Petrostrukturní vztahy metamorfovaných a magmatických hornin v oblasti Nové Pece a Trojmezí (Moldanubikum, Šumava)

Transkript

1 AKTUALITY ŠUMAVSKÉHO VÝZKUMU II str Srní října 2004 Petrostrukturní vztahy metamorfovaných a magmatických hornin v oblasti Nové Pece a Trojmezí (Moldanubikum, Šumava) Petrostructural relationships of the metamorphic and magmatic rocks near Nová Pec and Trojmezí (Moldanubian zone, Bohemian Forest) Jaroslava Pertoldová 1, *, Kryštof Verner 1,2, Karel Breiter 1 & Petr Sulovský 1 1 Česká geologická služba, Klárov 3, CZ Praha 1, Česká republika 2 Ústav petrologie a strukturní geologie PřF UK, Albertov 6, CZ Praha 2, Česká republika *pert@cgu.cz Abstract Petrological and structural evolution of several granitic intrusions and metamorphic rocks (recrystallised granulites, migmatites, calc-silicate rocks) were studied in connection with geological mapping of the map sheet Nová Pec and Nové Údolí (1 : ). The Weinsberg-type granite, porphyritic coarse-grained two- -mica granite of Třístoličník type, equigranular coarse-grained two-mica granite of Plechý type, fine-grained biotite to two-mica granite and durbachitic rocks were characterized mineralogically, geochemically and the structural analyses have been done. Three deformation phases, corresponding to metamorphic foliations S 1, S 2 and S 3, have been recognised in granulitic gneisses. The foliation S 2 (with some relicts of S 1 ) is steeply dipping from the NE to SE. It is refoliated in some domains by subhorizontal foliation S 3 dipping to the NNW. Fine-grained granitoids show a subsolidus deformation of a variable intensity. Planar structures dip under a low angle to the NW and become indistinct towards the W. Durbachites show a strong magmatic foliation: (i) primary subvertical, (ii) secondary subhorizontal with a shallow dip to the NW. Granite of the Plechý massif shows a weak concetric magmatic foliation, which is discordant in relation to the regional structures. Recrystallised granulites represent the oldest unit of the area. Their superimposed deformation (D 2, D 3 ) and retrogression coincided with a polyphase emplacement of durbachites (and formation of their internal magmatic structures) and the emplacement of fine-grained granitoids. The intrusion of the Plechý granite massif took place post-tectonically in relation to the deformation history of the area. Durbachites (amphibole-biotite malasyenite) show variation in the quantitative mineralogical composition. The phenocrysts of K-feldspar carry biotite and plagioclase inclusions. Plagioclase composition varies from An 63 to An 10, biotite is compositionally homogeneous. Some amphibole (actinolite) crystals contain relics of diopside and actinolite with increased Mg content. Fine-grained biotite granitoids are characterized by rather uniform plagioclase composition (An 30 -An 1 ). Biotite shows variation in Mg, Fe 2+ and Al IV proportions. Minor garnet contains Alm>70 mol%. Migmatites and gneisses are mainly composed of garnet, plagioclase and biotite with later cordierite, sillimanite and spinel with Gah 3 6. Calc-silicate rocks form mineralogically inhogeneous lenses. The preliminary age determination of the Třístoličník and Plechý granites, using U-Th-Pb method on monazite, yielded 337±6.5 Ma and 347.8±9.3 Ma respectively. ÚVOD V těsné souvislosti s geologickým mapováním listu Nová Pec a Nové Údolí , (úkol 6201, Česká geologická služba, Mapování NP Šumava) v měřítku 1 : proběhla 25

