A szmektit-illit átalakulás függése a hőmérséklettol

Földtani Közlöny

124/3, 3 6 7 — 3 7 9 (1994) Budapest

A szmektit-illit átalakulás függése a hőmérséklettol Smectite-illite geothermometry

VlCZIÁN I s t v á n

1

(3 ábrával)

Összefoglalás A d o l g o z a t e l s ő r é s z e irodalmi áttekintés, a m e l y a szmektit -» illit/szmektit k e v e r t s z e r k e z e t -» illit átalakulási s o r g e o t e r m o m é t e r k é n t v a l ó alkalmazási lehetőségeit tárgyalja. A fúrási s z e l v é n y e k ásványtani v i z s g á l a t á n , valamint modellkísérleteken alapuló reakciókinetikai m o d e l l e k szerint a szmektit-hányad a z i d ó , a h ő m é r s é k l e t , a kationok, e l s ő s o r b a n a K aktivitása, valamint a z aktiválási energia f ü g g v é n y e . A s z e r v e s a n y a g h o z k é p e s t a reakció lefolyása n a g y o n l a s s ú , a k b . 3 millió é v n é l rövidebb hőhatások m á r „hirtelen" hatásoknak tekintendők, a m e l y e k r e m é g n e m v o l t ideje a z illit/szmektitnek kellő mértékben reagálni. +

Vitatott k é r d é s e k a termodinamikai é r t e l e m b e n való e g y e n s ú l y k é r d é s e , valamint a z e l e m i r é t e g e k (fundamental particles) s z e r e p e . Kifejlődtek m á s szervetlen diagenezisjelzők i s , í g y a klorit, corrensit, valamint a k o v a - á s v á n y o k . A d o l g o z a t második r é s z é b e n röviden ö s s z e f o g l a l j u k - c s e h é s s z l o v á k e g y ü t t m ű k ö d é s s e g í t s é g é v e l - a Pannon- é s B é c s i - m e d e n c e diagenetikus v i s z o n y a i t . Általában a normális s ü l l y e d é s e s b e t e m e t ő d é s i m o d e l l é r v é n y e s ü l , d e pl. a M a k ó i - á r o k b a n é s a Kelet-Szlovákiai­ m e d e n c é b e n a z átalakulás inkább a „hirtelen" hőhatás m o d e l l j é h e z áll k ö z e l . A z átalakulás h ő m é r s é k l e t i tartománya k ö z e l m e g e g y e z i k a z o l a j k é p z ő d é s zónájával.

Abstract In t h e first part o f the paper recent publications o n t h e application o f the series s m e c t i t e -» m i x e d - l a y e r illite/smectite -» illite a s g e o t h e r m o m e t e r a r e r e v i e w e d . Reaction kinetic m o d e l s b a s e d o n mineralogical studies o f d o w n h o l e s a m p l e s a n d laboratory e x p e r i m e n t s s h o w that t h e s m e c t i t e proportion d e p e n d s o n the variables t i m e , temperature, activity o f cations (especially o f K ) , and activation e n e r g y . A s c o m p a r e d with o r g a n i c matter, t h e reaction is v e r y s l o w , heat effects o f approximately l e s s than 3 million years duration a r e c o n s i d e r e d as „short life" effects. In t h e s e c a s e s n o c o m p l e t e r e s p o n s e o f t h e illite/smectite c o m p o s i t i o n t o the heat effect c a n b e expected. +

T h e r e a r e still d i s c u s s e d p r o b l e m s s u c h a s t h e p r o b l e m o f equilibrium p h a s e s in a t h e r m o d y n a m i c s e n s e and t h e theory o f fundamental particles. N e w m e t h o d s u s i n g inorganic maturity indicators such as c h l o r i t e s , corrensite and silica minerals h a v e b e e n d e v e l o p e d . In t h e s e c o n d part o f the paper a short s u m m a r y o f the studies in t h e Pannonian and V i e n n a B a s i n s is g i v e n . T h e results w e r e obtained b y c o o p e r a t i o n with C z e c h and Slovak c o l l e a g u e s . In

' M a g y a r Á l l a m i Földtani Intézet, 1 1 4 3 B u d a p e s t , Stefánia út 1 4 .

368

Földtani Közlöny 1 2 4 / 3

general, t h e normal burial m o d e l p r e v a i l s . In f e w c a s e s s u c h as in the M a k ó T h r o u g h and East S l o v a k B a s i n t h e m o d e l o f „short life" effects is m o r e appropriate. T h e temperature range o f the smectite-illite transformation nearly c o i n c i d e s with the oil generation z o n e .

K e y w o r d s : c l a y m i n e r a l s , g e o t h e r m o m e t r y , smectite, illite, Pannonian basin

Bevezetés A Pannon-medence vonatkozásában egy korábbi publikációmban már foglalkoztam ezzel a témával ( V I C Z I Á N , 1 9 8 5 ) . Jelen tanulmányomban az újabb irodalmat ismertetem, majd néhány ujabb értelmezési eredményt mutatok be.

