63

6 SREDNJEZRNATE KLASTIČNE SEDIMENTNE STIJENE

(PJEŠČENJACI)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

6.1 UVOD

• veličina čestica: 2mm - 63μm

• pijesak pješčenjak

• klastična struktura

– klasti

– matriks

– autigeni minerali i cement

– pore

Klastična struktura.

litifikacija

vrlo krupni pijesak krupni pijesak srednji pijesak sitni pijesak vrlo sitni pijesak

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

6.2 DETRITIČNE KOMPONENTE

tipovi zrna

odlomci stijena

kvarc

feldspati

tinjci i minerali glina

teški minerali

druge detritične komponente

faktori

zastupljenost u izvorišnom području

kemijska i mehanička stabilnost

u sedimentnim okolišima Kemijska stabilnost minerala od najstabilnijih prema manje stabilnima.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

64

litične čestice

• sastav – sastav izvornih stijena – stabilnost tijekom transporta

• porijeklo– različite magmatske, metamorfne i starije sedimentne stijene– planinski masivi i vulkanska područja

• upotreba– rekonstrukcija provenijencije

Litične čestice sedimentnog porijekla.Vidno polje 3x2 mm.

Litične čestice magmatskog porijekla.Vidno polje 3x2 mm.

Preuzeto iz 1 Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

kvarc

• najstabilniji mineral u sedimentnim uvjetima

• najzastupljeniji mineral u pješčenjacima (prosječno oko 65%, a doseže i gotovo 100%)

• porijeklo

– plutonske granitne stijene

– kiseli gnajsevi

– škriljavaca

• tipovi kvarcnih zrna:

– monokristalni kvarc (Qm)

– polikristalni kvarc (Qp)

• način potamnjenja

– jednoliko

– nejednoliko (undulozno)Monokristalni i polikristalni kvarc jednolikog i nejednolikog potamnjenja u mikroskopskom izbrusku. Vidno polje 3x2 mm.

Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• inkluzije

– fluidne– mineralne (rutil, turmalin, magnetit, tinjci, klorit)

• značajke kvarcnih zrna iz pojedinih skupina stijena:

– vulkanske magmatske stijene

• monokristalan, jednolikog potamnjenja, bez inkluzija

– hidrotermalne žile

• monokristalan ili krupnokristalast polikristalni, sadrži brojne fluidne inkluzije

– metamorfne stijene

• polikristalni kvarc izduženih kristala preferirane orijentacije

• kvarc nejednolikog potamnjenja najvjerojatnije iz metamorfnih stijena, ali može biti i iz plutonskih magmatskih stijena

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

65

• indeks zrelosti

– odnos Qm/Qp

veći indeks veća zrelost sedimenta– Qjed. pot./Qnejed. pot.

Kvarcna zrna s regeneracijskim rubom (mikroskopski izbrusak; A) A-; B) A+. Primarni rub zrna markiran je crvenom hematitnom prevlakom. Vidno polje 1,2 x 0,8 mm.

A B

Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

feldspati

• udio u pješčenjacima – prosječno 10-15 %, – doseže 50 % (arkoze)

• mehanički i kemijski manje stabilni od kvarca

• zastupljenost u sedimentima ovisi o– sastav izvorišnih stijena

• uglavnom potječu iz istih kristalinskih stijena kao i kvarc (granit, gnajs)

– klima • humidna klima

– kemijsko trošenje feldspati “nestaju”

• aridna klima– mehaničko trošenje feldspati “preživljavaju”

– brzina erozije

• alk. feldspati (ortoklas, mikroklin) su češći u pješčenjacima od plagioklasa

Mikroskopski izbrusak pješčenjaka bogatog alkalijskim feldspatima. Vidno polje 1,2x0,8 mm

Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

tinjci i minerali glina

• listićavi minerali (filosilikati) česti u matriksu pješčenjaka i krupnijih klastita

muskovit i biotit

– porijeklo

• magmatske stijene

• škriljavci

• filit

– biotit češći u izvorišnim stijenama kemijski nestabilniji od muskovita

rjeđi u sedimentnim stijenama

A B

Mikroskopski izbrusak pješčenjaka bogatog muskovitom i kaolinitom (A) odnosno biotitom (B). Vidno polje 1,2x0,8 mm.