2 Obr. 1. Mapa studovaného území (jemnozrnné granitoidy JMG, durbachity DUR, granulitové ruly RGR, granitoidy masívu Plechého varieta Třístoličník TG a varieta Plechý GP, granit Weinsberg WG, pararuly a migmatity MIG). Fig. 1. The map of the studied area (fine-grained granites JMG, durbachites DUR, granulite gneisses RGR, granites of the Plechý massif Třístoličník type TG and Plechý type GP, Weinsberg-type granite WG, gneisses and migmatites MIG). petrostrukturní analýza a datování význačných typů mapovaných hornin. Podkladem pro podrobnější geologický výzkum a mapování byla geologická mapa 1 : (MIKSA & OPLETAL 1995). V rámci studovaného území byly mapovány a studovány vztahy hornin (Obr. 1): (i) intruzí jemnozrnných bt až bt-mu granitoidů ve variabilní míře postižení subsolidovou deformací (JMG), (ii) hornin durbachitické série (DUR) (okrajové části masívu Knížecího stolce), (iii) granitového masívu Plechý (hrubozrnného, slabě porfyrického bt-mu granitu varieta Plechý a porfyrického bt granitu varieta Třístoličník (GP, GT) (iv) granitu typu Weinsberg (WG), (v) rekrystalovaných granulitových rul JZ části kříšťanovského masívu (RGR), (vii) metamorfovaných vápenato-silikátových hornin, pararul a migmatitů (MIG). STRUKTURNÍ ANALÝZA STUDOVANÝCH HORNIN Strukturní analýza proběhla za účelem určení relativního stáří studovaných hornin a tvorby modelu tektonického vývoje území. Strukturní řez studovaným územím a pólové diagramy staveb jsou uvedeny na Obr. 2. V retrográdně metamorfovaných granulitových rulách byly dle charakteru a geometrie odlišeny 3 fáze sukcesívní duktilní deformace D 1 D 3, které odpovídají tvorbě příslušných metamorfních foliací (S 1, S 2 a S 3 ). Foliace S 1 je zaznamenána pouze jako reliktní, ve formě izoklinálních vrás mimo studované území. Planární stavba S 2 má pak subvertikální orientaci a kopíruje podkovovitý tvar tělesa masívu. Planární struktury S 3 (charakteru střižných zón) upadají pod mírnými až středními úhly k S až SZ. Foliace S 3 nese výrazné lineace, které jsou orientovány pod malými úhly k SSZ. Tělesa metamorfovaných vápenato-silikátových hornin tvoří plošně nevýrazné horizonty s variabilní geometrií, charakterem a vztahem metamorfních staveb, převážně diskordantního průběhu vůči stavbám okolních hornin. Stavby deformovaných, jemnozrnných, bt až bt-ms granitoidů jsou definovány duktilně deformovanými agregáty živců, biotitu a křemene. Relikty magmatických staveb jsou zaznamenány lokálně. Planární stavby těchto granitoidů upadají pod strmými až mírnými úhly k SZ až S. Lineace protažení a osy krenulačních vrás upadají pod mírnými až středními úhly SZ až ZSZ. V horninách durbachitické série je možné pozorovat stavby magmatického stádia vývoje. Magmatická foliace je definována prostorovou orientací živcových vyrostlic, agregátů biotitu, asymetricky protaženými xenolity a šlírami. Geo- 26

3 Obr. 2. Strukturní řez napříč studovaným územím, pólové diagramy foliací a lineací příslušných horninových typů (projekce na spodní polokouli). Fig. 2. Structural cross section of the studied area, poles of foliations and lineations of studied rock types (lower hemisphere equal-area projection). metrie magmatické foliace byla zjištěna dvojí: (i) primární slabší intenzity, je orientována pod až strmými úhly k SZ, její výskyt je zaznamenán hlavně podél okrajů masívu a v reliktech mladších staveb v rámci celého tělesa; (ii) sekundární silná magmatická stavba, upadající pod středními až mírnými úhly k SZ až S. Nese výrazné lineace (lineární orientace živcových vyrostlic) orientované převážně po spádnici foliace s indikátory pravostranné násunové kinematiky. Termální efekt intruze na okolní rekrystalované granulity je pozorován ve formě úzké (x metrové) kontaktní a strukturní aureoly. Známky subsolidové deformace jsou zaznamenány pouze