Az újabb irodalom áttekintése A diagenezis során bekövetkező szmektit-illit átalakulás kutatása az elmúlt évtizedben reneszánszát éli. A röntgendiffrakciós, sőt bizonyos fokig az elektronmikroszkópos és izotópos vizsgálatok is szinte rutinszerűen folynak (így pl. Oroszországban a Kaukázus északi előterében levő kőolajtelepeken is, lásd N E D U M O V , 1 9 9 3 ) . A figyelem mindinkább az értelmezést elősegítő földtani és kémiai modellek kialakítása felé fordul. Ezen belül a geotermometriai alkalmazási lehetőség az egyik fő kérdés.

Közvetlen

hőmérsékleti

adatokkal

való

összehasonlítás

P O L L A S T R O (1993) az I/S (illit/szmektit) geotermométer CH-föIdtani alkalmazására hoz fel példákat, bizonyítva a H O F F M A N - H O W E R (1979)-modell érvényességét a 3 - 3 0 0 millió éves időközben és az ennél rövidebb ideig tartó hőhatások esetében, amelyekre az I/S lassan reagál:

Átalakulás

H O F F M A N - H O W E R modell

szmektit -» I/S ( R = 0 )

R ö v i d hőhatások

5 0 - 6 0 °C

változó

(R = l )

1 0 0 - 1 1 0 "C

1 2 0 - 1 4 0 "C

I/S ( R = l ) - > ( R = 3 )

170-180 °C

170-180 °C

I/S ( R = 0 ) -

POLLASTRO kiemeli az eredeti szmektit-összetétel, valamint a rétegsorok utólagos lepusztulásának jelentőségét az átalakulási görbe kialakításában. A CH-földtani alkalmazás alapja, hogy az olajképződés hőmérsékleti tartománya is a fenti hőmérsékleti intervallumba esik. Közvetlen S % - hőmérséklet görbét közöltek és a kiindulási anyagot is megkülönböztették ( „shale", „bentonité" ) áucHA és munkatársai Szlovákiában (§UCHA et al. 1991; SUCHA et al. 1993a, b). A 80-as évek idevágó irodalmából DlLL (1989) idéz néhány fontos publikációt.

VicziÁN I.: A szmektit-illit átalakulás f ü g g é s e a hőmérséklettől

Közvetett

hőmérsékleti

adatokkal

való

369

összehasonlítás

Közvetetten a hőmérsékletre következtethetünk a vitrinitreflexióval való összehasonlításból. A publikációk egy részéből az 1992. évben szerkesztettünk összehasonlító diagramot S és R„ között (HÁMOR-ViDÓ é s VicziÁN, 1993). V E L D E és L A N S O N ( 1 9 9 3 ) a rövid ( 1 0 ezer éves nagyságrendű, pl. Salton Sea, California) és a hosszú (pl. paleozóos-mezozóos rétegek a Párisi-medencében) hőhatások megkülönböztetésére is felhívják a figyelmet. S C H E G G - n e k ( 1 9 9 2 ) a svájci Molasszmedencére vonatkozó adatai közül az I / S adatok kevésbé pontosak, de a kapott összefüggés regionális értelemben alapjában v é v e j ó . Rövid távú hőhatás a termálvizektől is eredhet (Rajna-árok, TODOROV et al., 1 9 9 3 ) . Idősebb képződményekkel foglalkozik HiLLiER és C L A Y T O N ( 1 9 8 9 , devon) és BÜHMANN ( 1 9 9 2 , perm). Ez utóbbi publikáció Dél-Afrikából bonyolult földtani esetet ír le, ahol a diagenezisfok kialakításában do 1er it intrúziók hőhatása is szerepet játszott. E z lehet az oka, hogy az általa kapott S % - R„ % összefüggés nem hasonlít semmi más, eddig általam ismert lelőhelyére sem. A Makói-árok egy részére M Á T Y Á S J. is kész/tett ilyen komplex diagenetikus modellt (magyarországi előadás: 1 9 9 4 . január 6 . , Budapest, M O L Rt.). Saját vizsgálataim Nigériában a Benue-árokban hidrotermális érctelepek környékén mutattak ki összefüggést S % ill. az illit kristályossági fok és R„ között. A szmektit illitesedésében ki lehetett mutatni egy regionálisan ható betemetődési és egy lokális hidrotermális hőhatást ( A K A N D E és VicziÁN 1 9 9 3 , 1 9 9 4 ) .

Az átalakulás

mechanizmusának

modelljei

E B E R L (1993) három kémiai folyamatot különböztet meg a szmektit-illit átalakuláson belül: 1. Szmektit átalakulása i l l i t t é ( > 5 8 % S). 2. Iliit kristályosodása (szmektit egyidejű feloldódása mellett ( 5 8 - 2 0 % S). 3 . A z illit átkristályosodása az Ostwald-féle érési folyamat (Ostwald ripening) következtében ( _ 2 0 % S). E B E R L szerint a 2. folyamat 8 0 ° С körül indul meg, az illit kristályosodásához szükséges K a káliföldpátból ered, amelyet - többek között - a kerogén éréséből felszabaduló H ionok oldanak fel. így a CH-képződés katalizálja az illitképződést, és nem fordítva, mint régebben gondolták. Lényegében a fenti 3 szakasz meglétét támasztja alá B U A T I E R , P E A C O R és O ' N E I L (1992), valamint S U C H A , E L S A S S és V A S S (1993) is. +

