Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek kémiai összetétele alapján

Földtani Közlöny 135/3, 433-458. (2005) Budapest

Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek kémiai összetétele alapján Characterization of palaeoenvironment based on chemical composition of siliciclastic sedimentary rocks R. VARGA Andrea

1

(9 ábra, 2 táblázat) Tárgyszavak:

homokkő, pélit, teljes kőzetgeokémia,

lehordási terület, mállás, poszteróziós hatások, lemeztektonikai helyzet Keywords: sandstone, shale, bulk-rock geochemistry, provenance, source-area weathering, post-erosional effects, tectonic setting

Abstract The chemical record of clastic sedimentary rocks is affected b y factors such as dominant mineralogy, provenance, tectonic setting, source-area weathering, hydrodynamic sorting processes during transport and sedimentation, post-depositional diagenetic reactions, regional metamorphism, and hydrothermal alteration. This review presents a brief summary on the fundamentals of wholerock geochemistry of siliciclastic sedimentary rocks, and intends to reach a Hungarian readership.

Összefoglalás A törmelékes üledékes kőzetek kémiai összetételét döntően az uralkodó ásványos összetétel, a lehordási terület nagytektonikai helyzete, kőzetösszetétele és mállási viszonyai, a hordalékszállítást és az üledékképződést kísérő hidrodinamikai osztályozódás, a leülepedést követő diagenetikus reak­ ciók, a regionális metamorfózis, valamint utólagos hidrotermális átalakulási folyamatok határozzák meg. Ez a tanulmány rövid áttekintést nyújt a sziliciklasztos kőzetek teljes kőzetgeokémiai adatainak értelmezési lehetőségeiről.

Bevezetés A sziliciklasztos k ő z e t e k (konglomerátumok, breccsák, h o m o k k ö v e k , pélitek) kémiai összetételét több, egymással szoros kapcsolatban álló környezeti tényező befolyásolja, a m e l y e k a légköri és vízcirkuláció összetett folyamatainak, valamint a hőmérséklet változásának hatását tükrözik. Az üledékgyűjtő m e d e n c é b e jutó törmelékes k o m p o n e n s e k minőségét és mennyiségi arányát - a lehordási terület geológiai adottságain túl - uralkodóan a fizikai és a kémiai mállás folyamatai h a t á r o z z á k m e g ( N E S B I T T et al. 1 9 8 0 ; N E S B I T T & Y O U N G 1 9 8 2 , 1 9 8 4 ; H A R N O I S 1 9 8 8 ; FEDO

et al. 1 9 9 5 , 1 9 9 6 ; G A I L L A R D E T et al. 1 9 9 9 ; C U L L E R S 2 0 0 0 ) . A törmelékes

üledékes k ő z e t e k kémiai összetételét azonban a szállítás és a leülepedés módja, valamint hidrodinamikai viszonyai (a szemcsék eltérő átmérőjéből és sűrűsé­ géből adódó különbségek), az üledékgyűjtő m e d e n c e típusa (lemeztektonikai helyzet) és redox viszonyai, a diagenezis és a metamorfózis is jelentős mértékben

1

E L T E Kőzettani és Geokémiai Tanszék, 1117 Budapest, Pázmány E sétány 1/c, e-mail: [email protected]

434

Földtani Közlöny

135/3

módosítja (BHATIA 1 9 8 3 , 1 9 8 5 ; B H A T I A & C R O O K 1 9 8 6 ; W R O N K I E W I C Z & C O N D I E 1 9 8 7 ; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; D Y P V I K & H A R R I S 2 0 0 1 ; Z I M M E R M A N N & B A H L B U R G 2 0 0 3 ) . E z e k a

t é n y e z ő k együttesen alakítják ki a sziliciklasztos kőzetek kémiai elemzésével nyert geokémiai adatot, azonban az adott tényező hatására legérzékenyebb e l e m e k kiválasztásával és körültekintő értelmezésével szerepük külön-külön j e l l e m e z h e t ő . A törmelékes kőzetek geokémiai vizsgálata így h a t é k o n y eszköze az őskörnyezeti viszonyok (pl. paleoklíma, anoxia) lokális és regionális jellemzé­ sének

(NESBITT

RlMMER 2 0 0 4 ) ,

& YOUNG

1 9 8 2 , 1 9 8 4 ; R A I S W E L L et al. 1 9 8 8 ; G A I E R O

az ő s m a r a d v á n y m e n t e s

et al.

2004;

üledékes rétegsorok korrelációjának

( P E A R C E & J A R V I S 1 9 9 5 ; P R E S T O N et al. 1 9 9 8 ) , v a l a m i n t - a l e h o r d á s i terület j e l l e m ­

zésével és a forráskőzetek pontos azonosításával - a lemeztektonikai mozgások modellezésének (GARVER HOFMANN

& SCOTT 1995; HASSAN

et al. 2 0 0 3 ; W I L L A N

et al. 1 9 9 9 ; S U Z U K I e t al. 2 0 0 0 ;

2003).

A teljes kőzetmintából m e g h a t á r o z o t t k é m i a i összetétel vizsgálata egyre n a g y o b b szerepet játszik a törmelékes k ő z e t e k m o d e r n g e o k é m i a i kutatásában, a z o n b a n - s z e m c s e m é r e t ü k b ő l a d ó d ó a n - a durvatörmelékes k ő z e t e k a kémiai vizsgálatok szempontjából i n h o m o g é n n e k tekinthetők, ezért a k o n g l o m e r á t u ­ m o k és a b r e c c s á k geokémiai vizsgálata szinte kizárólag a szeparált kavics- vagy t ö r m e l é k a n y a g kémiai e l e m z é s é r e korlátozódik ( F L O Y D e t al. 1 9 9 1 ; M C C A N N 1 9 9 1 ; B R Ü G E L et al. 2 0 0 3 ; R . V A R G A et al. 2 0 0 3 ; N Ö D A et al. 2 0 0 4 ) . A g e o k é m i a i vizs­

g á l a t o k így elsősorban h o m o k k ö v e k r e , aleurolitokra és agyagos k ő z e t e k r e össz­ pontosulnak. Széleskörű elterjedésüknek köszönhetően különösen nagy j e l e n t ő s é g ű a kevert (sziliciklasztos-karbonátos) k ő z e t e k g e o k é m i a i j e l l e m z é s e , a z o n b a n e z e k b e n a k a r b o n á t á s v á n y o k m e n n y i s é g e szélsőségesen ingadozhat, ezért a z összetételi adatok ö n m a g u k b a n n e m tükrözik megfelelően a terrigén frakció kémiai összetételében jelentkező kis változásokat. Ennek k i k ü s z ö b ö l é s é r e általában háromféle m ó d s z e r alkalmazható: (a) megfelelő mintaelőkészítést k ö v e t ő e n a k a r b o n á t m e n t e s frakció vizsgálata ( R A C H O L D & B R U M S A C K 2 0 0 1 ) ; az elterjedtebb m e g o l d á s o k k ö z é tartozik (b) a teljes kőzet k é m i a i e l e m z é s i adatainak k a r b o n á t m e n t e s r e ( C a O - és Sr-korrekció) való átszámítása ( D I N E L L I et al. 1 9 9 9 ) ; továbbá (с) terrigén eredetű, k a r b o n á t h o z n e m kapcsolódó 1986;

elempárok koncentráció-arányainak

jellemzése (BHATIA

&

CROOK

F L O Y D & L E V E R I D G E 1 9 8 7 ; F L O Y D e t al. 1 9 8 9 ) .

Ez a t a n u l m á n y rövid áttekintést kíván nyújtani a törmelékes üledékes kőzetek g e o k é m i a i értelmezésének lehetőségeiről és a leggyakrabban előforduló problé­ mákról. M u n k á m elsődleges célja egy olyan magyar nyelvű összefoglaló elkészí­ tése volt, amely felvázolja az adott kutatási terület hazai és n e m z e t k ö z i irodalom­ ból megismert legújabb irányzatait és eredményeit, h o g y ezzel segítséget nyújt­ son a sziliciklasztos kőzetekkel foglalkozók számára, valamint - megfelelő jegyzet h i á n y á b a n - segítse az üledékes geokémia oktatását.

A sziliciklasztos kőzetek kémiai osztályozása A törmelékes kőzetek ásványos összetételére épülő h a g y o m á n y o s osztályo­ z á s h o z ( F O L K 1 9 6 8 ) hasonlóan a teljes kőzetmintából meghatározott kémiai összetétel szintén felhasználható a sziliciklasztos kőzetek rendszerezésére, hiszen

R . VARGA A.: Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája alapján

435

az eltérő kőzettani típusok különböző ásványos összetétele a fő- és n y o m e l e m e k eltérő koncentrációját eredményezi. A h o m o k k ö v e k általánosan elterjedt kőzettani besorolásának felel m e g a l o g ( S i 0 / A l 0 ) - l o g ( N a 0 / K 0 ) diagram ( P E T T I J O H N et al. 1 9 7 2 ) , amely grauwacke, arkóza, szubarkóza, litarenit (kőzettörmelékes h o m o k k ő ) , szublitarenit és kvarcarenit csoportokat különít el (la. ábra). A l o g ( S i 0 / A l 0 ) - l o g ( F e 0 3 / K 0 ) diagram ( H E R R O N 1 9 8 8 ) a törmelékes kőzetek Fe-tartalmára helyez nagyobb hangsúlyt, ezáltal további csoportok (Fe-gazdag pélit, Fe-gazdag h o m o k , wacke, pélit) elkülönítését is lehetővé teszi (lb. ábra). A W I M M E N A U E R ( 1 9 8 4 ) által bevezetett k é m i a i osztályozás, a K 0 / N a 0 - S i 0 / A l 0 diagram - amely a l o g ( S i 0 / A l 0 ) - l o g ( N a 0 / K 0 ) diagrammal analóg - a kvarc és a rétegszilikátok m e n n y i s é g é t ő l függően a grauwackék (kvarcdús grauwacke, grauwacke, pélites 2

2

3

2

2

2

2

2

2

3

2

2

2

2

2

3

2

2

3

2

12,01) -I

С

'»« •

kvarcdús grauwacke

kvarcdús arkóza

q4OO-

^ 6 0 0

О"

arkóza

grauwacke

33

pélit

GRAWVRAC/Œ

r~

0,00 -1 0.10

10

!,00

к о / г Ча 0 2

2

1. ábra. A sziliciklasztos kőzetek kémiai osztályozása, a) l o g ( S i 0 / A l 0 ) - l o g (Na O/ K 0 ) diagram (PETTIJOHN et al. 1972); b) log(Si0 /Al 0 )-log(Fe C>3/K 0) diagram (HERRON 1988); с) K 0 / N a 0 - S i 0 / A l 0 diagram (WIMMENAUER 1984) 2

2

3

z

2

2

2

3

2

2

2

2

2

2

3

3

2

2

3

2

2

2

Fig. 1 Chemical classification schemes of siliciclastic sediments, a) log(Na 0/K 0) vs. log(Si0 / Al 0 ) diagram after PETTUOHN et al. (1972); Ъ) log(Fe 0 /K 0) vs. log(Si0 /Al 0 ) diagram after HERRON (1988); с) Si0 /Al 0 vs. K 0/Na 0 diagram after WIMMENAUER (1984) 2

log(Si0 /Al 0 )

2

3

2

2

2

3

2

2

2

3

2

grauwacke) és az arkózák (kvarcdús arkóza, arkóza, pélit) kémiai csoporto­ sítására h a s z n á l h a t ó fel (2 c. ábra). E z e k az osztályozások részben olyan főelemek ( N a 0 , K 0 ) mennyiségi ará­ nyaira épülnek, a m e l y e k üledékes k ö r n y e z e t b e n gyakran mobilizálódnak, ezért a k ő z e t e t ért u t ó l a g o s f o l y a m a t o k (pl. hidrotermális átalakulás) hatására bekövetkező elemmobilizáció felismerését és kiszűrését is segítik ( V A R G A 2 0 0 2 ; R . VARGA & SZAKMÁNY 2004). N é h á n y esetben előfordulhat, h o g y a vizsgált kőzet kémiai osztályozása n e m egyezik m e g a kőzettani osztályozás eredményével. Ez az eltérés uralkodóan azokra a k ü l ö n b ö z ő m é r t é k ű mállási, diagenetikus vagy hidrotermális folyama­ tokra vezethető vissza, a m e l y e k következtében az üledékképződési rendszerbe 2

2

436

Földtani Közlöny 135/3

j u t ó földpátok (döntően a plagioklászok) és az instabilis kőzettörmelékek (döntő­ e n a vulkánitok) bizonyos része átalakul, pszeudomátrixot alkot. A pszeudomátrix a modális összetétel meghatározásában értelemszerűen n e m játszik szerepet, a teljes kőzet kémiai összetételét azonban befolyásolja ( D I C K I N S O N 1 9 7 0 ; V A R G A 2002).

