9-1

9 skyrius. Magminės struktūros

Iš bendrosios geologijos kurso jūs tikriausiai prisimenate, kad magminės uolienos skirstomos į dvi pagrindines klases, ir kad tos klasės skiriasi aplinka, kurioje magma vėsta. Ekstruzinės uolienos {extrusive rocks} susidaro iš lavos, kuri tekėjo Žemės paviršiumi ir atšalo ore arba po vandeniu, arba iš pelenų, išmestų aukštyn vulkano išsiveržimo metu. Intruzinės uolienos {intrusive rocks} vėso žemiau Žemės paviršiaus. Vykstant intrudavimo, tekėjimo, nusėdimo ir/ar vėsimo procesams, magminės uolienose gali susidaryti pirminės tekstūros ir struktūros. Šiame kontekste, "pirminė" reiškia susidariusį magminių procesų metu.

Iš kur magma, magminių uolienų skysta fazė, atsiranda? Net ir be magminių uolienų petrologijos kurso, į tai nesunku atsakyti. Magma susidaro kur karštis ir slėgis verčia esamas uolienas (plutoje ar mantijoje) lydytis. Paprastai tik tam tikri mineralai kietoje uolienoje lydosi (tie, kurie turi žemą lydymosi temperatūrą), ir tokiu atveju yra sakoma, kad uoliena patyrė dalinį lydymąsi {partial melting}. Magma, susidariusi dėl dalinio lydymosi, turės skirtingą sudėtį nuo uolienos, iš kurios ji susidarė. Pavyzdžiui, kada ultramafinė uoliena (peridotitas) patiria 1-6% dalinį lydymąsi mantijoje, susidariusi uoliena iš šios naujos magmos bus gabras arba bazaltas, kurie yra būdingi okeaninei plutai. Vidutinės sudėties plutos uoliena (dioritas) besilydydamas suformuos silicinę (turtingą SiO2) magmą, kuri atšalusi sudarys granitą arba riolitą. Išsiskyrusi iš motininės uolienos, magma yra mažiau tanki už supančias uolienas, ir plūdrumo verčiama kyla aukštyn. Tankio sumažėjimas atsiranda dėl tūrio padidėjimo, atsirandančio dėl kaitinimo ir lydymosi, dujų burbuliukų susidarymo magmoje, ir sudėties skirtumo tarp magmos ir aplinkinių uolienų.

Magma sunkiasi aukštyn per plyšių tinklą ir palei grūdelių paviršius. Slėgių skirtumas magmoje ir aplinkinėse uolienose yra tiek didelis, kad magma kildama trapioje plutoje gali atverti naujus plyšius. Magma kyla iki tol, kol pasiekia neutralaus plūdrumo gylį1, kuriame plūdrumo jėga yra lygi nuliui. Neutralaus plūdrumo lygyje, magma gali sudaryti lakštinė intruzija {sheet intrusion}, arba rinktis į didelę magmos kamerą, kuri sukietėja į intruziją, vadinamą plutonu {pluton}. Magminių intruzijų dažniausiai pasitaikantys tipai yra aprašyti lentelėje 9.1 ir pavaizduoti paveiksle 9.1. Jei magmos slėgis yra pakankamai didelis, tai ji kyla iki pat Žemės paviršiaus ir išsiveržia kaip vulkanas.

1 gylis, kuriame slėgis magmoje susilygina su litostatiniu slėgiu supančiose uolienose