+

Reakciókinetikai

modellek

A z átalakulási reakció kinetikáját tanulmányozva P Y T T E és R E Y N O L D S (1989) egy ötödrendű kinetikai egyenlettel találtak j ó egyezést. Maguk is csak formálisnak tartják ezt a modellt („that is difficult to reconcile with physical-chemical principles"), a valóságban több elemi reakció láncolata lehet a helyes megoldás. A modell-terület egy magmás intrúzió környezete volt. H U A N G et al. (1993) laboratóriumi modellkísérletek

Földtani Közlöny 1 2 4 / 3

370

alapján j ó egyezést kaptak egy másodrendű egyenlettel. V E L D E és V A S S E U R (1992) olyan kinetikai modellt állítottak fel, amely lényegében az E B E R L (1993)-féle 1. és 2. zónának megfelelő két lépéssel közelítette az átalakulást. Egyelőre azonban a H U A N G és a V E L D E - f é l e megközelítés eredményei nagyon távol vannak egymástól. V E L D E és V A S S E U R - H U A N G és munkatársaival ellentétben - nem laboratóriumi kísérletekből indult ki, hanem feltételezte előre a kinetikai egyenlet alakját, és annak paramétereit közelítette a ftírásszelvények empirikus adatai alapján. Feltételezték, hogy a szmektit-illit átmenet elsőrendű reakció formájában írható le: dS/dt = -kS, ahol S = szmektit-hányad, t = idő, к = reakcióállandó. Ebből S =

s^-" v

ahol S = szmektit-hányad a reakció megindulásakor, ami nem feltétlenül e l l , hogy 1, azaz 100 % legyen. A reakcióállandó az Arrhenius-egyenlet alapján: 0

k(t) = A e

E / R T (

"

ahol E = aktivációs energia, R = univerzális gázállandó, T = hőmérséklet (°K), A = preexponenciális tényező, к időfüggését fejezi ki a k(t) írásmód, ami a földtani modellben a hőmérséklet időfüggése, T(t) révén valósul meg. Végül is egy t időben leülepedett réteg jelenlegi szmektit-hányadát a következő kifejezés írja le:

S(t)=S e 0

-fe

1

J

e

Ha a hőmérséklet t növekedésével nő, ez a kifejezés a 0 felé közelít, a tapasztalati megfigyelésekkel összhangban. E kifejezéssel számolva jól sikerült közelíteni az átalakulás jellegzetes „fordított S" alakját a mélység-szmektit diagramon, de még nem kaptak jól egyező A és E értékeket. Ezért a reakciót két részre bontották: szmektit (R = 0) -> I/S (R = 1) és I/S (R = 1) -» illit. A z ezekre kapott A,, E, és A , E paraméterekkel már több medencében j ó egyezést kaptak a kísérletileg mért adatokkal. Szerintük a reakció nagyon érzékeny az időre, és sokkal kevésbé a hőmérsékletre. 2

2

VicziÁN I.: A szmektit-illit átalakulás f ü g g é s e a hőmérséklettől

371

H U A N G és munkatársai a laboratóriumi modellkísérletekből kiindulva úgy találták, hogy j ó közelítés egy másodrendű kinetikai egyenlet, amely a szmektit-hányad változását a

-dS/dt = k ' S

2

alakban írja le, ahol a jelölések megegyeznek az előzőekben tárgyaltakkal. Ha a K ionok aktivitását is külön tekintetbe vesszük, a +

-dS/dt = к [ K ] S

+

2

összefüggést kapjuk, ami az. Arrhenius-egyenlettel kombinálva a következő alakra hozható: +

7

-dS/dt = A [ K ] S ' e ^ * , +

E z a kifejezés a V E L D E - f é l é t ő l abban különbözik, hogy [ K ] - t is figyelembe veszi, emiatt A nem is lehet még hasonló sem, mint az előző modellben. Ezen kívül S a négyzeten szerepel benne. A z látható a fenti képletből, hogy a szmektit-hányad csökkenési sebessége (-dS/dt) egyenesen arányos a pórusvíz K -aktivitásával és nagyobb, ha a meglévő szmektithányad még nagy, valamint hogy a hőmérséklet növelésével a szmektit-hányad az +

J.

e

T

típusú függvény szerint gyorsabban csökken. H U A N G et al. kiemelik, hogy a hőmérséklet a szmektit-átalakulás sebességét meghatározó legfontosabb tényező. A hőmérséklet hatásán túlmenően korrekciós faktorokat vezettek be a többi fontos kation ( N a , M g , C a ) hatásának figyelembevételére is. Ezekkel számolva lehetővé válik a pórusvízzel való kölcsönhatás modellezése is. +

+ +

+ +

A z ismertetett modellekben a kapott aktivációs energiák eléggé eltérők, de azért nagyságrendileg hasonlók: PYTTE VELDE

HUANG

és és

REYNOLDS VASSEUR

(1989): (1992):

et al. (1993):

3 3 , 2 kcal/mol = 139,0 U / m o l (1) 6 9 , 7 kJ/mól (2) 3 7 , 4 kJ/mól 28 kcal/mol = 117,2 kJ/mól