Preuzeto iz 1 Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

66

teški minerali

minerali glina

– porijeklo

• detritični

– dobar pokazatelj građe izvorišnog područja, klime i procesa trošenja

• autigeni

– dijagenetskim procesima mogu prijeći u druge minerale glina

specifična težina > 2,86 gcm-3

uglavnom silikati i oksidi

udio u pijecima najčešće oko 1%

od ostatka sedimenta (laka mineralna frakcija) najčešće se odvajaju pomoću teških tekućina (prim. bromoform)

značenje

daju korisne informacije o provenijenciji i događanjima u izvorišnim područjima

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• najčešći neopaki teški minerali su apatit, epidot, granat, rutil, staurolit, turmalin i

cirkon, a od opakih ilmenit i magnetit

Karakteristični teški minerali različitih izvorišnih stijena.

Teška mineralna frakcija pijesaka.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

druge detritične komponente

• karbonatna zrna

– fosili ili fragmenti fosila

– neskeletne karbonatne čestice (ooidi, peloidi, intraklasti)

– detritična zrna vapnenaca i dolomita (rijetka)

• skeletni fosfati

• glaukonit

Mikroskopski izbrusak pješčenjaka bogatog glaukonitom. Vidno polje 3x2 m.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

67

6.3 MINERALOŠNA ZRELOST

• odraz procesa trošenja u izvorišnom području i stupnja prerade i transporta

• nezreli pješčenjaci

– bogati nestabilnim zrnima (čestice nestabilnih stijena, nestabilni teški minerali, feldspati)

– blizu izvorišnog područja ili su transportirani i istaloženi bez puno prerade

• zreli pješčenjaci

– sadrže čestice stabilnih stijena, puno kvarca i malo feldspata

• superzreli pješčenjaci

– sastavljeni gotovo isključivo od kvarca

– krajnji produkt intenzivnog trošenja

– nestabilne čestice odstranjene intenzivnom abrazijom ili preradom sedimenta

• indeks mineraloške zrelosti = kvarc + rožnjak/feldspati + čestice stijena

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• zasniva se mikroskopskim istraživanjima i zahtijeva procjenu postotnog udjela pojedinih tipova čestica

• potrebno je odrediti nekoliko stotina zrna (oko 400) „poin-counting“ metodom u mikroskopskom izbrusku

Tipovi pješčanih zrna.

6.4 PODJELA PJEŠČENJAKA

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• procjena modalnog sastava

– u mikroskopu

• usporedbom vidnog polja s dijagramima koji pokazuju izgled vidnog polja za pojedine postotne udjele neke od čestica

– na terenu

• pažljivim promatranjem uzorka pod lupom

Komparativne slike za približnu procjenu modalnog sastava pješčenjaka u mikroskopskom izbrusku.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

68

Klasifikacija pješčenjaka prema Pettijohn i ost., 1987.

osnovna podjela pješčenjaka

zasniva se na sadržaju matriksa

tipovi

areniti (< 15% matriksa)

grauvake ( > 15% matriksa)

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• čisti pješčenjaci

• podjela

– kvarcni areniti

– arkozni (feldspatski) areniti

– litoareniti (litični areniti)

– subarkoze

– sublitoareniti

Podjela arenitnih pješčenjaka prema međusobnom udjelukvarca, feldspata i čestica stijena. Prema Pettijohn et al., 1987.

areniti

Preuzeto iz 3

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• nečisti pješčenjaci

• podjela

– kvarcne grauvake

– feldspatske grauvake

– litične grauvake

Podjela grauvaka prema međusobnom udjelu kvarca, feldspata i čestica stijena. Prema Pettijohn et al., 1987.

grauvake

Preuzeto iz 3

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

69

hibridni pješčenjaci

• uz klastične sastojke sadrže i neklastične sastojke derivirane unutar sedimentacijskog bazena

• najpoznatiji i najčešće su

– kalkarenacejski pješčenjaci

• sadrže preko 50% CaCO3 u

obliku karbonatnih zrna

(ooidi, bioklasti)

• nastaju u područjima s

karbonatnom produkcijom

gdje postoji snažan donos

terigenih klasta

– glaukonitni pješčenjaci

– fosfatni pješčenjaci

Kalkarenacejski pješčenjak, okolica Voćina.. Vidno polje 3x2 mm.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

6.5 NAJČEŠĆI TIPOVI PJEŠČENJAKA

kvarcni areniti

sastav > 95% kvarca (uglavnom Qm i Qjed)

mineraloški najzreliji tip pješčenjaka

strukturno zreli dobro zaobljena i dobro sortirana zrna vezivo je cement

uvjeti postanka dugotrajna prerada sedimenta

topla vlažna klima zaravnjen reljef i spora sedimentacija

često sadrže kvarcna zrna drugog ili višeg ciklusa (višestruko pretaložena)

1 cm 1 mm1 mm

Mikroskopski izgled (A-). Makroskopski izgled. Mikroskopski izgled (A+).

