Rock Provenance med Petrologic Methods

Förr eller senare bryts nästan varje sten på jorden ned i sediment, och sedimentet föras sedan bort någon annanstans av gravitation, vatten, vind eller is. Vi ser detta hända varje dag i landet runt omkring oss och stencykel etiketter som uppsättning händelser och processer erosion.

Vi borde kunna titta på ett visst sediment och berätta något om klipporna det kom från. Om du tänker på en sten som ett dokument, är sediment det dokumentet strimlat. Även om ett dokument är tappat ned till enskilda bokstäver, till exempel, kan vi studera bokstäverna och berätta ganska enkelt vilket språk det skrevs på. Om det fanns några hela ord bevarade, kunde vi göra en bra gissning om dokumentets ämne, dess ordförråd, till och med dess ålder. Och om en eller två meningar undkom rivning kan vi till och med matcha den med den bok eller papper den kom från.

Denna typ av forskning på sediment kallas provningsstudier. I geologi betyder härkomst (rim med "försyn") var sedimenten kommer från och hur de kom dit de är idag. Det betyder att vi arbetar bakåt eller uppströms från sedimentkornen (rivorna) för att få en uppfattning om berget eller klipporna de brukade vara (dokumenten). Det är ett väldigt geologiskt sätt att tänka, och härkomststudier har exploderat under de senaste decennierna.

Provenance är ett ämne begränsat till sedimentära bergarter: sandsten och konglomerat. Det finns sätt att kännetecknar protoliterna av metamorfa stenar och källorna till stolliga bergarter som granit eller basalt, men de är vaga i jämförelse.

Det första du vet, när du resonerar dig uppströms, är att transport av sediment förändrar det. Transportprocessen bryter stenar i allt mindre partiklar från sten till lerstorlek, genom fysisk nötning. Och samtidigt förändras de flesta av mineralerna i sedimentet kemiskt och lämnar bara några resistenta. Lång transport i strömmar kan också sortera upp mineralerna i sedimentet efter deras täthet, så att lätta mineraler som kvarts och fältspat kan röra sig framför tunga som magnetit och zirkon.

För det andra, när sedimentet anländer till en viloplats - ett sedimentärt bassäng - och förvandlas till sedimentärt berg kan det bildas nya mineraler genom det diagenetiska processer.

Att göra prov på studier kräver då att du ignorerar vissa saker och visualiserar andra saker som tidigare varit närvarande. Det är inte enkelt, men vi blir bättre med erfarenhet och nya verktyg. Den här artikeln fokuserar på petrologiska tekniker, baserade på enkla observationer av mineraler under mikroskopet. Detta är den typ som geologi studenter lär sig i sina första labbkurser. Den andra huvudvägen för proveniensstudier använder kemiska tekniker, och många studier kombinerar båda.

De stora stenarna (fenoklaster) i konglomerat är som fossil, men istället för att vara exemplar av forntida levande saker är de prover av forntida landskap. Precis som stenblocken i en flodbädd representerar kullarna uppströms och uppför, vittnar konglomeratsteg i allmänhet om det närliggande landskapet, inte mer än några tiotals kilometer bort.

Det är ingen överraskning att flodgravarna innehåller bitar av kullarna runt dem. Men det kan vara intressant att ta reda på att klipporna i ett konglomerat är de enda saker som finns kvar från kullar som försvann för miljoner år sedan. Och den här typen av faktum kan vara särskilt meningsfull på platser där landskapet har omorganiserats av fel. När två vidsträckta separerade utsprång av konglomerat har samma blandning av clasts är det starka bevis på att de en gång var mycket nära varandra.

Ett populärt tillvägagångssätt för att analysera välbevarade sandstenar som föregick omkring 1980 är att sortera de olika typer av korn i tre klasser och plottar dem med sina procentsatser på en triangulär graf, en ternär diagram. En punkt i triangeln är för 100% kvarts, den andra är för 100% fältspat och den tredje är för 100% litik: bergfragment som inte helt har brutits ner i isolerade mineraler. (Allt som inte är en av dessa tre, vanligtvis en liten bråkdel, ignoreras.)

Det visar sig att stenar från vissa tektoniska inställningar gör sediment - och sandstenar - som plottar på ganska konsekventa platser på det QFL-ternära diagrammet. Till exempel är stenar från kontinenternas inre rik på kvarts och har nästan inga litiker. Stenar från vulkaniska bågar har liten kvarts. Och stenar härrörande från de återvunna bergskedjorna har lite fältspar.

Vid behov kan korn av kvarts som faktiskt är litiker - bitar av kvartsit eller chert snarare än bitar av enstaka kvartskristaller - flyttas till kategorin litik. Den klassificeringen använder ett QmFLt-diagram (monokristallin kvarts – fältspar – total litik). Dessa fungerar ganska bra för att berätta vilken typ av platt-tektoniskt land som gav sand i en given sandsten.

Förutom deras tre huvudingredienser (kvarts, fältspat och litik) har sandstenar några mindre ingredienser, eller tillbehörsmineraler, härrörande från deras källstenar. Förutom glimmermineralen muskoviter är de relativt täta, så de kallas vanligtvis tunga mineraler. Deras täthet gör att de är lätta att separera från resten av en sandsten. Dessa kan vara informativa.

Till exempel är ett stort område med stötande bergarter lämpligt att ge korn av hårda primära mineraler som augit, ilmenit eller kromit. Metamorfiska terraner lägger till saker som granat, rutil och staurolit. Andra tunga mineraler som magnetit, titanit och turmalin kan komma från endera.

zirkon är exceptionellt bland de tunga mineralerna. Det är så tufft och inert att det kan stå i miljarder år och återvinns om och om igen som mynten i fickan. Den stora uthålligheten hos dessa detritala zirkoner har lett till ett mycket aktivt område för proveniensforskning som börjar med att separera hundratals mikroskopiska zirkonkorn och sedan bestämma åldern för var och en använder sig av isotopiska metoder. De enskilda åldrarna är inte lika viktiga som blandningen av åldrar. Varje stor bergskropp har sin egen blandning av zirkonåldrar, och blandningen kan kännas igen i sedimenten som eroderar från den.

Detrital-zirkonprövningsstudier är kraftfulla och så populära idag att de ofta förkortas som "DZ". Men de förlitar sig på dyra labb och utrustning och förberedelser, så de används främst för hög lön forskning. De äldre sätten att sigta, sortera och räkna mineralkorn är fortfarande användbara.