Termodinamikai

meggondolások

Tovább tart a vita arról, hogy a természetben előforduló, nem egész-számú mólará­ nyokkal jellemzett összetételű szmektit és illit ásványok, valamint ezek kevert szerkezetei termodinamikai értelemben egyensúlyi fázisok-e, vagy sem. P E A C O R és munkatársai LlPPMANN korábbi megállapításával értenek egyet, és nem tekintik ezeket a reális ásványokat egyensúlyi fázisoknak. Megfogalmazásuk szerint az Ostwald-féle

372

Földtani

Közlöny

124/3

lépcsős szabály értelmében a „nem-stabil szmektit" feloldódik és helyette „metastabil illit" kristályosodik a szmektit - illit átalakulás során (BUATIER et al. 1992). Ugyanakkor A J A és R O S E N B E R G (1992) éles támadást indítottak L I P P M A N N szemlélete ellen, és vizes oldási kísérletekre, valamint L I P P M A N N érvelése állítólagos hibáira hivatkozva stabil fázisoknak tartják a természetben előforduló különböző összetételű szmektiteket és illiteket. R A N S O M és H E L G E S O N (1993) szerint a szmektitek és ülitek nem stabil fázisok, de összetételük kisebb változatosságot mutat, mint korábban, keverékek elemzése alapján feltételezték. Mind a szmektitek, mind az ülitek 3 - 3 komponens szilárd oldatának tekinthetők, de ezek a komponensek még maguk sem termodinamikai fázisok, hanem további, ideális szélső tagok (pl. ideális muszkovit, pirofülit stb.) szilárd oldatának tekinthetők. A z így jellemzett ülitek és szmektitek kevert szerkezetei viszont nem tekinthetők e komponensek szilárd oldatának, hanem csak szoros összenövési (intimate intergrowth) vagy helyettesítési (replacement) jelenségeknek tekinthetők.

Röntgendiffrakciós

módszertani

fejlesztés

Az elektronmikroszkópia kifejlődése bizonyos mértékig megkérdőjelezte a hagyományos röntgendiffrakciós módszerrel kapott szmektit-hányadok megbízhatóságát, különösen azáltal, hogy a röntgennel szmektitnek tekintett rétegek egy részét az elemi illit szemcsék (fundamental particles) közötti szemcsehatárnak tekintette, amely diffrakciósán szmektitként viselkedik (interparticle diffraction). Feltételezték, hogy e szemcsehatárok számát, és ezzel együtt a látszólagos szmek ti (hányadot az előkészítés során alkalmazott diszpergálással nagymértékben befolyásolni lehet. Erre reagál R E Y N O L D S cikke (1992): ő részletes laboratóriumi kísérletekkel bizonyította, hogy az előkészítés nem változtatja meg az összetételt. Bevezette az elemi illit-rétegek egymásrakövetkezésének jellemzésére a turbosztratikus indexet, és kimutatta, hogy az lineárisan összefügg a duzzadó rétegek hányadával, vagyis minél nagyobb a szmektithányad, annál inkább turbosztratikus a rétegek egymásrakövetkezése. LANSON és B E S S O N (1992) a különböző csillámok és kevert szerkezetek bázisreflexióiból összetevődő komplex csúcs dekonvolúciójára dolgoztak ki módszert, amellyel a törmelékes csillám és a diagenetikusan képződött fázisok elkülöníthetők. A szmektit-hányad meghatározására a már klasszikusnak számító P E R R Y és H O W E R - , valamint áRODON-féle módszerek mellett ТомгГА, T A K A H A S H I és W A T A N A B E (1988) is közöltek határozó görbéket. A változások a szmektit elfogyása után az illiten belül a politípia lM-ből 2M,-be való átalakulását hozzák, ennek a nyomonkövetését szolgálja T E T T E N H O R S T és C O R B A T Ó (1993) röntgendiffrakciós módszere. R E Y N O L D S és T H O M S O N (1993) egy valószínűleg nem centroszimmetrikus politíp módosulatú íHitet írt le homokkő pórusteréből, amelynek pordiffraktogramja а 3T típuséhoz hasonlít.

V i c z i Á N I.: A szmektit-illit átalakulás f ü g g é s e a h ő m é r s é k l e t t ő l

