AKTUALITY ŠUMAVSKÉHO VÝZKUMU II
str. 9 – 15
Srní 4. – 7. října 2004
Polymetamorfní vývoj geologické stavby jednotky Královského hvozdu Polymetamorphic evolution of the Královský Hvozd Unit Jiří Babůrek Česká geologická služba, Klárov 3, CZ-11821 Praha 1, Česká republika
[email protected] Abstract Královský Hvozd Unit (KHU) is a region composed of three different lithostructural units, conserving three different tectonometamorphic events: 1) the northernmost part of KHU, in a minimal variant it is a region bordered by the flow of Chodská Úhlava River from the south (NW part of segment C), has a rocks protolith origin as well as metamorphic evolution similar to that of the southern margin of NKM. Genetically and formally it belongs already to Bohemicum; 2) the northern and eastern part of KHU is built up of the Variegated Group (Moldanubicum) of two-mica gneisses and a Monotonous Group of massive gneisses of the Pancíř-, Můstek- and Prenet mountain ridge (segments C and D). This part underwent a prograde Barrovian metamorphic evolution from higher-pressure low-temperature – 525–575 °C / 5–7 kb into the lower-pressure higher-temperature phase with the transition into the sillimanite-bearing and gradually more migmatized rocks to east and south; 3) the core zone of KHU (segment E) built up by the micaschists s.s. with a monotonous lithology has relic information of the Barrovian medium-pressure with a straight retrograde phase caused probably by an uplift and extension due to intrusions of granitic bodies registered gravimetrically. A periplutonic (contact) low-pressure prograde overprint – 525–575 °C / 1–3 kb followed. Key words: Královský Hvozd Unit, micaschists, greenschist facies, low amphibolite facies, high pressure-, medium pressure-, low pressure-metamorphism
VYMEZENÍ STUDOVANÉ OBLASTI, CÍLE STUDIA A METODIKA Název jednotky Královského hvozdu (dále jen KHU) vychází z historického pojmenování oblasti severní Šumavy (zhruba dnešní Železnorudsko). Jde o morfologicky autonomní jednotku, kterou tvoří dva horské hřbety směru SZ–JV, vybíhající z peneplenizované centrální Šumavy a dosahující největších relativních výškových rozdílů v rámci celého pohoří (přes 600 m). Severní hranice této jednotky je tvořená konvenčně středočeským zlomem a probíhá přibližně mezi státní hranicí u obce Svatá Kateřina a Nýrskem (asi 7 km). Na sever od zlomu přiléhá k jednotce Královského hvozdu kdyňský bazický masiv, jako součást tepelsko-barandienské oblasti (dále jen bohemika). Tato severní hranice KHU je jediným úsekem středočeského zlomu, kde není lemován granitoidy středočeského plutonu. Je zde tedy možné sledovat charakteristiky bohemika i moldanubika v jejich těsném kontaktu. Konvenční vymezení jednotky je dáno vedle středočeského zlomu ze všech stran dále sillimanitovou isográdou (VEJNAR 1963). Cílem této práce je podání souhrnné geologické charakteristiky hlavních horninových typů jednotky Královského hvozdu při použití moderní laboratorní analytiky, studium mi-
9
nerálních asociací z hlediska jejich kvantitativní a kvalitativní charakteristiky a spojením všech získaných nových údajů a dosud publikovaných informací je záměrem charakterizovat vývoj jednotky Královského hvozdu z hlediska PT podmínek a zařadit ji do kontextu vývoje moldanubika i bohemika, na jejichž rozhraní KHU leží. Vzorky byly zpracovány výhradně v laboratořích České geologické služby Praha. Analýzy hornin byly prováděny klasickou silikátovou analýzou, emisní spektrometrií na sekvenčním RF spektrometru ARL 9400 a pro provedení mikrosondových analýz bylo použito elektronového mikroskopu značky Cam Scan 4 a spektrometru Link ISIS. Všechny minerální zkratky uvedené v práci jsou podle mezinárodně uznávané tabulky KRETZE (1983) uvedené v příloze této práce.
