Zdroje, podmínky mobilizace a migrace fluid v sedimentech pražské pánve během postdiagenetického vývoje

Mgr. Michaela Halavínová, Ph.D.

Doctoral thesis

Sources, condition for the mobilization and migration of fluids in sediments of the Prague Basin during the postdiagenetic development

Anotácia:

V rámci výzkumu postdiagenetických hydrotermálních systémů pražské synformy byly identifikovány dva hlavní systémy: variský a povariský. Geneze variských syntektonických kalcitových žil pražské synformy je svázána s pozdně devonským tektonickým pohřbením vyvolaným kolizí a regionálním zkrácením ve směru ~SZ–JV mezi saxothuringikem a bohemikem (tepelsko-barrandienská jednotka). Terénním studiem byly u variských syntektonických žil zjištěny dva převládající strukturní typy. Strukturní typ I představují žíly nepravidelného nebo esovitého tvaru, které vykazují zpravidla kulisovité (en-echelon) uspořádání. Tyto žíly byly formovány během převládajícího střižného režimu. Žíly druhého strukturního typu (typ II) mají více pravidelný tvar a na některých výchozech tvoří poměrně hustou síť. Žíly typu II vykazují nápadnou vazbu ke strukturním prvkům variských vrás. Byly formovány mezivrstevním skluzem a/nebo tvoří tenzní konjugované systémy v ohybech vrás, pro něž je typická vláknitá výplň. U žil strukturního typu II byly zjištěny dva převládající směry orientace. První směr má orientaci SSZ–JJV a druhý má orientaci VSV–ZJZ. Tyto směry jsou paralelní a kolmé s uvažovanou příkrovovou stavbou pražské synformy. Variské syntektonické žíly krystalizovaly v relativně uzavřeném geochemickém systému. Extrakce chemických komponent z okolních hornin byla prokázána kombinovaným mikrosondovým, katodoluminiscenčním a izotopickým studiem. Hodnoty izotopického složení uhlíku hydrotermálních kalcitů odráží variace v izotopickém složení uhlíku okolních hornin. Hodnoty d13C žilných kalcitů a okolních silurských hornin kolísají v rozmezí –2,0 až –0,3 ‰ PDB. Hodnoty d13C žilných kalcitů a okolních devonských karbonátů kolísají v rozmezí +1,7 a +2,5 ‰ PDB. Vzorky odebrané blízko hranice silur/devon vykazují přechodné hodnoty mezi +0,3 a +1,2 ‰ PDB. Hodnoty poměru 87Sr/86Sr u kalcitových žil (0,708619–0,708738) a u okolních hornin (0,708755–0,709355) ukazují na relativně uzavřený fluidní systém, který nebyl ovlivněn přínosem radiogenního stroncia z izotopicky odlišného rezervoáru. Ve fluidních inkluzích variských syntektonických kalcitů byly rozpoznány dva systémy: vodní a s kapalnými uhlovodíky. Kapalné uhlovodíky vykazují světle modrou fluorescenci v UV záření charakteristickou pro lehké uhlovodíky. Systém s kapalnými uhlovodíky se dominantně uplatňuje u syntektonických žil z tmavých bituminózních vápenců. Nízké salinity (0,2–8,9 hm. % ekv. NaCl) a teploty homogenizace s maximem okolo 120 °C jsou typické pro vodní (H2O–NaCl) systém. Vypočtené izotopické složení kyslíku fluid kolísá mezi –2,8 až +3,7 ‰ SMOW. Rozptyl hodnot ukazuje na možnou interakci transformovaných formačních vod s okolními vápenci a/nebo s hluboce cirkulující meteorickou vodou. Možný teplotně-tlakový rozsah vzniku syntektonických žil 120–168 °C a 300–1130 barů odpovídá vzniku za P–T podmínek srovnatelných s tektonickým pohřbením do hloubek 1–4 km. Zvrásněnými vrstevními sledy pražské synformy pronikají mladší nedeformované extenzní severojižní hydrotermální žíly bez přímé geochemické vazby na okolní horniny. Ukazují na to jak výsledky mikrosondového a katodoluminiscenčního studia, tak zjištěné izotopické složení. Ve výplni žil převládá kalcit, který může být rovněž doprovázen křemenem, dolomitem, fluoritem, Mn-oxidy a Pb-Zn sulfidy. Hydrotermální žíly krystalizovaly z nízko až vysoce salinních fluid (0,4–22,1 hm. % ekv. NaCl) obsahujících komplexní chloridový systém (H2O-CaCl2±NaCl±MgCl2±KCl). Při genezi žil se uplatnila fluida s původem v evaporované mořské vodě v interakci s meteorickou vodou s hlubším oběhem

Anotácia:

. S ohledem na výskyty mineralizací s obdobnými genetickými rysy, které byly popsány z různých částí Evropy, lze tento typ označit jako povariský. Odhadované teplotně-tlakové podmínky vzniku povariských žil jsou 55–137 °C a 150–500 barů. Tento rozsah odpovídá hloubkám vzniku 0,6 až 1,9 km.

