Geoscience Research Reports for 2008 • Czech Geological Survey, Prague, 2009 • ISSN 0514-8057
147
Akcesorické minerály typu ABO4 ze subvulkanických ekvivalentů A-granitů Krušných hor a z teplického ryolitu Accessory minerals of ABO4-type from some subvolcanic equivalents of A-type granites from the Krušné hory/Erzgebirge Mts. and from the Teplice rhyolite KAREL BREITER 1 – RADEK ŠKODA 2 1 2
Geologický ústav AV ČR, v. v. i., Rozvojová 269, 165 00 Praha 6 Ústav geologických věd, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kotlářská 2, 611 37 Brno
(01-34 Rolava, 02-32 Teplice)
2005, Förster – Rhede 2006, Förster et al. 2007, 2008, Breiter et al. 2006, 2007). Předložená studie si klade za cíl doplnit znalosti o složení oxidických akcesorických minerálů typu ABO4 (zirkon, thorit, xenotim, monazit) v ryolitech a jejich subvulkanických ekvivalentech, které jsou součástí krušnohorského magmatismu A-typu a dosud jim z tohoto hlediska byla věnována pouze omezená pozornost (Förster et al. 2007).
Studované horniny
Key words: zircon, thorite, monazite, A-granite, subvolcanic rocks, Krušné hory/Erzgebirge Mts. Abstract: In the frame of systematic study focused on the A-type Variscan granitoids in Krušné hory Mts./Erzgebirge, we have studied radioactive accessory minerals of ABO4-type from (i) subvolcanic rhyolitic dykes near Gottesberg (Germany), (ii) altered granite porphyry dyke from Schneckenstein (Germany) and (iii) effusive rhyolite from the Teplice caldera (Czech Republic). Metamict zircon rich in xenotime component is the most common accessory phase in all examined samples. Thorite occurs particularly in the Teplice rhyolite, while concomitance of monazite with xenotime and pure zircon is typical for the Schneckenstein granite porphyry dyke. The assemblage from Schneckenstein differs from all other A-type granitoids in studied area and it is addressed the question about genetic affiliation of this rock.
Zajímavým a i v celosvětovém měřítku neobvyklým rysem krušnohorského pozdně variského magmatismu je přítomnost téměř současných intruzí dvou typů granitových magmat, která jsou obvykle produkována v odlišných geotektonických prostředích. Na relativně malém území jsou zde přítomny jednak silně peraluminické a fosforem bohaté typicky kolizní granity (S-typu), a zároveň slabě peraluminické, fosforem chudé a Zr, Th, Y, HREE-obohacené granity (A-typu), charakteristické pro extenzní prostředí. Ačkoliv k poznání dualismu frakcionovaných granitů Krušných hor došlo poměrně nedávno (Breiter et al. 1991), byly rozdíly mezi oběma typy granitů studovány z hlediska geochemického a ložiskového (Breiter et al. 1999, Förster et al. 1999) i mineralogického (Müller et al. 2005, Breiter – Müller 2009). Rozvoj analytických metod umožnil studium akcesorických minerálů z obou typů granitů (Johan – Johan
