ze subvulkanických ekvivalentů A-granitů Krušných hor a z teplického ryolitu

Transkript

1 Geoscience Research Reports for 2008 Czech Geological Survey, Prague, 2009 ISSN Akcesorické minerály typu ABO 4 ze subvulkanických ekvivalentů A-granitů Krušných hor a z teplického ryolitu Accessory minerals of ABO 4 -type from some subvolcanic equivalents of A-type granites from the Krušné hory/erzgebirge Mts. and from the Teplice rhyolite KAREL BREITER 1 RADEK ŠKODA 2 1 Geologický ústav AV ČR, v. v. i., Rozvojová 269, Praha 6 2 Ústav geologických věd, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kotlářská 2, Brno (01-34 Rolava, Teplice) 2005, Förster Rhede 2006, Förster et al. 2007, 2008, Breiter et al. 2006, 2007). Předložená studie si klade za cíl doplnit znalosti o složení oxidických akcesorických minerálů typu ABO 4 (zirkon, thorit, xenotim, monazit) v ryolitech a jejich subvulkanických ekvivalentech, které jsou součástí krušnohorského magmatismu A-typu a dosud jim z tohoto hlediska byla věnována pouze omezená pozornost (Förster et al. 2007). Studované horniny Key words: zircon, thorite, monazite, A-granite, subvolcanic rocks, Krušné hory/erzgebirge Mts. Abstract: In the frame of systematic study focused on the A-type Variscan granitoids in Krušné hory Mts./Erzgebirge, we have studied radioactive accessory minerals of ABO 4 -type from (i) subvolcanic rhyolitic dykes near Gottesberg (Germany), (ii) altered granite porphyry dyke from Schneckenstein (Germany) and (iii) effusive rhyolite from the Teplice caldera (Czech Republic). Metamict zircon rich in xenotime component is the most common accessory phase in all examined samples. Thorite occurs particularly in the Teplice rhyolite, while concomitance of monazite with xenotime and pure zircon is typical for the Schneckenstein granite porphyry dyke. The assemblage from Schneckenstein differs from all other A-type granitoids in studied area and it is addressed the question about genetic affiliation of this rock. Zajímavým a i v celosvětovém měřítku neobvyklým rysem krušnohorského pozdně variského magmatismu je přítomnost téměř současných intruzí dvou typů granitových magmat, která jsou obvykle produkována v odlišných geotektonických prostředích. Na relativně malém území jsou zde přítomny jednak silně peraluminické a fosforem bohaté typicky kolizní granity (S-typu), a zároveň slabě peraluminické, fosforem chudé a Zr, Th, Y, HREE-obohacené granity (A-typu), charakteristické pro extenzní prostředí. Ačkoliv k poznání dualismu frakcionovaných granitů Krušných hor došlo poměrně nedávno (Breiter et al. 1991), byly rozdíly mezi oběma typy granitů studovány z hlediska geochemického a ložiskového (Breiter et al. 1999, Förster et al. 1999) i mineralogického (Müller et al. 2005, Breiter Müller 2009). Rozvoj analytických metod umožnil studium akcesorických minerálů z obou typů granitů (Johan Johan Pro studium akcesorických minerálů byly vybrány dvě subvulkanické ryolitové žíly prorážející peraluminické granity v německé části nejdecko-eibenstockého masivu u Gottesbergu a Schneckensteinu a vzorky ryolitového tufu až ignimbritu z výplně české části teplické kaldery. Přibližně 2 km sv. od Gottesbergu (asi 10 km s. od Kraslic) ve svazích údolí potoka Heroldsbach vychází několik zhruba s.