Az illit/szmektittel

párhuzamosan

használható

373

geotermométerek

A szerves anyag átalakulását mint párhuzamosan folyó diagenetikus folyamatot már említettük. A szervetlen ásványok közül jól használható hőfokjelzésre az opál-A -» opál-CT -» kvarc átalakulás is, ez utóbbi hőfoka: 7 5 - 8 5 °C ( P O L L A S T R O , 1993). Mind többen felfedezik a kloritokat is mint diagenezisjelző ásványokat. Az anchizónára Á R K A I (1991) alkalmazta sikerrel a „klorit kristályossági fokot". H I L L I E R és V E L D E (1991) elektronmikroszondával kimutatta, hogy a diagenetikus kiontok összetétele törvényszerűen változik a hőmérséklettel. A kiontok geotermometriára való felhasználhatóságáról D E C A R I T A T et al. (1993) készítettek irodalmi áttekintést. Külön téma a kristálykémiai összetétel mellett a politípia hőmérsékletfüggése, amely még nem ad egyértelmű összképet ( W A L K E R , 1993). A kiontok rokonsági körébe tartozó kevert szerkezetek közül a corrensit önálló ásványfázis mivolta mellett érvelt S H A U , P E A C O R és E S S E N E (1990). A corrensit/klorit szabálytalan kevert szerkezet viszont már a corrensit további diagenetikus átalakulását jelző átmeneti terméknek tekintendő ( H I L L I E R , 1993). Ezt bizonyos fokig én is feltételeztem (VicziÁN, 1990), de végüli s a mecseki triász corrensit/klorit kevert szerkezetei esetében inkább az ülepítő közeg kémiai összetételének változása látszott valószínűbb oknak (VicziÁN, 1993). A Pannon-medencebeli adatok értelmezése 1993-ban a hőmérséklet és a szmektit-hányad összefüggését vizsgáltuk egy szlovák­ magyar összehasonlítás keretében a Pannon-medence különböző részein, valamint a Bécsi-medencében ( F R A N C U et al., 1993). Itt azokat a közvetlen hőmérsékleti és szmektit-hányad adatokat használtuk fel, amelyek az egyes fúrásokra nézve már régebben rendelkezésre állottak ( 1 . ábra). A Magyarországra eső részmedencékben a következő fúrásokat vettük figyelembe: Dráva-medence: Gyékényes-1. Somogyudvarhely-2. Makói-árok és DK-Alföld: Hód-I. Bácsalmás-I. Domaszék-1. Sarkadkeresztúr-ÉNy-2. Nagykunsági-medence: Endrőd-3. Gyoma-1. Kunszentmárton-1. Zalai-medence: Csesztreg-I. Zebecke-2.

374

Földtani Közlöny 1 2 4 / 3

1. ábra. A h ő m é r s é k l e t változása a m é l y s é g f ü g g v é n y é b e n a z e g y e s r é s z m e d e n c é k b e n .

Fig. I. Variation of temperature versus subsurface depth in partial depressions of the Pannonian and Vienna Basins. Az

e g y e s r é s z m e d e n c é k rövidítései: E . S L O V :

medence,

DANUBE:

Kisalföld,

M A K O + B:

Kelet-Szlovákiai-medence, Makói-árok é s

VIENNA:

Békési-medence

Bécsi­

(DK-Alföld),

D R Á V A : Dráva-medence, Z A L A : Zalai-medence, N G K U N : Nagykunsági-medence.

Abbreviations of the subbasins: E.SLOV: East Slovakian, MAKO+B: Makó Through and Békés (S E. Great Hungarian Plain), NGKUN: Nagykunság Basin. A z ábrákat J. Francu szerkesztette ( 1 9 9 3 ) .

The figures were constructed by J. Francu (199s).

V i c z i A N I . : A szmektit-illit átalakulás f ü g g é s e a h ő m é r s é k l e t t ő l

375

A szmektit-hányad változását a mélység függvényében a 2 . ábra mutatja be részmedencénként. A görbék lefutása és az átalakulási zóna nagyon különböző mélysége megegyezik a hasonló célú megelőző kutatási eredményeinkkel ( H Á M O R - V I D Ó és VICZIÁN, 1993). V E L D E és V A S S E U R (1992) összeállításában az átalakulás fö szakaszának mélysége a viszonylag fiatal, harmadidőszaki rétegeket harántolt texasi fúrások lefutásához hasonlít. Ezekben a geotermikus gradiens kisebb, az eltelt idő viszont nagyobb, mint a Pannon-medencében, mutatva e két fő változó, a hő és az idő ellentétes hatását.

2. ábra. A s z m e k t i t - h á n y a d ( S ) v á l t o z á s a a m é l y s é g f ü g g v é n y é b e n az e g y e s r é s z m e d e n c é k b e n .

Fig. 2. Variation of smectite proportion (S) versus subsurface depth in partial depressions of the Pannonian and Vienna Basins.

376

Földtani

Közlöny

124/3

Ha a szmektit-hányadot nem a mélység, hanem a jelenlegi hőmérséklet függvényében ábrázoljuk, az egyes részmedencékre utaló pontok sokkal jobban tömörödnek, és bizonyos - felfelé növekvő - szórással egy egységes trendvonallal jellemezhetők ( 3 . ábra). Érdekes, hogy a magyar adatok középső helyet foglalnak el a két szélsőségként megjelenő Kelet-Szlovákiai-medence és a Bécsi-medence között. Kivételt képeznek az általános tendencia alól a Hód-I. fúrás nagyhőmérsékletű részéből kikerült minták ( 1 7 5 - 2 2 0 °C), ezek rendkívüli viselkedése még mindig nem tisztázott. A mintapontok tőmörödése ellenére még mindig észrevehető különbségek vannak az egyes részmedencék között, elsősorban feltehetően a nőtörténet különbségei következtében. A szmektit-hányadok (S) változását a hőmérséklet függvényében részletesebben tekintve j ó egyezés látszik a P O L L A S T R O (1993) által összefoglalt törvényszerűségekkel, valamint több más, az irodalmi áttekintésben említett adattal: 1. Kis hőmérsékleten S szórása nagy, valószínű, hogy a kiindulási anyagban a terrigén törmelékes üledékek esetén S = kb. 80 % és nem 100 %. 2. A közös trendvonalat tekintve a kiindulási szmektitből az átalakulás valahol 6 0 °C táján indul meg, és ha az R = 1 típusú l/S határát 4 0 % S-nél húzzuk meg, akkor az (R = 0) -* (R = 1) átalakulás hőmérséklete az irodalmi adatokkal összhangban 1 0 0 - 1 1 0 ° C körül van. Az (R = 1) -»(R = 3) átmenetet S R O D O N (1980) nyomán S = 2 0 %-nál véve ennek hőmérséklete viszonylag kicsi, 140 °C körül van. A trendvonal lefutásában a törés azonban inkább lejjebb, 1 6 0 - 1 7 0 °C körül látszik, ami már közelebb van a Pollastro által megadott 1 7 0 - 1 8 0 °C hőmérséklethez. 3. A 3. ábra diagramján a Kelet-Szlovákiai-medence és a Hód-I. fúrás anyaga helyezkedik el legalul, vagyis az adott S %-ot nagyobb hőfokon éri el, mint a többi részmedence anyaga. Itt a szmektit -» I/S átalakulás 9 0 °C-ra és az (R = 0) -» (R = 1) átalakulás 1 2 0 - 1 3 0 °C-ra tehető, ami a rövid hőhatásnak kitett medencékre jellemző. 4. Ami a K ion hatását illeti, még nem készültek rendszeres vizsgálatok a rétegvizek kémiai összetételének hatásáról. Annyi az eddigi adatokból is látszik, hogy lefelé a Pannon-medencében is elfogy egy bizonyos mélység alatt a káliföldpát, bizonyára a diagenetikus feloldódás következtében. 0

