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Università di Catania - Corso di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche- A.A. 2010-11 T RACCE DI S TUDIO.

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1 Università di Catania - Corso di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche- A.A T RACCE DI S TUDIO

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7 Età (U/Pb, Sm/Nd) delle inclusioni Nel diamante: 3300 Ma Età della kimberlite ospite (Sm/Nd): 90 – 100 Ma (Kimberley kimberlite: Richardson et al., 1984) IL DIAMANTE E UNO XENOCRISTALLO Microdiamanti 1mm; 100 CM (Es.: Cullinan = 3106 CM).

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9 IL CLAN DIATREMICO Le eruzioni diatremiche sono date da magmi basici, raramente intermedi, alcalini o peralcalini, e particolarmente ricchi in volatili, soprattutto CO 2. Si possono avere diatremi alcalibasaltici (rari), nefelinitici (per es. quelli degli Iblei), carbonatitici, lamproitici, kimberlitici etc.; in diversi contesti geodinamici e in qualsiasi tipo di crosta, sia continentale che oceanica. i diatremi KIMBERLITICI e LAMPROITICI, sono noti soltanto nei più antichi CRATONI CONTINENTALI.

10 Archons–cratons older than 2.5 Ga, Protons–cratons Ga, and Tectons– Ga, Black diamond symbols are used for mantlederived sources and red diamonds for ultrahighpressure (UHP) metamorphic sources.

11 KIMBERLITI GRUPPO I (< 100 Ma): olivina –monticellite – serpentino – calcite (originariamente dette kimberliti basaltiche). Facies ipoabissale o brecciata. Sono rocce costituite da xenoliti, xenocristalli, fenocristalli e microcristalli juvenili. Hanno un chimismo ultrabasico (SiO 2 < 44 wt%) e sono ricche in potassio e volatili. Hanno tessitura inequigranulare. feno/xeno cristalli di Mg-olivina, Mg-Ilmenite, Ti- piropo povero in Cr, flogopite, enstatite e cromite (Cpx assente) Pasta di fondo: olivina idiomorfra e/o flogopite, perowskite, spinello cromifero, monticellite, apatite, serpentino tardo magmatico ricco in Fe.

12 GRUPPO II: kimberliti micacee o ORANGEITI (> 200 Ma). Fenocristalli arrotondati di olivina, + flogopite + diopside + Ti-Mg-Cr-spinello e/o Ti-magnetite. K-Ba-V titanati e fasi contenenti Zr quali il granato kimzeitico. Si trovano in diatremi o, più spesso, formano sottili dicchi che si biforcano e si ricongiungono. Questi dicchi sono più ricchi in diamanti delle kimberliti diatremiche (le kimberliti del tipo 1 in facies subvulcanica sono molto povere in diamanti). Queste kimberliti micacee sono caratteristiche del cratone Kaapvaal (Sud Africa.) I dati isotopici indicano due distinti sorgenti per i due tipi di kimberliti.

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14 LAMPROITI Sono rocce ultrapotassiche e peralcaline. Fino al 1970 queste rocce sono state considerate semplici curiosità petrologiche senza importanza economica. La scoperta di importante giacimenti diamantiferi in lamproiti australiane ha cambiato radicalmente il punto di vista. Ci sono lamproiti ricche in olivina, oppure in richterite e leucite. O leucite e sanidino. Per essere lamproiti devono presentare: K 2 O/Na 2 O (molari) > 3; (K 2 O + Na 2 O)/Al 2 O 3 >1, ricchezza in Ba (> 200 ppm), Zr (> 500 ppm), Sr (> 1000 ppm) La (> 200 ppm) F ( wt%) Scarsezza in U. Il chimismo dei maggiori è molto variabile. I rapporti isotopici del Nd e Pb sono compatibili con una provenienza da un MANTELLO arricchito in LILE e impoverito in U.

15 Anche i lamproiti NON si trovano lungo zone di rifting attivo e NON sono associate a zone di subduzione attiva. Si trovano spesso nelle aree corrugate adiacenti ai cratoni o in qualunque parte della crosta continentale ispessita. Le provincie lamproitiche più importanti: AUSTRALIA NORD-OCCIDENTALE (Cratone di Kimberley) WYOMING, USA (Leucite Hills) SPAGNA SUD-ORIENTALE (Murcia – Almeira).

16 Le kimberliti diamantifere affiorano allinterno dei cratoni archeani relativamente indeformati, spesso in prossimità dei confini con aree corrugate. Kimberliti sterili si hanno nelle zone di corrugamento contigui ai cratoni, relativamente più recenti. I diatremi kimberlitici sono ubicati lungo strutture di debolezza crostale (fratture profonde), generalmente a scacchiera (NON si tratta di rifting).