A sziliciklasztos kőzetek geokémiai vizsgálatában alkalmazott referenciák A törmelékes k ő z e t e k kémiai összetételét j e l l e m z ő geokémiai adatok értelme­ zésekor egyrészt az azonos rétegsorhoz (formációhoz) tartozó minták, másrészt a különböző lelőhelyekről, illetve különböző földtani k é p z ő d m é n y e k b ő l származó sziliciklasztos k ő z e t e k teljes kémiai összetételét hasonlítjuk össze. A kapott e r e d m é n y e k széleskörű alkalmazhatósága, továbbá általános é r v é n y ű genetikai következtetések (pl. a lehordási terület kőzettani felépítésének jellemzése, őskörnyezeti viszonyok rekonstrukciója stb.) levonása é r d e k é b e n e h h e z az összeha­ sonlításhoz t u d o m á n y o s a n megalapozott és a n e m z e t k ö z i üledékes geokémiai gyakorlatban elterjedt viszonyítási alapra van szükségünk. A szakirodalomban több olyan átlagos h o m o k k ő és agyagpala („average sandstone", „average shale") összetételt publikáltak, amelyet a korábbi geokémiai kutatásokban referenciaként használtak fel ( C L A R K E 1 9 2 4 ; T U R E K I A N & W E D E P O H L 1 9 6 1 ; P E T T I J O H N 1 9 7 5 ) . Napjainkban azonban elterjedtebb egy bizonyos földtörté­ neti időintervallumot, vagy egy adott területet, régiót jellemző átlagos összetétel alkalmazása. Ilyen referencia az átlagos paleozoikumi vagy m e z o z o i k u m i kainozoikumi grauwacke összetétel ( C O N D I E 1 9 9 3 ) . R O N O V & M I G D I S O V ( 1 9 7 1 ) klasszikus m u n k á j á b a n az O r o s z - p l a t f o r m és a z É s z a k - a m e r i k a i - p l a t f o r m proterozoikumi, paleozoikumi és mezozoikumi-kainozoikumi üledékes kőzete­ iről egyaránt közöl átlagos főelemadatokat (pl. átlagos orosz paleozoos agyagpala összetétel: A R P S - „average Russian Palaeozoic shale"). Hasonló viszonyítási alap az ú g y n e v e z e t t PAAS („post-Archean Australian average shale" - N A N C E & T A Y L O R 1 9 7 6 ) , azaz átlagos archaikum utáni ausztrál agyagpala összetétel,

Rövidítések az / táblázathoz: ARPS: átlagos orosz paleozoos agyagpala összetétel (RONOV & MIGDISOV 1971), PAAS: átlagos archaikum utáni ausztrál agyagpala összetétel (NANCE & TAYLOR 1976; TAYLOR & MCLENNAN 1985; MCLENNAN 1989, 2001), NASC: észak-amerikai agyagpala összetétel (GROMET et al. 1984; MCLENNAN 1989), PhanS: átlagos fanerozoikumi kratoni agyagpala összetétel (CONDIE 1993), CSand: átlagos fanerozoikumi kratoni homokkő összetétel (CONDIE 1993), PGw: átlagos paleozoikumi grauwacke összetétel (CONDIE 1993), AGw: átlagos grauwacke összetétel (WEDEPOHL 1995), UCC1: felső kontinentális kéreg (TAYLOR & MCLENNAN 1985), UCC2: felső kontinentális kéreg (MCLENNAN 2001) Abbreviations: ARPS: average Russian Palaeozoic shale (RONOV & MIGDISOV 1971); PAAS: post-Archean Australian average shale (NANCE & TAYLOR 1976; TAYLOR & MCLENNAN 1985; MCLENNAN 1 9 8 9 , 2 0 0 2 ) ; NASC: North American shale composition (GROMET et al. 1984; MCLENNAN 1989); PhanS: average chemical composition of Phanerozoic er atonic shales (CONDIE 1993); CSand: average chemical composition of Phanerozoic cratonic sandstones (CONDIE 1993); PGw: average chemical composition of Palaeozoic graywackes (CONDIE 1993); AGw: average concentration of elements in graywackes (WEDEPOHL 1995); UCC1: Upper Continental Crust (TAYLOR & MCLENNAN 1985); UCC2: Upper Continental Crust (MCLENNAN 2001)

R. VARGA A: Az őskor nyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája

alapján

437

I. táblázat. A sziliciklasztos üledékes kőzetek és a felső kontinentális kéreg átlagos kémiai összetétele (főelemek: g/g% ; nyomelemek: ppm) Table I Average chemical composition of siliciclastic sedimentary rocks and upper continental elements in wt%; trace elements in ppm)

Si0 Ti0 A1 0 FeO MnO MgO CaO Na 0 2

2

2

3

tot

2

ко

P 2O 2

5

Finomszemcsés törmelékes kőzetek PAAS NASC ARPS PhanS 56,78 62,8 64,8 63,6 1,00 0,92 0,7 0,82 18,9 16,9 16,89 17,8 6,50 5,66 6,56 5,89 0,08 0,11 0,06 2,20 4,56 2,86 2,3 8,91 1,30 3,63 1,3 1,20 0,77 1,14 1,1 3,70 4,38 3,97 3,84 0,16 0,13 0,13 0,14

Rb Sr Ba Pb Th U Zr Hf Nb Та Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Se V Cr Co Ni Zn Cu

160 200 650 20 14,6 3,1 210 5,0 18 1,28 27 38,2 79,6 8,83 33,9 5,55 1,08 4,66 0,774 4,68 0,991 2,85 0,405 2,82 0,433 16 140 100 20 60 85 50

125 142 636 20 12,3 2,7 200 6,3 13 1,12 35 32 73 7,9 33 5,7 1,24 5,2 0,85 5,8 1,04 3,4 0,5 3,1 0,48 14,9 130 125 26 58

crust

(major

Durvaszemcsés törmelékes kőzetek CSand PGw AGw UCC1 UCC2 91,50 66,10 69,1 66,0 66,0 0,25 0,77 0,72 0,50 0,68 3,62 15,50 13,5 15,2 15,2 1,13 6,20 5,3 4,50 4,50 0,1 0,08 0,08 0,45 2,10 2,3 2,20 2,20 1,31 2,60 2,6 4,20 4,20 0,42 2,80 3 3,90 3,90 0,91 2,30 2 3,40 3,40 0,02 0,14 0,13 0,15 0,15

163 136 551 22 13,5 2,9 201 4,6 15,4 1,4 33 38,8 82

25 35 150 19 4,0 1,1 105 3,1 4,0 0,30 6,8 10,3 22,3

1,7 148 3,7 10 0,80 28 28,0 62,0

32,3 5,75 1,14 5,22 0,81

8,4 1,63 0,34 1,44 0,21

26,0 4,90 0,93 4,34 0,66

2,95 0,47 16 117 104 20 54

0,61 0,11 2,0 15 30 2,5 8,0

2,20 0,38 14 140 80 20 45

80 280 600 10 9,0

72 201 426 14,2 9 2 302 3,5 8,4 26 30 58 6,1 25 4,6 1,2 4 0,63 3,4 0,9 2,2 2,1 0,37 16 98 88 15 24 76 24

112 350 550 20 11 2,8 190 5,8 25 2,2 22 30 64 7Д 26 4,5 0,88 3,8 0,64 3,5 0,8 2,3 0,33 2,2 0,32 11 60 35 10 20 71 25

112 350 550 17 10,7 2,8 190 5,8 12 1,0 22 30 64 7,1 26 4,5 0,88 3,8 0,64 3,5 0,8 2,3 0,33 2,2 0,32 13,6 107 83 17 44 71 25

t o v á b b á a N A S C („North A m e r i c a n shale c o m p o s i t e " - G R O M E T et al. 1 9 8 4 ) , azaz észak-amerikai agyagpala összetétel (I.

táblázat).

H o m o k k ö v e k vizsgálatakor a m o d e r n g e o k é m i a i m u n k á k b a n a leggyakrabban alkalmazott

viszonyítási

alap

a felső

kontinentális

kéreg

(FKK -

„Upper

Földtani Közlöny 135/3

438

C o n t i n e n t a l Crust", U C C ) átlagos összetétele. Korábbi m u n k á k b a n szinte kizárólag a T A Y L O R & M C L E N N A N ( 1 9 8 5 ) által közölt fő- és nyomelemösszetétel szerepel referenciaként, azonban a széleskörű geokémiai kutatások eredmé­ n y e k é n t rendelkezésre álló adatbázis felhasználásával újabb adatsorok jelentek m e g ( C O N D I E 1 9 9 3 ; W E D E P O H L 1 9 9 5 ) . M C L E N N A N ( 2 0 0 1 ) rámutatott arra, hogy a T A Y L O R & M C L E N N A N ( 1 9 8 5 ) által publikált F K K összetétel több elem (Sc, Ti, V, Cr, Co, Ni, Nb, Ta, Cs és Pb) koncentrációjában módosításra szorul, ezért ezekre az elemekre új referenciaértékeket adott m e g (I. táblázat). A b e m u t a t o t t viszonyítási a l a p o k k ö z ü l a h o m o k k ö v e k g e o k é m i a i célú kutatásában M C L E N N A N ( 2 0 0 1 ) felső kontinentális kéreg adatsorának felhasz­ nálása javasolható, pélitek vizsgálatakor a főelemek és a n y o m e l e m e k eloszlásá­ n a k jellemzésére legszélesebb körben a többször módosított PAAS ( N A N C E & T A Y L O R 1 9 7 6 ; T A Y L O R & M C L E N N A N 1 9 8 5 ; M C L E N N A N 1 9 8 9 , 2 0 0 1 ) adatsor terjedt el. A törmelékes k ő z e t e k ritkaföldfém-koncentrációit - az általános geokémiai gyakorlatnak megfelelően - kondritra ( T A Y L O R & M C L E N N A N 1 9 8 5 ; M C L E N N A N 1 9 8 9 ) normált értékek és elemeloszlási diagramok alapján hasonlíthatjuk össze. A sokelemes („spider") - m i n d e n ábrázolt elem koncentrációját a n n a k referen­ ciaanyagbeli koncentrációjához viszonyító - diagramok a törmelékes kőzetek kémiai összetételének szemléletes és informatív ábrázolási módját képezik. E diagramokban (illómentes összetétel felhasználásával) a jelentős mértékben mélyfúrásokból származó agyagkő minták (Bodai Aleurolit Formáció)

Bat-4 (N=20) -Bat-13(N- 8)

- Bat-S (N=2) Bat-14 (N=11)

-Bat-10 (N=9) -Bat-15 (N=8)

SiO, TiO, AljO, Fe 0, MnO MgO CaO Na,0 K.O P 0 , ;

;

J) 10.»

a Bogádmindszent-1 fúrásból származó homokkő minták (Tésenyi Homokkő Formáció) SiO TiO, A1 0, F e A MnO MgO CaO Na,0 К О Р О, a

2

г

г

2. ábra. Az átlagos orosz paleozoos agyagpala (ARPS; RONOV & MlGDISOV 1971) összetételre (a) és a felső kontinentális kéreg (FKK; TAYLOR & MCLENNAN 1985) átlagos összetételére (b) nor­ mált főelemeloszlási diagra­ mok R. VARGA et al. (2005) és VARGA et al. (2001) alapján Fig. 2 Average Russian Palaeozoic shale (ARPS; RONOV & MiGDisov 1971)-normalized (a) and Upper Continental Crust (FKK, Hungarian abbreviation; TAYLOR & MCLENNAN 1985)-normalized (b) major element data after R. VARGA et al. (2005) and VARGA et al. (2001)

R . VARGA A.: Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája alapján

439

3. ábra. Törmelékes kőzetek felső kontinentális kéreg ( F K K ) átlagos összetételére (MCLENNAN 2 0 0 1 ) normált nyomelemeloszlása (a) és kondrit összetételre (TAYLOR & MCLENNAN 1 9 8 5 ) normált R F F eloszlása (b) a Siklósbodony S b - 1 fúrás példáján ( R . VARGA et al. 2 0 0 4 ) Fig. 3 Upper Continental Crust-normalized (MCLENNAN 2001) trace dement data (a) and chondrite-normalized (TAYLOR & MCLENNAN 1985) REE dement data (b) for siliciclastic rock samples from borehole Siklósbodony Sb-1 after R . VARGA et al. (2004). Legend: FKK Upper Continental Crust; solid line claystone to fine-grained sandstone; dashed line medium to very coarse-grained sandstone eltérő m e n n y i s é g ű főelemek és/vagy n y o m e l e m e k koncentrációja logaritmikus skálán, áttekinthetően jeleníthető m e g (2. és 3. ábra). Abban az esetben, h a egy mintasorozatban valamely főelem (pl. S i 0 , A 1 0 , C a O ) koncentrációja széles h a t á r o k között változik, a tömeg%-ban megadott teljes kőzetösszetétel véges (zárt) összeg hatása miatt a többi elem koncentrációja az ellenkező irányba tolódik el, ezért az adott elem higító hatása elfedi a fő- és n y o m e l e m e k természe­ tes változékonyságát. E n n e k kiküszöbölésére az egyes e l e m e k koncentrációi helyett gyakran alkalmazzák az e l e m / A l 0 vagy az e l e m / T i 0 hányadost. Az előbbi előnye, h o g y az A 1 0 immobilisnak tekinthető a mállás, a diagenezis és a metamorfózis folyamatai során, ezért az e l e m / A l 0 arány a legtöbb szilici2

2

2

2

3

3

2

3

2

3

Földtani Közlöny 135/3

440

klasztos kőzetben kiválóan jellemzi a törmelékes frakció eredeti összetételét ( C U L L E R S & B E R E N D S E N 1998; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; C U L L E R S 2 0 0 0 ) . Tengeri k ö r n y e ­

zetben, C a C 0 - g a z d a g üledékanyagban (biogén mésziszap, C a C 0 = 6 1 - 8 9 % ) a z o n b a n adszorpciós folyamatok révén az Al bizonyos része a biogén frakcióhoz kapcsolódhat, ezért ekkor az A l 0 - n o r m á l á s helyett a T i 0 - n o r m á l á s javasol­ 3