+

Összefoglalás Mind több vizsgálat igazolja, hogy a szmektit -» illit átalakulás egyes szakaszai meghatározott hőmérséklet-tartományban mennek végbe, és így a folyamat megfelelő földtani értelmezés mellett hőmérsékletjelzésre használható. A Pannon-medence magyarországi és szlovákiai részében végzett vizsgálatok adatai j ó összhangban vannak az irodalmi adatokkal, és az átalakulás tényezői közül a hő mellett a kiindulási összetétel és az idő hatását is tükrözik.

VicziÁN I.: A szmektit-illit átalakulás f ü g g é s e a hőmérséklettől

20

40

60

80

377

100

% S in I/S 3 . ábra. A szmektit-hányad (S) v á l t o z á s a a h ő m é r s é k l e t f ü g g v é n y é b e n a z e g y e s r é s z m e d e n c é k b e n é s a k ö z ö s trendvonal. Fig. 3. Variation of smectite proportion

(S) versus temperature in partial depressions

of the

Pannonian and Vienna Basins.

Irodalom - References A M , S . U . , ROSENBERG, P . E . ( 1 9 9 2 ) : T h e t h e r m o d y n a m i c status o f c o m p o s i t i o n a l l y - v a r i a b l e c l a y minerals: a discussion.- Clays Clay Min. 4 0 / 3 , 2 9 2 - 2 9 9 .

378

Földtani

Közlöny

124/3

A K A N D E , S.O., V i c z i Á N , I. ( 1 9 9 3 ) : Studies o f burial metamorphism in the Cretaceous sediments o f the southern B e n u e T r o u g h and Anambra Basin, Nigeria (abstract). - Annual M e e t i n g o f the Nigerian A s s . Petrol. Explorationists, 1 9 9 3 , L a g o s . A K A N D E , S.O., V i c z i Á N , I. ( 1 9 9 4 ) : lllite crystallinity and smectite contents o f m i x e d - l a y e r illite/smectites in U p p e r Cretaceous shales o f the B e n u e T r o u g h , N i g e r i a . - (in prep.) A R K A I , P. (1991): Chlorite crystallinity: an empirical approach and correlation with illite crystallinity, coal rank and mineral facies as exemplified by P a l e o z o i c and M e s o z o i c rocks of northeast H u n g a r y . - J. M e t a m . G e o l . 9 , 7 2 3 - 7 3 4 . B U A T I E R , M . D . , P E A C O R , D . R . , O ' N E I L , J.R. ( 1 9 9 2 ) : Smectite-illite transition in Barbados accretionary w e d g e sediments: Т Е М and A E M e v i d e n c e for dissolution/crystallization at l o w temperature. - C l a y s Clay M i n . 4 0 / 1 , 6 5 - 8 0 . B Ü H M A N N , С. 1 9 9 2 : Smectite-to-illite c o n v e r s i o n in a geothermally and lithologically c o m p l e x Permian sedimentary s e q u e n c e . - C l a y s C l a y M i n . 4 0 / 1 , 5 3 - 6 4 . D E C A R I T A T , P . , H U T C H E O N , I. & W A L S H E , J. L . ( 1 9 9 3 ) : Chlorite g e o t h e r m o m e t r y : a r e v i e w . - C l a y s Clay M i n . 4 1 / 2 , 2 1 9 - 2 3 9 . D I L L , H . ( 1 9 8 9 ) : F a c i e s and p r o v e n a n c e analysis o f U p p e r Carboniferous to L o w e r Permian fan s e q u e n c e s at a c o n v e r g e n t plate margin, using phyllosilicates, h e a v y minerals and rock fragments ( E r b e n d o r f T r o u g h , F . R . G . ) . - S e d . G e o l . 6 1 , 9 5 - 1 1 0 . E B E R L , D . D . ( 1 9 9 3 ) : T h r e e z o n e s for illite formation during burial diagenesis and m e t a m o r p h i s m . - Clays C l a y M i n . 4 1 / 1 , 2 6 - 3 7 . F R A N C U , J., S U C H A , V . & V i c z i Á N , I. ( 1 9 9 3 ) : Expandability as related to diagenesis and geothermal conditions in the W e s t Carpathian - Pannonian region (Central Europe) (abstract). - Geol. S o c . A m . , North-Central S e c t . , 27th Annual M e e t i n g , Rolla, Missouri. Abstracts with Programs 2 5 . 3 . 1 7 . HÁMOR-VIDÓ, M . , VICZIÁN, I. ( 1 9 9 3 ) : Vitrinite reflectance and smectite content o f m i x e d - l a y e r illite/smectites in N e o g e n e s e q u e n c e s o f the Pannonian Basin, Hungary. - Acta Geol. H u n g , (in prep.) HlLLIER, S. ( 1 9 9 3 ) : Origin, d i a g e n e s i s , and mineralogy o f chlorite minerals in D e v o n i a n lacustrine m u d r o c k s , Orcadian Basin, Scotland. - Clays Clay M i n . 4 1 / 2 , 2 4 0 - 2 5 9 . HlLLIER, S . , C L A Y T O N , T . ( 1 9 8 9 ) : Illite/smectite diagenesis in D e v o n i a n lacustrine m u d r o c k s from northern Scotland and its relationship to organic maturity indicators. - Clay M i n . 2 4 , 181-196. HlLLIER, S . , V E L D E , В. ( 1 9 9 1 ) : Octahedral o c c u p a n c y and the c h e m i c a l composition o f diagenetic (low-temperature) chlorites. - C l a y M i n . 2 6 , 1 4 9 - 1 6 8 . H O F F M A N , J., H O W E R , J. ( 1 9 7 9 ) : Clay mineral a s s e m b l a g e s as l o w grade