Preuzeto iz 1 Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

arkoze

• sastav– > 25% feldspata (ortoklas, mikroklin)

• svježi

• kaolinitizirani/sericitizirani

– dosta kvarca (polikristalinični)

– čestice stijena (kvarc-feldspatske);

– detritični tinjci i nešto matriksa

• najčešće nastaju iz granita i gnajseva

• strukturno umjereno zreli– klasti uglati do poluuglati

– sortiranost varira od loše do vrlo dobre

– vezivo: kvarcni ili kalcitni cement/ matriks

• uvjeti postanka– semiaridna i glacijalna klima

– snažna erozija u visoko uzdignutom

izvorišnom području

Makroskopskiizgled.

Mikroskopskiizgled (A-).

Mikroskopskiizgled (A+).

1 mm

1 mm2 cm

Preuzeto iz 1

Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

70

litični areniti (litoareniti)

• čine oko 25% svih pješčenjaka

• sastav

– jako varijabilan (modalni, kemijski)

– više čestica stijena (litičnih čestica)

nego feldspata

– sastav litičnih čestica

• peliti

• niskometamorfne stijene

• vulkanske stijene

Makroskopski izgled. Mikroskopski izgled (A+). Mikroskopski izgled (A+).

Preuzeto iz 1 Preuzeto iz 1 1 mm2 cm 1 mm

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• struktura

– malo primarnog matriksa

– cement kalcitni ili kvarcni

• nezreli modalni sastav

– brza produkcija sedimenta

– kratak ili umjeren transport

Dodatna podjela litičnih arenita obzirom na sastav litičnih čestica.

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

grauvake

• matriks– > 15%

– sitnozrnati sediment taložen istovremeno s pješčanom frakcijom– pseudomatriks - nastaje dijagenetskim alteracijama nestabilnih litičnih fragmenata– sastav matriksa: sericit i klorita + čestice kvarca i feldspata veličine silta

• klasti– kvarc - dominira– litične čestice (prim. peliti, metasedimenti)– feldspati

Mikroskopski izgled.

Makroskopski izgled.

Izdanak grauvake. Vidi se karakteristična siva boja.

1 mm

A- A+

2 cm

2 m

Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

71

6.6 DIJAGENEZA PJEŠČENJAKA

• sve mehaničke i kemijske promjene koje se događaju u pješčanom sedimentu od njegova taloženja do početka metamorfnih procesa

• faktori

– inicijalni• taložni okoliš• klima • sastav i struktura sedimenta

– smjer dijageneze:• migracija pornih fluida• povijest zalijeganja

• faze dijageneze

rana faza kasna faza

- trajanje tisuće-milijuni god- dubina zalijeganja 1-100m- vode su povezane s taložnim okolišem- brza modifikacija pornih voda otapanjem organske materije i mikrobiološkom aktivnošću (oksidativni uvjeti → reduktivni uvjeti)

- trajanje više desetaka milijuna godina

- dubina zalijeganja do 10.000m

- temperaturni raspon oko 100-200 0C

- porne vode su modificirane reakcijama s mineralima glina, otapanjem nestabilnih čestica, precipitacijom autigenih minerala i miješanjem s vodama iz drugih izvora

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

dijagenetski procesi

kompakcija

• mehanički proces

• istiskivanje vode gušće pakiranje smanjenje poroznosti savijanje i drobljenje savijanja slabijih zrna (pseudomatriks)

otapanje pod pritiskom

• veće dubine prekrivanja

• odvija se na kontaktima među zrnima suturirani kontakti (zrnima podjednake topivosti/čvrstoće ) ili konkavno-konveksni kontakti (zrna različite topivosti)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

cementacija

• najvažniji dijagenetski proces:

rasuti pijesak čvrsto vezana stijena - pješčenjak

– vrijeme

• tijekom rane dijageneze

– malim dubinama prekrivanja (bez zbijanja)

• tijekom kasne dijageneze

– veće dubine prekrivanja (zbijanje i tlačno otapanje)

cement

• autigeni mineral izlučen u međuzrnskom prostoru, a koji je uzrokovao smanjenje međuzrnskeporoznosti