3

2

ható

(MURRAY

3

2

et al. 1 9 9 3 ; M U R R A Y & L E I N E N

1 9 9 6 ; R A U C S I K et al. 1 9 9 8 , 2 0 0 1 ) . A

legtöbb üledékes rendszerben a T i 0 szintén immobilis, ezért a terrigén törmelé­ kes k o m p o n e n s mennyiségét tükrözi. Használata a lepusztulási terület azonosí­ tására a z o n b a n n e m célszerű, mert a T i 0 fő forrását a d ó n e h é z á s v á n y o k (rutil, ilmenit, titanit) m e n n y i s é g e a hordalékszállítás módja és a diagenezis függvé­ 2

2

n y é b e n j e l e n t ő s e n i n g a d o z h a t ( M C L E N N A N et al. 1990; P A T O C K A e t al. 1994; B A U L U Z

et al. 2000; L E P E R A et al. 2000). Általános tapasztalat, h o g y finomszemcsés törmelékes kőzetekben - a hidro­ dinamikai osztályozódás következtében - több elem (különösen az immobilis e l e m e k ) m e n n y i s é g e az A l 0 - k o n c e n t r á c i ó v a l korrelál ( T A Y L O R & M C L E N N A N 1985; H A S S A N et al. 1999), ezért a jellegzetes geokémiai b é l y e g e k feltárására a referenciaértékhez (leggyakrabban a PAAS) viszonyított, Al-normált koncentrá­ ciók, a z úgynevezett dúsulási t é n y e z ő k alkalmazhatók e r e d m é n y e s e n . A dúsulási t é n y e z ő ( E * ) valamely X elemre a következő képlet szerint határozható m e g : E * = ( C m i n t a / C m i n t a ) / ( C r e f e r e n c i a / C r e f e r e n c i a ) , ahol C az elem koncent­ rációja, Сд2 az Al koncentrációja ( H A S S A N et al. 1999). 2

3

x

x

x

A1

x

A1

X

A törmelékes kőzetek kémiai összetételét meghatározó tényezők A sziliciklasztos kőzetek kémiai összetételét elsődlegesen ásványos összeté­ telük határozza m e g , ezért a geokémiai bélyegek a lehordási terület kőzettani összetételét, a forrásterület mállási viszonyait és az üledékgyűjtő m e d e n c e lemeztektonikai helyzetét egyaránt tükrözik ( N E S B I T T & Y O U N G 1 9 8 2 , 1 9 8 4 ; B H A T I A 1983,

1 9 8 5 ;TAYLOR & MCLENNAN

1 9 8 5 ; BHATIA

& CROOK

1 9 8 6 ) . A teljes

kőzet

g e o k é m i a i vizsgálata lehetőséget biztosít arra, h o g y a z o k n a k a kulcsfontosságú e l e m e k n e k (pl. Cr, Ni, Sc, Y , Zr, C o , L a , T h ) a mennyiségi változatosságát is érzékeljük, a m e l y e k jellemzésére a lehordási terület-analízisben elterjedt modális kőzettani összetétel meghatározásával n e m vállalkozhatunk. A lehordási terület j e l l e m z é s e előtt azonban m e g kell vizsgálnunk azokat a tényezőket, amelyek e r e d ő j e meghatározza a geokémiai adatot. Ezek közül a legfontosabbak: a forrás­ területen zajló mállás, a hidrodinamikai folyamatok (szemcseméret, osztályozó­ dás), a m e d e n c e redox viszonyai, a diagenetikus folyamatok, valamint a regio­ nális m e t a m o r f ó z i s ( N E S B I T T & Y O U N G 1 9 8 2 ; T A Y L O R & M C L E N N A N 1 9 8 5 ; F L O Y D et al. 1 9 9 1 ; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; W I L L A N

A forrásterület

mállási viszonyainak

2003).

jellemzése

A lehordási terület kőzeteinek lepusztulása és a törmelékszemcsék szállítódása során a kémiai mállás különböző m é r t é k b e n alakítja át a sziliciklasztos szemcsék eredeti anyagát. Az elsődleges ásványok degradációja következtében megváltozó összetétel elsősorban a kőzet alkálifém- és alkáliföldfém-tartalmát módosítja. A

R. VARGA A.: Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája alapján

441

teljes kőzet g e o k é m i a i vizsgálatával így lehetőség nyílik a forrásterület mállási viszonyainak jellemzésére, amely tágabb értelemben a z őskörnyezeti viszonyok feltárását, e z e n keresztül a paleoklíma rekonstrukcióját segíti elő ( N E S B I T T et al. 1 9 8 0 ; N E S B I T T & Y O U N G 1 9 8 2 ; F E D O et al. 1 9 9 5 , 1 9 9 6 ; W I L L A N 2 0 0 3 ) .

Az ü d e k ő z e t e n kialakult mállási takarók kémiai összetételének szelvény menti t a n u l m á n y o z á s a o l y a n általános é r v é n y ű k ö v e t k e z t e t é s e k l e v o n á s á t tette lehetővé, a m e l y e k e r e d m é n y e s e n alkalmazhatók a k é m i a i mállás m é r t é k é n e k mennyiségi becslésére. Tapasztalatok szerint a kisebb m é r e t ű kationok ( N a , Ca és S r ) szelektíven kilúgozódnak a mállási szelvényből, ezzel ellentétben a n a g y o b b ionrádiuszú kationok ( R b és B a ) ioncserével vagy adszorpcióval agyagásványokon k ö t ő d h e t n e k meg. A K - és a M g - i o n o k m e n n y i s é g é t mind­ +

2 +

2 +

+

2 +

+

2 +

k é t folyamat befolyásolhatja ( N E S B I T T et al. 1 9 8 0 ; N E S B I T T & Y O U N G 1 9 8 2 , 1 9 8 4 , 1989;

HARNOIS

1 9 8 8 ; F E D O et al. 1 9 9 5 ) . H a a mobilis k a t i o n o k m e n n y i s é g é t 3 +

a 4 +

mállással s z e m b e n ellenálló, stabil k o m p o n e n s e k m e n n y i s é g é h e z (pl. A l , T i ) viszonyítjuk, a k é m i a i átalakulás mértékét jelző arányszámot - mállási indexet kapunk. A forrásterületen uralkodó kémiai átalakulás intenzitásának leírására számos egyszerű index j e l e n t m e g a n e m z e t k ö z i szakirodalomban (77. táblázat), amelyek a kőzet fő- és/vagy nyomelemkoncentrációi alapján számszerűsítik a k é m i a i mállás e r ő s s é g é t ( N E S B I T T & Y O U N G 1 9 8 2 ; H A R N O I S 1 9 8 8 ; G A I L L A R D E T et al.

1 9 9 9 ; C U L L E R S 2 0 0 0 ) . A mállási indexek értelmezésekor azonban ügyelnünk kell arra, h o g y az áthalmozási folyamatok - azaz e g y korábbi üledékciklusban lezaj­ lott kémiai mállás bélyegeit hordozó üledékes k é p z ő d m é n y ismételt eróziója félrevezetően n a g y indexértékeket okozhatnak. Az őskörnyezeti viszonyok Я. táblázat. Mállási indexek Table II Weathering A mállási index definíciója C I A - NESBITT & Y O U N G (1982) Chemical Index of Alteration C I A = [ А 1 0 з / ( А 1 0 + C a O * + N a 0 + K 0 ) ] xlOO moláris mennyiségekre; CaO* a szilikátokban megjelenő C a O moláris mennyisége 2

2

3

2

2

C I W - H A R N O B (1988) Chemical Index of Weathering C I W = [ A l 0 ; / ( A l 0 3 + C a O * + N a 0 ) ]xl00 moláris mennyiségekre; CaO* a szilikátokban megjelenő C a O moláris mennyisége C I W - CULLERS (2000) C I W = [А1 Оэ/(А1 О +№ О)]х100 moláris mennyiségek alapján 2

2

2

2

2

3

=

c<M [Al/Mg] „ /[A]/Mg]pKK a =[Ti/C ] /[Ti/Ca] C a

mi

a

B

m i n 6

F K K

« N = [Sm/Naj^a/tSm/NaJFKK a

a =[ThKW[Th/K] K

Megjegyzés CaO-korrekcióFEDOet al (1995) alapján: C a O * = m o l C a O - m o l C 0 (kalcit) - (0,5 x mol COj) (dolomit) - [(10/3) x m o l P 0 ] (apatit) ü d e magmás és metamorf kőzetek: C I A 0 < 5 0 % reziduális agyagok ( p l kaolinit): C I A = 1 0 0 % átlagos finomszemcsés törmelékes kőzet: C I A = 70-75% CaO-korrekció szükséges; folyamatosan növekszik a mállás mértékének növekedésével 2

2

5

2

04 - GAILLARDET et al. (1999) g

indices

HCK

OsrKNd/Srl^JINd/SrJFKK c^TlVBaL^ÍTh/BaW

i: mobilis elem (Mg, Ca, Na, K, Sr, Ba) oq=l: a kémiai mállás n e m számottevő сс>1: a FKK összetételéhez képest szegényedés о;<1: a FKK összetételéhez képest dúsulás FKK: felső kontinentális kéreg átlagos összetétele, mint referencia

442

Földtani Közlöny 135/3

azonosítására így csak akkor van lehetőség, h a a jelentősebb mértékű áthalmozás petrográfiai, mikromineralógiai és geokémiai adatok alapján kizárható. A mállási i n d e x e k egyik csoportját azok a százalékban kifejezett a r á n y s z á m o k alkotják, a m e l y e k értéke az ü d e mintáktól a jelentős kémiai átalakulást tükröző k ő z e t e k felé haladva fokozatosan növekszik. Legszélesebb körben a N E S B I T T & Y O U N G (1982) által megalkotott CIA-index („Chemical Index o f Alteration") terjedt el. A CIA-index kis értéke egyrészt az üledékképződési rendszerbe belépő ü d e kőzet („first-cycle detritus") gyors erózióját, másrészt h i d e g és/vagy száraz klimatikus k ö r ü l m é n y e k e t tükrözhet. A szállítódás és a leülepedés során a s z e m c s e m é r e t szerinti osztályozódás a rétegen belül a törmelékes s z e m c s é k differenciálódását e r e d m é n y e z i , amely kis m é r t é k b e n befolyásolhatja a CIAi n d e x é r t é k é t ( N E S B I T T & Y O U N G 1 9 8 2 ; M C L E N N A N e t al. 1 9 9 0 ; F L O Y D e t al. 1 9 9 1 ;

WlLLAN 2003). A diagenezis során szintén m ó d o s u l h a t a CIA-index értéke, ugyanis a reziduális mállási t e r m é k e k (pl. kaolinit) K - i o n o k b a n gazdag pórusvizek hatására illitté alakulnak. E z a folyamat (K-metaszomatózis) a forrásterület mállási viszonyaihoz képest a CIA-index é r t é k é n e k csökkenését idézi elő ( F E D O et al. 1995; 1996). +

A mállási folyamatokra érzékeny ásványok és a CIA-index közötti kapcsolat feltárására szolgál az A - C N - K háromszögdiagram ( N E S B I T T & Y O U N G 1984), amely csúcsaiban az A 1 0 , a C a O * + N a 0 és a K 0 moláris mennyisége szere­ pel, ahol a C a O * a szilikátokban megjelenő C a O moláris m e n n y i s é g é n e k felel m e g (4. ábra). Ebben az A - C N - K rendszerben - a felső kéregben uralkodó m e n n y i s é g ű földpátok átalakulásán keresztül - j ó l követhetjük a különböző kiindulási összetételű kőzetek mállásának fejlődési irányvonalait (4a. ábra), amelyek a mállás kezdeti stádiumában megközelítőleg az A - C N oldallal pár­ h u z a m o s a n a z alumínium dúsulásának irányába, az ideális illit-muszkovit összetétel felé mutatnak. Intenzív mállási viszonyok között a kémiai összetétel a diagramban az illitnek megfelelő tartományból a z A - K él m e n t é n az A csúcs irányába m o z d u l el ( N E S B I T T & Y O U N G 1984). K-metaszomatózis hatására a kémiai összetétel а К csúcs irányába tolódik el (4b. ábra), azonban a metaszomatózist jelző irányvonal é s a mállás előrehaladását jelző irányvonal metszéspontja segítségével megbecsülhetjük a metaszomatózis előtti, a paleoklímára utaló CIA2

3

2

2

index értéket ( N E S B I T T & Y O U N G 1984, 1989; F E D O et al. 1995).