9.1 Struktūros susijusios su lakštinėmis intruzijomis

Struktūrinėje geologijoje lakštinės intruzijos yra svarbios dėl jų reakcijos į įtempį. Įvade įtempio terminas jau buvo minėtas - įtempis veikia plokštumą ir yra apibrėžiamas kaip jėga tos plokštumos vienetui, bet plačiau apie tai vėlesniuose skyriuose.. Intuityviai, galima įsivaizduoti, kad Žemės pluta „laikosi kartu“ silpniausiai, t.y. patiria mažiausią spaudimą, mažiausio įtempio kryptimis, kurias vėliau vadinsime mažiausio principinio įtempio kryptimis. Lakštinės intruzijos, paprastai orientuoja jų paviršius (t.y. kontaktus su supančiomis uolienomis) statmenai mažiausio principinio įtempio krypčiai, jeigu nėra jau egzistuojančių silpnumo plokštumų (kaip lūžiai), palei kurias magma skverbtis yra kur kas lengviau. Pavyzdžiui, regionuose, kur didžiausias įtempis yra sukeltas viršuje gulinčių uolienų svorio – tai yra didžiausiai įtempis yra vertikalus, tada mažiausias principinis įtempis yra horizontalus, nes didžiausias ir mažiausi įtempiai yra visada vertikalūs. Taigi, daikos susidarys vertikalios. Daikų spiečiai {dike/dyke swarms} - pusiau lygiagrečios ir paprastai vertikalios daikos, kurios būna labai plačiai paplitę ir susidaro kada pluta patiria horizontalų tempimo įtempį, tačiau ne dėl užkrauto vertikalaus svorio.

Ne visos daikos susidaro lygiagrečiai. Aplink vulkanus, besipučianti ar bebliūkštanti magmos kamera lokaliai keičia įtempių lauką, dėl ko susidaro sudėtingi plyšių raštai. To pasekoje, daikų raštas aplink vulkaną (Pav. 9.1) gali sudaryti žiedines daikas {ring dikes}, kurios primena apskritimą žiūrint iš viršaus (plane), ir radialines daikas {radial dykes}, kurios eina iš vulkano centro tolyn, kaip rato stipinai. Toliau nuo vulkano, kur vietinis vulkano poveikis įtempių laukui mažesnis, radialinės daikos gali pakeisti kryptį ir tapti statmenomis mažiausiai principinei įtempio krypčiai.

Batolitas Didžiulė intruzija, sudaryta iš kelių plutonų.

Plutonas Vidutinio dydžio intruzija (kelių km skersmens).

Daika Lakštinė intruzija, kuri kerta sluoksnius storymėje, ir yra maždaug vertikali nesluoksniuotose storymėse.

Hypoabisalinė

Tai yra seklios arba subvulkaninės intruzijos. - intruzijos susidariusios netoli žemės paviršiaus, iki kelių km gylio. Jos greitai vėsta, todėl paprastai smulkiagrūdės.

Lakolitas Sekli intruzija, darniai gulinti ant žemiau esančio sluoksnio, bet turi kupolus ir išlenkia viršutinius sluoksnius.

Silas Lakštinė intruzija, kuri yra lygiagreti jau esamam sluoksniuotumui sluoksniuotoje storymėje ir maždaug horizontali nesluoksniuotoje storymėje.

Štokas Maža intruzija.

Lentelė 9.1: Kai kurių magminių intruzijų terminologija. Jų formos parodytos paveiksle 9.2.

9-2

Silai {silai}, arba pusiau horizontalios lakštinės intruzijos, susidaro kur mažiausias principinis įtempis yra vertikalus, ir/arba kur yra lengvas horizontalus dalumas stratifikuotose (sluoksniuotose) storymėse. Silų intruzijos gali sukelti lūžių atsiradimą. Jeigu intruzijos storis kinta

išilgai tįsos, reiškia yra skirtuminis (diferencialinis) sluoksnio virš intruzijos judėjimas. Lakolitai {laccoliths} panašūs į silus tuo, kad jie yra darnūs su sluoksniu po padu, bet, skirtingai nuo silų, jie išlenkia dengiantį sluoksnį, kad suformuotų kupolą (Pav. 9.1). Pavyzdžiui, Henrio kalnuose Jutoje, JAV, lakolitai yra kelių kilometrų skersmens.

Lakštinės intruzijos gali būti bet kokio dydžio, nuo kelių centimetrų iki Zimbabvės Didžiosios daikos, kuri yra beveik 500 km ilgio ir kelių km pločio. Šnekant apie tokius dydžius, yra svarbu turėti galvoje kokie magmos tūriai gali pratekėti pro kokį nors

tašką. Toks tekėjimas gali būti įrašytas uolienose kaip pirminė magminė tekstūra. Pavyzdžiui, tyrinėjant su daika susijusias struktūras, gal būti randamos vilkimo raukšlės, išplovų žymės, žvyniškai išsidėstę fenokristai, ir tėkmės foliacijos, ypatingai palei intruzijos sienas.

