Beiträge zur Metamorphose von Metavulkaniten im Pennin des

Mitt, österr. geol. Ges.
71/72
1978/1979
S. 129^137
2 Abb., 3 Tab.
Wien, Juni 1980
Beiträge zur Metamorphose von Metavulkaniten im Pennin
des Engadiner Fensters
Von W. L E I M S E R und F . P U R T S C H E L L E R *
Mit 2 Abbildungen und 3 Tabellen
Zusammenfassung
Metavulkanite mit einem Trend zu Alkalibasalten werden aus den Bündnerschiefern des nordöstlichen Engadiner Fensters beschrieben. An metamorph neugebildeten Mineralen konnten häufig Pumpellyit, an drei Lokalitäten Lawsonit,
weiters Stilpnomelan und Alkaliamphibol (ein Vorkommen) festgestellt werden.
Eine Zunahme der Metamorphose vom Rand zum Zentrum (Grünschieferfazies)
des Fensters ist deutlich erkennbar. Die höchsten Metamorphosebedingungen waren
bei 350° C und 4 - 5 kb gelegen.
Summary
Metavolcanics of alkalibasaltic character are described from the Bündner schist
of the northeastern part of the Engadin window. The following metamorphic
minerals could be observed: often pumpellyite, lawsonite (three localities),
stilpnomelane and glaucophane (one locality). A prograde metamorphic zonation
from the outer parts to the central part (greenschist facies) of the window is clearly
discernible. The metamorphic conditions reached 350° C and 4 - 5 kb.
Inhalt
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Einleitung
Gesteinschemismen
Mineralchemismen
Schema der Metamorphose
P-T-Bedingungen
Literatur
129
130
130
132
135
136
1. Einleitung
Die Gesteine des Unterengadiner Fensters umfassen die tektonischen Stockwerke
des Penninikums und des Unterostalpins. Es sind karbonatisch bis sandige und
* Adresse der Verfasser: Institut für Mineralogie und Petrographie,
Universität Innsbruck, Universitätsstraße 4, A-6020 Innsbruck.
W. Leimser und F. Purtsdieller
130
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7-
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Alkalibasalte
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Abb. 1: Basalteinordnung nach KUNO (1960, 1966)
pelitische Sedimente der penninischen Bündnerschiefer und der unterostalpinen
Tasna-Decke (bzw. Prutzer Serie; C A D I S C H 1932, 1948; M E D W E N I T S C H
1962). In den penninischen Sedimenten liegen zahlreiche konkordante Körper
basischer Effusiva von 1 m bis einige 10er m Mächtigkeit.
In den bisherigen Arbeiten ( B E A R T H 1967; E R N S T 1 9 7 3 ; O B E R H Ä N S L I &
D I E T R I C H 1975 u. a.) wurde die Metamorphose der Bündnerschiefer als sehr
schwach bezeichnet und etwa im Bereich der beginnenden Grünschieferfazies angenommen. Im Zuge der Dissertation von W. L E I M S E R konnten einige neue
Minerale nachgewiesen werden.
Im folgenden sollen die wichtigsten Ergebnisse einer petrographischen Untersuchung an diesen Metabasiten mitgeteilt werden:
2. Gesteinschemismen
D i e Vulkanite zeigen sehr verschiedene Zusammensetzungen (Tab. 1). Auffallend ist besonders die Variabilität im CaO-Gehalt von 1 - 4 0 % , was auf eine
wechselnde Beteiligung von Sediment, das heißt auf Übergänge zu tuffitischen
Metadiabasen, zurückzuführen ist. Eine nähere Diskussion der Gesteinschemismen
erscheint daher wenig aussichtsreich, zumal zusätzlich mit diagenetischen und
metamorphen Stoffwanderungen zu rechnen sein wird. In diesem Sinne ist die
Einordnung in die Alkalibasalte nach K U N O (Abb. 1) lediglich als grobe Abschätzung anzusehen.
