Origin of chert nodules from the Polish Muschelkalk, Middle Triassic

• Autorzy: Kwiatkowski S.

Warianty tytułu

PL

Geneza nodul czertowych i węglanowych w wapieniu muszlowym Polski

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the Muschelkalk of Poland, carbonate nodules and chert nodules (siliceous and silico-carbonate ones) occur in two regions: the Upper Silesia and the Holy Cross Mountains. The chert nodules were formed by silicification of carbonate deposit, what is proved by silicified skeletal remains of carbonate fauna. The primary deposit formed in aerobic and sometimes evaporitic conditions was permeable, not lithified, and contained some per cent of SiO2. The silicification advanced either radially from the centre outwards, or from the outer surface inwards. In the latter case, a precursor of chert nodule was probably a carbonate nodule. The formation of chert nodules proceeded in two stages. In the first stage, the primary fabrics of rock were silicified but preserved, while in the second one they were destroyed. Simultaneously, the organic matter and iron were removed. Lithification advanced from the outer surface inwards. At first, the whole nodule was in a semi-plastic state, what is proved by the occurrence of plastic deformations. Some deformations have been induced by earthquake tremors. With aging of the nodule, only its outer, indurated part underwent cracking. The cortex was developed mostly after nodule's lithification at the expense of the outer part of the nodule, and it entered into the nodule's interior along the cracks. The transformations in particular nodules were stopped in various stages of their development.