A CIA-index módosításával született m e g a CIW-index („Chemical Index of Weathering" - H A R N O I S 1988), valamint a C I W - i n d e x C U L L E R S (2000), amelyek n e m veszik figyelembe a kálium koncentrációját. A C í W - i n d e x használatakor - a C a O moláris m e n n y i s é g é n e k elhagyásával - a karbonátokhoz és az apatithoz kapcsolódó C a O miatt szükséges korrekció válik feleslegessé (II. táblázat). A CIWés a C I W - i n d e x használata leegyszerűsíti a paleomállási viszonyok meghatáro­ zási lépéseit, azonban a K 0 elhagyásával ezek az indexek n e m teszik lehetővé az esetlegesen fellépő K-metaszomatózis felismerését, továbbá bizonyos ü d e kőze­ tekre (pl. káliföldpátban gazdag gránit vagy arkóza; metamorf lehordási terü­ letről származó, törmelékes muszkovitban gazdag homokkő) is jelentős mértékű kémiai mállást ( 9 0 - 1 0 0 % ) jelezhetnek. Ez a két index ezért csak relatív össze­ hasonlításra használható, a lehordási területen uralkodó kémiai mállás inten­ zitásának mennyiségi megadására alkalmatlan ( F E D O et al. 1995; V A R G A et al. 2002). 2

R . VARGA A.: Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája alapján

A1A

a

CaO* + Na 0 2

A1A

b

K 0 2

443

CaO* + Na 0 2

K 0 2

4. ábra. a) A - C N - K diagram (moláris mennyiségekre) NESBITT & YOUNG ( 1 9 8 4 , 1 9 8 9 ) alapján; b) A K metaszomatózis hatása a mállástermékre FEDŐ et al. ( 1 9 9 5 ) alapján. Jelmagyarázat: négyzet és szaggatott a-nyíl: az üledékes kőzetmintának megfelelő CIA-index, b-nyíl: ideális mállási trend, c-nyü: К hozzáadódása a mállástermékhez, kör és d-nyíl: a mállásterméknek megfelelő CIA-index (metaszomatózis előtti) Fig. 4 a) A - C N - K diagram (in molecular proportions) after NESBITT & YOUNG (1984, 1989); b) Effect of К metasomatism on weathered residue after FEDO et al. (1995). Legend: square and dashed arrow a chemical index of alteration (CIA) of sedimentary rock sample; arrow b predicted weathering trend; arrow с addition of К to weathered residues; circle and arrow d CIA of weathered residues (before metasomatism) A felvázolt problémák ismeretében a mállás intenzitásának jellemzésére egyér­ t e l m ű e n a CIA-index használata javasolható. K-dúsulás esetén a CIA-index akkor alkalmas a lehordási terület mállási viszonyainak megbízható jellemzésére, ha a rétegsorból elegendő számú olyan, metaszomatózist n e m szenvedett minta áll rendelkezésre, a m e l y e k segítségével az eredeti forráskőzet mállási trendjét megbecsülhetjük ( F E D O et al. 1995). E h h e z olyan független m ó d s z e r e k hívhatók segítségül - részletes ásványtani és kőzettani vizsgálat, nehézásvány-együttesek összehasonlítása, k o n g l o m e r á t u m r é t e g e k kavicsanyagának elemzése - amelyek lehetőséget biztosítanak a forráskőzetek azonosítására, valamint azok kémiai összetételének meghatározására. E n n e k hiányában a CIA-index szintén csak rela­ tív összefüggések feltárására használható, a lehordási terület mállási viszonyait n e m tükrözi. A mállási indexek másik csoportja a minta meghatározott elemarányait a felső kontinentális kéreg - mint referencia - átlagos összetételéből számolt elemará­ n y o k k a l hasonlítja össze ( G A I L L A R D E T et al. 1999). Ezek az indexek általánosan a formában adhatók m e g , ahol i az adott mobilis elemet jelöli (Mg, Ca, Na, K, Sr, Ba). Az index meghatározásakor m i n d e n egyes mobilis e l e m koncentrációját a h a s o n l ó m a g m á s kompatibilitású immobilis e l e m h e z kell viszonyítani (II. táblázat). ;

Intenzív kémiai mállás következtében - az üledékes k ö r n y e z e t b e n általában immobilisnak tekintett - ritkaföldfémek szintén mobilizálódhatnak. A homok­ k ö v e k b e n gyakori törmelékes k o m p o n e n s e k közül a ritkaföldfémek legfontosabb h o r d o z ó j á n a k tekinthető apatit, epidot, gránát és cirkon mállással szembeni

444

Földtani Közlöny

135/3

instabilitásának meggyőző bizonyítéka, h o g y a mállási szelvényekben e kris­ tályok vagy erősen maratott felületűek, vagy már teljesen feloldódtak ( M O R T O N 1 9 8 2 ; S I N H A et al. 1 9 9 2 ) . Megfelelő körülmények között a n e h é z ritkaföldfémek stabil karbonát-, hidroxid- vagy szerves-komplexeket képezhetnek, továbbá oldatba jutva eltávozhatnak az üledékanyagból. A mobilizációs folyamat ered­ m é n y e k é n t a ritkaföldfém-frakcionáció mértéke növekszik m e g , amely megfelelő mintaszám esetén a L a / Y b hányados és a CIA-index közötti pozitív korre­ N

N

lációval m u t a t h a t ó ki ( B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ) .

A szemcseméret

hatása a sziliciklasztos

kőzetek kémiai

összetételére

A törmelékes üledékes kőzetek geokémiai jellemzőit jelentősen befolyásolja az átlagos szemcseméret, továbbá az egyes frakciók mennyiségi aránya (osztályo­ zottság, érettség), hiszen a homok-, a kőzetliszt- és az agyagfrakció ásványos összetételében megfigyelhető különbségek a teljes kőzet kémiai összetételében t ü k r ö z ő d n e k ( W R O N K I E W I C Z & C O N D I E 1 9 8 7 ; A S I E D U et al. 2 0 0 0 ; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; LE

P E R A et al. 2 0 0 0 ; W I L L A N 2 0 0 3 ) .

A sziliciklasztos k ő z e t e k g e o k é m i a i vizsgálata r á m u t a t o t t arra, h o g y a h o m o k k ö v e k átlagos S i 0 - , C a O - , N a 0 - , Sr- és Ba-tartalma általában nagyobb, az átlagos A 1 0 - , F e 0 - , M g O - , T i 0 - , Rb-, Th-, Co-, Sc-, Cr-, Cs-, Nb-, Y- és ritkaföldfém-tartalma azonban kisebb (3. ábra), mint az azonos k é p z ő d m é n y h e z tartozó pélitekben mért megfelelő koncentrációk ( M C L E N N A N et al. 1 9 9 0 ; C U L L E R S 1 9 9 5 , 2 0 0 0 ) . Ezek a különbségek a h o m o k k ö v e k nagyobb kvarc- és földpáttartalmára vezethetők vissza, ugyanis a n y o m e l e m e k e t - különösen az átmeneti­ fémeket, a nagy térerejű elemeket és a ritkaföldfémeket - megkötő rétegszilikátok 2

2

az

3

2

2

3

2

a g y a g - k ő z e t l i s z t f r a k c i ó b a n k o n c e n t r á l ó d n a k ( M C L E N N A N et al. 1 9 9 0 ;

1995,2000;

CULLERS

L E P E R A et al. 2 0 0 0 ) .

Részletes vizsgálattal lényeges különbségeket figyelhetünk m e g a homok­ k ö v e k szemcseméreti kategóriáin belül is: az aprószemcsés h o m o k k ö v e k ^2^5'' T i 0 - , Y-, Zr-, Hf- é s ritkaföldfém-koncentrációja gyakran nagyobb, mint az azonos formációhoz tartozó durvább vagy finomabb szemcseméretű kőzeteké (2b. ábra). Üledékes k é p z ő d m é n y e k b e n a Zr, a Nb, az Y, a Hf és a ritkaföldfémek koncentrációját jelentős mértékben befolyásolja a nehézásványok (pl. cirkon, rutil, titanit, apatit, monacit, turmalin, gránát) mennyisége ( M C L E N N A N et al. 2

1 9 9 0 ; L E P E R A et al. 2 0 0 0 ; V A R G A et al. 2 0 0 1 ; V A R G A 2 0 0 2 ) . A l e g d ú s a b b n e h é z á s -

vány-együttest a legtöbb h o m o k k ő b e n a 0 , 0 6 3 - 0 , 1 2 5 m m közötti frakció tartal­ mazza (kivéve a durvaszemcsés, igen jól osztályzott kőzeteket). A kisebb nehéz­ ásvány-szemcsék és a nagyobb kvarc- és földpátszemcsék hidraulikai ekviva­ lenciája miatt azonban az aprószemcsés h o m o k k ö v e k b e n ( 0 , 1 2 5 - 0 , 2 5 0 m m ) vár­ h a t ó a l e g n a g y o b b n e h é z á s v á n y - k o n c e n t r á c i ó ( M C L E N N A N et al. 1 9 9 0 ; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; L E P E R A et al. 2 0 0 0 ; D Y P V I K & H A R R I S 2 0 0 1 ) .

A kisebb átlagos szemcseméret következtében a pélitek viszonylag kis szállítási távolság esetén is h o m o g é n kémiai összetételűek. Ezzel ellentétben a forrás­ területhez közel lerakódott törmelékes rétegsorok h o m o k k ö v e i n e k fő- és n y o m ­ elemtartalma nagyobb szórást mutat, ezért kisszámú homokkőminta kevésbé megbízhatóan tükrözi a lehordási terület átlagos összetételét ( W R O N K I E W I C Z & C O N D I E 1987; CULLERS 1995,

2000).

R. VARGA A.: Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes közetek geokémiája alapján

Az „érettség" jellemzése

és a hidrodinamikai

osztályozódás

445

hatása

Az eróziót k ö v e t ő e n a törmelékes s z e m c s é k szállítása a k o m p o n e n s e k méret és sűrűség szerinti osztályozódásával jár együtt. A szállítási távolság növekedésével az ellenálló, stabil ásvány- és kőzettörmelékek aránya növekszik, azaz fokoza­ tosan érettebbé válik a törmelékanyag. A h o m o k k ö v e k érettségének növekedé­ sével a kvarc m e n n y i s é g e növekszik, ezzel ellentétben az agyagásványok aránya háttérbe szorul. Ez a sziliciklasztos k ő z e t e k b e n a S i 0 / A l 0 arány növekedését, valamint számos n y o m e l e m m e n n y i s é g é n e k csökkenését idézi elő ( M C L E N N A N et al. 1990; L E P E R A et al. 2000; W I L L A N 2003). Az érettség változását (a grauwackétól az érett kvarcarenitig) a törmelékes k ő z e t e k k é m i a i osztályozásánál b e m u t a t o t t l o g ( S i 0 / A l 0 ) - l o g ( N a 0 / K 0 ) d i a g r a m ( P E T T I J O H N et al. 1972) vagy l o g ( S i 0 / A l 0 ) - l o g ( F e 0 3 / K 0 ) diagram ( H E R R O N 1988) segítségével k ö v e t h e t j ü k (la-b. ábra). Az érettség n ö v e k e d é s é v e l p á r h u z a m o s a n - a nehézásvány-dúsulás k ö v e t k e z t é b e n - az üledékes kőzet c i r k o n t a r t a l m a , v a l a m i n t Zr/Sc a r á n y a is n ö v e k s z i k , a m e l y a T h / S c - Z r / S c d i a g r a m ( W I L L A N 2003) használatával tehető szemléletessé (5. ábra). A finomszemcsés sziliciklasztos k ő z e t e k érettségének jellemzésére alkalmaz­ h a t ó a főelemek oxidos összetételéből számolt ICV-index („Index of C o m p o ­ sitional Variability" - С о х et al. 1 9 9 5 ) , a m e l y a ( F e 0 + K 0 + N a 0 + C a O + M g O + T i 0 ) / A l 0 aránynak felel meg. Ez az arány a leggyakoribb agyag­ á s v á n y o k ideális összetételéből szá­ m o l v a 0 , 0 3 - 0 , 7 8 közötti, földpátokra nehézásványok dúsulása 0,54-0,87 közötti érték. A n a g y I C V riolit értékkel j e l l e m e z h e t ő , éretlen aleurol i t o k és a g y a g k ö v e k általában aktív 1,00 /"felső kontinentális tektonikai k ö r n y e z e t b e n h a l m o z ó d t a k / kéreg fel. Ezzel ellentétben az érett aleurodácit, litok és a g y a g k ö v e k kémiai összetétele kis I C V é r t é k k e l j e l l e m e z h e t ő , a m i A magmás differenciációs andezit г tektonikailag nyugodt vagy kratoni trend k ö r n y e z e t e t j e l e z h e t ( С о х et al. 1995; bazalt L E E 2002). Hasonló elkülönítésre nyílik 1 1 0,01 m ó d a finomszemcsés törmelékes kő­ 10 100 z e t e k K 0 / A 1 0 arányának összeha­ Zr/Sc sonlításával, ugyanis az érett üledékek­ 5. ábra. A nehézásványok dúsulását jelző b e n dúsuló agyagásványok ( K 0 / A 1 0 Th/Sc-Zr/Sc diagram WILLAN ( 2 0 0 3 ) alapján < 0 , 2 8 ) és az éretlen összetételű törme­ Fig. 5 Th/Sc-Zr/Sc plot showing a heavy-mineral lékanyagban jelentős mennyiségű concentration trend after WILLAN (2003) földpátok ( K O / A l O > 0 , 2 8 ) lényege­ sen k ü l ö n b ö z ő K 0 / A 1 0 aránnyal j e l l e m e z h e t ő e k (Сох et al. 1995; L E E 2002). E z e k az i n d e x e k azonban igen é r z é k e n y e k a mállási és a diagenetikus folyamatok k é m i a i összetételt módosító hatására (pl. alkálifémek, alkáliföldfémek mobili­ zációja, K- v a g y Na-metaszomatózis), ezért értelmezésük n a g y körültekintést i g é n y e l ( R . V A R G A et al. 2005). 2

2

3

2

2

2

2

3

3

2

2

2

2

2

2

2

3

2

2

3

14

2

2

3

2

2

2

2

2

3

3

2

3

A hidrodinamikai osztályozódás hatása leginkább a többszörösen áthalmozott t ö r m e l é k a n y a g ú h o m o k k ö v e k b e n jelentős ( M C L E N N A N et al. 1990; P A T O C K A et al.