Abstract:

Two main hydrothermal systems were identified during the research of postdiagenetic hydrothermal systems of the Prague Synform: Variscan and post-Variscan. Variscan syntectonic calcite veins of the Prague Synform are connected with upper Devonian tectonic burial caused by the collision and ~NW–SE regional shortening between the Saxothuringicum and Bohemicum (Teplá-Barrandian unit). Two main structural types of Variscan syntectonic calcite veins were recognized during the fieldwork. Veins of Type I have an irregular or sigmoidal shape and they are often arranged in en echelon arrays. Shearing regime during the formation of this type is supposed. Veins of second structural type (Type II) have a more regular and straight shape relative to the Type I and in some places form a dense network. The structural position of the Type II veins is related to structural elements of Variscan folds. Veins were formed due to interlayer-slip and/or due to infilling of fold-related dilational conjugated fractures with typical fibrous veins. Two principal vein directions were distinguished within the structural Type II. The first one is NNW–SSE and the second one shows a perpendicular ENE–WSW orientation. These directions are parallel and perpendicular with the considered nappe architecture of the Prague Synform. Variscan syntectonic veins crystallized in a relatively closed, rock-buffered geochemical system. Extractions of chemical components from surrounding rocks were confirmed by a combined microprobe, cathodoluminescent study and isotope geochemistry. The carbon isotopic values of hydrothermal calcites reflect the carbon isotopic composition of the host rocks. The d13C values of vein calcites and their host Silurian rocks are between –2.0 and –0.3 ‰ PDB. The d13C values of vein calcites and their host Devonian limestones are between +1.7 and +2.5 ‰ PDB. Samples close to the Silurian/Devonian boundary show transition values between +0.3 and +1.2 ‰ PDB. The 87Sr/86Sr ratio in vein calcites (0.708619–0.708738) and in wall rocks (0.708755–0.709355) point to relatively closed fluid system not affected by additional radiogenic Sr from different isotopic reservoir. Aqueous and hydrocarbon rich fluid systems have been found in fluid inclusions of Variscan syntectonic calcites. Liquid hydrocarbons show mostly a light blue fluorescence suggesting presence of higher hydrocarbons. They are more abundant in veins from dark bituminous limestones rich in organic matter. Lower salinities (0.2–8.9 eq. wt.% NaCl) and homogenization temperature with maximum around 120 °C are typical for aqueous (H2O–NaCl) system. The oxygen isotopic composition of fluids ranges between –2.8 and +3.7 ‰ SMOW. This is indicative for transformed formation waters interacted with the host rocks and/or deeply circulating meteoric waters. Possible border trapping temperatures between 120 and 168 °C and pressures from 300 to 1130 bars suggest the origin of Variscan syntectonic veins in P–T conditions comparable to tectonic burial to the depth 1–4 km. Folded sequences of the Prague Synform were also penetrated by younger undeformed extensional N–S hydrothermal veins without geochemical connection to host rocks. It was proofed by microprobe and cathodoluminescent study as well as by isotopic composition. The most common vein-filling calcite cloud by accompanied by quartz, dolomite, fluorite, Mn-oxides and Pb-Zn sulphides. Hydrothermal veins crystallised from low to highly saline (0.4–22.1 eq. wt.% NaCl) fluids containing complex chloride system (H2O-CaCl2±NaCl±MgCl2±KCl). The mineralizing fluids originated as evaporated seawater interacted with deeply circulating meteoric waters. With regard to similar occurrences of hydrothermal systems recently described form different parts of Europe, they could be considered as a post-Variscan. Estimated border trapping temperatures of the post-Variscan veins are between 55 and 137 °C and pressures from 150 t

Abstract:

o 500 bars. This range of values corresponds to the depths between 0.6 and 1.9 km.

Kľúčové slová

Pražská synforma, variské fluidní systémy, povariské fluidní systémy, karbonáty, izotopické složení, Prague Synform, Variscan fluid systems, post-Variscan fluid systems, carbonates, isotopic composition

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 9. 2009

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 19. 11. 2009
• Vedúci: doc. RNDr. Marek Slobodník, CSc.
• Oponent: RNDr. Petr Dobeš, doc. RNDr. Jindřich Hladil, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

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