Cathodoluminescence-revealed diagenesis of carbonates and feldspars in Cergowa sandstones (Oligocene), Outer Carpathians

• Autorzy: Pszonka J. , Wendorff M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/gospo-2014-0036

Warianty tytułu

PL

Katodoluminescencja jako narzędzie wizualizujące procesy diagenetyczne węglanów i skaleni w piaskowcach cergowskich (oligocen), Karpaty zewnętrzne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Cergowa sandstones (Lower Oligocene) have outstanding physical-mechanical properties, among the best of the industrial mineral deposits mined in the Polish Flysch Carpathians. Cathodoluminescence (CL) images of the Cergowa sandstones reveal luminescence coloursmainly in carbonates and feldspars, therefore these two groups of minerals were chosen in order to gain a better understanding of the processes that resulted in exceptionally strong cementation of the detrital components. Cathodoluminescence with cold cathode made it possible to detect the diagenetic features of carbonates and feldspars, to visualize relationships between the detrital grains and cements, and to suggest the processes responsible for their origin and their influence on the physical properties of the Cergowa sandstones. Three generations of pore-filling carbonate cement – calcite – that display brown, orange, and yellow colours observed in CL represent the diagenetic spectrum from eo- through mezo- to telodiagenesis. The feldspars underwent albitization and partial, or even complete, replacement by calcite. Dissolution of marginal parts of the mineral grains resulted in corrosion, which increased the contact surface between the grains and the cement. A combination of these processes resulted in exceptionally strong cementation of the Cergowa sandstones, which is expressed by their very high hardness and resistance to abrasion, freezing, and thawing.

PL

Piaskowce cergowskie (dolny oligocen) charakteryzują się doskonałymi właściwościami fizykomechanicznymi, jednymi z najlepiej ocenianych wśród kruszyw budowlanych eksploatowanych w polskich Karpatach fliszowych. Obrazy katodoluminescencyjne piaskowców cergowskich przedstawiają przede wszystkim węglany i skalenie, dlatego te dwie grupy minerałów zostały wybrane, aby zaprezentować i lepiej zrozumieć procesy odpowiedzialne za wyjątkowo silną cementację detrytycznych komponentów skały. Katodoluminescencja (CL) z zimną katodą umożliwia obserwację i interpretację cech diagenetycznych węglanów i skaleni, wizualizuje relacje przestrzenne między szkieletem ziarnowym i cementem, a tym samym pozwala na lepsze zrozumienie genezy wysokich wartości parametrów technicznych piaskowców cergowskich. W piaskowcach cergowskich rozpoznano za pomocą katodoluminescencji z zimną katodą trzy generacje cementu węglanowego (kalcytowego) wypełniającego przestrzenie międzyziarnowe: kalcyt brązowy, kalcyt pomarańczowy i kalcyt żółty. Generacje te reprezentują spektrum od eo- przez mezo- po telodiagenezę. Skalenie zostały poddane procesom: albityzacji i zastępowania przez węglany. Dodatkowo, rozpuszczanie składników mineralnych wspomagane było ciśnieniem wywołanym kompakcją osadu. Proces rozpuszczania był na tyle słaby, że zniszczone zostały głównie brzeżne partie ziaren (korozja). Pomimo niedużej intensywności, proces ten był bardzo istotny w lityfikacji osadu. Przyczynił się on do zwiększenia powierzchni kontaktu korodowanych ziaren ze spoiwem. Kombinacja wspomnianych procesów spowodowała bardzo silną cementację składników piaskowców cergowskich, co przejawia się ich wysoką twardością i odpornością.

Słowa kluczowe

EN

cathodoluminescence; carbonate diagenesis; feldspar diagenesis; Cergowa sandstones; mineral resources

PL

katodoluminescencja; diageneza węglanów; diageneza skaleni; piaskowce cergowskie; surowce skalne

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 30, z. 4
• Strony: 21--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Pszonka J.

• Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland

autor

Wendorff M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Bromowicz et al. 1976 – Bromowicz, J., Gucik, S. and Magiera, J. 1976. The Carpathian sandstones, their role as raw material and application perspectives. Zeszyty Naukowe Akademii Górniczo-Hutniczej, Geologia 2(2), pp. 1–91 (in Polish).
• [2] Cieszkowski et al. 1990 – Cieszkowski, M., Ślączka, A. and Zuchiewicz, W. 1990. Detailed Geological Map of Poland 1:50000, Jaśliska Sheet. Polish Geological Institute, Warszawa (in Polish).
• [3] Götze et al. 1999 – Götze, J., Habermann, D., Neuser, R.D. and Richter, D.K. 1999. High-resolution cathodoluminesence spectrometric analysis of rare earth elements-activated cathodoluminescence in feldspar minerals. Chemical Geology 153, pp. 81–91.
• [4] Götze et al. 2000 – Götze, J., Krbetschek, M.R., Habermann, D. and Wolf, D. 2000. High-resolution cathodoluminescence studies of feldspar minerals [In:] Pagel, M., Barbin, V., Blanc, P., Ohnenstetter, D. eds. Cathodoluminescence in Geoscience, Springer, New York, pp. 245–270.
• [5] Gonzáles-Acebrón et al. 2012 – Gonzáles-Acebrón, L., Götze, J., Barca, D. and Arribas, J. 2012. Diagenetic albitization in the Tera Group, cameros Basin (NE Spain) recorded by trace elements and spectral cathodoluminescence. Chemical Geology 312, pp. 148–162.
• [6] Kastner, M. 1971. Authigenic feldspars in carbonate rocks. American Mineralogist 56, pp. 1403–1442.
• [7] Machel, H.G. 2000. Application of cathodoluminescence to carbonate diagenesis [In:] Pagel, M., Barbin, V., Blanc, P., Ohnenstetter, D. eds. Cathodoluminescence in Geoscience, Springer, New York, pp. 271–301.
• [8] Marshall, D.J. 1988. Cathodoluminescence of GeologicalMaterial. Winchester, Massachusetts: Allen and Unwin.
• [9] Milliken, K.L. 2005. Late diagenesis and mass transfer in sandstone-shale sequences [In:] Mackenzie, F.T. ed. Sediments, Diagenesis and Sedimentary Rocks, Treatise on Geochemistry 7, Elsevier, pp. 159–190.
• [10] Nieć et al. 2003 – Nieć, M., Górecki, J. and Szwed, E. 2003. Geological documentation (C category) of the „Lipowica II-1” sandstone deposit (unpublished), pp. 1–28 (in Polish).
• [11] Owen, M.R. 1991. Application of cathodoluminescence to sandstone provenance [In:] Backer, E.O., Koop, C.C. eds. Luminescence Microscopy: Quantitative and Qualitative Aspects, Society for Sedimentary Geology (SEPM) Short Course 25 Notes, Tulsa, pp. 67–75.
• [12] Peszat, C. 1984. Variations of mineral composition of the Cergowa sandstones in light of their deposition conditions and diagenetic alterations. Bulletin of the Polish Geological Institute 346 (24), pp. 207–234 (in Polish).
• [13] Peszat, C. and Buczek-Pułka, M. 1986. Znaczenie surowcowe piaskowców cergowskich na tle ich właściwości fizyczno-mechanicznych. Bulletin of the Polish Geological Institute 351, pp. 179–211.
• [14] Pszonka, J. 2009. The influence of sedimentation and diagenetic processes on economic significance of the Cergowa sandstones from “Lipowica II-1” deposit. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 25 (3), pp. 333–342.
• [15] Pszonka et al. 2010 – Pszonka, J., Wendorff, M. and Kusaj, E. 2010. The Cergowa Sandstone as the most important raw material in the Podkarpackie Voivodeship. Bulletin of the Polish Geological Institute 439 (2), pp. 261–268 (in Polish).
• [16] Pszonka, J. and Wendorff, M. 2013. Cathodoluminescence as a tool in recognition of relations between components in the Cergowa sandstones (Oligocene, Outer Carpathians). Book of abstracts, Conference on Raman and Luminescence Spectroscopy in the Earth Sciences, July 3–6, 2013, Vienna, pp. 83–84. http://www.univie.ac.at/Mineralogie/Corals2013/docs/CORALS_Pszonka.pdf.
• [17] Ślączka, A. 1971. Geologia jednostki dukielskiej. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 63, pp. 1–77 (in Polish).
• [18] Ślączka, A. and Unrug, R. 1976. Trends of textural and structural variation in turbidite sandstones: the Cergowa sandstone (Oligicene, Outer Carpathians). Annales Societatis Geologorum Poloniae 46, pp. 55–75.
• [19] Worden, R.H. and Burley, S.D. 2003. Sandstone diagenesis: the evolution of sand to stone [In:]Worden, R.H. and Burley, S.D., eds. Sandstone Diagenesis: Recent and Ancient, International Association of Sedimentologists, Reprint Series, pp. 3–44.