Pro studium akcesorických minerálů byly vybrány dvě subvulkanické ryolitové žíly prorážející peraluminické granity v německé části nejdecko-eibenstockého masivu u Gottesbergu a Schneckensteinu a vzorky ryolitového tufu až ignimbritu z výplně české části teplické kaldery. Přibližně 2 km sv. od Gottesbergu (asi 10 km s. od Kraslic) ve svazích údolí potoka Heroldsbach vychází několik zhruba s.-j. orientovaných žil mocných až 5 m. Jsou tvořeny ryolitem s různým podílem vyrostlic křemene. Některé ze žil mají výraznou zonální stavbu s rychle utuhlými jemnozrnnými okraji a hruběji porfyrickou centrální částí bohatou vyrostlicemi křemene a draselného živce (viz obr. 1 a, b). Podle chemického složení mají tyto ryolity výrazný charakter A-granitové taveniny a stáří 305–295 Ma ((Förster et al. 2007). Vzorky byly odebrány z malého opuštěného lomu na z. svahu údolí potoka Heroldsbach. Lokalita Schneckenstein (2 km z. od Mühlleiten, 10 km ssz. od Kraslic) je známa zejména výskytem topazů drahokamové kvality v tmelu fylitové brekcie, která vyplňuje explozivní kanál v nadloží mnohačetné intruze subvulkanických ryolitů. V blízkosti známého naleziště topazu (dnes chráněné a oplocené lokality) vystupuje na den silně prokřemenělá žíla označovaná v německých mapách jako topazový žulový porfyr. Podle reliktních textur jde o horninu blízkou žílám od Gottesbergu. Vzorky byly odebrány ze suti pod vývraty starých stromů. Vulkanická výplň teplicko-altenberské kaldery byla detailně popsána na profilu vrtu Mi-4 u Mikulova v Krušných horách. Svrchní část výplně do hloubky 610 m má ryolitové složení a je tradičně nazývána „teplický ryolit“. V rámci teplického ryolitu byly rozlišeny (Breiter et al. 2001) tři explozivně-efuzivní jednotky; každá z nich je na bázi tvořena tufy přecházejícími výše do ignimbritu (obr. 1 c, d). Podle své geochemické charakteristiky je teplický ryolit prvním produktem magmatismu A-typu ve východních
148
Zprávy o geologických výzkumech v roce 2008 • Česká geologická služba, Praha, 2009 • ISSN 0514-8057
Krušných horách. Z podobných zdrojů později intrudovaly granity A-typu v Krupce, Cínovci, Altenbergu a Sadisdorfu. Pro výzkum byly použity vzorky z vrtného jádra vrtu Mi-4.
Akcesorické minerály
Obr. 1. Textury studovaných hornin (rozměr 3 × 2 cm): a – jemnozrnná přikontaktní facie žilného ryolitu, Gottesberg; b – porfyrická facie z centrální části ryolitové žíly, Gottesberg, vyrostlice křemene (světlé) a živce (tmavě šedé) v jemnozrnné základní hmotě; c – středně zrnitý ryolitový tuf s porfyroklasty křemene, Mikulov, vrt Mi-4, hloubka 233 m; d – jemnozrnný ryolitový tuf s porfyroklasty křemene, Mikulov, vrt Mi-4, hloubka 579 m.
Chemické složení akcesorických minerálů bylo studováno pomocí elektronové mikrosondy CAMECA SX-100 na společném pracovišti Masarykovy univerzity a České geologické služby v Brně. Použité analytické podmínky jsou detailně popsány ve studii Breitera (2008). Zirkon (ZrSiO4) je nejhojnějším akcesorickým minerálem ve všech studovaných vzorcích (obr. 2, tab. 1). Téměř vždy je zonální a tvoří dobře omezené krystalky o velikosti 20–100 μm, ojediněle až 400 μm. Ve všech vzorcích lze nalézt jak krystaly s jemnou oscilační zonálností (obr. 2b), tak krystaly se silně metamiktizovaným tmavým jádrem a světlým krystalickým lemem (obr. 2d). Jádro krystalu na obr. 2d je obohaceno o Th, U a Y a v důsledku metamiktizace i o Mn, Fe a Ca s celkovou sumou pouze 92 hmot. %. Lem krystalu je téměř čistý ZrSiO4 se sumou 100 hmot. %. V oscilačně zonálních krystalech jsou tmavé zóny obohaceny xenotimovou složkou (YPO4), ale obsahy Th a U jsou nízké (obvykle pod 1 hmot. % sumy