metamorphic

g e o t h e r m o m e t e r s : application to the thrust faulted disturbed belt o f M o n t a n a , U . S. A . In S C H O L L E , P. A . , S C H L U G E R , P. R. (ed.): A s p e c t s o f D i a g e n e s i s . S E P M S p e c . Publ. 2 6 , 55-79. H U A N G , W u u - L i a n g , L O N G O , J. M . & P E V E A R , D . R. ( 1 9 9 3 ) : A n experimentally derived kinetic m o d e l for smectite-to-illite c o n v e r s i o n and its u s e as a g e o t h e r m o m e t e r . - Clays Clay M i n . 41/2, 1 6 2 - 1 7 7 . L A N S O N , В . , B E S S O N , G. ( 1 9 9 2 ) : Characterization o f the end o f smectite-to-illite transformation: d e c o m p o s i t i o n o f X-ray patterns. - C l a y s Clay M i n . 4 0 / 1 , 4 0 - 5 2 . MÁTYÁsJ. (1994): N é h á n y hazai pannon/pontusi formációnk diageneziséről. Előadás, M O L Rt., Budapest, 1 9 9 4 . j a n . 6. (Lecture, in Hungarian) N E D U M O V , R. I. ( 1 9 9 3 ) : Problemü litologii, g e o h i m i i i paleogeografii kajnozojszkih otlozsenij Predkavkaz'ja. S z o o b s c s e n i e 1. О szvjazi uszlovij formirovanija s z litologiej i g e o h i m i e j majkopszkih o t l o z s e n i j . - Litol. i p o l e z n . i s z k o p . 6 , 3 6 - 5 4 . PoLLASTRO, R. M . ( 1 9 9 3 ) : Considerations and applications o f the illite/ smectite g e o t h e r m o m e t e r in h y d r o c a r b o n - b e a r i n g rocks o f M i o c e n e to Mississippian a g e . - C l a y s Clay M i n . 4 1 / 2 , 119-133.

379

VicziÁN I.: A szmektit-illit átalakulás f ü g g é s e a h ő m é r s é k l e t t ő l

P Y T T E , A . M . , R E Y N O L O S , R. С . ( 1 9 8 9 ) : . T h e thermal transformation o f s m e c t i t e to illite. In N A E S E R , N . , McCULLOH, T . H . ( e d . ) : T h e r m a l H i s t o r y o f S e d i m e n t a r y B a s i n s . S p r i n g e r , N e w York, RANSOM,

133-140.

В., HELQESON,

H. C. (1993): Compositional e n d members and thermodynamic

c o m p o n e n t s o f illite and dioctahedral a l u m i n o u s s m e c t i t e solid s o l u t i o n s . - C l a y s C l a y M i n . 41/5,

537-550.

REYNOLDS, R . C . Jr. (1992): X - r a y diffraction studies o f illite/smectite from r o c k s , randomly

< 1 /im

oriented p o w d e r s , a n d < 1 / í m oriented p o w d e r a g g r e g a t e s : t h e a b s e n c e o f

l a b o r a t o r y - i n d u c e d artifacts. - C l a y s C l a y M i n . 4 0 / 4 , 3 8 7 - 3 9 6 . R E Y N O L D S , R. C . J r . , T H O M S O N , C . H . ( 1 9 9 3 ) : Illite from t h e P o t s d a m S a n d s t o n e o f N e w Y o r k : a p r o b a b l e n o n c e n t r o s y m m e t r i c m i c a structure. - C l a y s C l a y M i n . 4 1 / 1 , 6 6 - 7 2 . SCHEGG, R. (1992): Coalification, s h a l e d i a g e n e s i s and thermal m o d e l l i n g in t h e A l p i n e F o r e l a n d b a s i n : the W e s t e r n M o l a s s e basin (Switzerland/ F r a n c e ) . - O r g . G e o c h e m . 1 8 / 3 , 2 8 9 - 3 0 0 . SHAU,

Y.-H.,

PEACOR,

D.