LITHOSTRUKTURNÍ A GEOCHEMICKÁ CHARAKTERISTIKA JEDNOTKY KRÁLOVSKÉHO HVOZDU Jednotka Královského hvozdu je litologicky, strukturně i metamorfně nehomogenní, proto byla rozdělena na dílčí segmenty s jednotící lithostrukturní a metamorfní charakteristikou. Tento princip nemohl být dodržen rigorózně ve všech případech a faktorech. Například segment C má více deformačních fází, a masivní drobové horniny, typické pro segment D se objevují i v jiných segmentech. Dále byla studována ta část kdyňského masivu, která za středočeským zlomem k jednotce KHU bezprostředně přiléhá. Hranice segmentů jsou znázorněny na Obr. 1.
Obr. 1a. Geologická mapa jednotky Královského hvozdu, sestavená na základě vlastních mapovacích prací, část přiléhajícího kdyňského masivu byla zčásti převzata a upravena podle základní geologické mapy 1 : 25 000, list 21–421 Nýrsko (VEJNAR 1988), partie přiléhajícího strážovského krystalinika byla převzata a upravena podle rukopisné mapy 1 : 25.000, list 21–422 Janovice (VEJNAR 1986) a přiléhající bavorská část mapy byla použita z celé řady rukopisných podkladů (Fischer, Blümel, Pfaffl, Kalt). Fig. 1a. Geological map of the Královský Hvozd Unit, drawn according to the authors’ mapping. The part of Kdyně Massif was redrawn according to the geological map 1 : 25.000, sheet 21–421 Nýrsko (VEJNAR 1988), the part of Strážov Crystalline in the E was redrawn according to the geological map 1 : 25.000, sheet 21–422 Janovice (VEJNAR 1986) and the Bavarian part of the map was re-drawn according to many unpublished manuscripts (Fischer, Blümel, Pfaffl, Kalt).
10
Jednotka KHU se v souladu se staršími pracemi (VEJNAR 1963) skládá jednak z monotónních hornin drobového charakteru (dále jen masivní ruly), jednak z flyšoidní peliticko-psamitické pestré skupiny hornin. Stratigrafická pozice monotónních hornin drobového charakteru v podloží peliticko-psamitické flyšoidní pestré série (VEJNAR 1963) se zdá být nepravděpodobná. Obě sekvence se vzájemně prolínají a drobové horniny generelně leží ve strukturním nadloží sekvence flyšoidní (Obr. 1). Horniny jednotky KHU jsou tvořeny především svory s.s. hřbetu Ostrého, masivními rulami hřbetu Prenetu a dvojslídnými rulami (dále jen svorovými rulami) v severní části KHU, které mají komplikovanou litologickou i strukturní charakteristiku. Jednotka KHU je pak kromě středočeského zlomu lemována sillimanit-biotitickými rulami, respektive sillimanitovou izográdou v sekvenci masivních rul. Z vnějšku pak dále navazují již horniny s pokročilou migmatitizací a masivy granitoidů (Obr. 1).
HLAVNÍ VÝSLEDKY Nejjižnější část kdyňského masivu (segment A), která středočeským zlomem sousedí s moldanubikem, zastoupeným jednotkou Královského hvozdu, je tvořena jednak dioritovým masivem Čertova kamene (stáří intruze 340 Ma) (BUES et al. 2002), jednak amfibolitovým masivem Hohenbogen (na českém území hřbet Kameňáku). Chemismus bazických horin je většinou bazaltový, se subalkalickým tholeiitovým trendem (BABŮREK 1999). V zónách nízkého strainu masivu Hohenbogen byly popsány granátické pyriklasity, jejichž minerální
Obr. 1b. Legenda ke geologické mapě (Obr. 1a). Fig. 1b. Legend to the geological map (Fig. 1a).