oxidů), a proto nedošlo k metamiktizaci. Obsahy Hf kolísají v rozmezí 0,01–0,03 apfu a poměr Zr/Hf je v rámci každého vzorku velmi proměnlivý. Obsah xenotimové komponenty dosahuje až 11 % v zirkonech z teplického ryolitu a až 20 % v zirkonech ze žil u Gottesbergu. Obsah thoritové komponenty je nižší – do 5, resp. 7 %. Analytické sumy se v důsledku metamiktizace pohybují v rozmezí 95–100 hmot. %, někdy jsou však nižší než 90 hmot. %. Thorit [(Th > U)SiO4] byl nalezen pouze ve vzorcích teplického ryolitu, zde je však poměrně běžný. (Obsah Th v ryolitu je 40–70 ppm.) Thorit tvoří nepravidelná izometrická zrna o velikosti převážně do 20 μm, pouze ojediněle do 50 μm. Zrna jsou chemicky nehomogenní, ale nikdy zonální. Thorit obsahuje proměnlivou příměs uranu (až 0,1 apfu), zirkonia (až 0,2 apfu) a Y + HREE (až 0,2 apfu) a v důsledku metamiktizace i Ca a Fe (až 0,2 apfu Ca + Fe). Analytické sumy dosahují 88–98 hmot. %. Xenotim [(Y, HREE)PO4] byl zjištěn pouze ve vzorcích ze Schneckensteinu, kde asociuje s téměř čistým zirkonem. Tvoří drobná nepravidelná zrna do velikosti max. 40 μm bez viditelné zonálnosti. Obsahuje kolem 0,8 apfu Y a 0,2 apfu Gd + Dy + Er + Yb, kolem 2 hmot. % ThO2 a UO2 (do 0,03 apfu Th + U). Analytické sumy dosahují v důsledku metamiktizace (?) pouze 91–92 hmot. %. Na ostatních lokalitách vstupují Y a HREE v podobě až 20 % xenotimové komponenty do zirkonu a samostatný xenotim nebyl nalezen. Monazit (LREEPO4) je nejběžnější nositel lehkých vzácných zemin (LREE) v peraluminických granitech. Hojně byl nalezen v materiálu ze Schneckensteinu, kdežto v ostatních studovaných horninách je vzácný. Tvoří většinou nepravidelná skvrnitě nehomogenní zrna, velká až 100 μm. Monazit ze Schneckensteinu a Gottesbergu obsa-
Geoscience Research Reports for 2008 • Czech Geological Survey, Prague, 2009 • ISSN 0514-8057
149
Obr. 2. Typický vzhled studovaných akcesorií v odražených elektronech (grafické měřítko vždy 50 μm): a – vrt Mi-4 (3194), srůst dvou nepravidelně zonálních krystalů zirkonu s asociovanými bílými zrnky monazitu; b – vrt Mi-4 (3200), pravidelně oscilačně zonální krystal zirkonu; c – Gottesberg (4639), prorostlice dvou zonálních krystalů zirkonu; d – Gottesberg (4639), zonální krystal zirkonu, metamiktizované jádro je obohaceno o Th, Y, U, Ca a Al, kdežto lem má složení blízké ideálnímu zirkonu; e – Schneckenstein (4640), skvrnitě nehomogenní monazit, světlé domény obsahují až 7 hmot. % ThO2, tmavé domény jsou prakticky Th-prosté; f – Schneckenstein (4640), zonální krystal zirkonu, světlá zóna je obohacena U.
huje až 8 hmot. % ThO2 (0,08 apfu Th). Na Schneckensteinu se uplatňuje výhradně substituce Th + Ca ↔ 2REE, kdežto v Gottesbergu je významnou měrou přítomna i substituce Th + Si ↔ REE + P. Závěr Nejhojnějším akcesorickým minerálem všech studovaných hornin je zirkon, většinou metamiktizovaný a obohacený zejména o xenotimovou komponentu. Thorit je hojný zejména v teplickém ryolitu a monazit na lokalitě Schneckensteinu. Vysoký obsah monazitu a xenotimu v doprovodu s téměř ideálním zirkonem vyděluje materiál ze Schneckensteinu ze všech zatím studovaných hornin A-typu v Krušných horách a otvírá otázku skutečného původu taveniny, z níž schneckensteinská žíla krystalizovala.