R.

&

ESSENE,

E.

J.

(1990)

Corrensite

c h l o r i t e / c o r r e n s i t e in metabasalt from northern T a i w a n : T E M / A E M ,

and

EMPA,

mixed-layer X R D , and

o p t i c a l s t u d i e s . - Contr. M i n . Petr. 1 0 5 , 1 2 3 - 1 4 2 . S R O D O N , J. ( 1 9 8 0 ) : P r e c i s e identification o f illite/smectite interstratifications b y X - r a y p o w d e r diffraction. - C l a y s C l a y M i n . 2 8 / 6 , 4 0 1 - 4 1 1 . S U C H A , V . , E L S A S S , F . & V A S S , D . ( 1 9 9 3 ) : D i a g e n e t i c illitization o f s m e c t i t e from t h e s h a l e s o f t h e D a n u b e b a s i n . - A c t a G e o l . H u n g , (in p r e p . ) S U C H A , V . , K R A U S , I., G E R T H O F F E R O V Á , H . , P E T E S , J. & S E R E K O V Á , M . ( 1 9 9 3 ) : S m e c t i t e t o illite c o n v e r s i o n in b e n t o n i t e s and shales o f the East S l o v a k B a s i n . - C l a y M i n . 2 8 , 2 4 3 - 2 5 3 . S U C H A , V . , K R A U S , I., P E T E S , J. & F R A N C U , J. (1991): D i a g e n e s i s o f t w o s m e c t i t e t y p e s in t h e E a s t S l o v a k i a n B a s i n . - P r o c . 7th E u r o c l a y C o n f . , D r e s d e n , 1 9 9 1 , 1 0 2 5 . T E T T E N H O R S T , R. T . , CoRBATÓ, С . E . ( 1 9 9 3 ) : Quantitative a n a l y s i s o f mixtures o f 1 M a n d 2 M , d i o c t a h e d r a l m i c a s b y X - r a y diffraction. - C l a y s C l a y M i n . 41/1, 4 5 - 5 5 . T O D O R O V , I., SCHEGG, R. & WlLDI, W . ( 1 9 9 3 ) T h e r m a l maturity and m o d e l l i n g o f M e s o z o i c and C e n o z o i c s e d i m e n t s in t h e south o f the R h i n e Graben and the Eastern Jura ( S w i t z e r l a n d ) . - E e l . Geol. Helv. 8 6 / 3 , 6 6 7 - 6 9 2 . Т О М Г Г А , К . , T A K A H A S H I , H . & W A T A N A B E , T . ( 1 9 8 8 ) : Quantification c u r v e s for m i c a / s m e c t i t e interstratifications b y X - r a y p o w d e r diffraction. - C l a y s C l a y M i n . 3 6 , 2 5 8 - 2 6 2 . V E L D E , В . , L A N S O N , В . ( 1 9 9 3 ) : C o m p a r i s o n o f I/S transformation and maturity o f o r g a n i c matter at e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . - C l a y s C l a y M i n . 4 1 / 2 , 1 7 8 - 1 8 3 . V E L D E , В . , V A S S E U R , G ( 1 9 9 2 ) : Estimation o f the d i a g e n e t i c s m e c t i t e to illite transformation in time-temperature space. - A m . M i n . 7 7 , 9 6 7 - 9 7 6 . VicziÁN, I. ( 1 9 8 5 ) : D i a g e n e t i c transformation o f m i x e d - l a y e r illite/smectites in d e e p z o n e s o f the P a n n o n i a n B a s i n ( H u n g a r y ) . - 5th M e e t i n g o f t h e E u r o p e a n C l a y G r o u p s , P r a g u e , 1 9 8 3 , 135-140. VICZIÁN, I. ( 1 9 9 0 ) : T r a n s f o r m a t i o n o f c o r r e n s i t e in d e e p z o n e s o f d i a g e n e s i s , M e c s e k M t s . , S . H u n g a r y . - "Phyllosilicates as indicators o f v e r y l o w g r a d e m e t a m o r p h i s m a n d d i a g e n e s i s " , C o n f e r e n c e in M a n c h e s t e r , 1 9 9 0 . Abstracts. VicziÁN, I. ( 1 9 9 3 ) : C l a y m i n e r a l o g y o f M i d d l e T r i a s s i c evaporitic and carbonate r o c k s , M e c s e k Mts.

( S . H u n g a r y ) . - 11th Conf. C l a y M i n . Petr., C . B u d e j o v i c e , 1 9 9 0 , D 5 - 1 4 4 . ( E d . b y

KONTA, J . ) . U n i v . K a r l o v a , Praha. WALKER, J. R. ( 1 9 9 3 ) : Chlorite p o l y t y p e g e o t h e r m o m e t r y . - C l a y s C l a y M i n . 4 1 / 2 , 2 6 0 - 2 6 7 .