Földtani Közlöny 135/3

446

1 9 9 4 ) , amelyekben az osztályozódás a n e h é z á s v á n y o k mennyiségét (pl. cirkon, monacit, rutil, turmalin, ilmenit, apatit, magnetit, kassziterit, krómspinell) növeli meg. A nehézásványok dúsulása, valamint torlatos megjelenése legtöbbször a T i 0 , a P 0 , a Zr, a Hf, a Th, az Y, a Nb, az Sn, a Cr és a ritkaföldfémek mennyi­ 2

2

5

s é g é t b e f o l y á s o l j a ( M C L E N N A N et al. 1 9 9 0 ; P A T O C K A et al. 1 9 9 4 ; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; LE

P E R A et al. 2 0 0 0 ; V A R G A et al. 2 0 0 1 ; V A R G A 2 0 0 2 ) . A d ú s u l á s k ö v e t k e z t é b e n a

felsorolt elemek - vagy egy részük - kiugróan nagy koncentrációban fordulhat­ n a k elő a rétegsor többi mintájában mért koncentrációkhoz képest. Az aktív tektonikai környezetből származó, a lepusztulási területhez közel f e l h a l m o z ó d o t t üledékes k ő z e t e k b e n alárendelt a n e h é z á s v á n y o k kémiai összetételt módosító hatása, ugyanis e z e k összetételét elsősorban a felzikus kom­ p o n e n s e k mennyisége határozza m e g ( M C L E N N A N et al. 1 9 9 0 ) . Az üledékgyűjtő

medence redox viszonyainak

jellemzési

lehetőségei

A n n a k ellenére, h o g y az üledékképződés és a korai diagenezis során uralkodó redox k ö r ü l m é n y e k több elem koncentrációját befolyásolják (pl. Fe, M n , U, M o , V, Zn, Ni, Cr, Cu, Pb, Co), kevés tanulmány foglalkozik a tisztán sziliciklasztos rendszerek redox viszonyainak geokémiai jellemzésével. Legszélesebb körben a Th/U hányados alkalmazásával találkozunk, amely a redox környezet jellemzése mellett az áthalmozási folyamatok mértékét is jelzi ( M C L E N N A N e t al. 1 9 9 0 ; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; D Y P V I K & H A R R I S 2 0 0 1 ) . A h a s o n l ó m é r e t ű és töltésű T h

4 +

- és

4 +

U - i o n o k rokon geokémiai viselkedésűek, azonban az urán gyakran + 2 vagy + 6 vegyértékű formában jelenik meg. Az üledékképződési folyamatok áthal­ m o z ó é s oxidáló hatására az U vízoldható U formában ( U 0 ) könnyen mobilizálódik, majd megfelelő geokémiai csapdákban - reduktív körülmények között - szervesanyagon adszorbeálódhat. Ezzel ellentétben a Th immobilis, m e n n y i s é g e a leülepedett törmelékanyag átlagos összetételét tükrözi. A Th/U h á n y a d o s értéke így oxidatív körülmények között nagy, a kis érték ezzel ellentét­ b e n kevésbé oxikus vagy anoxikus környezetet jelez ( M C L E N N A N et al. 1 9 9 0 ; 6 +

2 +

2

B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; D Y P V I K & H A R R I S 2 0 0 1 ) .

Szervesanyagban gazdag törmelékes kőzetek - különösen a fekete palák szervetlen geokémiai vizsgálatában az üledékgyűjtő m e d e n c e redox állapotának jellemzésére a redox-érzékeny n y o m e l e m e k (Mo, V, U, Zn, Ni, Cr, Cu, Pb, Co, M n ) dúsulásának mértéke, valamint a V / ( V + N i ) , a V/Cr és a Ni/Со arány vizsgálata (6. ábra) terjedt el. Segítségükkel oxikus, dizoxikus, szuboxikus/anoxikus és euxin k ö r n y e z e t elkülönítésére nyílik lehetőség. A környezeti viszonyok részleteinek feltárására az összes szerves szén (TOC), a k é n és a vas m e n n y i s é g é n e k össze­ függései ( C - S - F e kapcsolat: S/TOC, S/Fe, F e - S - C háromszögdiagram) újabb lehetőségeket nyújtanak MAYNARD 2004;

( D E A N & A R T H U R 1 9 8 9 ; H O F M A N N et al. 2 0 0 0 ; A L G E O &

RIMMER 2004).

További k ö r n y e z e t j e l z ő

a „piritesedés

mértékét"

m e g a d ó D O P („degree o f pyritization"), amely a piritben található vas és az összes reaktív vas (piritben található vas + HCl-oldható vas) m e n n y i s é g é n e k h á n y a d o s a k é n t számolható ki ( R A I S W E L L et al. 1 9 8 8 ) . Normál tengeri környe­ zetben a D O P = 0 , 4 2 ; a közepes D O P értékek ( 0 , 6 7 - 0 , 7 5 ) kevésbé rétegzett anoxi­ kus vízoszlopot, a nagy D O P értékek ( > 0 , 7 5 ) erősen rétegzett anoxikus vízosz­ lopot j e l e z n e k az üledékképződés során ( R A I S W E L L et al. 1 9 8 8 ; R I M M E R 2 0 0 4 ) .

R. VARGA A: Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája alapján Dizoxikus 1

1,0

Oxikus

1

°

Oxikus -

Szuboxikus/ Anoxikus

447

g g w

Szuboxikus/Anoxikus -

S

I Dizoxikus

< 0,6

Oxikus

Dizoxikus 0,5

0

5

10

15

0

20

5

10

15

20

Ni/Co Ni/Co 6. ábra. Az őskörnyezet redox viszonyait jelző Ni/Со-V/Cr és Ni/Co-V/(V+Ni) diagramok RIMMER (2004) alapján Fig. 6 V/Cr vs. Ni/Со and V/(V+Ni) vs. Ni/Со diagrams reflecting palaeoredox conditions after RIMMER

(2004)

A fekete palák szervetlen geokémiai vizsgálatának lehetőségeiről, valamint az a h h o z szorosan kapcsolódó, de a szerves geokémia tárgykörébe tartozó paleoredox indikátorokról a Chemical Geology folyóirat 2 0 6 . tematikus kötete nyújt további információkat ( S C H U L T Z & R I M M E R 2 0 0 4 ) .

A diagenetikus

folyamatok

módosító

hatása

A sziliciklasztos k ő z e t e k diagenezise olyan hőmérséklet- és nyomásfüggő, t ö b b k o m p o n e n s ű geokémiai rendszerben zajlik, amely legfontosabb hajtóereje az ásványok és a pórusvíz közötti termodinamikus és kinetikus egyensúly elérése. A diagenetikus átalakulások típusát és mértékét elsősorban az üledék­ képződési környezet, a klíma, a törmelékszemcsék összetétele, a tengerszint relatív ingadozása és a b e t e m e t ő d é s mélysége befolyásolja ( M O R A D et al. 2 0 0 0 ) . Geokémiai t a n u l m á n y o k b a n legtöbbször kevés figyelmet szentelnek a diagenezis folyamatainak, m e r t e z e k a legtöbb - de n e m m i n d e n - esetben közel izokémikusak, így h a t á s u k a törmelékes kőzet teljes kémiai összetételét n e m befolyásolja számottevően ( W E A V E R 1989; С о х et al. 1 9 9 5 ; L E E 2 0 0 2 ) . Bizonyos esetben azonban előfordulhat, h o g y a geokémiai összetételben megfigyelhető anomália (legtöbb­ ször kiugróan n a g y K 0 - vagy N a O - k o n c e n t r á c i ó ) csak diagenetikus átalaku­ lások segítségével magyarázható (VAN D E K A M P & L E A K E 1 9 9 6 ; R . V A R G A et al. 2 0 0 5 ) . 2

z

A törmelékes rétegsorok diagenezisének leggyakoribb folyamatait M O R A D et al. ( 2 0 0 0 ) foglalta össze. Ezek közül geokémiai szempontból kiemelt jelentőségűek a z o k a reakciók, a m e l y e k a törmelékes ásványok oldódásával, átkristályosodásával, illetve m á s o d l a g o s á s v á n y o k k é p z ő d é s é v e l j á r n a k (pl. illitesedés, kloritosodás, albitosodás, zeolitosodás, kvarc- vagy karbonátcementáció). Az egyik legjobban k ö v e t h e t ő változás a törmelékes üledékes rendszer kálium­ eloszlásának átrendeződése. A K 0 - k o n c e n t r á c i ó diagenetikus növekedése (Kmetaszomatózis) döntően két folyamathoz kapcsolható: ( 1 ) a K - g a z d a g pórusvíz hatására az Al-tartalmú agyagásványok (pl. kaolinit, szmektit) átalaku2

+

Földtani Közlöny 135/3

448

lása illitté; (2) a plagioklászok átalakulása káliföldpáttá ( W E A E R 1989; F E D O et al. 1995). A sziliciklasztos kőzetek K-metaszomatózisa - a kőzettani megfigyeléseken túl - a kémiai mállás jellemzésénél bemutatott A - C N - K diagram segítségével m u t a t h a t ó ki ( N E S B I T T & Y O U N G 1 9 8 4 , 1 9 8 9 ; F E D O et al. 1995).

A sziliciklasztos kőzetek elsődleges kémiai összetételét a diagenetikus albitosodás is jelentős mértékben befolyásolhatja, h a a z üledékes rendszerbe külső forrásból (pl. vulkanikus eredetű hidroterma, sós pórusvíz - „brine") többlet N a adódik. A kőzet Na-metaszomatózisára jellegzetes petrográfiai bélyegek - a törmelékes földpátok albitosodása, póruskitöltő autigén albit megjelenése utalnak. Ez a hatás a lehordási terület kőzeteihez és a rétegsor további törmelékes kifejlődéseihez viszonyítva kiugróan pozitív N a 0 - a n o m á l i á b a n nyilvánul m e g (2a. ábra; V A N D E K A M P & L E A K E 1996; Á R K A I et al. 2000; R. V A R G A et al. 2005). 2

Törmelékes kőzetekben lokális jelentőségű P 0 - , C e - , La-, Y - , T h - és U dúsulást o k o z h a t a z apatit, a x e n o t i m és a m o n a c i t autigén k é p z ő d é s e 2

(MILODOWSKI

5

& Z A L A S I E W I T Z 1 9 9 1 ; V A N D E K A M P & L E A K E 1996; R. V A R G A et al. 2 0 0 5 ) .

A d i a g e n e t i k u s a n m o b i l i z á l ó d o t t foszfor forrását l e g g y a k r a b b a n g e r i n c e s m a r a d v á n y o k c s o n t a n y a g á n a k átalakulása, valamint foszfortartalmú ürülék k é p e z i ( V A N D E K A M P & L E A K E 1996).

A regionális

metamorfózis

hatása a törmelékes

kőzetek kémiai

összetételére

A sziliciklasztos kőzetek geokémiai kutatásában alárendeltek azok a tanul­ m á n y o k , amelyek a metamorfózis módosító hatását is elemzik ( W R O N K I E W I C Z & C O N D I E 1987; F E D O et al. 1996; C U L L E R S 2000; L E E 2002). A törmelékes üledékes

kőzetek metamorfózisakor - a diagenezishez hasonlóan - olyan radikális ásvány­ tani v á l t o z á s o k l é p n e k fel, a m e l y e k a m e g v á l t o z o t t h ő m é r s é k l e t i és nyomásviszonyok mellett instabil agyagásványok átkristályosodását okozzák. A lejátszódó folyamatok gyakran izokémikusak, így lényegesen n e m befolyásolják a törmelékes kőzet teljes kémiai összetételét és nyomelemeloszlását, azaz a kiindulási k ő z e t g e o k é m i a i jellemzőit ( W R O N K I E W I C Z & C O N D I E 1987; W E A E R 1989; С о х et al. 1995; F E D O et al. 1996; L E E 2002).

A törmelékes kőzetek lehordási területe a teljes kőzet kémiai összetételének tükrében A törmelékes k ő z e t e k szemcséit elsősorban a lehordási területet felépítő k ő z e t e k törmelékanyagának statisztikus keveréke alkotja, amely általában a felső kéreg magmás, metamorf, valamint többszörösen áthalmozott üledékes k ő z e t e i n e k eróziójából s z á r m a z i k ( B H A T I A 1985; B H A T I A & C R O O K 1986; R O S E R &

K O R S C H 1986). Az üledékes folyamatok hatására számos fő- és n y o m e l e m ( N a O , K 0 , M g O , C a O , U , R b stb.) k ö n n y e n mobilizálódik, így ezek m e n n y i s é g e a lehordási terület kőzetösszetételének általános jellemzésére n e m alkalmazható z

2

(NESBITT

& YOUNG

1984,

1989;

FEDO

et

al.

1995;

V A ND E KAMP

&

LEAKE

1996;

Z I M M E R M A N N & B A H L B U R G 2003). N é h á n y fő-, valamint több n y o m e l e m (pl. A 1 0 , F e 0 , T i 0 , M n O , Zr, Hf, Th, Nb, Co, Cr, Ni, V, Sn, L a - L u , Y, Sc) abszolút és/vagy relatív m e n n y i s é g e azonban kiválóan jellemzi a forrásterület kőzeteinek eredő 2

2

3

2

3

R. VARGA A : Az őskörnyezetí viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes közetek geokémiája

alapján

449

k é m i a i összetételét. Ezek hordozó ásványai - a lehordási terület kőzeteire jellem­ ző elemarányokat megőrizve - d ö n t ő e n törmelékes szemcsék formájában szállí­ t ó d n a k és k e r ü l n e k a z ü l e d é k g y ű j t ő b e ( T A Y L O R & M C L E N N A N 1 9 8 5 ; M C L E N N A N & T A Y L O R 1 9 9 1 ; C U L L E R S & B E R E N D S E N 1 9 9 8 ; G Ö T Z E 1 9 9 8 ; G A I E R O e t al. 2 0 0 4 ) . A Zr, a

N b , a H f és az S n m e n n y i s é g e uralkodóan a n e h é z á s v á n y o k h o z köthető, ezért abszolút koncentrációjukat a hidrodinamikai osztályozódás, azaz a n e h é z ­ á s v á n y o k frakcionációja szintén befolyásolja ( M C L E N N A N & T A Y L O R 1 9 9 1 ; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; L E P E R A et al. 2 0 0 0 ) .