-j. orientovaných žil mocných až 5 m. Jsou tvořeny ryolitem s různým podílem vyrostlic křemene. Některé ze žil mají výraznou zonální stavbu s rychle utuhlými jemnozrnnými okraji a hruběji porfyrickou centrální částí bohatou vyrostlicemi křemene a draselného živce (viz obr. 1 a, b). Podle chemického složení mají tyto ryolity výrazný charakter A-granitové taveniny a stáří Ma ((Förster et al. 2007). Vzorky byly odebrány z malého opuštěného lomu na z. svahu údolí potoka Heroldsbach. Lokalita Schneckenstein (2 km z. od Mühlleiten, 10 km ssz. od Kraslic) je známa zejména výskytem topazů drahokamové kvality v tmelu fylitové brekcie, která vyplňuje explozivní kanál v nadloží mnohačetné intruze subvulkanických ryolitů. V blízkosti známého naleziště topazu (dnes chráněné a oplocené lokality) vystupuje na den silně prokřemenělá žíla označovaná v německých mapách jako topazový žulový porfyr. Podle reliktních textur jde o horninu blízkou žílám od Gottesbergu. Vzorky byly odebrány ze suti pod vývraty starých stromů. Vulkanická výplň teplicko-altenberské kaldery byla detailně popsána na profilu vrtu Mi-4 u Mikulova v Krušných horách. Svrchní část výplně do hloubky 610 m má ryolitové složení a je tradičně nazývána teplický ryolit. V rámci teplického ryolitu byly rozlišeny (Breiter et al. 2001) tři explozivně-efuzivní jednotky; každá z nich je na bázi tvořena tufy přecházejícími výše do ignimbritu (obr. 1 c, d). Podle své geochemické charakteristiky je teplický ryolit prvním produktem magmatismu A-typu ve východních

2 148 Zprávy o geologických výzkumech v roce 2008 Česká geologická služba, Praha, 2009 ISSN Krušných horách. Z podobných zdrojů později intrudovaly granity A-typu v Krupce, Cínovci, Altenbergu a Sadisdorfu. Pro výzkum byly použity vzorky z vrtného jádra vrtu Mi-4. Akcesorické minerály Obr. 1. Textury studovaných hornin (rozměr 3 2 cm): a jemnozrnná přikontaktní facie žilného ryolitu, Gottesberg; b porfyrická facie z centrální části ryolitové žíly, Gottesberg, vyrostlice křemene (světlé) a živce (tmavě šedé) v jemnozrnné základní hmotě; c středně zrnitý ryolitový tuf s porfyroklasty křemene, Mikulov, vrt Mi-4, hloubka 233 m; d jemnozrnný ryolitový tuf s porfyroklasty křemene, Mikulov, vrt Mi-4, hloubka 579 m. Chemické složení akcesorických minerálů bylo studováno pomocí elektronové mikrosondy CAMECA SX-100 na společném pracovišti Masarykovy univerzity a České geologické služby v Brně. Použité analytické podmínky jsou detailně popsány ve studii Breitera (2008). Zirkon (ZrSiO 4 ) je nejhojnějším akcesorickým minerálem ve všech studovaných vzorcích (obr. 2, tab. 1). Téměř vždy je zonální a tvoří dobře omezené krystalky o velikosti μm, ojediněle až 400 μm. Ve všech vzorcích lze nalézt jak krystaly s jemnou oscilační zonálností (obr. 2b), tak krystaly se silně metamiktizovaným tmavým jádrem a světlým krystalickým lemem (obr. 2d). Jádro krystalu na obr. 2d je obohaceno o Th,UaYavdůsledku metamiktizace i o Mn, Fe a Ca s celkovou sumou pouze 92 hmot. %. Lem krystalu je téměř čistý ZrSiO 4 se sumou 100 hmot. %. V oscilačně zonálních krystalech jsou tmavé zóny obohaceny xenotimovou složkou (YPO 4 ), ale obsahy Th a U jsou