Beiträge zur Metamorphose von Metavulkaniten
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Ti02
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FeO
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CaO
K20
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4,17
0,07
6,67
0,21
2,75
30,2
0,31
14,9
1,94
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0,72
29,7
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0,91
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1 ,3
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5,42
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0,16
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47,6
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16,23
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10,8
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1,92
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5,93
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0,1
0,17
0,09
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0,07
0,64
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369
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4,52
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0,99
0,15
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0,25
1,65
0,24
2,74
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0,13
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Meta-
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Glühverlust
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99,72
100,46
1,84
101,62
13,7
7,44
3,95
Tab. 1: Gesteinsanalysen: Metabasite aus dem penninischen
Unterengadiner Fenster
132
W. Leimser und F. Purtsdieller
3. Mineralchemismen
Die Metabasite zeigen sehr unterschiedliche Mineralvergesellschaftungen, die von
fast monomineralischen Paragenesen bis zu solchen mit acht Phasen reichen. Darin
sind Quarz, Karbonat, Chlorit und Plagioklas (als Albit) Durchläufer, Muskowit,
Epidot, Pumpellyit und Hornblende kommen häufig vor, während Stilpnomelan,
Lawsonit und Alkali-Hornblende nur in einzelnen Proben aufscheinen.
Mit Hilfe einer Mikrosonde * wurden von sämtlichen Phasen chemische Analysen
durchgeführt. Tabellen 2 und 3 zeigen eine Auswahl aus diesen Analysen.
P u m p e l l y i t ist ein häufiges und wichtiges Mineral der Metabasite des
Unterengadiner Fensters. E r bildet dunkle, dichte Massen, olivgrüne faserigstengelige Aggregate oder grasgrün pleochroitische, körnige Aggregate. Sein Nachweis erfolgte optisch und rötgenographisch. Die Sondenanalysen lassen keine Aussagen über die Substitutionen (AI, Mg) ( F e + 2 , F e + 3 ) zu.
L a w s o n i t wurde an drei räumlich getrennten Lokalitäten festgestellt. Im
nördlichsten Vorkommen (Fernsterrand bei Fiß) erscheint der Lawsonit mit Calcit
gesteinsbildend in kleinen idiomorphen Körnern. Sein Auftreten am SE-Rand
des Fensters ist charakterisiert durch Häufung in kleinen Gängen und einzelne
Körner in der feinkörnigen Grundmasse. Im dritten Vorkommen scheint er bereits
instabil zu werden. Seine Identifizierung erfolgte wie beim Pumpellyit. Lawsonit
kommt zusammen mit Calcit, Quarz ± Albit, Epidot/Klinozoisit, Chlorit, Muskowit und Pumpellyit vor.
S t i l p n o m e l a n ist ein seltenes Mineral in den Gesteinen des U E F ,
und wurde nur in Metatuffiten und in einem Albit-Chlorit-Schiefer gefunden.
Es handelt sich durchwegs um braune bis rotbraune Individuen in typisch
büscheliger Ausbildung. Seine Paragenesen sind Chlorit und Karbonat, ± Albit,
Epidot und Hornblende.
A l k a l i - A m p h i b o l e (Glaukophanreihe) wurden nur in einem Diabasvorkommen gefunden. Es sind sehr kleine, scharf begrenzte, einschlußfreie und
stark pleochroitische Körner. Begleitminerale sind Calcit und Quarz, daneben
Stilpnomelan, Chlorit, Epidot und Aktinolit, jedoch kein Albit.
4. Schema der Metamorphose
Innerhalb der Metabasite konnten deutlich vier verschiedene Mineralvergesellschaftungen (siehe Abb. 2), nämlich
a) Albit - Chlorit - Schiefer
b) Lawsonit - Pumpellyit - Chlorit-reiche Gesteine
c) Pumpellyit - Chlorit bis Epidot - Hornblende-reiche Gesteine
d) Epidot - Hornblende-reiche Gesteine
unterschieden werden. Es zeigt sich dabei regional eine deutliche Abfolge von
* Sämtlidie Analysen wurden an der Mikrosonde des Typs ARL SEMQ des Instituts für
Mineralogie und Petrographie der Universität Innsbruck gemacht.