A m a g m á s geokémia e r e d m é n y e i t figyelembe véve, a mafikus és a z ultramafikus forrásterület a Cr koncentrációjával j e l l e m e z h e t ő , amely leggyakrabban az akcesszórikus törmelékes k o m p o n e n s k é n t azonosítható krómspinell mennyi­ ségétől függ. Mafikus lehordási terület a V, a Co és a Ni koncentációjának növeke­ dését is okozza, továbbá a - szintén a kompatibilis e l e m e k közé tartozó - Sc m e n n y i s é g é t növeli m e g a törmelékes kőzetben. Ezekkel ellentétben, az inkom­ patibilis La, T h és Zr m e n n y i s é g e a savanyú (felzikus) kőzettörmelékek arányától f ü g g ( H I S C O T T 1 9 8 4 ; D I N E L L I e t al. 1 9 9 9 ; B A U L U Z et al. 2 0 0 0 ; A M O R O S I et al. 2 0 0 2 ;

Z I M M E R M A N N & B A H L B U R G 2 0 0 3 ) . E z e k a z e l e m e k különböző koncentrációban v a n n a k j e l e n a savanyú vagy bázisos átlagos összetétellel j e l l e m e z h e t ő , eltérő lehordási területű üledékanyagban. Számolt hányadosaik (La/Sc, La/Со, Co/Th, Cr/Th, Cr/Zr, Cr/V, Ni/La, L a / T h , Th/Sc) m e g ő r z i k a forráskőzet genetikai jellegzetességeit, ezért kiválóan alkalmasak a lehordási terület eredő kőzetössze­ t é t e l é n e k leírására ( B H A T I A & C R O O K 1 9 8 6 ; F L O Y D et al. 1 9 8 9 ; B A U L U Z et al. 1 9 9 5 ; CULLERS & BERENDSEN 1998).

A sziliciklasztos kőzetek lehordási területének jellemzésére széles körben elter­ j e d t azok kondritra normált ritkaföldfém-eloszlásának összehasonlítása ( B H A T I A 1985;

MCLENNAN

1 9 9 0 ; F L O Y D et al. 1 9 9 1 ; C U L L E R S

1995; GAIERO

et al. 2 0 0 4 ; R .

V A R G A et al. 2 0 0 4 ) . Általános tapasztalat, h o g y a pélitek teljes ritkaföldfémtartalma ( E R F F ) meghaladja a h o m o k k ö v e k b e n mért koncentrációkat, amely arra utal, h o g y a ritkaföldfémeket h o r d o z ó ásványok a finomszemcsés frakcióban dúsuln a k ( M C L E N N A N 1 9 8 9 ; C U L L E R S 1 9 9 5 ; R . V A R G A et al. 2 0 0 4 ) . A r i t k a f ö l d f é m e k frakci-

onációját a La/Yb é s a kondritra normált L a / Y b hányadosok, a könnyű ritkaföldfémek frakcionációját a La/Sm és a L a / S m , a n e h é z ritkaföldfémekét a Gd/Yb és a G d / Y b h á n y a d o s o k segítségével számszerűsíthetjük. Az E u anomália mértéke a z E u / E u * = E u / ( S m * G d ) képlet alapján határozható m e g . A G d / Y b - E u / E u * diagram ( M C L E N N A N & T A Y L O R 1 9 9 1 ) segítségével a negatív európium-anomália mértékét (plagioklászok frakcionációja a forrásterü­ leten) ábrázolhatjuk a n e h é z ritkaföldfém-eloszlás m e r e d e k s é g é n e k függvé­ n y é b e n (WlLLAN 2 0 0 3 ) . N

N

N

N

N

N

1 , / 2

N

N

N

N

N

A kontinentális forrásterületű (felső kontinentális kéreg eredetű) törmelékes k ő z e t e k ritkaföldfém-eloszlása a z e r ő s e n differenciált m a g m á s k ő z e t e k h e z hasonló, általános jellemzőjük a k ö n n y ű ritkaföldfémek dúsulása és a negatív Euanomália (3b. ábra). Ezzel ellentétben az aktív vulkáni ívekről származó üledékek és üledékes kőzetek ritkaföldfém-eloszlásában a negatív Eu-anomália értéke n a g y o n kicsi - egyes esetekben m e g s e m j e l e n i k - amely a forrásterület magmás k ő z e t e i n e k kismértékű differenciációját jelzi. A kontinentális í v és ívmögötti m e d e n c e forrásterületű t ö r m e l é k e s k ő z e t e k ritkaföldfém-eloszlása átmeneti jelleget mutat a tisztán kontinentális, illetve a döntően szigetív környezetből

450

Földtani Közlöny 135/3

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0

1

2

Hf(ppm) Y/Ni 7. ábra. Diagramok a lehordási terület jellemzésére, a) N i - T i O diagram (FLOYD et al. 1989); b) Cefg-Laj.j/Ybf^ diagram (ALEXANDER et al. 2000) с) Ш-La/Th diagram (FLOYD & LEVERIDGE 1987); d) Y/Ni-Cr/V diagram (HISCOTT 1984; AMOROSI et al. 2002) az ultramafikus ( U M F ) komponens százalékos arányának félmennyiségi becslésére. A két keveredési görbe szélső tagja az U M F és a gránit ( G R ) átlagos összetétele, illetve a felső kontinentális kéreg ( F K K ) z

Fig. 7 Provenance discrimination diagrams, a) Ni~Ti0 diagram (FLOYD et al. 1989); b) Ce-^-La^/Yb^ diagram (ALEXANDER et al. 2000); c) Hf-La/Th diagram (FLOYD & LEVERIDGE 1987); d) Y/Ni-Cr/V plot (HISCOTT 1984; AMOROSI et al. 2002) for semiquantitative estimation of the amount of ultramafic detritus. Two mixing curves are reported, connecting an ultramafic end member (UMF) to granite (GR) and upper continental crust (FKK) end members 2

származó sziliciklasztos kőzetek kémiai összetétele között ( B H A T I A 1 9 8 5 ; T A Y L O R & M C L E N N A N 1 9 8 5 ; M C L E N N A N 1 9 8 9 ; G A I E R O et al. 2 0 0 4 ) . A ritkaföldfémek eloszlását a z o n b a n n a g y m é r t é k b e n befolyásolhatja a kőzet karbonáttartalma. Jelentős m e n n y i s é g ű k a r b o n á t c e m e n t jellegzetesen kontinetális forrásterület mellett is kialakíthat pozitív Eu-anomáliát (3b. ábra), hiszen a karbonátásványok C a ionjait a S r mellett az E u is helyettesítheti ( M C L E N N A N 1 9 8 9 ; R . V A R G A et al. 2004). 2 +

2 +

2 +

Az immobilis n y o m e l e m e k koncentrációviszonyain és meghatározott elem­ a r á n y a i n túl, a forrásterület e r e d ő k ő z e t ö s s z e t é t e l é n e k j e l l e m z é s é r e több diszkriminációs diagram terjedt el. Ezek közül a N i - T i 0 diagram ( F L O Y D et al. 1 9 8 9 ) segítségével a savanyú, illetve a bázisos összetételű, m a g m á s eredetű (éretlen) törmelékes kőzetek (homokkövek, grauwackék, pélitek) különíthetők el az érett üledékes kőzetektől (7a. ábra). Pélitek vizsgálatakor a ritkaföldfémek 2

R. VARGA A.: Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes közetek geokémiája alapján

451

m e n n y i s é g é r e épülő C e L a / Y b diagram ( A L E X A N D E R et al. 2 0 0 0 ) az átmeneti (intermedier) típusú lehordási területen keresztül a mafikus és a kvarcdús f o r r á s t e r ü l e t e l k ü l ö n í t é s é t segíti (7b. ábra). H o m o k k ö v e k r e a l k a l m a z v a a H f - L a / T h diagram ( F L O Y D & L E V E R I D G E 1 9 8 7 ) andezites ív forrásterületet, savanyú ív forrásterületet, továbbá az idős üledékek n ö v e k v ő részarányával jellemezhető passzív p e r e m forrásterületet különböztet m e g (7c. ábra). Speciálisan a mafikus, ultramafikus forrásterületről érkező törmelékanyag minőségi és félmennyiségi jellemzésére szolgál az Y/Ni-Cr/V diagram ( H I S C O T T 1 9 8 4 ) , a m e l y b e n az ultra­ mafikus lehordási területetű sziliciklasztos k ő z e t e k kis Y/Ni és n a g y Cr/V aránnyal jellemezhetők, ezzel ellentétben a n a g y o b b Y/Ni és a kisebb Cr/V arány felzikus összetételű kőzetanyagban gazdag forrásterületet jelez (7d. ábra). Az értelmezéskor figyelembe kell venni, h o g y a krómspinell áthalmozott eredetű is lehet, ezért az ultramafikus forrásterület azonosítására más független módszert is célszerű alkalmazni ( M I K E S T. szóbeli közlés). Tapasztalatok szerint a Ni és a Cr m e n n y i s é g e között pozitív lineáris korreláció m u t a t h a t ó ki, ezért a Ni/Al-Mg/Al a r á n y o k összehasonlítása szintén e r e d m é n y e s e n használható a mafikus törme­ l é k a n y a g b a n gazdag forrásterület átlagos összetételének jellemzésére ( A M O R O S I et al. 2 0 0 2 ) . A sziliciklasztos kőzetek szemcséi között azonban törmelékes dolomit is előfordulhat ( V O N E Y N A T T E N 2 0 0 3 ) , ezért a Mg/Al h á n y a d o s alkalmazása megfelelő körültekintést igényel. t s r

N

N

A lemeztektonikai helyzet általános jellemzése A lehordási terület típusának és az üledékgyűjtő m e d e n c e lemeztektonikai h e l y z e t é n e k általános j e l l e m z é s é t célozták m e g a z o k a g e o k é m i a i a d a t o k felhasználásán alapuló kutatások, amelyek ismert geológiai helyzetű, részletesen t a n u l m á n y o z o t t törmelékes rétegsorok kémiai összetétele alapján széles körben alkalmazható diszkriminációs diagramok kidolgozásához vezettek ( B H A T I A 1 9 8 3 ; BHATIA & C R O O K

1986;

ROSER

& KORSCH 1986).

Segítségükkel

óceáni

szigetív,

kontinentális szigetív, aktív kontinentális p e r e m és passzív kontinentális perem forrásterülettel és geológiai környezettel j e l l e m e z h e t ő k ő z e t e k e t különböz­ t e t h e t ü n k m e g (8a-e. és 9. ábra). K I M I N A M I et al. (in S U Z U K I et al. 2 0 0 0 ) alapján az aktív vulkáni ívekhez kapcsolódó h o m o k k ö v e k részletesebb elkülönítését is megvalósíthatjuk: a z ( F e O + M g O ) / S i 0 + K 0 + N a 0 - A l 0 3 / S i 0 diagram a kontinentális szigetív és tagolt szigetív, a fejlett szigetív, továbbá az éretlen szigetív k ö r n y e z e t ű üledékes k é p z ő d m é n y e k megkülönböztetését teszi lehetővé (8f. ábra). t o t

2

2

2

2

2

A sziliciklasztos k ő z e t e k (többnyire h o m o k k ő és/vagy grauwacke) főelem­ ö s s z e t é t e l e a l a p j á n az F e 0 + M g O - T i 0 , a z F e 0 + M g O - A l 0 3 / S i 0 , a z F e 0 + M g O - K 0 / N a 0 vagy az F e 0 + M g O - A l 0 / ( C a O - l - N a 0 ) kétváltozós 2

2

3

2

2

3

2

2

2

3

2

3

3

2

2

2

d i a g r a m o k ( B H A T I A 1 9 8 3 ) , valamint a S i 0 - K 0 / N a 0 diagram ( R O S E R & K O R S C H 2

2

2

1 9 8 6 ) megszerkesztésével egyszerűen meghatározhatjuk a vizsgált k é p z ő d m é n y geológiai k ö r n y e z e t é t (8. ábra). Érdemes azonban megfigyelnünk azt, h o g y e z e k b e n a diszkriminációs diagramokban több olyan főelemarány szerepel [pl. K 0 / N a 0 , A k ^ O ^ C a O + N a ^ ) ] , amelyet a kémiai mállás és/vagy a poszteróziós h a t á s o k j e l e n t ő s e n módosíthatnak. Ezek a folyamatok d ö n t ő e n a C a O - és a 2

2

452

Földtani Közlöny 135/3

8. ábra. Diagramok a lemeztektonikai helyzet meghatározására, a-d) kétváltozós főelemdiagramok BHATIA (1983) alapján. A jelölések magyarázata a 8a. ábrán látható; e) S i 0 - K 0 / N a 0 diagram ROSER & KORSCH (1986) alapján; f) homokkövek csoportosítása a ( F e O + M g O ) / ( S i 0 + K 0 + N a 0 ) AljOj/SiC^ diagram segítségével SUZUKI et al. (2000) alapján 2

