63
6 SREDNJEZRNATE KLASTIČNE SEDIMENTNE STIJENE
(PJEŠČENJACI)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
6.1 UVOD
• veličina čestica: 2mm - 63μm
• pijesak pješčenjak
• klastična struktura
– klasti
– matriks
– autigeni minerali i cement
– pore
Klastična struktura.
litifikacija
vrlo krupni pijesak krupni pijesak srednji pijesak sitni pijesak vrlo sitni pijesak
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
6.2 DETRITIČNE KOMPONENTE
tipovi zrna
odlomci stijena
kvarc
feldspati
tinjci i minerali glina
teški minerali
druge detritične komponente
faktori
zastupljenost u izvorišnom području
kemijska i mehanička stabilnost
u sedimentnim okolišima Kemijska stabilnost minerala od najstabilnijih prema manje stabilnima.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
64
litične čestice
• sastav – sastav izvornih stijena – stabilnost tijekom transporta
• porijeklo– različite magmatske, metamorfne i starije sedimentne stijene– planinski masivi i vulkanska područja
• upotreba– rekonstrukcija provenijencije
Litične čestice sedimentnog porijekla.Vidno polje 3x2 mm.
Litične čestice magmatskog porijekla.Vidno polje 3x2 mm.
Preuzeto iz 1 Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
kvarc
• najstabilniji mineral u sedimentnim uvjetima
• najzastupljeniji mineral u pješčenjacima (prosječno oko 65%, a doseže i gotovo 100%)
• porijeklo
– plutonske granitne stijene
– kiseli gnajsevi
– škriljavaca
• tipovi kvarcnih zrna:
– monokristalni kvarc (Qm)
– polikristalni kvarc (Qp)
• način potamnjenja
– jednoliko
– nejednoliko (undulozno)Monokristalni i polikristalni kvarc jednolikog i nejednolikog potamnjenja u mikroskopskom izbrusku. Vidno polje 3x2 mm.
Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• inkluzije
– fluidne– mineralne (rutil, turmalin, magnetit, tinjci, klorit)
• značajke kvarcnih zrna iz pojedinih skupina stijena:
– vulkanske magmatske stijene
• monokristalan, jednolikog potamnjenja, bez inkluzija
– hidrotermalne žile
• monokristalan ili krupnokristalast polikristalni, sadrži brojne fluidne inkluzije
– metamorfne stijene
• polikristalni kvarc izduženih kristala preferirane orijentacije
• kvarc nejednolikog potamnjenja najvjerojatnije iz metamorfnih stijena, ali može biti i iz plutonskih magmatskih stijena
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
65
• indeks zrelosti
– odnos Qm/Qp
veći indeks veća zrelost sedimenta– Qjed. pot./Qnejed. pot.
Kvarcna zrna s regeneracijskim rubom (mikroskopski izbrusak; A) A-; B) A+. Primarni rub zrna markiran je crvenom hematitnom prevlakom. Vidno polje 1,2 x 0,8 mm.
A B
Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
feldspati
• udio u pješčenjacima – prosječno 10-15 %, – doseže 50 % (arkoze)
• mehanički i kemijski manje stabilni od kvarca
• zastupljenost u sedimentima ovisi o– sastav izvorišnih stijena
• uglavnom potječu iz istih kristalinskih stijena kao i kvarc (granit, gnajs)
– klima • humidna klima
– kemijsko trošenje feldspati “nestaju”
• aridna klima– mehaničko trošenje feldspati “preživljavaju”
– brzina erozije
• alk. feldspati (ortoklas, mikroklin) su češći u pješčenjacima od plagioklasa
Mikroskopski izbrusak pješčenjaka bogatog alkalijskim feldspatima. Vidno polje 1,2x0,8 mm
Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
tinjci i minerali glina
• listićavi minerali (filosilikati) česti u matriksu pješčenjaka i krupnijih klastita
muskovit i biotit
– porijeklo
• magmatske stijene
• škriljavci
• filit
– biotit češći u izvorišnim stijenama kemijski nestabilniji od muskovita
rjeđi u sedimentnim stijenama
A B
Mikroskopski izbrusak pješčenjaka bogatog muskovitom i kaolinitom (A) odnosno biotitom (B). Vidno polje 1,2x0,8 mm.