Beiträge zur Metamorphose von Metavulkaniten
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Beiträge zur Metamorphose von Metavulkaniten
135
N o r d e n - S ü d e n bzw. vom Fensterrand zum Fensterinneren im Sinne einer Zonierung von a - b - c - d. Dieser Wechsel der Ca-AI-Silikate von Lawsonit +
Pumpellyit zu Pumpellyit + Tremolit + Epidot bis zum Pumpellyit-Abbau, das
gleichzeitig zunehmende Sprossen von Ca-Amphibolen und das Auftreten von
Alkali-Amphibolen ohne Lawsonit im Zentrum des U E F rechtfertigen die Feststellung, daß hier der Übergangsbereich der Law/Pump - Ab - Chi - Zone zur,
schwachen (low grade) Metamorphase mit der Paragenese Z o i / K l ' z o i / r e l . Fearmer E p - Akt - Chi ± Q u ( W I N K L E R 1974, Seite 173) erreicht wurde.
5. P-T-Bedingungen
Vor dem Nachweis von Lawsonit und Alkali-Amphibol wurden die Gesteine
des U E F als sehr schwach metamorph ( B E A R T H 1967, E R N S T 1973, O B E R H Ä N S L I und D I E T R I C H 1975) gedeutet, progressiv in Richtung Grünschieferfazies. Die Hochdruckminerale führten zu einer neuen Beurteilung.
Q
b
d
CHLORIT
ALBIT
LAWSONIT
PUMPELLYIT
EPIDOT
Ca AMPHIBOL
CROSSIT
EELLGLIMMER
QUARZ
KARBONAT
Abb. 2: Fortschreitende Änderung der Mineralvergesellschaftungen mit zunehmender Metamorphose von Norden nadi Süden und vom Rand zum Zentrum.
136
W. Leimser und F. Purtscheller
An Lawsonit wurde folgende Bildungsreaktion beobachtet:
Calcit + Q u + Ab - Lawsonit, wobei CC, Q u und Ab Einschlüsse im Lawsonit
sind. Ebenso wurde sein Zerfall beobachtet, die Art der Reaktion ist jedoch nicht
ganz klar: beteiligt sind Plagioklas, Karbonat, Pumpellyit, ± Epidot/Kl'zoisit.
Auch der Abbau von Pumpellyit ist im Schliff zu beobachten; er könnte nach
der Reaktion von N I T S C H (1972) ablaufen: Pump + Chi + Q u - K l ' z o i / F e reicher E p + Akt + H2O. Für diese Reaktion liegen die experimentellen Daten bei
2.5 kbar und 345 ± 20° C
4 kbar und 350 ± 20° C
7 kbar und 370 ± 20° C.
Die Obergrenze der Lawsonit-Stabilität für die Reaktion 5 Law - 2 Zoi
1 Marg + 2 Q u + 8 H2O liegt nach N I T S C H (1973) bei:
4
7
+
kbar und 345 ± 10° C
kbar und 385 ± 10° C.
D i e Untergrenze der Lawsonit-Stabilität liegt nach C R A W F O R D & F Y F E
(1965) für die Reaktion aus Laumontit bei
200° C und 2.8 + 0.2 kbar
250° C und 3.0 ± 0.2 kbar
300° C und 3.1 ± 0.2 kbar.
Diese experimentellen Werte sind jedoch nicht streng auf die hier beschriebenen
Vorkommen anzuwenden, da ja deren Bildungsreaktion eine andere war.
Über die Bildungsbedingungen von Glaukophan sind keine genauen Zahlenwerte bekannt, die erforderlichen Drücke liegen aber noch über jenen von
Lawsonit.
Aus dem Zerfall von Lawsonit und Pumpellyit und der Bildung von Alkalihornblende kann auf ca. 350° C und 4 - 5 kbar Druck als maximale Bildungsbedingungen geschlossen werden.
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