Komplexní studium turmalínů z pegmatitů v serpentinitech moldanubika

Mgr. Jiří Prokop, Ph.D.

Doctoral thesis

Complex study of tourmalines from pegmatites in Moldanubian serpentinites

Abstract:

Disertační práce se zabývá využitím turmalínu jako ukazatele externí kontaminace granitických pegmatitů v prostředí hostitelských serpentinitových hornin. Trendy ve vývoji chemického složení turmalínů, charakter texturních znaků a doprovodných minerálních asociací byly studovány v různých granitických pegmatitech, které pronikají serpentinity moldanubické zóny, a to zejména s využitím optické mikroskopie, elektronové mikrosondy a BSE-fotodokumentace. Horniny obsahující turmalín bylo možno rozdělit do tří odlišných skupin: (i) drobné homogenní žíly plagioklas-turmalínových hornin (skupina A), jejichž původ je spojován s anatexí nebo metasomatózou, (ii) homogenní až jednoduše zonální převážně primitivní pegmatity (skupina B), a (iii) zonální Li-pegmatity třídy vzácných prvků (skupina C). Převládající primární turmalíny I i podstatně méně zastoupené turmalíny II, které vznikly až ve stádiu subsolidu pegmatitové taveniny, vykazují různý stupeň kontaminace Mg a Ca a jejich složení odpovídá dravitu, oxy-dravitu, uvitu, skorylu, oxy-skorylu a fluor-skorylu. Vývoj chemického složení turmalínů a minerálů, které se vyskytují v asociaci s turmalínem poukazuje na: (i) intenzivní míru kontaminace Mg a Ca v případě plagioklas-turmalínových hornin skupiny A, (ii) variabilní úroveň Mg- a popř. i Ca-kontaminace u pegmatitů skupiny B a (iii) slabou Mg-kontaminaci pegmatitů skupiny C, která je většinou patrná pouze ve vnějších pegmatitových jednotkách. Výjimku ve skupině C představuje pegmatit Věžná I, kde byly vyšší obsahy Mg zjištěny i v turmalínech z více vyvinutých pegmatitových jednotek. Kontaminace Mg a Ca velmi pravděpodobně probíhala současně. Substitučními mechanismy, které se uplatňují v turmalínech obohacených o Ca (skupina A) jsou především: CaO (NaOH)-1 v kombinaci s CaR2+ (NaAl)-1. V Ca-chudých turmalínech (skupina B a C) hrají důležitou roli zejména substituce: MgR2+-1 (R2+ = Fe2+ > Mn2+), NaR2+ (Al)-1 a R2+(OH) (AlO)-1. Hostitelské serpentinitové horniny rovněž zásadně ovlivňují stabilitu turmalínu během hydrotermálních procesů v pozdějších stádiích vývoje plagioklas-turmalínových hornin a pegmatitů. Turmalín je alterován a zatlačován celou řadou minerálů: prehnitem, pumpellyitem-(Al), chloritem, natrolitem, K-živcem, muskovitem, arfvedsonitem, titanitem a smektitem. Tato práce se tak rovněž věnuje procesům alterace a charakteru sekundárních minerálů, které vznikají jak na úkor turmalínu, tak zatlačováním ostatních primárních minerálů. Popisuje zdroje fluid, které se účastní alteračních pochodů, jejich vývoj a vzájemné působení. Výsledky disertační práce potvrdily, že zvýšené obsahy Mg v turmalínech a popř. i v dalších minerálech mohou být spolehlivě využity k prokázání externí kontaminace granitických hornin sensu lato. Z vývoje chemického složení turmalínu a dalších minerálů lze do jisté míry také odvodit průběh látkové výměny mezi pegmatity a okolními serpentinity v jednotlivých fázích vývoje pegmatitové taveniny.

Abstract:

The purpose of this Ph.D. thesis is to examine the usefulness of tourmaline as an indicator of external contamination of granitic pegmatites from host serpentinites. Tourmaline compositional trends coupled with textural features and mineral associations were studied from a variety of granitic pegmatites penetrating serpeninites of the Moldanubian Zone, mainly by optical microscopy, electron probe micro-analyzer and BSE images. The rocks containing tourmaline were divided into three distinct groups: (i) small homogeneous dikes of plagioclase-tourmaline rocks (group A) of anatectic or metasomatic origin, (ii) homogeneous to simply zoned mainly barren pegmatites (group B), and (iii) zoned pegmatites of Li-bearing rare-element class (group C). Dominant primary tourmaline I and minor tourmaline II, that was formed in the subsolidus of the pegmatite melt, show different degree of Mg and Ca contamination and corresponds to dravite, oxy-dravite, uvite, schorl, oxy-schorl, fluor-schorl. Tourmaline compositional trends and associated minerals revealed: (i) extensive Mg- and Ca-contamination in plagioclase-tourmaline rocks of the A group, (ii) variable Mg-contamination and locally also Ca-contamination of the B group, and (iii) mostly weak Mg-contamination of the pegmatites from the C-group manifested only in tourmalines from the outermost pegmatite units. The only exception in the C group represents the Věžná I pegmatite where higher contents of Mg shows tourmaline from more evolved units as well. Both Mg- and Ca-contamination events might develop contemporaneously. The substitution mechanisms in Ca-enriched tourmalines (group A) include: CaO (NaOH)-1 combined with the substitution CaR2+ (NaAl)-1. In Ca-poor tourmalines (group B and C) play important role substitutions: MgR2+-1 (R2+ = Fe2+ > Mn2+), NaR2+ (Al)-1 a R2+(OH) (AlO)-1. The host serpentinite rocks have significant impact on the tourmaline stability, as well as on the character of secondary minerals and their chemical composition during hydrothermal alterations in later development of plagioclase-tourmaline rocks and pegmatites. Tourmaline was altered and replaced by a variety of minerals including: prehnite, pumpellyite-(Al), chlorite, natrolite, K-feldspar, muscovite, arfvedsonite, titanite a smectite. This Ph.D. thesis also focuses on the alteration processes and the character of secondary minerals that formed at the expanse of tourmaline and other primary minerals. The origin of fluids taking part in the alteration processes, their development and interaction is described as well. This study affirms that raised contents of Mg in tourmaline or in other minerals could be reliably useful as a sign of external contamination in granitic rocks sensu lato. From the development of the chemical composition of tourmaline and associated minerals, the chemical reaction phases between pegmatites and surrounding serpentinites during individual stages of melt formation can be derived as well.

Keywords

turmalín, granitický pegmatit, serpentinit, externí kontaminace, hydrotermální alterace, moldanubikum tourmaline, granitic pegmatite, serpentinite, external contamination, hydrothermal alteration, Moldanubian Zone

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 11. 6. 2018
• Supervisor: doc. RNDr. Zdeněk Losos, CSc.
• Reader: doc. Mgr. Jan Cempírek, Ph.D., doc. Mgr. Peter Bačík, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geology (4-years) / Geological Sciences