Preuzeto iz 1 Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
66
teški minerali
minerali glina
– porijeklo
• detritični
– dobar pokazatelj građe izvorišnog područja, klime i procesa trošenja
• autigeni
– dijagenetskim procesima mogu prijeći u druge minerale glina
specifična težina > 2,86 gcm-3
uglavnom silikati i oksidi
udio u pijecima najčešće oko 1%
od ostatka sedimenta (laka mineralna frakcija) najčešće se odvajaju pomoću teških tekućina (prim. bromoform)
značenje
daju korisne informacije o provenijenciji i događanjima u izvorišnim područjima
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• najčešći neopaki teški minerali su apatit, epidot, granat, rutil, staurolit, turmalin i
cirkon, a od opakih ilmenit i magnetit
Karakteristični teški minerali različitih izvorišnih stijena.
Teška mineralna frakcija pijesaka.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
druge detritične komponente
• karbonatna zrna
– fosili ili fragmenti fosila
– neskeletne karbonatne čestice (ooidi, peloidi, intraklasti)
– detritična zrna vapnenaca i dolomita (rijetka)
• skeletni fosfati
• glaukonit
Mikroskopski izbrusak pješčenjaka bogatog glaukonitom. Vidno polje 3x2 m.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
67
6.3 MINERALOŠNA ZRELOST
• odraz procesa trošenja u izvorišnom području i stupnja prerade i transporta
• nezreli pješčenjaci
– bogati nestabilnim zrnima (čestice nestabilnih stijena, nestabilni teški minerali, feldspati)
– blizu izvorišnog područja ili su transportirani i istaloženi bez puno prerade
• zreli pješčenjaci
– sadrže čestice stabilnih stijena, puno kvarca i malo feldspata
• superzreli pješčenjaci
– sastavljeni gotovo isključivo od kvarca
– krajnji produkt intenzivnog trošenja
– nestabilne čestice odstranjene intenzivnom abrazijom ili preradom sedimenta
• indeks mineraloške zrelosti = kvarc + rožnjak/feldspati + čestice stijena
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• zasniva se mikroskopskim istraživanjima i zahtijeva procjenu postotnog udjela pojedinih tipova čestica
• potrebno je odrediti nekoliko stotina zrna (oko 400) „poin-counting“ metodom u mikroskopskom izbrusku
Tipovi pješčanih zrna.
6.4 PODJELA PJEŠČENJAKA
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• procjena modalnog sastava
– u mikroskopu
• usporedbom vidnog polja s dijagramima koji pokazuju izgled vidnog polja za pojedine postotne udjele neke od čestica
– na terenu
• pažljivim promatranjem uzorka pod lupom
Komparativne slike za približnu procjenu modalnog sastava pješčenjaka u mikroskopskom izbrusku.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
68
Klasifikacija pješčenjaka prema Pettijohn i ost., 1987.
osnovna podjela pješčenjaka
zasniva se na sadržaju matriksa
tipovi
areniti (< 15% matriksa)
grauvake ( > 15% matriksa)
Preuzeto iz 3
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• čisti pješčenjaci
• podjela
– kvarcni areniti
– arkozni (feldspatski) areniti
– litoareniti (litični areniti)
– subarkoze
– sublitoareniti
Podjela arenitnih pješčenjaka prema međusobnom udjelukvarca, feldspata i čestica stijena. Prema Pettijohn et al., 1987.
areniti
Preuzeto iz 3
Preuzeto iz 3
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• nečisti pješčenjaci
• podjela
– kvarcne grauvake
– feldspatske grauvake
– litične grauvake
Podjela grauvaka prema međusobnom udjelu kvarca, feldspata i čestica stijena. Prema Pettijohn et al., 1987.
grauvake
Preuzeto iz 3
Preuzeto iz 3
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
69
hibridni pješčenjaci
• uz klastične sastojke sadrže i neklastične sastojke derivirane unutar sedimentacijskog bazena
• najpoznatiji i najčešće su
– kalkarenacejski pješčenjaci
• sadrže preko 50% CaCO3 u
obliku karbonatnih zrna
(ooidi, bioklasti)
• nastaju u područjima s
karbonatnom produkcijom
gdje postoji snažan donos
terigenih klasta
– glaukonitni pješčenjaci
– fosfatni pješčenjaci
Kalkarenacejski pješčenjak, okolica Voćina.. Vidno polje 3x2 mm.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
6.5 NAJČEŠĆI TIPOVI PJEŠČENJAKA
kvarcni areniti
sastav > 95% kvarca (uglavnom Qm i Qjed)
mineraloški najzreliji tip pješčenjaka
strukturno zreli dobro zaobljena i dobro sortirana zrna vezivo je cement
uvjeti postanka dugotrajna prerada sedimenta
topla vlažna klima zaravnjen reljef i spora sedimentacija
često sadrže kvarcna zrna drugog ili višeg ciklusa (višestruko pretaložena)
1 cm 1 mm1 mm
Mikroskopski izgled (A-). Makroskopski izgled. Mikroskopski izgled (A+).