9.2 Struktūros susijusios su plutonais

Pirminių tekstūrų (ir struktūrų), randamų plutoninėse uolienose, prigimtis priklauso nuo gylio, kuriame intruzija sukietėjo, kadangi šios struktūros atspindi temperatūrų kontrastą tarp intruzijos ir talpinančių uolienų. Atsiminkite, kad Žemė šiltėja einant gilyn, vidutiniškai apie 10°C paviršiuje, o jos centre gali siekti iki 4000°C. Temperatūros pokytis su gyliu vadinamas geoterminiu gradientu {geothermal gradient}. Seklioje plutoje, geoterminis gradientas svyruoja tarp 20°C/km iki 40°C/km. Prie didesnių gylių, gradientas turi būti mažesnis, nes temperatūros kontinentinio Moho paviršiuje (apie 40 km gylyje) yra apie 700°C (~15°C/km), o temperatūra litosferos pade (apie 150 km gylyje) yra apie 1280°C (<10°C/km). Padidėjusio geoterminio gradiento kilmė netoli paviršiaus atsiranda dėl silicinių uolienų praturtinimo radioaktyviais elementais. Granitinė magma pradeda kristalizuotis tarp 550°C ir 800°C. Taigi, temperatūros skirtumas tarp magmos ir talpinančių uolienų mažėja su gyliu. Seklių plutonų atveju, kurie intruduoja į gylius mažesnius nei 5 km, temperatūros skirtumas tarp magmos ir talpinančių uolienų yra keletas šimtų laipsnių. Tokių intruzijų išoriniai kontaktai yra aštrūs, taigi, lengvai ir tiksliai pastebimi. Briaunėti supančių uolienų blokai plaukioja magmoje netoli kontaktų, ir talpinančios uolienos netoli kontaktų gali būti paveiktos fluidų, išsiveržusių iš

Paveikslas 9.1: Magminių intruzijų ir jų kontaktų formos.

Paveikslas 9.2: Magminė foliacija sudaryta iš lygiagrečiai išsidėsčiusių taisyklingų ir nedeformuotų kalio feldšpato kristalų (tašelių formos).

9-3

magmos, arba gali būti sukepintos (tokios uolienos vadinasi ragainiais {hornfels). Didesniuose gyliuose, temperatūros skirtumas tarp magmos ir talpinančių uolienų mažėja, ir kontaktai tampa daugiau pereinantys, iki talpinančios uolienos pačios pradeda dalinai lydytis. Mineralai, kurie lydosi prie žemesnių temperatūrų (kaip kad kvarcas ir feldšpatas) išsilydys, o atsparesni mineralai (t.y. tokie, kurie lydosi prie aukštesnių temperatūrų, pvz. amfibolas ir piroksenas) liks kietame

būvyje, nors ir suminkštėję. Lydalo judėjimas priverčia minkštus sluoksnius susiraukšlėti į netaisyklingas raukšles. Kada ši masė galiausiai atvėsta, ją sudaro tortą primenantis tamsių ir šviesių juostų kaitaliojimasis, kuris vadinasi migmatitu.

Plutonai gali turėti intruzinę foliaciją {intrusion foliation}, kuri ypatingai gerai būna išreikšta plutono pakraščiuose ir yra pusiau lygiagreti kontaktui su supančiomis uolienomis. Ši foliacija susideda iš magminės foliacijos {magmatic foliation}, kurią sudaro (pusiau)lygiagrečiai išsidėstę (sub)idiomorfiški2 (beveik) nedeformuoti kristalai (Pav. 9.2) ir pailgi talpinančių uolienų blokai, vadinami ksenolitais {xenoliths; Pav. 9.5), kurie buvo įtraukti į magmą, arba ankstesni plutoną sudarantys (buvusios magmos) pulsai. Toks raštas susidaro dėl magmos judėjimo, išorinių įtempių ir šlyties tarp magmos ir supančių uolienų. Panašiai, magminės

foliacijos susidaro daikose.