11
asociace ekvilibrovaly za podmínek granulitové facie (750–840 °C / 10–13 kb (BUES et al. 2000). Metabazity v těsném sousedství středočeského zlomu si uchovávají místy relikty struktur původní intruzivní stavby, která je postupně stírána ve vyšší amfibolitové facii za podmínek vyšších tlaků (ca 650–720 °C / 8–10 kb). Někde byly identifikovány ještě pokročilejší fáze retrogrese (550–600 °C, vzácně klesají teploty i pod 500 °C). Všechny tyto teplotní rozsahy ekvilibrací si však stále uchovávají výšetlaký charakter (6–10 kb) a dokládají tak značné hloubky během metamorfózy. V metabazitech kdyňského masivu byly popsány polohy dvojslídných rul s kyanitem a granátických svorů s chloritoidem, které jsou přiřazovány k domažlickému krystaliniku (DK) (BLÜMEL 1983). Jde o horninové typy popsané také v jednotce KHU, která podobně jako DK přímo přiléhá ke kdyňskému masivu (NKM). NKM je tedy ze severu i z jihu lemován dvojslídnými svory a rulami se střednětlakými minerálními fázemi, obsahujícími i asociace nízkého stupně metamorfózy. Tyto horniny se navíc vyskytují i v reliktech ve vlastním masivu NKM (BLÜMEL 1983). Vlastní rozhraní bohemika a moldanubika (segment B) má regionální směr SV–JZ, ale v nehojných výchozech je foliace hornin směru V–Z se subvertikálním úklonem k S. Vrásové osy jsou paralelní se spádnicí. Metabazity masivu Hohenbogen evidentně patřící ke kdyňskému masivu a svorové ruly charakteristické pro severní část jednotky KHU zastupující moldanubikum, jsou odděleny pruhem masivních biotitických rul s kyanitem, které byly na německé straně sledovány i v plášti kdyňského masivu, a na české straně se stáčí k východu a J od Nýrska prstovitě vykliňují ve svorových rulách moldanubika. Minerální asociace masivních rul na přechodu jednotek je grt-ky-st-bt. Jde o typickou střednětlakou barrovienskou paragenezi, jejíž PT podmínky ekvilibrace byly určeny na 550–580 °C / 10–11 kb. Strukturní vrt u Rittsteigu z roku 1994 unikátním způsobem protnul rozhraní obou jednotek. Prvních 131 metrů bylo vedeno ve výše zmíněných masivních rulách s kyanitem. V jejich strukturním podloží (hloubky ca 131–453 m) byly popsány sekvence odpovídající severní části jednotky KHU (segment C). Hlavním horninovým typem zde jsou svorové ruly s četnými pestrými vložkami a dvěma mocnějšími polohami fylitů, které odpovídají fylitům Rittsteigským jednak petrograficky, jednak i metamorfně (450–500 °C / 9–10 kb). V hloubkách 453–466 byla vrtem zastižena významná grafitizovaná poruchová zóna doprovázená kataklázou. Jde zřejmě o vlastní středočeský zlom. V jeho podloží byly navrtány mocné polohy metabazitů a masivních rul, odpovídající J okraji kdyňského masivu. Podmínky ekvilibrace granátického amfibolitu z této zóny (RI 15/501) jsou blízké barrovienské metamorfóze masivních rul s kyanitem i metabazitů J okraje kdyňského masivu (600–700 °C / 9–11 kb) pro asociaci grt-cpx. Teploty až o 100 °C nižší za stejných výšetlakých hodnot poskytly termobarometry používající amfibol. Pozice hornin bohemika v podloží moldanubického segmentu C zpochybňuje příslušnost některých částí tohoto segmentu k moldanubiku. Severní část jednotky KHU (segment C) je litologicky pestré a strukturně polygenetické území. Hlavním horninovým typem jsou granát-muskovit-biotitické svorové ruly s četnými pestrými vložkami. Nejsevernější část segmentu C je tvořena pro moldanubikum unikátními granátickými fylity, které jsou buď chloritické (tzv. Rittsteigské) nebo především muskovitické. Metabazity nejsevernější části segmentu C mají ještě chemismus obdobný jako jejich ekvivalenty v kdyňském masivu. Metabazity dále od středočeského zlomu jsou již více alkalické s pokročile diferencovaným trendem distribuce REE. Díky litologické pestrosti mohla být použita celá řada nezávislých termobarometrických metod pro určení metamorfních podmínek vzniku rovnovážných minerálních asociací segmentu C. Jeho SZ část má převládající foliaci směru SV–JZ s příkrým upadáním. PT podmínky ekvilibrace řady hornin SZ části segmentu C jsou 450–500 °C / 8–10 kb. JV část segmentu C se vyznačuje usměrněním SZ–JV. Studium mikrostruktur ukázalo, že tento foliační směr přetiskuje směr
12