150
Zprávy o geologických výzkumech v roce 2008 • Česká geologická služba, Praha, 2009 • ISSN 0514-8057
Tabulka 1. Chemické složení (hmot. %) a empirické vzorce vybraných minerálů minerál
zirkon
zirkon
zirkon
thorit
hornina
teplický ryolit
Gottesberg
Schneckenstein
teplický ryolit
Schne
Schne
Gott
4639B
4640A
4640A
3200
3194
4640B
4640A
4639B
vzorek
xenotim monazit monazit
3194
3194
3200
3200
4639A
WO3
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,07
0,00
0,07
0,00
0,00
P2 O 5
1,07
0,53
1,11
0,13
0,01
14,43
1,88
0,02
0,56
0,69
29,60
27,73
25,35
As2O5
0,06
0,11
0,11
0,04
0,03
0,14
0,40
0,02
0,00
0,23
0,00
0,00
0,00
Nb2O5
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,19
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Ta2O5
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,02
0,03
0,00
SiO2
22,96
27,29
27,22
31,57
32,36
11,66
26,06
32,05
18,37
14,20
0,52
0,38
1,26
TiO2
0,04
0,02
0,03
0,00
0,02
0,00
0,03
0,02
0,04
0,02
0,01
0,00
0,00
ZrO2
50,15
49,56
56,91
65,37
65,70
38,36
57,84
65,51
0,04
0,37
0,10
0,00
0,04
HfO2
1,40
3,27
1,55
1,40
1,27
3,21
1,05
1,43
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
ThO2
1,53
1,89
0,22
0,07
0,03
7,06
2,23
0,04
62,06
60,45
2,25
7,54
8,78
UO2
0,34
2,80
0,50
0,10
0,05
1,22
0,58
0,00
11,93
6,84
1,84
0,12
0,20
Y2O3
5,52
1,20
2,61
0,20
0,00
6,41
0,53
0,00
1,30
3,55
38,79
0,72
0,50
La2O3
0,00
0,00
0,01
0,03
0,00
0,01
0,00
0,00
0,00
0,04
0,01
12,41
10,94
Ce2O3
0,15
0,04
0,10
0,01
0,00
0,07
0,03
0,00
0,04
0,61
0,09
25,93
29,90
Pr2O3
0,07
0,00
0,02
0,00
0,05
0,00
0,09
0,00
0,00
0,04
0,00
3,06
3,29
Nd2O3
0,00
0,00
0,15
0,06
0,01
0,13
0,02
0,02
0,13
0,34
0,49
11,18
9,74
Sm2O3
0,06
0,00
0,08
0,00
0,00
0,16
0,05
0,05
0,14
0,18
0,77
2,15
1,91
Gd2O3
0,20
0,07
0,14
0,00
0,00
0,50
0,13
0,01
0,19
0,48
2,47
3,10
2,80
Dy2O3
0,69
0,31
0,38
0,05
0,00
1,26
0,11
0,00
0,23
0,54
5,49
0,42
0,47
Er2O3
0,63
0,43
0,34
0,08
0,05
1,03
0,10
0,05
0,13
0,17
3,51
0,11
0,09
Yb2O3
0,90
0,97
0,39
0,03
0,08
2,06
0,15
0,00
0,03
0,11
4,33
0,03
0,00
Al2O3
0,46
1,49
0,42
0,00
0,00
1,70
0,40
0,00
0,00
0,16
0,00
0,01
0,00
Sc2O3
0,18
0,05
0,05
0,02
0,01
0,77
0,08
0,01
0,01
0,01
0,18
0,00
0,00
Bi2O3
0,09
0,07
0,12
0,10
0,09
0,20
0,30
0,10
0,11
0,19
0,00
0,00
0,00
MnO
0,30
0,35
0,01
0,00
0,05
0,08
0,04
0,00
0,02
0,05
0,00
0,00
0,00
FeO
5,43
1,14
0,64
0,11
0,43
1,71
1,25
0,15
0,00
0,82
0,11
0,00
0,00
CaO
1,70
1,61
0,67
0,02
0,00
1,84
0,35
0,00
0,00
1,29
0,39
1,24
0,73
PbO
0,02
0,06
0,34
0,00
0,02
0,00
0,00
0,00
1,32
0,17
0,10
0,09
0,12
SO3
0,04
0,04
0,03
0,02
0,00
0,17