ojediněle slabé intenzity. Granitoidní horniny masívu Plechého (varieta Plechý a Třístoličník), vykazují magmatické foliace, jež jsou definovány prostorovou orientací porfyrických vyrostlic živců a agregátů slíd. Stavba v obou odlišných varietách je v rámci intruze variabilní v intenzitě, geometricky pak převažuje její subvertikální orientace, která kopíruje koncentrický erozivní mapový řez tělesa. Varieta Plechý dále obsahuje xenolity okolních jemnozrnných granitoidů. Strukturní vztahy mezi jednotlivými varietami magmat masívu Plechého, strukturní záznam v granitoidech typu Weinsberg ani pararulách a migmatitech není možné z důvodu nedostatečné odkrytosti terénu a plošně nedostatečnému výskytu těchto hornin v rámci mapovaného území studovat. GEOCHEMICKÁ CHARAKTERISTIKA MAGMATICKÝCH HORNIN Z geochemického hlediska patří studované magmatické horniny ke třem odlišným typům (Obr. 3). Pro horniny durbachitické série je charakteristický rozptyl obsahu SiO 2 (47 62 %), který je provázen snižováním obsahu Mg a Fe a růstem obsahu K při konstantním obsahu Ca a Na. Obsah Mg přitom mírně až výrazně převyšuje obsah sumárního Fe. Durbachity dále vykazují vysoký obsah Cr ( ppm), Ni ( ppm), Sr ( ppm) a Zr ( ppm). Jemnozrnné, variabilně deformované granitoidy svým složením odpovída- 27

4 Obr. 3. Klasifikační diagram chemismu plutonických hornin Debon and Le Fort PQ; (s syenit, sq monzonit, gr granit, ad adamelit, gd granodiorit). Fig. 3. Debon and Le Fort PQ diagram of chemical compositionof plutonitic rocks (s syenite, sq monzonite, gr granite, ad adamelite, gd granodiorite). jí peraluminickým a silně diferencovaným granitovým magmatům. V granitoidech typu Weinsberg byl zjištěn obsah SiO 2 v rozmezí %. S rostoucím obsahem Si pak klesá Fe, Mg a Ca, výrazně roste K a obsah Na zůstává beze změny. Obsahy stopových prvků se s rostoucím Si mění nevýrazně (Rb ppm, Sr , Zr ppm). Granitoidy masívu Plechého (varieta Třístoličník a Plechý) tvoří z pohledu chemického složení skupinu hornin s obsahy SiO 2 v rozmezí %, s mírným poklesem Fe, Mg, Ca a K a růstem Na. Oba granity se ale výrazně liší v obsazích Zr, Th a REE (extrémní zastoupení akcesorického zirkonu a monazitu ve varietě Třístoličník). PETROLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA HORNIN Chemismus minerálních fází granulitových rul a jemnozrnných, variabilně deformovaných granitů je obdobný. Z živců převládá kyselý plagioklas (An 1 až An 30 ), čisté albity byly zjištěny v zejména v nedeformovaných bt granitech v asociaci s granátem. K-živce (Or 89 až Or 99 ) nevykazují znaky magmatické zonality, ovšem ve více deformovaných partiích je možné pozorovat jejich sekundární přeměny (pethitické odmíšeniny, sericitizace, odmíšeniny K-živce a albitu, apod.). Železem bohatý biotit (Fe/Fe+Mg~0,9) se vyskytuje v nedeformovaných bt granitech v asociaci s granátem, ostatní typy granitoidů vykazují poměr nižší (Fe/Fe+Mg<0,8). Ve všech studovaných jemnozrnných granitoidech a rekrystalovaných granulitových rulách je v akcesorickém množství přítomen granát s výrazným podílem spessartin almandinové složky (Alm>70 mol %). Pyropová složka granátů (do Prp 30 ) byla stanovena jen v jádrech granátových zrn granulitových rul. K běžným akcesorickým minerálům těchto hornin patří zejména apatit, ilmenit, monazit a zirkon. 28