Intruzines/magmines foliacijas, susidarančias tekančioje ir besikristalizuojančioje magmoje, gali būti sunku atskirti nuo tektoninių. Tokias foliacijas sudarantys mineralai neturi žemų temperatūrų deformacijų.

Kompozicinis magminis sluoksniuotumas - kada sluoksniai vienas nuo kito skiriasi savo sudėtimi - atsiranda dar vis esant skystai magmai, judant, o ypač po truputį vėstant magmos kameroje, kristalizuojantis kristalams ir jiems grimstant. Tokios frakcinės kristalizacijos metu, kristalų sudėtis pastoviai keičiasi, nes magmos sudėtis, kristalams nusėdus, irgi keičiasi. Taip susiformuoja skirtingi sluoksniai. Kada įsiveržę nauji magmos pulsai atnaujina sudėtį, gali kristalizuotis sluoksniai, panašūs į jau buvusius. Magmoje esančių

2 Angliškoje literatūroje naudojami terminai grūdelių formai nusakyti yra euhedriniai – subhedriniai – anhedriniai, kas atitinka idiomorfiniai – hipidiomorfiniai - heteromorfiniai.

Paveikslas 9.3: Magminis sluoksniuotumas sudarytas šviesių ir tamsių “sluoksnių”. Josemito nac. parkas, JAV

Paveikslas 9.4: Šviežia Pahoehoe struktūra (viršuje) ir Pahoehoe lava uždengta Aa struktūros lava (apatinės nuotraukos tolimesnė ir kairė dalis).

Paveikslas 9.5: Lęšiškas gneisiško diorito ksenolitas lavoje.

9-4

ksenolitų ištampymas, suplojimas magmos tekėjimo metu irgi gali padėti susidaryti tokiam sluoksniuotumui (Pav. 9.3). Detalūs plutonų tyrimai gali parodyti, kad, pvz. sluoksniuotas plutonas sudarytas mafiškesnių uolienų vienoje intruzijos pusėje, o daugiau leukokratiškų kitoje. Jei sluoksniai yra išrūšiuoti, tai galima nustatyti ir pirminę „kryptį į viršų“, bet paprastai tai labai sudėtinga.

Kadangi intruzinės foliacijos susidaro uolienai besiformuojant ir nėra tiesioginė tektoninių judesių paseka, jos yra netektoninės struktūros. Tačiau gali būti sunku atskirti jas nuo tektoninių foliacijų. Plutonai, ypač granitiniai, yra mechaniškai kieti kūnai, todėl regioninės deformacijos juos apeina ir susikoncentruoja palei jų

pakraščius. Atpažinti magmines nuo tektoninių foliacijų yra sudėtinga, ir tai reikalauja regioninio ir mikrostruktūrinio tyrimo. Pavyzdžiui, jei foliacija išlieka lygiagreti intruzijos kontaktui, net jei ir kontaktas yra vingiuotas, o atskiri grūdai nerodo jokios kieto būvio deformacijos, tada foliacija tikėtinai yra magminė.

Detalus tekstūrų/struktūrų magminiuose kūnuose ir juos supančiose uolienose aprašymas yra svarbus jų tarpusavio santykių (kas ką kerta) supratimui, pvz. nustatymas, kad foliacija yra tik magminiame kūne ir jos nėra (arba ji kitokio tipo) supančiose uolienose suteikia informacijos apie tai, kad foliacija tikriausiai yra pirminė magminė, nes kitaip ji būtų vientisa su foliacija supančiose uolienose. Magminės foliacijos daug pasako apie plutonų intruziją, kartais ir apie formą.