0,00
0,01
0,00
0,00
0,01
0,00
0,00
F
0,62
0,62
0,53
0,00
0,00
1,22
0,25
0,00
0,01
1,19
0,05
0,02
0,00
94,63
93,95
94,71
99,41
100,27
95,91
93,96
99,50
96,74
92,74
92,05
96,29
97,67
celkem P
0,032
0,016
0,032
0,003
0,000
0,433
0,054
0,000
0,026
0,034
0,948
0,972
0,917
Si
0,817
0,942
0,916
0,982
0,994
0,414
0,883
0,992
0,999
0,838
0,020
0,016
0,054
Ti
0,001
0,000
0,001
0,000
0,001
0,000
0,001
0,000
0,002
0,001
0,000
0,000
0,000
Zr
0,871
0,835
0,934
0,992
0,984
0,663
0,955
0,989
0,001
0,011
0,002
0,000
0,001
Hf
0,014
0,032
0,015
0,012
0,011
0,032
0,010
0,013
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Th
0,012
0,015
0,002
0,000
0,000
0,057
0,017
0,000
0,768
0,812
0,019
0,071
0,085
U
0,003
0,021
0,004
0,001
0,000
0,010
0,004
0,000
0,144
0,090
0,015
0,001
0,002
Y
0,105
0,022
0,047
0,003
0,000
0,121
0,010
0,000
0,038
0,112
0,781
0,016
0,011
La
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,001
0,000
0,190
0,172
Ce
0,002
0,001
0,001
0,000
0,000
0,001
0,000
0,000
0,001
0,013
0,001
0,393
0,468
Pr
0,001
0,000
0,000
0,000
0,001
0,000
0,001
0,000
0,000
0,001
0,000
0,046
0,051
Geoscience Research Reports for 2008 • Czech Geological Survey, Prague, 2009 • ISSN 0514-8057
151
Tabulka 1 – pokračování minerál
zirkon
hornina vzorek
zirkon
teplický ryolit 3194
3194
3200
zirkon
Gottesberg 3200
4639A
4639B
thorit
xenotim monazit monazit
Schneckenstein
teplický ryolit
Schne
Schne
Gott
4640A
3200
4640B
4640A
4639B
4640A
3194
Nd
0,000
0,000
0,002
0,001
0,000
0,002
0,000
0,000
0,002
0,007
0,007
0,165
0,149
Sm
0,001
0,000
0,001
0,000
0,000
0,002
0,001
0,001
0,003
0,004
0,010
0,031
0,028
Gd
0,002
0,001
0,002
0,000
0,000
0,006
0,001
0,000
0,003
0,009
0,031
0,043
0,040
Dy
0,008
0,003
0,004
0,000
0,000
0,014
0,001
0,000
0,004
0,010
0,067
0,006
0,007
Er
0,007
0,005
0,004
0,001
0,001
0,011
0,001
0,000
0,002
0,003
0,042
0,001
0,001
Yb
0,010
0,010
0,004
0,000
0,001
0,022
0,002
0,000
0,001
0,002
0,050
0,000
0,000
Al
0,019
0,061
0,017
0,000
0,000
0,071
0,016
0,000
0,000
0,011
0,000
0,001
0,000
Sc
0,006
0,002
0,002
0,001
0,000
0,024
0,002
0,000
0,001
0,001
0,006
0,000
0,000
Mn
0,009
0,010
0,000
0,000
0,001
0,002
0,001
0,000
0,001
0,002
0,000
0,000
0,000
Fe
0,162
0,033
0,018
0,003
0,011
0,051
0,035
0,004
0,000
0,041
0,004
0,000
0,000
Ca
0,065
0,059
0,024
0,001
0,000
0,070
0,013
0,000
0,000
0,082
0,016
0,055
0,034
Pb
0,000
0,001
0,003
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,019
0,003
0,001
0,001
0,001
F
0,070
0,068
0,056
0,000
0,000
0,136
0,026
0,000
0,002
0,221
0,006
0,002
0,000
sum at.
