euhedralna zrna piroksenov med paličastimi plagioklazi Slika 21 Fluidalna tekstura tekstura tečenja Slika 20 Antipertit Slika 22 Skrilava tekstura - gnajs Predornine - vulkanske kamnine (lave) 1 - 3 : Več kot 90% amorfne snovi ali rekristaliziranega stekla 2 X, T ali L oblikovani steklaste tvorbe zaradi sferulitskega materijala (plovec). Prazni prostorčki kažejo koncentrično (mehurčasto) strukturo. 1 Steklasta struktura - bolj ali manj pseudoperlitska ali perlitska 4 - 8 : Manj kot 90% amorfne snovi ali rekristaliziranega stekla 3 4 X, T ali L oblikovani steklaste tvorbe zaradi sferulitskega materijala (plovec). Prazni prostorčki kažejo radialne strukture. Mikrolitska struktura (porfirska) - fenokristali (vključki), fenoklasti in mikroliti plavajo v amorfni (steklasti) osnovi 6 5 Mikrolitska (drobnozrnata) tekstura tečenja (trahitska) 7 Felsitska struktura drobnozrnata kamnina sestavljena pretežno iz ortoklaza in posameznimi zrni kremena. Trahitska struktura manj kot 10% stekla v katerem so mikroliti ali fenokristali alkalnih glinencev razporejeni subparalelno eden ob drugem. 8 Sferulitska struktura drobnozrnata kamnina z radialno razporejenimi vlakni (sferuliti) zaradi rekristalizacije stekla. Žilnine - dajki, sili 9 Granofirska struktura kremen - ortoklaz (simplektiti) okrog euhedalnega zrna ortoklaza 10 Mikrogranulitska (porfiroidna) struktura fenokristali (veliki vključki) v enakomerno zrnati mikrogranulitski osnovi. Globočnine 11 Kristaljena struktura (faneritska) 13 Porfiroidna struktura 15 Poikilitska struktura ksenomorfni ojkokristal obdaja ostala manjša zrna - hadakristale. 12 Agpaitska struktura značilna za alkalne kamnine z glinenčevimi nadomestki 14 "Frame" struktura ZLOG MAGMATSKIH KAMNIN A) STRUKTURA (TEXTURE) 1) Stopnja kristalizacije 4) Oblika zrn značaj zraščanja idiomorfna (euhedralna - slika 8) ksenomorfna (anhedralna - slika 9) (alotriomorfna - slika 11) hipidiomorfna (subhedralna) značaj preraščanja pegmatitska (slika 2) HOLOKRISTALNA (popolnoma kristaljena - nima stekla) HOLOHIALINSKA (popolnoma steklasta - Slika 7) HIPOHIALINSKA (delno kristaljena - steklo + kristalna zrna) 2) Absolutna velikost zrn fanerokristalna (jasno kristalna Slika 6) debelo zrnata (> 5 mm) srednje zrnata (1 - 5 mm) drobno zrnata (< 1 mm) afanitska (skrito kristalna) mikrokristalna kriptokristalna kremen - ortoklaz plagioklaz-nefelin plagioklaz - romb. pirokseni avgit - rogovača pirokseni - špinel mirmekitska (slika 3) pertitska (slika 5) antipertitska (slika 20) poikilitska (slika 1) 3) Razmerje med zrni izpremembe kristalov kelifitska enakomerno zrnata (Slika 10) neenakomerno zrnata porfirska (kristalna zrna v steklasti osnovi - Slika 16) porfiroidna (velika kristalna zrna v kristaljeni drobnozrnati osnovi) olivin - plagioklazi - amfibol magnetit - plagioklazi - biotit druzitska Ol B) TEKSTURA (STRUCTURE) ENDOGENE TEKSTURE homogena šlirska (taksitska) sferična glomerokristalna glomeroporfirska px amf olivin - piroksen - amfibol olivin - amfibol EKSOGENE TEKSTURE fluidalna (Slika 21) skrilava brečasta tufska kompaktna porozna (votličasta)