9.3 Struktūros susijusios su ekstruzyvais

Bazaltinei lavai tekant Žemės paviršiumi, tėkmės paviršius gali susisukti į pirmines raukšles, kurios primena virvės apvijas, arba gal sutrūkinėti į netaisyklingų blokų krūvą, kuri primena brekčiją. Lavos su virve-primenančiu paviršiumi yra vadinamos pahoehoe srautais (ir struktūromis; Pav.9.4) , o lavos su blokine struktūra Aa srautais. Vijos pahoehoe lavose neturi būti sumaišytos su tektoninėmis raukšlėmis, o blokų krūvos, susidarančios dėl Aa lavų autobrekčijavimo (t.y. trūkinėjimo srautui tekant) neturėtų būti supainiotos su brekčijomis, atsiradusioms dėl tektoninių lūžių.

Jei bazaltinė lava išsiveržia į jūrą, lava staigiai stingsta, ir jos paviršius pasidengia brizgiu stiklišku paviršiumi. Slėgis stiklu apsuptoje lavoje kyla ir galiausiai pasidaro toks didelis, kad plutelė sutrūkinėja ir lavos čiurkšlės išsiveržia lauk į vandenį ir vėl staigiai sustingsta. Ši seka kartojasi dažnai ir taip susidaro srautas sudarytas iš lavos burbulų (nuo centimetrų iki metrų skersmens). Kiekvienas burbulas, vadinamas pagalve {pillow}, yra padengtas itin smulkiagrūde, iki stikliškos, medžiaga (Pav. 9.6). Pagalvės kaupiasi į dideles krūvas sudarydamos pagalvinius basaltus {pillow basalt}, kur kiekvienas pagalvių srautas užsideda ant ankstesnių pagalvių, ir, kol vis minkštoje būsenoje, prisiderina prie žemiau esančių pagalvių formos. To pasekoje, pagalvės paprastai turi apvalią viršutinę dalį ir piltuvo formos apatinę dalį ("viršūnė" {apex}) pjūvyje, ir šis požymis gali būti naudojamas nustatyti jaunėjimo krypčiai.

Kada iš išsiveržusio stratovulkano (pvz. Pelee 1902 metais) piroklastinis srautas3 nustojo judėti, medžiaga susikaupė į karštą sluoksnį, kuris galiausiai sukietėjo.

3 šoninis tekėjimas, sudarytas iš karštų dujų ir nerūšiuotos piroklasitinės medžiagos (vulkaninių uolienų fragmentų, kristalų, pelenų, pemzos ir stiklo šukių), galintis judėti dideliu (50-150 km/val) greičiu.

Paveikslas 9.6: Pagalvinės lavos sausumos atodangoje (viršuje kairėje) ir vandenyno dugne (apačioje kairėje).Tokios pagalvės turi vėsimo plutas{chilled margins} ir viršutines dalis pilnas vezikulių. Kaip parodyta schemoje, jos yra kupolo formos viršuje ir V-folmos apatinėje dalyje.

9-5

Toks sukibusių tufų4 sluoksnis, dažnai vadinamas ignimbritu {ignimbrite}. Vulkaniniai pelenai yra sudaryti iš mažyčių, raižytos formos stiklo šukių, kas atspindi staigų atvėsimą . Ką tik nusistovėjusi karšta tufinė medžiaga yra slegiama aukščiau esančios medžiagos svorio ir tankėja susiplodama ir, tuo būdu, sudarydama pirminę foliaciją igninbrituose, kuri palyginama su sluoksniuotumu.

Piroklastinės uolienos, ignimbritai ir vandenyje atklostyti tufai (vulkanoklasinės uolienos) dažnai rodo rūšiuotus sluoksniu, atvirkščiai rūšiuotus sluoksnius (su pemzos nuolaužomis viršuje), įkypą sluoksniuotumą ir kitas struktūras, kurios rodo „kryptį į viršų“. Vulkaninių ir nuosėdinių sluoksnių persisluoksniavimas irgi dažnai

4 uoliena, sudaryta iš piroklastinės medžiagos.

gali rodyti „kryptį į viršų“.