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20 Quando un flusso di gas o liquido passa attraverso una massa di frammenti solidi non coesi tra loro, va a riempire le spazio interparticellare. Per basse velocità di flusso non si ha movimento del letto solido, in quanto la "forza di trascinamento" che il fluido esercita su ciascuna particella è minore della forza peso di ciascuna particella. A velocità del flusso gassoso o liquido più elevate si raggiunge una condizione in cui la forza aerodinamica di drag è in grado di contrastare le forze gravitazionali, e per una velocità poco superiore il solido granulare inizia ad espandersi, e la superficie superiore del letto assume un profilo mobile, analogo alla superficie del pelo libero di un liquido. La condizione di letto fluidizzato si raggiunge aumentando ulteriormente la velocità del fluido, fino a quando essa è così elevata da trascinare con se le particelle solide, determinando un trasporto pneumatico

21 A majority of all known carbonatites worldwide are associated with alkaline silicate and/or ultramafic rocks, i.e. phonolites, nephelinites, melilitites and kimberlites, or their plutonic equivalents, but carbonatites apparently occurring without any associated silicate rocks, are also known. The almost ubiquitous association however, indicates that it is difficult to separate the origin of carbonatites from the origin of the associated silicate rocks. (UNA PARENTESI MOLTO OPPORTUNA: IPOTESI SULLORIGINE DELLE CARBONATITI)

22 a) carbonatite magma is produced through immiscible separation from a carbonated silicate magma which can be nephelinitic or phonolitic (with or without preceding crystal fractionation) (Kjarsgaard & Hamilton, 1988, 1989a; Kjarsgaard & Peterson, 1991; Kjarsgaard et al, 1995; Church & Jones, 1995 among others)

23 (b) carbonatite magma is primary and derived through melting of a carbonated peridotite (Wyllie & Huang, 1975, 1976a; Bailey, 1993; Lee & Wyllie, 1997a; Wyllie & Lee, 1998; Harmer, 1999; Harmer & Gittins, 1998) (c) carbonatite magma is produced through fractional crystallization of a carbonated silicate magma (Cooper & Reid, 1998; Lee & Wyllie, 1994; Otto & Wyllie, 1993)

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26 Nelle sequenze intrusive generalmente le carbonatiti sono discordanti e posteriori rispetto alle rocce silicatiche che deriverebbero dalla frazione di liquido smescolata. Essendo più fluide e altamente mobili dovrebbero essere le prime ad allontanarsi dal sistema.

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28 OLDOINYIO LENGAI Una interessante ipotesi

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33 There is experimental evidence that partial melting of mantle peridotites containing CO 2 could yield carbonatite liquid with a composition (major elements) corresponding to dolomite carbonatite (Dalton & Presnall, 1995 and 1996). However, more Ca-rich compositions can be produced if the primary dolomite carbonatite is protected from mantle lherzolite by metasomatic wehrlite. Through the reaction [opx+melt cpx+ol+CO 2 (free fluid)], a dolomitic melt can react progressively and reach calciocarbonatite compositions

34 The importance of fluid- rock interactions around alkaline-carbonatite complexes is evidenced in the extensive fenite aureoles surrounding almost all reported occurrences of this association.

35 Studies of fluid inclusions in apatite and clinopyroxene in carbonatites from Alnö Island (Morogan & Lindblom, 1995) have shown high contents of salt (up to 65 %). Many other studies of carbonatite fluid inclusions have shown them to coexist with alkali rich H 2 O-CO 2 fluids which contain appreciable amount of SO2 and Cl (Rankin, 1977; Rankin & LeBas, 1974; Samson et al, 1995). Experimental studies on carbonatites have also shown that the solubility of H 2 O in carbonatite magma is extremely high when compared to most silicate melts (Keppler, 2003), and Nielsen & Veksler (2002) have argued that the natrocarbonatites of Oldoinyo Lengai are not lavas but expelled cognate, alkaline and CO 2 - rich fluid condensates.

36 All these studies imply that carbonatite magma/fluid have the chemical criteria which may allow it to act as a solvent on assimilated wallrock. This concurs with the observations that diopside (and aegirine-augite) in Alnö carbonatites are partially or wholly replaced by calcite (i.e. dissolved).

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39 Figure Three-dimensional distribution of fluid about a single grain at 60 o (right). In the center is a cross section through a fluid tube at the intersection of three mineral grains for which = 60 o. After Brenan (1991) Development and maintenance of metamorphic permeability: Implications for fluid transport. In D. M. Kerrick (ed.), Contact Metamorphism. Rev. in Mineralogy, 26, Mineral. Soc. Amer, pp

40 Figure a. Metasomatic zones separating quartz diorite (bottom) from marble (top). Zonation corresponds to third row from bottom in Table b. Symmetric metasomatic vein in dolomite. Zonation corresponds to last row in Table Adamello Alps. After Frisch and Helgeson (1984) Amer. J. Sci., 284, Photos courtesy of Hal Helgeson. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

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