nízké (obvykle pod 1 hmot. % sumy oxidů), a proto nedošlo k metamiktizaci. Obsahy Hf kolísají v rozmezí 0,01 0,03 apfu a poměr Zr/Hf je v rámci každého vzorku velmi proměnlivý. Obsah xenotimové komponenty dosahuje až 11 % v zirkonech z teplického ryolitu a až 20 % v zirkonech ze žil u Gottesbergu. Obsah thoritové komponenty je nižší do 5, resp. 7 %. Analytické sumy se v důsledku metamiktizace pohybují v rozmezí hmot. %, někdy jsou však nižší než 90 hmot. %. Thorit [(Th > U)SiO 4 ] byl nalezen pouze ve vzorcích teplického ryolitu, zde je však poměrně běžný. (Obsah Th v ryolitu je ppm.) Thorit tvoří nepravidelná izometrická zrna o velikosti převážně do 20 μm, pouze ojediněle do 50 μm. Zrna jsou chemicky nehomogenní, ale nikdy zonální. Thorit obsahuje proměnlivou příměs uranu (až 0,1 apfu), zirkonia (až 0,2 apfu)ay+hree (až 0,2 apfu) a v důsledku metamiktizace i Ca a Fe (až 0,2 apfu Ca + Fe). Analytické sumy dosahují hmot. %. Xenotim [(Y, HREE)PO 4 ] byl zjištěn pouze ve vzorcích ze Schneckensteinu, kde asociuje s téměř čistým zirkonem. Tvoří drobná nepravidelná zrna do velikosti max. 40 μm bez viditelné zonálnosti. Obsahuje kolem 0,8 apfu Y a 0,2 apfu Gd + Dy + Er + Yb, kolem 2 hmot. % ThO 2 auo 2 (do 0,03 apfu Th + U). Analytické sumy dosahují v důsledku metamiktizace (?) pouze hmot. %. Na ostatních lokalitách vstupují Y a HREE v podobě až 20 % xenotimové komponenty do zirkonu a samostatný xenotim nebyl nalezen. Monazit (LREEPO 4 ) je nejběžnější nositel lehkých vzácných zemin (LREE) v peraluminických granitech. Hojně byl nalezen v materiálu ze Schneckensteinu, kdežto v ostatních studovaných horninách je vzácný. Tvoří většinou nepravidelná skvrnitě nehomogenní zrna, velká až 100 μm. Monazit ze Schneckensteinu a Gottesbergu obsa-

3 Geoscience Research Reports for 2008 Czech Geological Survey, Prague, 2009 ISSN Obr. 2. Typický vzhled studovaných akcesorií v odražených elektronech (grafické měřítko vždy 50 μm): a vrt Mi-4 (3194), srůst dvou nepravidelně zonálních krystalů zirkonu s asociovanými bílými zrnky monazitu; b vrt Mi-4 (3200), pravidelně oscilačně zonální krystal zirkonu; c Gottesberg (4639), prorostlice dvou zonálních krystalů zirkonu; d Gottesberg (4639), zonální krystal zirkonu, metamiktizované jádro je obohaceno o Th, Y, U, Ca a Al, kdežto lem má složení blízké ideálnímu zirkonu; e Schneckenstein (4640), skvrnitě nehomogenní monazit, světlé domény obsahují až 7 hmot. % ThO 2, tmavé domény jsou prakticky Th-prosté; f Schneckenstein (4640), zonální krystal zirkonu, světlá zóna je obohacena U. huje až 8 hmot. % ThO 2 (0,08 apfu Th). Na Schneckensteinu se uplatňuje výhradně substituce Th + Ca 2REE, kdežto v Gottesbergu je významnou měrou přítomna i substituce Th + Si REE + P. Závěr Nejhojnějším akcesorickým minerálem všech studovaných hornin je zirkon, většinou metamiktizovaný a obohacený zejména o xenotimovou komponentu. Thorit je hojný zejména v teplickém ryolitu a monazit na lokalitě Schneckensteinu. Vysoký obsah monazitu a xenotimu v doprovodu s téměř ideálním zirkonem vyděluje materiál ze Schneckensteinu ze všech zatím studovaných hornin A-typu v Krušných horách a otvírá otázku skutečného původu taveniny, z níž schneckensteinská žíla krystalizovala.