Preuzeto iz 1 Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
arkoze
• sastav– > 25% feldspata (ortoklas, mikroklin)
• svježi
• kaolinitizirani/sericitizirani
– dosta kvarca (polikristalinični)
– čestice stijena (kvarc-feldspatske);
– detritični tinjci i nešto matriksa
• najčešće nastaju iz granita i gnajseva
• strukturno umjereno zreli– klasti uglati do poluuglati
– sortiranost varira od loše do vrlo dobre
– vezivo: kvarcni ili kalcitni cement/ matriks
• uvjeti postanka– semiaridna i glacijalna klima
– snažna erozija u visoko uzdignutom
izvorišnom području
Makroskopskiizgled.
Mikroskopskiizgled (A-).
Mikroskopskiizgled (A+).
1 mm
1 mm2 cm
Preuzeto iz 1
Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
70
litični areniti (litoareniti)
• čine oko 25% svih pješčenjaka
• sastav
– jako varijabilan (modalni, kemijski)
– više čestica stijena (litičnih čestica)
nego feldspata
– sastav litičnih čestica
• peliti
• niskometamorfne stijene
• vulkanske stijene
Makroskopski izgled. Mikroskopski izgled (A+). Mikroskopski izgled (A+).
Preuzeto iz 1 Preuzeto iz 1 1 mm2 cm 1 mm
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• struktura
– malo primarnog matriksa
– cement kalcitni ili kvarcni
• nezreli modalni sastav
– brza produkcija sedimenta
– kratak ili umjeren transport
Dodatna podjela litičnih arenita obzirom na sastav litičnih čestica.
Preuzeto iz 3
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
grauvake
• matriks– > 15%
– sitnozrnati sediment taložen istovremeno s pješčanom frakcijom– pseudomatriks - nastaje dijagenetskim alteracijama nestabilnih litičnih fragmenata– sastav matriksa: sericit i klorita + čestice kvarca i feldspata veličine silta
• klasti– kvarc - dominira– litične čestice (prim. peliti, metasedimenti)– feldspati
Mikroskopski izgled.
Makroskopski izgled.
Izdanak grauvake. Vidi se karakteristična siva boja.
1 mm
A- A+
2 cm
2 m
Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
71
6.6 DIJAGENEZA PJEŠČENJAKA
• sve mehaničke i kemijske promjene koje se događaju u pješčanom sedimentu od njegova taloženja do početka metamorfnih procesa
• faktori
– inicijalni• taložni okoliš• klima • sastav i struktura sedimenta
– smjer dijageneze:• migracija pornih fluida• povijest zalijeganja
• faze dijageneze
rana faza kasna faza
- trajanje tisuće-milijuni god- dubina zalijeganja 1-100m- vode su povezane s taložnim okolišem- brza modifikacija pornih voda otapanjem organske materije i mikrobiološkom aktivnošću (oksidativni uvjeti → reduktivni uvjeti)
- trajanje više desetaka milijuna godina
- dubina zalijeganja do 10.000m
- temperaturni raspon oko 100-200 0C
- porne vode su modificirane reakcijama s mineralima glina, otapanjem nestabilnih čestica, precipitacijom autigenih minerala i miješanjem s vodama iz drugih izvora
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
dijagenetski procesi
kompakcija
• mehanički proces
• istiskivanje vode gušće pakiranje smanjenje poroznosti savijanje i drobljenje savijanja slabijih zrna (pseudomatriks)
otapanje pod pritiskom
• veće dubine prekrivanja
• odvija se na kontaktima među zrnima suturirani kontakti (zrnima podjednake topivosti/čvrstoće ) ili konkavno-konveksni kontakti (zrna različite topivosti)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
cementacija
• najvažniji dijagenetski proces:
rasuti pijesak čvrsto vezana stijena - pješčenjak
– vrijeme
• tijekom rane dijageneze
– malim dubinama prekrivanja (bez zbijanja)
• tijekom kasne dijageneze
– veće dubine prekrivanja (zbijanje i tlačno otapanje)
cement
• autigeni mineral izlučen u međuzrnskom prostoru, a koji je uzrokovao smanjenje međuzrnskeporoznosti
• najčešći su kalcitni cement i silika (SiO2) cement
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
72
• karbonatna cementacija
– najzastupljeniji cement u pješčenjacima je kalcit, (dolomit i siderit vrlo rijetki)
– precipitacija CaCO3 započinje kad se prekorači produkt njegove topivosti
– izvor CaCO3 može biti porna voda sama po sebi ili otapanje karbonatnih skeletnih zrna
– glavni tipovi
• poikilotopni cement
– veliki pojedinačni kristali veličine do nekoliko cm koji obavijaju više pješčanih zrna
Poikilotopni kalcitni cement u kvarcnom arenitu (A) koji ispunjava i pukotine kalavosti u alk. feldspatu (B). Vidno polje 3x2mm (A) odnosno 1,2x0,8mm (B).