5 Obr. 4. Inkluze bt, plg a akcesorických minerálů v agregátu K- živce (durbachity masívu Knížecího stolce). Fig. 4. Inclusions of bt, plg and accessory minerals in K-feldspar agregate (durbachites of the Knížecí Stolec massif). Obr. 6. Uzavřeniny monazitu a zirkonu v biotitu (varieta Třístoličník, masív Plechý). Fig. 6. Inclusions of monazite and zircon in biotite (Třístoličník granite type,plechý granite massif). Obr. 5. Relikt staršího amfibolu v jádru aktinolitického amfibolu (durbachity masívu Knížecího stolce). Fig. 5. Relics of older amphibole in the core of actinolitic amphibole (durbachites of the Knížecí Stolec massif). Obr. 7. Minerální asociace migmatitizovaných pararul (plg, bt, grt, crd). Fig. 7. Mineral association of migmatitic gneisses (plh, bt, grt, cdr). Dominantní minerální fází hornin durbachitické série bývá mírně zonální K-živec (Or 92 - střed, Or 97 -okraj). Perthitické K-živce obsahují drobné inkluze biotitu, plagioklasu a akcesorií (Obr. 4). Plagioklasy bývají zonální, složení kolísá mezi a An 63 a An 10 v řezu bazičtější střed kyselý kraj zrna. Z mafických minerálů je zastoupen biotit a amfibol. V mafičtějších varietách byly v jádrech aktinolitického amfibolu pozorovány relikty klinopyroxenu (diopsidu). Poměrné zastoupení Mg a Fe v amfibolech bývá proměnlivé. Amfiboly s vyšším obsahem Mg (Mg/Mg+Fe 2+ =0,86) tvoří jádra v lamelovaném mladším amfibolu s Mg/ Mg+Fe 2+ ~0,7 0,8 (Obr. 5). Chemismus biotitů je homogenní, odpovídá řadě flogopit-annit s Fe 2+ /Fe 2+ +Mg=0,4. Hrubozrnný porfyrický biotitický granit typu Weinsberg je ve studovaném území zastoupen dvěma varietami: Weinsberg s.s. a Weinsberg mela, který byl nově vymapován v prostoru JJZ od Nové Pece na Říjištěm. Vzácně byla v granitu Weinsberg nalezena korodovaná zrna granátu almandinového složení. Vyrostlice o velikosti 2 29

6 7 cm jsou tvořeny plagioklasy oligoklas-andezínového složení, v podružném množství K-živcem. Granit Plechý je svým minerálním složením (plg An 2-10, K-živec, biotit, muskovit), chemismem a geologickou pozicí dobře srovnatelný s eisgarnským granitem s.s. v Centrálním moldanubickém plutonu. Porfyrický, středně až hrubě zrnitý dvojslídný granit varieta Třístoličník se od variety Plechý odlišuje vyšším obsahem vyrostlic K-živce a extrémním obsahem monazitu a zirkonu, uzavřených v biotitech (Obr. 6). Anomální přítomnost monazitu způsobuje vysokou radioaktivitou tohoto granitu. Ve vápenato-silikátových horninách byly na základě minerálních paragenezí odlišeny následující horninové typy: mramory s granátem (kalcit, grossulár), erlány (diopsid, plagioklas, epidot, klinozoisit), skarny (granát, diopsid). Přechody mezi jednotlivými typy jsem běžné. Součástí skarnů jsou monominerální čočky aktinolitovce. Jsou tvořeny hlavně aktinolitem, který uzavírá relikty anthofylitu (cummingtonitu), dále nikelín NiAs, gersdorfit NiAsS, Cr spinel chromit.hlavním horninotvorným minerálem pararul a migmatitů je plagioklas, biotit, sillimanit, granát a cordierit (Obr. 7). Na základě chemického složení byly odlišeny dva typy cordieritu: Mgn 0,52, který vzniká na úkor granátu a Mgn 0,56, vznikající z biotitu a sillimanitu. Přítomnost spinelů s gahnitovou složkou svědčí o primárním nabohacení systému zinkem. PŘEDBĚŽNÉ VÝSLEDKY DATOVÁNÍ GRANITOVÉHO MASÍVU PLECHÝ Přítomnost dostatečného množství monazitu ve vybraných umožnila provést stanovení jejich stáří metodou tzv. chemického datování pomocí elektronové mikrosondy (MONTEL et al. 1994). Stanovení stáří bylo provedeno na mikrosondě CAMECA SX100 ve společné laboratoři PřF MU a ČGS v Brně. Monazity variety Třístoličník vyznačují se oscilační zonálností, podmíněnou střídáním zón s malými variacemi v obsazích U, Th a REE. Variace v zastoupení monazitové (77 84 %), brabantitové (15 23 %) a huttonitové (1 4,5 %) složky jsou malé. Průměrné stáří monazitů porfyrické variety (Třístoličník) masívu Plechý je 337±6,5 Ma (95% interval spolehlivosti ze souboru 25 analýz). Hrubozrnné, slabě porfyrické variety (Plechý) obsahují mnohem méně monazitu. Jeho stáří studované toutéž metodou činí 347,8±9,3 Ma. ZÁVĚRY Na základě výsledků dosavadního strukturního výzkumu, analýzy petrologických a geochemických dat mapovaného území (VERNER et al. 2004; VERNER & PERTOLDOVÁ 2004) je možné odlišit jednotlivé typy hornin, definovat jejich vzájemné petrostrukturní vztahy a interpretovat celkový tektonický vývoj území: (i) K nejstarší horninové jednotce mapovaného území řadíme retrográdně metamorfované granulity křišťanovského masívu, kde minerální asociace hlavních metamorfních staveb (S 2 a S 3 ) odpovídá ekvilibraci v PT podmínkách střední kůry (4 6 kbar, C; VRÁNA 1997). Deformační fáze D 1 a D 2 v granulitových rulách předcházejí vmístění a vnitřní deformaci veškerých granitových hornin. Dále, relikty starších metamorfních staveb je možné dále pozorovat v rámci metamorfovaných vápenatosilikátových hornin, pararul a migmatitů. Metamorfní obraz a deformační charakter fáze D 3 odpovídá také metamorfním podmínkám fáze D 2. Jedná se lokalizovanou deformaci v rámci střižných zón, násunového charakteru ve směru příslušných lineací. (ii) Polohy metamorfovaných vápenato-silikátových hornin z důvodu vazby na jemnozrnné granitoidy, výrazné variability v charakteru a geometrii metamofrní stavby interpretujeme jako výsledek magmatického stoppingu. (iii) V durbachitovém masívu knížecího stolce tvorba primárních magmatických staveb probíhala, z důvodu geometrické podobnosti, pravděpodobně v úzkém 30

7 vztahu k regionální deformaci D 2. Vzhledem k termálnímu efektu durbachitové intruze a záznamu ve strukturní aureole není vmístění durbachitů s tvorbou S 2 syntektonické. Durbachity jsou dále intenzivně v magmatickém stádiu postiženy fází D 3. Jedná se o superpozice svým charakterem odlišných magmatických foliací. Strukturní vztahy mezi jemnozrnnými, variabilně deformovanými granitoidy a durbachity nejsou z důvodu lokální anatexe vlivem termálního efektu durbachitové intruze jednoznačné. (iv) Vmístění jemnozrnných granitoidů je interpretováno z důvodu mírných petrochemických variabilit a strukturního záznamu jako polyfázové. Jednotlivé intruze pak pravděpodobně mládnou směrem k západu. Ke krystalizaci a následné subsolidové deformaci starších magmatických pulzů docházelo za působení aktivní regionální deformace D 3. (v) Granitoidy masívu Plechého byly z důvodu odlišného charakteru a výrazné diskordance staveb vůči okolním horninám (geometrii řídí mechanika intruze) vmístěny posttektonicky ve vztahu k celkovému deformačnímu vývoji území. Identický strukturní záznam a absence ostrých kontaktů mezi varietami Plechý a Třístoličník indikuje jejich těsné časové vztahy vmístění. (vi) Výsledky předběžného datování masívu Plechý variety Třístoličník (337±6,5 Ma) a variety Plechý (347,8±9,3) je v mírném rozporu s daty FINGERA et al. (2002), kde je stáří těchto hornin uvedeno o cca 20 Ma nižší. LITERATURA FINGER F. & FRIEDEL G., 2002: Granitoide des Südböhmischen Batholits. Exkursionsführer, PangeoAustria 2002, 17 pp., University Salzburg. MIKSA V. & OPLETAL M., 1995: Základní geologická mapa České republiky 1 : , list Nová Pec. Český geologický ústav. Praha. MONTEL J.-M., FORET S., VESCHAMBRE M., NICOLLET C. & PROVOST A., 1996: Electron microprobe dating of monazite. Chemical Geology, 131: VERNER K. & PERTOLDOVÁ J., 2004: Structural and pertological relations among granitoids near Nová Pec (Moldanubian zone, Šumava-Bohemian Forest). Geolines, 19: VERNER K., HOLUB F.V. & ŽÁK, 2004: Structural evolution and emplacement of the durbachitic Knížecí stolec pluton, south bohemian batholith (Bohemian massif). Geolines, 19: posl 31