4 150 Zprávy o geologických výzkumech v roce 2008 Česká geologická služba, Praha, 2009 ISSN Tabulka 1. Chemické složení (hmot. %) a empirické vzorce vybraných minerálů minerál zirkon zirkon zirkon thorit xenotim monazit monazit hornina teplický ryolit Gottesberg Schneckenstein teplický ryolit Schne Schne Gott vzorek A 4639B 4640A 4640A B 4640A 4639B WO 3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,07 0,00 0,07 0,00 0,00 P 2 O 5 1,07 0,53 1,11 0,13 0,01 14,43 1,88 0,02 0,56 0,69 29,60 27,73 25,35 As 2 O 5 0,06 0,11 0,11 0,04 0,03 0,14 0,40 0,02 0,00 0,23 0,00 0,00 0,00 Nb 2 O 5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,19 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Ta 2 O 5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,02 0,03 0,00 SiO 2 22,96 27,29 27,22 31,57 32,36 11,66 26,06 32,05 18,37 14,20 0,52 0,38 1,26 TiO 2 0,04 0,02 0,03 0,00 0,02 0,00 0,03 0,02 0,04 0,02 0,01 0,00 0,00 ZrO 2 50,15 49,56 56,91 65,37 65,70 38,36 57,84 65,51 0,04 0,37 0,10 0,00 0,04 HfO 2 1,40 3,27 1,55 1,40 1,27 3,21 1,05 1,43 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 ThO 2 1,53 1,89 0,22 0,07 0,03 7,06 2,23 0,04 62,06 60,45 2,25 7,54 8,78 UO 2 0,34 2,80 0,50 0,10 0,05 1,22 0,58 0,00 11,93 6,84 1,84 0,12 0,20 Y 2 O 3 5,52 1,20 2,61 0,20 0,00 6,41 0,53 0,00 1,30 3,55 38,79 0,72 0,50 La 2 O 3 0,00 0,00 0,01 0,03 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,04 0,01 12,41 10,94 Ce 2 O 3 0,15 0,04 0,10 0,01 0,00 0,07 0,03 0,00 0,04 0,61 0,09 25,93 29,90 Pr 2 O 3 0,07 0,00 0,02 0,00 0,05 0,00 0,09 0,00 0,00 0,04 0,00 3,06 3,29 Nd 2 O 3 0,00 0,00 0,15 0,06 0,01 0,13 0,02 0,02 0,13 0,34 0,49 11,18 9,74 Sm 2 O 3 0,06 0,00 0,08 0,00 0,00 0,16 0,05 0,05 0,14 0,18 0,77 2,15 1,91 Gd 2 O 3 0,20 0,07 0,14 0,00 0,00 0,50 0,13 0,01 0,19 0,48 2,47 3,10 2,80 Dy 2 O 3 0,69 0,31 0,38 0,05 0,00 1,26 0,11 0,00 0,23 0,54 5,49 0,42 0,47 Er 2 O 3 0,63 0,43 0,34 0,08 0,05 1,03 0,10 0,05 0,13 0,17 3,51 0,11 0,09 Yb 2 O 3 0,90 0,97 0,39 0,03 0,08 2,06 0,15 0,00 0,03 0,11 4,33 0,03 0,00 Al 2 O 3 0,46 1,49 0,42 0,00 0,00 1,70 0,40 0,00 0,00 0,16 0,00 0,01 0,00 Sc 2 O 3 0,18 0,05 0,05 0,02 0,01 0,77 0,08 0,01 0,01 0,01 0,18 0,00 0,00 Bi 2 O 3 0,09 0,07 0,12 0,10 0,09 0,20 0,30 0,10 0,11 0,19 0,00 0,00 0,00 MnO 0,30 0,35 0,01 0,00 0,05 0,08 0,04 0,00 0,02 0,05 0,00 0,00 0,00 FeO 5,43 1,14 0,64 0,11 0,43 1,71 1,25 0,15 0,00 0,82 0,11 0,00 0,00 CaO 1,70 1,61 0,67 0,02 0,00 1,84 0,35 0,00 0,00 1,29 0,39 1,24 0,73 PbO 0,02 0,06 0,34 0,00 0,02 0,00 0,00 0,00 1,32 0,17 0,10 0,09 0,12 SO 3 0,04 0,04 0,03 0,02 0,00 0,17 0,00 0,01 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 F 0,62 