(A) (B)
Preuzeto iz 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• mozaični ili druzni
– popunjava pore između pješčanih zrna
– veličina kristala raste od stjenke prema sredini pore
Shematski prikaz mozaičnog ili druznogkalcitnog cementa.
Preuzeto iz 3
cement
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• silika cementacija
– podrijetlo silike
• otapanje silikatnih minerala (feldspati, amfiboli, pirokseni) i silicijskih organizama (dijatomeje, radiolarije, silicispongije)
otapanje pod pritiskom obogaćivanje porne vode na siliku reprecipitacija
• iz podzemnih voda)
– tipovi• „overgrowth“ (regeneracijski rub) kvarca
– silika cement precipitira oko kvarcnog zrna u istoj optičkoj orijentaciji kao i zrno
– mikrokvarc, megakvarc, kalcedon ili opal
“Overgrovth” na kvarcnim zrnima u kvarcnom arenitu. Veličina vidnog polja 1,2x0,8 mm.
Preuzeto iz 1
(A+)(A-)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
73
autigeneza
• procesi
– postanak novih minerali
– povećanje već postojećih minerala u sedimentu
• najčešći autigeni minerali
– kvarc, kalcit, opal, kalcedon, dolomit, anhidrit, gips, muskovit, siderit, klorit, kaolinit,
presvlačenje i impregnacija hematitom
• daje crvenu boju sedimentima
• najčešće se nalazi kao vrlo tanka prevlaka oko zrna ili boji u crveno autigene minerale glina i feldspate
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
dijagenetski okoliši
• osnovni dijagenetski okoliši
– eogenetski (pripovršinski)
– mezogenetski (dubinski)
– telogenetski
eogenetski (pripovršinski) okoliši
• podjela obzirom na kemizam pornih voda i asocirane procese:
– marinski okoliši
– nemarinski vrući i vlažni okoliši
– nemarinski semiaridni i aridni okoliši
• marinski okoliši
– većina pješčanih zrna je stabilna
– dijagenetski procesi počinju reakcijom modificirane morske porne vode i manje stabilnih minerala
– tipični redoslijed procesa:
autigeneza min. glina zajedno s “overgrowth” kvarca i felspata karbonatna cementacija
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• nemarinski vrući i vlažni okoliši
– porne vode kisele zbog bakteriološke razgradnje organske materije
– slatka voda siromašna s K+, Mg2+ i SO42-
– kvarcni pijesci dijagenetski precipitati su kvarc “overgrowth” i kaolinit
– pijesci s mafitnim zrnima precipitacija siderita i klorita
• nemarinski semiaridni i aridni okoliši
– porne vode su generalno oksidirajuće
– kemijsko ispiranje je manje izraženo
– glavni procesi
• formiranje crvenih slojeva (red beds)
– tipično za semiaridna područja
– otpuštanje Fe iz mafitnih minerala tijekom ranog prekrivanja
– precipitacija Fe oko pješčanih zrna u obliku Fe oksida koji postupno prelaze u hematit
• formiranje kalkreta
– formiranje vapnenačkog tla
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
74
mezogenetski (dubinski) okoliši
• pješčenjaci su podvrgnuti povišenim tlakovima i temperaturama, a porne vode su slanije
• mnoga pješčana zrna su nestabilna i počinju se otapati
• promjena sastava minerala glina (smektiti → iliti)
• otapanje pod pritiskom oslobađa ione za cementaciju i autigenezu
telogenetski okoliši
• ponovno izdizanje pješčenjaka na površinu
• klima je ponovno važan faktor
– aridna– oksidacija Fe-sulfida i Fe-karbonata hematit
– humidna– ispiranje feldspata, karbonata i teških minerala porast poroznosti
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________