• najčešći su kalcitni cement i silika (SiO2) cement

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

72

• karbonatna cementacija

– najzastupljeniji cement u pješčenjacima je kalcit, (dolomit i siderit vrlo rijetki)

– precipitacija CaCO3 započinje kad se prekorači produkt njegove topivosti

– izvor CaCO3 može biti porna voda sama po sebi ili otapanje karbonatnih skeletnih zrna

– glavni tipovi

• poikilotopni cement

– veliki pojedinačni kristali veličine do nekoliko cm koji obavijaju više pješčanih zrna

Poikilotopni kalcitni cement u kvarcnom arenitu (A) koji ispunjava i pukotine kalavosti u alk. feldspatu (B). Vidno polje 3x2mm (A) odnosno 1,2x0,8mm (B).

(A) (B)

Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• mozaični ili druzni

– popunjava pore između pješčanih zrna

– veličina kristala raste od stjenke prema sredini pore

Shematski prikaz mozaičnog ili druznogkalcitnog cementa.

Preuzeto iz 3

cement

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• silika cementacija

– podrijetlo silike

• otapanje silikatnih minerala (feldspati, amfiboli, pirokseni) i silicijskih organizama (dijatomeje, radiolarije, silicispongije)

otapanje pod pritiskom obogaćivanje porne vode na siliku reprecipitacija

• iz podzemnih voda)

– tipovi• „overgrowth“ (regeneracijski rub) kvarca

– silika cement precipitira oko kvarcnog zrna u istoj optičkoj orijentaciji kao i zrno

– mikrokvarc, megakvarc, kalcedon ili opal

“Overgrovth” na kvarcnim zrnima u kvarcnom arenitu. Veličina vidnog polja 1,2x0,8 mm.

Preuzeto iz 1

(A+)(A-)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

73

autigeneza

• procesi

– postanak novih minerali

– povećanje već postojećih minerala u sedimentu

• najčešći autigeni minerali

– kvarc, kalcit, opal, kalcedon, dolomit, anhidrit, gips, muskovit, siderit, klorit, kaolinit,

presvlačenje i impregnacija hematitom

• daje crvenu boju sedimentima

• najčešće se nalazi kao vrlo tanka prevlaka oko zrna ili boji u crveno autigene minerale glina i feldspate

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

dijagenetski okoliši

• osnovni dijagenetski okoliši

– eogenetski (pripovršinski)

– mezogenetski (dubinski)

– telogenetski

eogenetski (pripovršinski) okoliši

• podjela obzirom na kemizam pornih voda i asocirane procese:

– marinski okoliši

– nemarinski vrući i vlažni okoliši

– nemarinski semiaridni i aridni okoliši

• marinski okoliši

– većina pješčanih zrna je stabilna

– dijagenetski procesi počinju reakcijom modificirane morske porne vode i manje stabilnih minerala

– tipični redoslijed procesa:

autigeneza min. glina zajedno s “overgrowth” kvarca i felspata karbonatna cementacija

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• nemarinski vrući i vlažni okoliši

– porne vode kisele zbog bakteriološke razgradnje organske materije

– slatka voda siromašna s K+, Mg2+ i SO42-

– kvarcni pijesci dijagenetski precipitati su kvarc “overgrowth” i kaolinit

– pijesci s mafitnim zrnima precipitacija siderita i klorita

• nemarinski semiaridni i aridni okoliši

– porne vode su generalno oksidirajuće

– kemijsko ispiranje je manje izraženo

– glavni procesi

• formiranje crvenih slojeva (red beds)

– tipično za semiaridna područja

– otpuštanje Fe iz mafitnih minerala tijekom ranog prekrivanja

– precipitacija Fe oko pješčanih zrna u obliku Fe oksida koji postupno prelaze u hematit

• formiranje kalkreta

– formiranje vapnenačkog tla

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

74

mezogenetski (dubinski) okoliši

• pješčenjaci su podvrgnuti povišenim tlakovima i temperaturama, a porne vode su slanije

• mnoga pješčana zrna su nestabilna i počinju se otapati

• promjena sastava minerala glina (smektiti → iliti)

• otapanje pod pritiskom oslobađa ione za cementaciju i autigenezu

telogenetski okoliši

• ponovno izdizanje pješčenjaka na površinu

• klima je ponovno važan faktor

– aridna– oksidacija Fe-sulfida i Fe-karbonata hematit

– humidna– ispiranje feldspata, karbonata i teških minerala porast poroznosti

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________