0,62 0,53 0,00 0,00 1,22 0,25 0,00 0,01 1,19 0,05 0,02 0,00 celkem 94,63 93,95 94,71 99,41 100,27 95,91 93,96 99,50 96,74 92,74 92,05 96,29 97,67 P 0,032 0,016 0,032 0,003 0,000 0,433 0,054 0,000 0,026 0,034 0,948 0,972 0,917 Si 0,817 0,942 0,916 0,982 0,994 0,414 0,883 0,992 0,999 0,838 0,020 0,016 0,054 Ti 0,001 0,000 0,001 0,000 0,001 0,000 0,001 0,000 0,002 0,001 0,000 0,000 0,000 Zr 0,871 0,835 0,934 0,992 0,984 0,663 0,955 0,989 0,001 0,011 0,002 0,000 0,001 Hf 0,014 0,032 0,015 0,012 0,011 0,032 0,010 0,013 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Th 0,012 0,015 0,002 0,000 0,000 0,057 0,017 0,000 0,768 0,812 0,019 0,071 0,085 U 0,003 0,021 0,004 0,001 0,000 0,010 0,004 0,000 0,144 0,090 0,015 0,001 0,002 Y 0,105 0,022 0,047 0,003 0,000 0,121 0,010 0,000 0,038 0,112 0,781 0,016 0,011 La 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,000 0,190 0,172 Ce 0,002 0,001 0,001 0,000 0,000 0,001 0,000 0,000 0,001 0,013 0,001 0,393 0,468 Pr 0,001 0,000 0,000 0,000 0,001 0,000 0,001 0,000 0,000 0,001 0,000 0,046 0,051

5 Geoscience Research Reports for 2008 Czech Geological Survey, Prague, 2009 ISSN Tabulka 1 pokračování minerál zirkon zirkon zirkon thorit xenotim monazit monazit hornina teplický ryolit Gottesberg Schneckenstein teplický ryolit Schne Schne Gott vzorek A 4639B 4640A 4640A B 4640A 4639B Nd 0,000 0,000 0,002 0,001 0,000 0,002 0,000 0,000 0,002 0,007 0,007 0,165 0,149 Sm 0,001 0,000 0,001 0,000 0,000 0,002 0,001 0,001 0,003 0,004 0,010 0,031 0,028 Gd 0,002 0,001 0,002 0,000 0,000 0,006 0,001 0,000 0,003 0,009 0,031 0,043 0,040 Dy 0,008 0,003 0,004 0,000 0,000 0,014 0,001 0,000 0,004 0,010 0,067 0,006 0,007 Er 0,007 0,005 0,004 0,001 0,001 0,011 0,001 0,000 0,002 0,003 0,042 0,001 0,001 Yb 0,010 0,010 0,004 0,000 0,001 0,022 0,002 0,000 0,001 0,002 0,050 0,000 0,000 Al 0,019 0,061 0,017 0,000 0,000 0,071 0,016 0,000 0,000 0,011 0,000 0,001 0,000 Sc 0,006 0,002 0,002 0,001 0,000 0,024 0,002 0,000 0,001 0,001 0,006 0,000 0,000 Mn 0,009 0,010 0,000 0,000 0,001 0,002 0,001 0,000 0,001 0,002 0,000 0,000 0,000 Fe 0,162 0,033 0,018 0,003 0,011 0,051 0,035 0,004 0,000 0,041 0,004 0,000 0,000 Ca 0,065 0,059 0,024 0,001 0,000 0,070 0,013 0,000 0,000 0,082 0,016 0,055 0,034 Pb 0,000 0,001 0,003 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,019 0,003 0,001 0,001 0,001 F 0,070 0,068 0,056 0,000 0,000 0,136 0,026 0,000 0,002 0,221 0,006 0,002 0,000 sum at. 2,148 2,072 2,034 2,002 2,007 2,014 2,019 2,002 2,017 2,097 2,021 2,008 2,020 Poděkování. Výzkum akcesorií krušnohorských ryolitů, jako součást projektu IGCP-510 Anorogenic granites and related rocks through