Obr. 2. Dokumentační popis strukturního vrtu situovaného 500 metrů s. od Rittsteigu, na elevaci Böhmhöhe, 705 m n.m., vpravo od silnice k hraničnímu přechodu ČR/SRN (TK Rittsteig, R: 4576060, H: 5448120) a uskutečněného Bavorským geologickým úřadem v Mnichově (odp. ved. J. Rohrmüller) v roce 1994. Největší dosažená hloubka je 583,7 metru, v hloubce 420 metrů byl úklon vrtu 39° k JJV. Fig. 2. A description of the structural bore-drilling situated 500 metres to the N from Rittsteig, on the elevation called Böhmhöhe, 705 m a.s.l., to the right from the road to the boundary crossing Czech Republic/Germany (TK Rittsteig, R: 4576060, H: 5448120). It was effectuated by the Landesamt für Geologie und Umwelt in München (resp. pers. J. Rohrmüller) in 1994. The maximum depth of boring was 583.7 m, in the depth of 420 m, the drilling inclination was 39° to SSE.
13
SV–JZ. PT podmínky ekvilibrace minerálních asociací hornin s touto mladší foliací leží oproti staršímu strukturnímu směru v tomto segmentu na prográdní křivce (ve směru hodinových ručiček), ca 520–550 °C / 6–7 kb. Během změny strukturního plánu segmentu tedy došlo k zahřívání za poklesu tlaku. JV část jednotky KHU tvoří především masivní biotitické ruly místy s kyanitem a staurolitem. Střednětlaké barrovienské minerální asociace jsou synkinematické se subvertikální foliací směru SZ–JV, která v masivu Pancíře refoliuje starší stavbu SV–JZ. Minerální asociace základní hmoty masivních rul s kyanitem ukazuje vzhledem k minerální asociaci inkluzí granátu téže horniny prográdní střednětlaký barrovienský trend, který se velmi blíží hranici stability sillimanitu. J a V od masivu Pancíře je po několika stech metrech sillimanitová izográda v terénu vymapována. Směrem k Z od masivu Pancíře nastupuje jako postkinematická mladší fáze andalusit, který vzácně obrůstá i zrna kyanitu makroskopicky. JZ část jednotky KHU tvoří vlastní granát-biotit-muskovitické svory s.s. Mají monotónní litologii s ojedinělou polohou amfibolitu a ortoruly. Horniny mají dominantní planární stavbu směru SZ–JV se dvěma hlavními směry vrásových os: starším ve směru spádnice a mladším ve směru foliace. SC-stavby vykazují poklesový smysl pohybu k SV. Celá řada hornin V od hlavního horského hřbetu Ostrého má minerální asociace ekvilibrované za střednětlakých barrovienských podmínek (520–600 °C / 5–8 kb). Rovněž asociace chloritoid + biotit je stabilní jen v rozsahu 520–580 °C / 4–6 kb (POWELL & HOLLAND, 1990). Minerální asociace svorů vlastního hřbetu Ostrého sledují velmi nízkotlakou prográdní PT dráhu od ca 520 °C / 1–2 kb až po 580 °C / 2–3 kb. Ve strukturním podloží jsou svorové horniny několik set metrů J od Ostrého protínány sillimanitovou izográdou. Vzrůst metamorfózy od S k J byl již dokumentován při stavbě železničního tunelu pod Špičákem, kde svory přecházejí od S k J do svorových rul. Horniny pestré strážovské skupiny moldanubika lemující KHU z V a J, respektive sillimanit-biotitické ruly ze Z, mají minerální asociace odpovídající PT podmínkám 600–670 °C / 4–5 kb. Stratigrafickou korelací s oblastí Sudet a východních Smrčin dospěl FISCHER (1936) k závěru, že protolit jednotky KHU jsou kambro-ordovické sedimenty. U-Pb datování jednotlivých zirkonových zrn ortorulových (resp. metagranitových, -ryolitových těles) na iontové sondě SHRIMP (MIELKE et al. 1996) dávají hodnoty 470 Ma, tedy ordovická intruzivní stáří. Jde zřejmě o časové období sedimentace dnešních metapelitů bavorské části KHU, ve kterých jsou metavulkanity konkordantně uloženy (MIELKE et al. 1996). Jednotka KHU má polymetamorfní charakter a v její geologické historii lze vystopovat 3 hlavní scénáře: 1) nejsevernější část KHU, v minimální verzi oblast ohraničená tokem Chodské Úhlavy, je tektonickou šupinou, která má původ horninových protolitů i metamorfní vývoj shodný s J okrajem kdyňského masivu a formálně tedy zřejmě patří k bohemiku; 2) severní a východní část KHU budovaná pestrou skupinou svorových rul a monotónními
Obr. 3. Geologický profil železničním tunelem pod Špičákem, překresleno podle PASCHERA (1878). Fig. 3. The geological profile of the railway tunnel under Špičák Mt., re-drawn according to PASCHER (1878).