2

2

2

2

2

Fig. 8 Tectonic setting discrimination diagrams, a-d) Binary diagrams using major element composition after BHATIA (1983); e) Si0 -K 0/Na 0 diagram after ROSER & KORSCH (1986); f (FeO+MgO)/(SiO +K 0+ Na 0)-Al 0 /Si0 diagram for sandstones after SUZUKI et al. (2000). Legend: A = oceanic island arc; В = continental island arc; С = active continental margin; D = passive continental margin; CA&DA continental island arc and dissected island arc; EIA = evolved island arc; IIA = immature island arc 2

2

2

3

2

2

2

z

2

R. VARGA A: Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája alapján

453

9. ábra. Diagramok a lemeztektorvikai helyzet meghatározására BHATIA & CROOK ( 1 9 8 6 ) alapján, a) La/Sc-Ti/Zr diagram; b) Sc/Cr-La/Y diagram; c) háromszögdiagramok a lemeztektonikai helyzet azonosítására. A jelölések magyarázata a 9a. ábrán látható Fig. 9 Tectonic setting discrimination diagrams after BHATIA & CROOK (1986). a) La/Sc-Ti/Zr diagram; b) Sc/Cr-La/Y diagram; c) Ternary discrimination diagrams for tectonic settings. Legend: A = oceanic island arc; В = continental island arc; С = active continental margin; D = passive continental margin

N a 0 - k o n c e n t r á c i ó t csökkentik, ezzel ellentétben a K 0 - k o n c e n t r á c i ó számos esetben növekedhet. A főelemdiagramok gépies alkalmazásával k ö n n y e n téves e r e d m é n y h e z j u t h a t u n k , ezért azok értelmezése előtt a mállási viszonyok és a kőzetet ért utólagos h a t á s o k tisztázása (1. korábban) feltétlenül szükséges. 2

2

Az alkálifémek és az alkáliföldfémek gyakori mobilizációja miatt megbíz­ hatóbb, ha a forrásterület nagytektonikai h e l y z e t é n e k jellemzésére az immobilis n y o m e l e m e k koncentrációit használjuk fel. Ezek közül az üledékes geokémiai gyakorlatban B H A T I A & C R O O K ( 1 9 8 6 ) m u n k á j a alapján a La/Sc-Ti/Zr és a S c / C r - L a / Y diszkriminációs diagramok, valamint a L a - T h - S c , a T h - S c - Z r / 1 0 és a T h - C o - Z r / 1 0 h á r o m s z ö g d i a g r a m o k terjedtek el (9. ábra). Ezek a diagramok azon­ ban kis mintaszám mellett, korlátozott földtani környezetből származó geo­ k é m i a i adatok (kelet-ausztráliai paleozoos turbidit rétegsorhoz tartozó grauw a c k é k ) feldolgozásával születtek, e z é r t a k ö v e t k e z t e t é s e k l e v o n á s a előtt célszerű a kapott e r e d m é n y t más, független módszer e r e d m é n y é v e l össze­ hasonlítani.

Földtani Közlöny 135/3

454

Köszönetnyilvánítás A t a n u l m á n y k é s z í t é s é n e k alapját j e l e n t ő g e o k é m i a i vizsgálatok a M e c s e k és k ö r n y e z e t é n e k kutatását m e g c é l z ó p r o g r a m o k h o z kapcsolódtak. A szerző köszö­ netét fejezi ki m i n d a z o k n a k , akik m u n k á j a során segítségére voltak, valamint a z o k n a k az a l a p í t v á n y o k n a k , s z e r v e z e t e k n e k és vállalkozásoknak, a m e l y e k 1998tól

kezdődően

tudományos

munkájának

Alapítvány D i á k o k a T u d o m á n y é r t OTP

Bank

International

Rt.

F Á Y András

anyagi h á t t e r é t biztosították: P R C H

szakalapítvány, K O C H

Alapítványa,

Magyarhoni

Sándor

Alapítvány,

Földtani

Társulat,

Association of Sedimentologists, O T K A T 022938 és T 034924

(témavezető: S Z A K M Á N Y

G y ö r g y ) , O T K A T 047195 ( t é m a v e z e t ő : R A U C S I K

Béla),

ELTE D o k t o r i Iskola Földtan-Geofizika D o k t o r i P r o g r a m (Kőzettani és G e o k é m i a i Tanszék), M O L Rt., M e c s e k é r c K ö r n y e z e t v é d e l m i Rt. M I K E S Tamást és S Z A K M Á N Y G y ö r g y ö t a kézirat g o n d o s , részletekre is kiterjedő lektorálásáért illeti k ö s z ö n e t .

Irodalom - References ALEXANDER, J . L., BAILEY, E. H. & PICKERING, К . T. 2 0 0 0 : Using Rare Earth Elements as Provenance Indicators in Mudrocks from a Range of Tectonic Settings. - Journal of Conference Abstracts 5/2, p. 134. ALGEO, T. J . & MAYNARD, B. 2 0 0 4 : Trace-element behavior and redox facies in core shales of Upper Pennsylvanián Kansas-type cyclothems. - Chemical Geology 206, 2 8 9 - 3 1 8 . AMOROSI, A., CENTINEO, M. C , DINELLI, E., LUCCHINI, F. & TATEO, F. 2 0 0 2 : Geochemical and mineralogical variations as indicators of provenance changes in Late Quaternary deposits of SE Po Plain. - Sedimentary Geology 151, 2 7 3 - 2 9 2 . ÁRKAI, P., BALOGH, К . , DEMÉNY, A., FÓRIZS, I., NAGY, G. & MÁTHÉ, Z . 2 0 0 0 : Composition, diagenetic and post-diagenetic alterations of a possible radioactive waste repository site: the Boda Albitic Claystone Formation, southern Hungary. - Acta Geologica Hungarica 43/4, 3 5 1 - 3 7 8 . ASIEDU, D. K . , SUZUKI, S . & SHIBATA, T. 2 0 0 0 : Provenance of sandstones from the Wakino Subgroup of the Lower Cretaceous Kanmon Group, northern Kyushu, Japan. - The Island Arc 9,128-144. BAULUZ, В., MAYAYO, M. T., FERNANDEZ-NIETO, С & GONZALEZ LOPEZ, J . M. 1 9 9 5 : Mineralogy and geochemistry of Devonian detrital rocks from the Iberian Range (Spain). - Clay Minerals 30, 381-394. BAULUZ, В., MAYAYO, M. T., FERNANDEZ-NIETO, C. & GONZALEZ LOPEZ, J . M. 2 0 0 0 : Geochemistry of Precambrian and Paleozoic siliciclastic rocks from the Iberian Range (NE Spain): implications for source-area weathering, sorting, provenance, and tectonic setting. - Chemical Geology 168, 135-150. BHATIA, M. R. 1 9 8 3 : Plate tectonics and geochemical composition of sandstones. - Journal of Geology 91/6, 6 1 1 - 6 2 7 . BHATIA, M. R. 1 9 8 5 : Rare earth element geochemistry of Australian Paleozoic graywackes and mudrocks: provenance and tectonic control. - Sedimentary Geology 45, 9 7 - 1 1 3 . BHATIA, M. R. & CROOK, K. A. W 1 9 8 6 : Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins. - Contributions to Mineralogy and Petrology 92,181-193. BROGEL, A., DUNKL, I., FRISCH, W , KUHLEMANN, J . & BALOGH, К. 2 0 0 3 : Geochemistry and geochronology of gneiss pebbles from foreland molasse conglomerates; geodynamic and paleogeographic implications for the Oligo-Miocene evolution of the Eastern Alps. - Journal of Geology 111/5, 543-563. CLARKE, F. W. 1 9 2 4 : The data of geochemistry. - USGS Bulletin 7 7 0 . CONDIE, К . C. 1 9 9 3 : Chemical composition and evolution of the upper continental crust: Contrasting results from surface samples and shales. - Chemical Geology 1 0 4 , 1 - 3 7 .

R. VARGA A : Az őskörnyezeti viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája alapján Cox,

455

R., LOWE, D . R. & CULLERS, R. L. 1 9 9 5 : The influence of sediment recycling and basement composition on evolution of mudrock chemistry in the southwestern United States. - Geochimica et Cosmochimica Acta 59/14, 2 9 1 9 - 2 9 4 0 . CULLERS, R. L. 1 9 9 5 : The controls on the major- and trace-element evolution of shales, siltstones and sandstones of Ordovician to Tertiary age in the Wet Mountains region, Colorado, U.S.A. Chemical Geology 1 2 3 , 1 0 7 - 1 3 1 . CULLERS, R. L. 2 0 0 0 : The geochemistry of shales, siltstones and sandstones of Pennsylvanian-Permian age, Colorado, USA: implications for provenance and metamorphic studies. - Lithos 5 1 , 1 8 1 - 2 0 3 . CULLERS, R. L. & BERENDSEN, P 1 9 9 8 : The provenance and chemical variation of sandstones associated with the Mid-continent Rift System, U.S.A. - European Journal of Mineralogy 10, 9 8 7 - 1 0 0 2 . DEAN, W E. & ARTHUR, M. A. 1 9 8 9 : Iron-sulfur-carbon relationships in organic-carbon-rich sequences: I. Cretaceous Western Interior Seaway. - American Journal of Science 289, 7 0 8 - 7 4 3 . DICKINSON, W. R. 1 9 7 0 : Interpreting detrital modes of greywacke and arkose. - Journal of Sedimentary Petrology 40/2, 6 9 5 - 7 0 7 . DINELLI, Е., LUCCHINI, F., MORDENTI, A. & PAGANELLI, L . 1 9 9 9 : Geochemistry of Oligocene-Miocene sandstones of the northern Apennines (Italy) and evolution of chemical features in relation to provenance changes. - Sedimentary Geology 1 2 7 , 1 9 3 - 2 0 7 . DYPVIK, H. & HARRIS, N . В. 2 0 0 1 : Geochemical facies analysis of fine-grained siliciclastics using Th/U, Zr/Rb and (Zr+Rb)/Sr ratios. - Chemical Geology 1 8 1 , 1 3 1 - 1 4 6 . FEDO, С. M., ERIKSSON, K . A. & KROGSTAD, Е. J . 1 9 9 6 : Geochemistry of shales from the Archean (—3.0 Ga) Buhwa Greenstone Belt, Zimbabve: Implications for provenance and source-area weathering. - Geochimica et Cosmochimica Acta 6 0 / 1 0 , 1 7 5 1 - 1 7 6 3 . FEDO, C. M., NESBITT, H. W & YOUNG, G. M. 1 9 9 5 : Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance. - Geology 23/10, 9 2 1 - 9 2 4 . FLOYD, E A. & LEVERIDGE, В. E. 1 9 8 7 : Tectonic environment of the Devonian Gramscatho basin, south Cornwall: framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones. - Journal of Geological Society London 144, 5 3 1 - 5 4 2 . FLOYD, E A., SHAIL, R., LEVERIDGE, В. E. & FRANKE, W 1 9 9 1 : Geochemistry and provenance of Rhenohercynian synorogenic sandstones: implications for tectonic environment discrimination. - In: MORTON, A. C , TODD, S. E & HAUGHTON, E D. W. (Eds): Developments in Sedimentary Provenance Studies - Geological Society Special Publications 5 7 , 1 7 3 - 1 8 8 . FLOYD, E A., WINCHESTER, J . A. & PARK, R. G. 1 9 8 9 : Geochemistry and tectonic setting of Lewisian clastic metasediments from the early Eroterozoic Loch Maree Group of Gairloch, N. W Scotland. Precambrian Research 45, 2 0 3 - 2 1 4 . FOLK, R. L . 1 9 6 8 : Fetrology of sedimentary rocks. - Hemphill's, Austin, Texas, 1 7 0 p. GAIERO, D. M., DEPETRIS, E J . , EROBST, J., BIDART, S. M. & LELEYTER, L . 2 0 0 4 : The signature of river and wind-borne materials exported from Patagonia to the southern latitudes: a view from REEs and implications for paleoclimatic interpretations. - Earth and Planetary Science Letters 219, 357-376. GAILLARDET, J., DUPRE, B. & ALLÈGRE, С. J. 1 9 9 9 : Geochemistry of large river suspended sediments: Silicate weathering or recycling tracer? - Geochimica et Cosmochimica Acta 63/23-24, 4 0 3 7 - 4 0 5 1 . GARVER, J . I. & SCOTT, T. J . 1 9 9 5 : Trace elements in shale as indicators of crustal provenance and terrane accretion in the southern Canadian Cordillera. - GSA Bulletin 107/4, 4 4 0 ^ 5 3 . GÖTZE, J . 1 9 9 8 : Geochemistry and provenance of the Altendorf feldspathic sandstone in the Middle Bunter of the Thuringian basin (Germany). - Chemical Geology 150, 4 3 - 6 1 . GROMET, L. E, DYMEK, R. F., HASKIN, L. A. & KOROTEV, R. L. 1 9 8 4 : The "North American shale composite": Its compilation, major and trace element characteristics. - Geochimica et Cosmochimica Acta 48, 2 4 6 9 - 2 4 8 2 . HARNOIS, L. 1 9 8 8 : The CIW index: A new chemical index of weathering - Sedimentary Geology 55, 319-322. HASSAN, S., ISHIGA, H., ROSER, B. E, DOZEN, K . & NAKA, T. 1 9 9 9 : Geochemistry of Permian-Triassic shales in the Salt Range, Pakistan: implications for provenance and tectonism at the Gondwana margin. - Chemical Geology 158, 2 9 3 - 3 1 4 . HERRON, M. M. 1 9 8 8 : Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data. - Journal of Sedimentary Petrology 58/5, 8 2 0 - 8 2 9 .