2,148
2,072
2,034
2,002
2,007
2,014
2,019
2,002
2,017
2,097
2,021
2,008
2,020
Poděkování. Výzkum akcesorií krušnohorských ryolitů, jako součást projektu IGCP-510 Anorogenic granites and related rocks through time, byl v roce 2008 podpořen Českým komitétem IGCP. Připomínky M. Štemproka a dalšího anonymního recenzenta přispěly k lepší srozumitelnosti rukopisu.
Literatura BREITER, K. (2008): Mineral and textural evolution of a subvolcanic mildly aluminous A-type granite: The Hora Svaté Kateřiny stock, Krušné Hory Mts., Czech Republic. – Z. Geol. Wiss., 36, 365–382. BREITER, K. – FÖRSTER, H. – SELTMANN, R. (1999): Variscan silicic magmatism and related tin-tungsten mineralization in the ErzgebirgeSlavkovský les metamollgenic province. – Mineralium Depos., 34, 505–521. BREITER, K. – FÖRSTER, H.-J. – ŠKODA, R. (2006): Extreme P-, Bi-, Nb-, Sc-, U- and F-rich zircon from fractionated perphosphorus granites: The peraluminous Podlesí granite system, Czech Republic. – Lithos, 88, 15–34. BREITER, K. – MÜLLER, A. (2009): Quartz chemistry of rare-metal granites. – Eur. J. Mineral., 21, 335–345. BREITER, K. – NOVÁK, J. K. – CHLUPÁČOVÁ, M. (2001): Chemical Evolution of Volcanic Rocks in the Altenberg-Teplice Caldera (Eastern Krušné Hory Mts., Czech Republic, Germany. – Geolines, 13, 17–22. BREITER, K. – SOKOLOVÁ, M. – SOKOL, A. (1991): Geochemical specia-
lization of the tin-bearing granitoid massifs of NW Bohemia. – Mineralium Depos., 26, 298–306. BREITER, K. – ŠKODA, R. – UHER, P. (2007): Nb-Ta-Ti-W-Sn-oxide minerals as indicator of a peraluminous P- and F-rich granitic systém evolution: Podlesí, Czech Republic. – Mineral. Petrol., 91, 225–248. FÖRSTER, H.-J. – GOTTESMANN, B. – TISCHENDORF, G. – SIEBEL, W. – RHEDE, D. – SELTMANN, R. – WASTERNACK, J. (2007): Permo-Carboniferous subvolcanic rhyolitic dikes in the western Erzgebirge/Vogtland, Germany: a record of source heterogeneity of post-collisional felsic magmatism. – N. Jb. Miner. Abh., 183, 123–147. FÖRSTER, H. J. – RHEDE, D. (2006): The Be-Ta-rich granite of Seiffen (eastern Erzgebirge, Germany): accessory-mineral chemistry, composition, and age of a late-Variscan Li-F granite of A-type afinity. – N. Jb. Miner. Abh., 182, 307–321. FÖRSTER, H.-J. – RHEDE, D. – HECHT, L. (2008): Chemical composition of radioactive accessory minerals: implications for the evolution, alteration, age, and uranium fertility of the Fichtelgebirge granites (NE Bavaria, Germany). – N. Jb. Miner. Abh., 185, 161–182. FÖRSTER, H. J. – TRUMBULL, R. B. – GOTTESMANN, B. (1999): Late-collisional granites in the Variscan Erzgebirge, Germany. – J. Petrol., 40, 1613–1645. JOHAN, Z. – JOHAN, V. (2005): Accessory minerals of the Cínovec (Zinnwald) granite cupola, Czech Republic: Indicators of petrogenetic evolution. – Mineral. Petrol., 83, 113–150. MÜLLER, A. – BREITER, K. – SELTMANN, R. – PÉCSKAY, Z. (2005): Quartz and feldspar zoning in the eastern Erzgebirge volcano-plutonic complex (Germany, Czech Republic): Evidence of multiple magma mixing. – Lithos, 80, 201, 227.