14
masivními (drobovými) horninami hřbetu Můstku, Prenetu a Pancíře (segmenty C a D) prodělala prográdní metamorfní vývoj z výšetlaké nížeteplotní do nízkotlaké vysokoteplotní fáze (trend „ve směru hodinových ručiček“ od Pmax k Tmax) s postupným přechodem do sillimanitických a migmatititzovaných hornin na V a J; 3) vlastní jádrová oblast KHU tvořená svory s.s. s monotónní litologií a reliktními záznamy střednětlaké barrovienské metamorfózy prošla prudkou retrográdní fází (zřejmě způsobenou výzdvihem spojeným s extenzní tektonikou), následovaným periplutonickým až kontaktním přetiskem. Protolit hornin KHU je svrchně proterozoický až kambro-ordovický a všechny tři různětlaké procesy se odehrály zřejmě v rámci variského vývoje Českého masivu.
LITERATURA BABŮREK J., 1999: Basic and ultrabasic rocks at the Bohemicum/Moldanubicum boundary along the Central Bohemian Fault. Krystalinikum, 25: 9–35. BLÜMEL P. & SCHREYER W., 1976: Progressive regional low-pressure metamorphism in Moldanubian metapelites of the northern Bavarian Forest, Germany. Krystalinikum, 12: 7–30. BLÜMEL P., 1983: The western margin of the Bohemian Massif in Bavaria. Fortschritte der Mineralogie, 61(2): 171–195. BUES C., 2002: Emplacement depths and radiometric ages of Paleozoic plutons of the Neukirchen-Kdyně massif: differential uplift and exhumation of Cadomian basement due to Carboniferous orogenic collpase (Bohemian Massif). Tectonophysics, 352: 225–243. FISCHER G., 1936: Das Dach des Moldanubikums in Schlesien, dem Bayerischen Wald und Böhmen. Jahrbuch der Preussischen geologischen Landesanstalt zu Berlin für das Jahr 1935, 36: 733–741. K RETZ R., 1983: Symbols for rock-forming minerals. American Mineralogist, 68: 277–279. MIELKE H., ROHRMÜLLER J. & GEBAUER F., 1996: Ein metalateritisches Denudations-Niveau als lithologisch und zeitlich korrelierbarer Bezugshorizonz in Phylliten, Glimmerschiefern und Gneisen des ostbayerischen Grundgebirges. Geologica Bavarica, 101: 139–166. PASCHER K., 1878: Führer durch den Böhmerwald. Steinhauser, Plzeň. 75 pp. POWELL R. & HOLLAND T., 1990: Calculated mineral equilibria in the pelite systém, KFMASH. American Mineralogist, 75: 367–380. VEJNAR Z., 1963: Svorová oblast série Královského hvozdu na Šumavě. Sborník Ústředního Ústavu Geologického, 28: 107–142. VEJNAR Z., 1986: Základní geologická mapa ČSSR, list 21–422 Janovice nad Úhlavou (prozatímní vydání). Ústřední ústav geologický, Praha. VEJNAR Z., 1988: Základní geologická mapa ČSSR, list 21–421 Nýrsko. Ústřední ústav geologický, Praha.
posl
15