456

Földtani Közlöny 135/3

HISCOTT, R. N. 1984: Ophiolitic source rocks for Taconic-age flysch: trace-element evidence. - GSA Bulletin 95, 1261-1267. HOFMANN, A., BOLHAR, R., DIRKS, E & JELSMA, H . 2003: The geochemistry of archaean shales derived from a mafic volcanic sequence, Belingwe greenstone belt, Zimbabwe: provenance, source area unroofing and submarine versus subaerial weathering. - Geochimica et Cosmochimica Acta 67/3, 421-440. HOFMANN, E, RICKEN, W., SCHWARK, L. & LEYTHAUSER, D. 2000: Carbon-sulfur-iron relationships and 5 C of organic matter for late Albian sedimentary rocks from the North Atlantic Ocean: paleoceanographic implications. - Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 163, 97-113. LEE, Y . I. 2002: Provenance derived from the geochemistry of late Paleozoic - early Mesozoic mudrocks of the Pyeongan Supergroup, Korea. - Sedimentary Geology 149, 219-235. L E PERA, E., MONGELLI, G., MORELU, E & CRITELLI, S. 2000: Petrographical and geochemical signature of provenance in modern sediments from the Tyrrhenian continental shelf, Calabria, Italy. Giornale di Geológia, Serie За 62, 37-55. M C C A N N , T. 1991: Petrological and geochemical determination of provenance in the southern Welsh Basin. - In: MORTON, A. C , TODD, S. P & HAUGHTON, P D. W (Eds): Developments in Sedimentary Provenance Studies, Geological Society Special Publications 57, 215-230. MCLENNAN, S. M. 1989: Rare Earth Elements in Sedimentary Rocks: Influence of Provenance and Sedimentary Processes. - In: LIPIN, B. R. & MCKAY, G. A. (Eds): Geochemistry and Mineralogy of Rare Earth Elements. - Reviews in Mineralogy 21,169-200. MCLENNAN, S. M. 2001: Relationships between the trace element composition of sedimentary rocks and upper continental crust. - Geochemistry, Geophysics, Geosystems 2, 2000GC000109, 24 p. MCLENNAN, S. M. & TAYLOR, S. R. 1991: Sedimentary rocks and crustal evolution: tectonic setting and secular trends. - Journal of Geology 9 9 / 1 , 1 - 2 1 . MCLENNAN, S. M., TAYLOR, S. R., MCCULLOGH, M. T. & MAYNARD, J. B. 1990: Geochemical and Nd-Sr isotopic composition of deep-sea turbidites: Crustal evolution and plate tectonic associations. Geochimica et Cosmochimica Acta 54,2015-2050. MILODOWSKI, A. E. & ZALASIEWITZ, J. A. 1991: Redistribution of rare earth elements during diagenesis of turbidite/hemipelagite mudrock sequences of Llandovery age from Central Wales. - In: MORTON, A. C , TODD, S. E & HAUGHTON, E D. W. (Eds): Developments in Sedimentary Provenance Studies, Geological Society Special Publications 57,101-124. MORAD, S., KETZER, J. М. & D E Ros, L. F. 2000: Spatial and temporal distribution of diagenetic alterations in siliciclastic rocks: implications for mass transfer in sedimentary basins. Sedimentology 47, Supplement 1, 95-120. MORTON, A. C. 1982: The provenance and diagenesis of Palaeogene sandstones of southeast England as indicated by heavy mineral analysis. - Proceedings of the Geologists ' Association 93,263-274. MURRAY, R. W , & LEINEN, M. 1996: Scavenged excess aluminium and its relationship to bulk titanium in biogenic sediment from the central equatorial Pacific Ocean. - Geochimica et Cosmochimica Acta 60, 3869-3878. MURRAY, R. W , LEINEN, M. & ISEM, A. R. 1993: Biogenic flux of Al to sediment in the central equatorial Pacific Ocean. Evidence for increased productivity during glacial periods. - Paleoceanography 8, 651-670. NANCE, W B. & TAYLOR, S. R. 1976: Rare earth patterns and crustal evolution - I . Australian postArchean sedimentary rocks. - Geochimica et Cosmochimica Acta 40,1539-1551. NESBITT, H . W & YOUNG, G . M. 1982: Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of luütes. - Nature 299, 715-717. NESBITT, H . W & YOUNG, G . M. 1984: Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations. - Geochimica et Cosmochimica Acta 48, 1523-1534. NESBITT, H . W & YOUNG, G . M. 1989: Formation and diagenesis of weathering profiles. - Journal of Geology 97,129-147. NESBITT, H . W , MARKOVICS, G . & PRICE, R. C. 1980: Chemical processes affecting alkalines and alkaline earths during continental weathering. - Geochimica et Cosmochimica Acta 44,1659-1666. NÖDA, A., TAKEUCHI, M. & ADACHI, M. 2004: Provenance of the Murihiku Terrane, New Zealand: evidence from the Jurassic conglomerates and sandstones in Southland. - Sedimentary Geology 164,203-222. 1 3

R. VARGA A.: Az őskörnyezeti

viszonyok jellemzése a törmelékes üledékes kőzetek geokémiája

alapján

457

PATOCKA, F., OTAVA, J. & MASTERA, L. 1994: Geochemistry of Clastic Sediments of the Andilská Нога Formation (Jesemky Mountains, Culm Facies, Bohemian Massif): Implications for the Source Area Nature. - Jahrbuch der Geologischen Bundesanstalt 1 3 7 / 2 , 319-330. PEARCE, T J . & JARVIS, I . 1995: High-resolution chemostratigraphy of Quaternary distal turbidites: a case study of new methods for the analysis and correlation of barren sequences. - In: DUNAY, R. E. & HAILWOOD, E. A . (Eds.): Non-biostratigraphical methods of dating and correlation, Geological Society Special Publications 8 9 , 1 0 7 - 1 4 3 . PETTIJOHN, F. J., POTTER, E E. & SIEVER, R. 1972: Sand and Sandstone. - Springer-Verlag, New York, 618 p. PETTIJOHN, F. J . 1975: Sedimentary rocks. - Harper & Row, N e w York, 628 p. PRESTON, J., HARTLEY, A . , H O L E , M., BUCK, S., BOND, J., MANGE, M. & STILL, J. 1998: Integrated wholerock trace element geochemistry and heavy mineral chemistry studies: aids to the correlation of continental red-bed reservoirs in the Beryl Field, UK North Sea. - Petroleum Geoscience 4 , 7-16. RACHOLD, V. & BRUMSACK, H-J. 2001: Inorganic geochemistry of Albian sediments from the Lower Saxony Basin N W Germany: palaeoenvironmental constraints and orbital cycles. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 1 7 4 , 1 2 1 - 1 4 3 . RAISWELL, R., BUCKLEY, E , BERNER, R. A . & ANDERSON, T. F. 1988: Degree of pyritization of iron as a paleoenvironmental indicator of bottom-water oxygenation. - Journal of Sedimentary Petrology 5 8 , 812-819. RAUCSIK, В., SZABÓ, Gy. & BORBÉLY-KISS, I. 1998: Geochemical study on a limestone/marlstone alternation, Bajocian, Mecsek Mountains, Southern Transdanubia, Hungary. - Acta MineralogicaPetrographica, Szeged 3 9 , 1 0 7 - 1 3 8 . RAUCSIK, В., DEMÉNY, A., BORBÉLY-KISS, I. & SZABÓ, Gy. 2001: Monsoon-like climate during the Bajocian. Clay mineralogical and geochemical study on a limestone/marl alternation (Komló Calcareous Marl Formation, Mecsek Mountains, Southern Hungary). - Hantkeniana 3,149-176. KIMMER, S. M. 2004: Geochemical paleoredox indicators in Devonian-Mississippian black shales, Central Appalachian Basin (USA). - Chemical Geology 2 0 6 , 373-391. RONOV, А . B . & MIGDISOV, A . A. 1971: Geochemical history of the crystalline basement and sedimentary cover of the Russian and North American platforms. - Sedimentology 16,137-185. ROSER, B . P & KORSCH, R. J. 1986: Determination of tectonic setting of sandstone-mudstone suites using S i O content and K 0 / N a 0 ratio. - Journal of Geology 9 4 , 635-650. R. VARGA, A . & SZAKMÁNY, Gy. 2004: Geochemistry and provenance of the Upper Carboniferous sandstones from borehole Diósviszló-3 (Téseny Sandstone Formation, SW Hungary). - Acta Mineralogica-Petrographica, Szeged 4 5 / 2 (in press) R. VARGA, A . , SZAKMÁNY, G y , JÓZSA, S. & MÁTHÉ, Z . 2003: Petrology and geochemistry of Upper Carboniferous siliciclastic rocks (Téseny Sandstone Formation) from the Slavonian-Drava Unit (Tisza Megaunit, S Hungary) - summarized results. - Acta Geologica Hungarica 4 6 / 1 , 95-113. R. VARGA A., RAUCSIK B . & SZAKMÁNY Gy. 2004: A Siklósbodony S b - 1 mélyfúrás feltételezett karbon-perm határképződményeinek ásványtani, kőzettani és geokémiai jellemzői. - Földtani Közlöny 1 3 4 / 3 , 321-343. R. VARGA A . , S2AKMÁNY Gy., RAUCSIK В . & MÁTHÉ Z . 2005: Chemical composition, provenance and early diagenetic processes of playa lake deposits from Boda Siltstone Formation (Upper Permian), SW Hungary. - Acta Geologica Hungarica 4 8 / 1 , 49-68. SCHULTZ, R. B . & RIMMER, S . M . 2004: Geochemistry of organic-rich shales: new perspectives, Editorai. - Chemical Geology 2 0 6 , 1 6 3 - 1 6 5 . SINHA, K., WAYNE, D. M. & HEWITT, D. A . 1992: The hydrothermal stability of zircon: Preliminary experimental and isotopic studies. - Geochimica et Cosmochimica Acta 5 6 / 9 , 3551-3560. SUZUKI, S., TAKEMURA, S., YUMUL, G. P., DAVID, S. D. & ASIEDU, D. K. 2000: Composition and provenance of the Upper Cretaceous to Eocene sandstones in Central Palawan, Philippines: Constraints on the tectonic development of Palawan. - The Island Arc 9 , 611-626. TAYLOR, S. R. & MCLENNAN, S. M. 1985: The Continental Crust: its Composition and Evolution. Blackwell Scientific Publications LTD, 312 p. TUREKIAN, K. K. & WEDEPOHL, К . H. 1961: Distribution of elements in some major units of the Earth's crust. - GSA Bulletin 7 2 , 1 7 5 - 1 9 2 . VAN DE KAMP, E С. & LEAKE, В. E. 1996: Petrology, geochemistry, and Na metasomatism of Triassic-Jurassic non-marine clastic sediments in the Newark, Hartford, and Deerfield rift basins, northeastern USA. - Chemical Geology 1 3 3 , 89-124. z

2

2

458

Földtani Közlöny 135/3

VARGA A. 2002: A dél-dunántúli felső-karbon homokkövek kőzettani és geokémiai vizsgálatának eredményei. - Diplomadolgozat, ELTE Kőzettani és Geokémiai Tanszék, Budapest, 104 p. VARGA A., SZAKMÁNY Gy., JÓZSA S. & MÁTHÉ Z . 2001: A nyugat-mecseki alsó-miocén konglomerátum karbon homokkő kavicsainak és a Tésenyi Homokkő Formáció képződményeinek petrográfiai és geokémiai összehasonlítása. - Földtani Közlöny 1 3 1 / 1 - 2 , 1 1 - 3 6 . VARGA A., RAUCSIK В . , SZAKMÁNY G y , HARTYÁNI ZS., SZILÁGYI V & HORVÁTH T. 2002: Mállási indexek összehasonlítása: a kémiai mállás hatása törmelékes kőzetek ásványos összetételére. - Magyar Kémiai Folyóirat 108/9, 387-396. VON EYNATTEN, Н. 2003: Petrography and chemistry of sandstones from the Swiss Molasse Basin: an archive of the Oligocène to Miocene evolution of the Central Alps. - Sedimentology 50/4, 703-724. WEAER, С E. 1989: Clays, Muds, and Shales. - Elsevier, Amsterdam, 819 p. WEDEPOHL, К. H. 1995: The composition of the continental crust. - Geochimica et Cosmochimica Acta 59/7,1217-1232. WILLAN, R . C. R . 2003: Provenance of Triassic-Cretaceous sandstones in the Antarctic Peninsula: implications for terrane models during Gondwana breakup. - Journal of Sedimentary Research 73/6, 1062-1077. WIMMENAUER, W. 1984: Das prävariskische Kristallin im Schwarzwald. - Fortschritte in Mineralogie, Beihäfte 62, 69-86. WRONKIEWICZ, D. J . & CONDIE, К. C. 1987: Geochemistry of Archean shales from the Witwatersrand Supergroup, South Africa: Source-area weathering and provenance. - Geochimica et Cosmochimica Acta 51, 2401-2416. ZIMMERMANN, U. & BAHLBURG, H. 2003: Provenance analysis and tectonic setting of the Ordovician clastic deposits in the southern Puna Basin, N W Argentina. - Sedimentology 50/6,1079-1104. Kézirat beérkezett: 2005. 03. 02.