Riolitinės lavos paprastai turi neryškų spalvų juostuotumą, vadinamą tekėjimo foliacija, kuri susidarė tekant lavai iki jos pilno sustingimo. Juostuotumas susiformuoja dėl to, kad lavos nėra pilnai homogeniškos. Kadangi temperatūra lavoje nėra vienoda, atsiranda zonos, kuriuose kristalai jau yra atsiradę, kol šalimos zonos dar yra lydalo būsenoje. Dėl lavos judėjimo atsiradusi šlytis ištempia tuose nevienodumus į pusiau lygiagrečias juostas. Paprastai besitęsiantis judėjimas prieš tai susidariusias juostas suraito į raukšles, ir atodangose su tekėjimo juostuotumu aptinkamos sudėtingos pirminės raukšlės.

Vezikulės {vesicles} yra tuštumos, susidariusios dėl dujinių inkliuzų (burbuliukų), kurie, žemėjant slėgiui, susiformuoja magmoje (Pav. 9.7). Burbuliukai magmoje arba jau lavoje dėl mažesnio tankio juda aukštyn ir taip viršutinėje magmos ar lavos dalyje sudaryto skaitlingų vezikulių zoną. Taip galima nustatyti magmos „kryptį į viršų“. Vezikulės kartais būna užpildytos antriniais mineralais ir vadinamos amigdolėmis. Svarbu nesupainioti amigdolių su fenokristais, t.y. iš magmos išsikristalizavusiais, paprastai taisyklingos, idiomorfinės arba euhedrinės formos, dideliais, didesniais už supančią masę, kristalais. Amigdolės ir vezikulės besiformuodamos sudaro horizontalius sluoksnius, todėl teisingas tokių sluoksnių nustatymas gali nurodyti pirminę kūno padėtį.

Kontaktinio metamorfizmo zonos susijusios su magmos ar lavos silais ir srautais gali būti naudingos nustatyti sluoksnių kraigus bei atskirti silus nuo srautų. Kai silai įsiskverbia į nuosėdinę storymę, kontaktinis metamorfizmas vyksta abiejose jų plokštumose, ir dėl to „krypties į viršų“ nustatyti yra sudėtinga (Pav. 9.8A). Tačiau kai lavos srautas išsilieja ant paviršiaus ir dėl to metamorfizuoja tik apatinį kontaktą ir aukščiau užsiklojančios nuosėdos gali būti termiškai nepakeistos. Tuo būdu, jei plokštuminis magminis kūnas turi tik vieną metamorfizuotą kontaktą, reiškia kad priešingas to kūno kontaktas rodys „kryptį į viršų“ (Pav. 9.8B).

Paveikslas 9.7: Viršutinis pav.: Lavos srautas, kuriame vezikulės dėl mažesnio tankio kyla ir susikaupia viršuje, o gilėjant jų pastoviai mažėja, kol ant dugno {bottom of flow} (beveik) nebelieka. Apatinis pav.: Ilgainiui vezikulių tuštumos , iš hidroterminių fluidų, užsipildo mineralais (kalcitu, kvarcu, epidotu, ceolitu ir kt.) ir tokios užpildytos vezikulės vadinamos amigdolėmis.

Paveikslas 9.8: A. Magma įsiskverbė į nuosėdinę storymę ir viršutinis ir apatinis kontaktai yra metamorfizuoti. B. Lavos srautas, išsiliejęs ant paviršiaus. Kontaktinio metamorfizmo žymės yra tik pade.

9-6

9.4 Vėsimo įtrūkiai

Kada seklios intruzijos ir ekstruzijos vėsta, jos traukiasi (t.y. jų tūris mažėja). Dėl jų smulkiagrūdiškos prigimties, juose lengvai susidaro natūralūs plyšiai, kaip atsakas į su vėsimu susijusį terminį įtempį. Kada tokie plyšiai išsidėsto daugiakampiais stulpais, vadinama koloniniais įtūkiais {columnar jointing} arba stulpiniu skyrumu (Pav. 9.9). Šių įspūdingi pavyzdžiai, Velnio bokštas, Vajominge, JAV ar Milžinų kelias Airijoje traukia ne tik geologus, bet ir turistus ar kino režisierius. Ilgosios šių kolonų ašys statmenos izotermoms (vienodos temperatūros paviršiams) ir paprastai

statmenos intruzijų ar srautų riboms.

Paveikslas 9.9: Velnio bokštas Vajominge, JAV ir koloniniai įtrūkiai.