time, byl v roce 2008 podpořen Českým komitétem IGCP. Připomínky M. Štemproka a dalšího anonymního recenzenta přispěly k lepší srozumitelnosti rukopisu. Literatura BREITER, K. (2008): Mineral and textural evolution of a subvolcanic mildly aluminous A-type granite: The Hora Svaté Kateřiny stock, Krušné Hory Mts., Czech Republic. Z. Geol. Wiss., 36, BREITER, K. FÖRSTER, H. SELTMANN, R. (1999): Variscan silicic magmatism and related tin-tungsten mineralization in the Erzgebirge- Slavkovský les metamollgenic province. Mineralium Depos., 34, BREITER, K. FÖRSTER, H.-J. ŠKODA, R. (2006): Extreme P-, Bi-, Nb-, Sc-, U- and F-rich zircon from fractionated perphosphorus granites: The peraluminous Podlesí granite system, Czech Republic. Lithos, 88, BREITER, K. MÜLLER, A. (2009): Quartz chemistry of rare-metal granites. Eur. J. Mineral., 21, BREITER, K. NOVÁK, J.K. CHLUPÁČOVÁ, M. (2001): Chemical Evolution of Volcanic Rocks in the Altenberg-Teplice Caldera (Eastern Krušné Hory Mts., Czech Republic, Germany. Geolines, 13, BREITER, K. SOKOLOVÁ, M. SOKOL, A. (1991): Geochemical specialization of the tin-bearing granitoid massifs of NW Bohemia. Mineralium Depos., 26, BREITER,K. ŠKODA,R. UHER, P. (2007): Nb-Ta-Ti-W-Sn-oxide minerals as indicator of a peraluminous P- and F-rich granitic systém evolution: Podlesí, Czech Republic. Mineral. Petrol., 91, FÖRSTER, H.-J. GOTTESMANN, B. TISCHENDORF, G. SIEBEL, W. RHEDE, D. SELTMANN, R. WASTERNACK, J. (2007): Permo-Carboniferous subvolcanic rhyolitic dikes in the western Erzgebirge/Vogtland, Germany: a record of source heterogeneity of post-collisional felsic magmatism. N. Jb. Miner. Abh., 183, FÖRSTER, H. J. RHEDE, D. (2006): The Be-Ta-rich granite of Seiffen (eastern Erzgebirge, Germany): accessory-mineral chemistry, composition, and age of a late-variscan Li-F granite of A-type afinity. N. Jb. Miner. Abh., 182, FÖRSTER, H.-J. RHEDE,D. HECHT, L. (2008): Chemical composition of radioactive accessory minerals: implications for the evolution, alteration, age, and uranium fertility of the Fichtelgebirge granites (NE Bavaria, Germany). N. Jb. Miner. Abh., 185, FÖRSTER, H. J. TRUMBULL, R. B. GOTTESMANN, B. (1999): Late-collisional granites in the Variscan Erzgebirge, Germany. J. Petrol., 40, JOHAN, Z. JOHAN, V. (2005): Accessory minerals of the Cínovec (Zinnwald) granite cupola, Czech Republic: Indicators of petrogenetic evolution. Mineral. Petrol., 83, MÜLLER, A. BREITER, K. SELTMANN, R. PÉCSKAY, Z. (2005): Quartz and feldspar zoning in the eastern Erzgebirge volcano-plutonic complex (Germany, Czech Republic): Evidence of multiple magma mixing. Lithos, 80, 201, 227.