Metamorfní typy fluid a metamorfóza silezika

Bc. Tomáš Urban

Master's thesis

Metamorphic fluids and metamorphosis of Silesicum

Abstract:

Tato práce se zabývá studiem fluidních inkluzí v křemenech z hydrotermálních variských žil a čoček a okolních hornin, které byly odebrány na deseti lokalitách napříč silezikem. Jednotlivé fluidní typy uzavřené ve fluidních inkluzích byly konfrontovány s metamorfózou, která postihla okolní horniny. Studium fluidních inkluzí v křemenných čočkách a žilách bylo doplněno Ramanovou spektroskopií, mikroskopickým studiem hornin, elektronovou mikroanalýzou (EMPA) a minerální termometrií. Celkem bylo rozlišeno 8 typů fluidních inkluzí, ve kterých dominovaly 4 hlavní fluidní systémy. Hojně rozšířené nízkosalinní a středněsalinní roztoky se salinitami od 0,18 do 19,05 hm. % NaCl ekv. vyplňovaly inkluze typů Q1, Q3 a částečně Q8. Tyto inkluze náležely systémům H2O–NaCl±MgCl2±FeCl2±KCl a společně s nízkosalinními P/PS inkluzemi systémů H2O–NaCl±(MgCl2±FeCl2±KCl)–CO2±CH4±N2 (typ Q6) byly generovány metamorfními podmínkami variské orogeneze. Fluidní inkluze typů Q2, Q4, Q7 a částečně také Q8 tvořil vysokosalinní (19,91 až 36,13 hm. % NaCl ekv.) sys-tém H2O–NaCl–CaCl2±MgCl2±KCl. Původ inkluzí typu Q2 a části inkluzí typu Q4 je spatřován v transformovaných solankách povariského stáří. Poslední fluidní systém byl zaznamenán pouze na lokalitě lom Konstantin. Šlo o primární inkluze systému H2O–CH4±CO2±N2±H2S (typ Q5), jehož původ je spojován s grafitovými vrstvami a ke vzniku těchto fluid přispěla reakce grafitu s vodou. Vyhodnocení izochor pomocí litostatického termobarického gradientu (50 °C/270 bar/km) ukazuje na zachycení fluid a případnou tvorbu inkluzí při různých podmínkách v závislosti na dané lokalitě. Zjištěné P–T podmínky v rozsahu teplot od 230 do 330 °C a tlacích od 115 do 170 MPa na východě silezika (vrbenská skupina; Ludvíkov) po 170 až 485 °C a 80 až 245 MPa na západě silezika (velkovrbenská skupina) u většiny lokalit odpovídají podmínkám retrográdní fáze metamorfózy, kdy byla fluida zachytávána při nižších teplotách a tlacích, než měly vrcholné fáze variské metamorfózy. Jistou výjimkou byly lokality Mravenečník a Ludvíkov, kde se zjištěné P–T podmínky (od 400 do 600 °C a od 200 do 300 MPa, respektive od 230 do 330 °C a od 115 do 170 MPa) lehce blížily nebo byly podobné vrcholným podmínkám metamorfózy zjištěných předchozími autory, respektive získaných pomocí chloritové termometrie (259 až 335 °C).

Abstract:

This thesis focuses on the study of fluid inclusions in quartz from hydrothermal Variscan veins and lenses, as well as surrounding rocks, sampled at ten locations across the Silesicum. The individual fluid types trapped in fluid inclusions were compared with the metamorphism that affected surrounding rocks. The study of fluid inclusions in quartz lenses and veins was complemented by Raman spectroscopy, micro-scopic study of rocks, electron microprobe analysis (EMPA), and mineral thermometry. A total of 8 types of fluid inclusions were distinguished, dominated by 4 main fluid systems. Abundant low-salinity and moderate-salinity solutions with salinities ranging from 0.18 to 19.05 wt.% NaCl eq. filled inclusions of types Q1, Q3, and partially Q8. These inclusions belonged to the H2O–NaCl±MgCl2±FeCl2±KCl systems, and along with low-salinity P/PS inclusions of the H2O–NaCl±(MgCl2±FeCl2±KCl)–CO2±CH4±N2 system (type Q6), were generated by metamorphic conditions during Variscan orogenesis. High-salinity inclusions of types Q2, Q4, Q7, and partially Q8 constituted a system with salinities from 19.91 to 36.13 wt.% NaCl eq., represented by the H2O–NaCl–CaCl2±MgCl2±KCl system. The origin of Q2 inclusions and some Q4 inclusions is associated with transformed brines of post-Variscan age. The last fluid system was recorded only at the Konstantin quarry, consisting of primary inclusions of the H2O–CH4±CO2±N2±H2S system (type Q5), linked to graphite layers, with fluid formation involving the reaction of graphite with water. Isochoric evaluation using the lithostatic thermobaric gradient (50 °C/270 bar/km) indicates the entrapment of fluids and potential inclusion formation under varying conditions depending on the specific locality. The determined P–T conditions, ranging from 230 to 330 °C and 115–170 MPa in the eastern part of Silesicum (Vrbno group; Ludvíkov) to 170–485 °C and 80–245 MPa in the western part of Silesicum (Velké Vrbno group) for most sites, correspond to conditions during the retrograde phase of metamorphism when fluids were trapped at lower temperatures and pressures than the peak stages of Variscan metamorphism. An exception is observed at the Mravenečník and Ludvíkov sites, where the determined P–T conditions (from 400 to 600 °C and from 200 to 300 MPa, respectively, and from 230 to 330 °C and from 115 to 170 MPa, respectively) closely approached or were similar to the peak metamorphic conditions identified by previous authors or obtained using chlorite thermometry (259 to 335 °C).

Keywords

český masiv, silezikum, křemenné žíly, fluidní inkluze, mikrotermometrie, P–T podmínky, metamorfóza, Bohemian Massif, Silesicum, quartz veins, fluid inclusions, microthermometry, P–T conditions, metamorphosis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 15. 2. 2024
• Supervisor: doc. RNDr. Marek Slobodník, CSc.
• Reader: RNDr. Kamil Kropáč, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied and environmental geology / Applied and environmental geology