PL

W wapieniu muszlowym Polski nodule czertowe (krzemionkowe i krzemionkowo-wapienne) oraz węglanowe (Tabela 1) występuj ą wyłącznie w dwóch regionach: górnośląskim i świętokrzyskim (Fig. 1, 2). Regiony te odpowiadają dwóm połączeniom morza wapienia muszlowego z Tetydą - bramie wschodnio-karpackiej i bramie morawskiej. W obu regionach ilość i wielkość nodul zmniejsza się ku ich peryferiom. Występowanie nodul jest nieregularne lecz obfite w niektórych poziomach (Fig. 2), w skałach osadzonych w warunkach dobrego utlenienia (w wapieniach organogenicznych lub oolitowych) i w węglanowych osadach powstających wspólnie z ewaporatami. Nodule tworzyły się w osadzie węglanowym, niezlityfikowanym, przepuszczalnym, zawierającym kilka procent krzemionki i kilka procent substancji organicznej. W skałach zawierających nodule czertowe zawartość krzemionki w samym wapieniu jest niższa niż w skałach bez nodul, co dowodzi, że zawartość krzemionki w pierwotnym osadzie była mniej więcej wyrównana i utworzenie nodul czertowych nie było powiązane z dodatkową dostawą krzemionki do osadu. Nie było też żadnego wpływu opadów tufowych. Zsylifikowane szczątki węglanowej pierwotnie fauny dowodzą, że nodule czertowe utworzyly się przez sylifikację skały węglanowej. Poziome wymiary nodul są zawsze większe od ich wymiarów pionowych, co prawdopodobnie wynika z większej przepuszczalności horyzontalnej osadu i większej dostawy krzemionki lub węglanu w poziomie niż w pionie. Nodule utworzone w warunkach ewaporacyjnych są bardziej spłaszczone, co świadczy, że w tych warunkach różnica między przepuszczalnościami osadu w pionie i poziomie była większa niż w innych osadach. W nodulach czertowych sylifikacja obejmowała całkowicie lub częściowo (Fig. 5C) ooidy, onkoidy i drobne resztki szkieletowe. Duże wapienne skorupki fauny były zazwyczaj rozpuszczane z pozostawieniem próżni (Fig. 4B). Często nodule czertowe zawierają relikty skały macierzystej, zazwyczaj w centrum noduli (Fig. 3A,F, 4D) oraz żyły i romboedry węglanowe utworzone w czasie diagenezy (Fig. 5B). Sylifikacja postępowała bądź od środka noduli na zewnątrz, bądź od zewnątrz ku środkowi.Wpierwszym przypadku niekiedy powierzchnia noduli zatrzymywała się na dużej skorupie (Fig. 4C). Także nodule o strukturze grubych pasm powstały prawdopodobnie przez wzrost od środka w zmieniających się warunkach fizyko-chemicznych. We wnętrzach nodul tworzących się od zewnątrz węglany dominują nad krzemionk ą w środku noduli (Fig. 4E, F). Takie nodule powstały prawdopodobnie przez sylifikację nodul wapiennych. Części nodul, w których dominują węglany są dużo bardziej zanieczyszczone substancj ą organiczną niż części, w których dominuje krzemionka (Fig. 5A). Wyróżniono dwa etapy tworzenia się noduli czertowej. W pierwszym sylifikacja obejmuje elementy pierwotnej skały – ooidy, onkoidy (Fig. 5C), szczątki szkieletowe, laminację (Fig. 3E, D, 7D) nie niszcząc ich kształtu, zachowując część pierwotnej porowatości i tworząc w ten sposób strukturę widmową, przeważnie ciemnej barwy. W drugim stadium sylifikacja powoduje zniszczenie kształtów elementów pierwotnej skały, zmniejszenie porowatości i wyparcie na zewnątrz znacznej części substancji organicznej i związków żelaza (Fig. 3E, 6D). Usunięcie substancji organicznej następuje prawdopodobnie przez utworzenie rozpuszczalnych związków organiczno-krzemionkowych i ich od prowadzenie na zewnątrz. Powstaje struktura homogeniczna (Fig. 3H, 4G), zazwyczaj jasna. Najczęoeciej struktura widmowa występuje w środku noduli, a struktura homogeniczna ją otacza. Niekiedy cała nodula jest zachowana w jednej strukturze widmowej lub homogenicznej. Oprócz tych dwóch podstawowych struktur wyróżniono: 1) strukturę grubopasmową (Fig. 3I, 4E, 6A, 7F, H), w której współśrodkowe pasma różnią się składem mineralnym, strukturą lub kolorem, 2) strukturę drobnopasmową typu pierścieni Lieseganga (Fig. 6B, C), 3) strukturę kłębkową (Fig. 6D, E) porozrywanych i skłębkowanych pasm, 4) strukturę krystaliczną (Fig. 7A) drobno przekrystalizowanej krzemionki. Struktury te współwystępują ze strukturami widmową i homogeniczną. Lokalnie obserwowano przejścia od struktury grubopasmowej do kłębkowej (Fig. 6F, G, H). Nodule czertowe były początkowo przez krótki czas w stanie półplastycznym, o czym świadczą: 1) struktura kłębkowa powstała prawdopodobnie ze struktury grubopasmowej przy trzęsieniu ziemi, 2) rzadko występujące w nodulach pionowe rurki puste lub wypełnione kalcytem lub krzemionką -prawdopodobnie oelady ichnofauny (Fig. 7C, D) i 3) rzadko występujące pogrązy wapienia w stropie nodul czertowych (Fig. 7B) Oprócz typowych nodul czertowych z wyraźnymi granicami występują rzadko skupienia krzemionki z zatartymi granicami (Fig. 7E). W większości nodul czertowych występują spękania, czasem przechodzące w skałę otaczającą, czasem ograniczone do samych nodul. W nodulach krzemionkowych (nie krzemionkowo-wapiennych) spękania sa często wypełnione osadem identycznym ze skałą macierzystą (Fig. 4G, H, 6C, 7G), co dowodzi, że powstały przed lityfikacją skały macierzystej. Stwardnienie plastycznych nodul zaczynało się od zewnątrz. Początkowo tworzyła się twarda skorupka otaczająca miękkie jądro. Płytkie spękania ograniczały się do tej skorupki. Na powierzchni większości nodul występuje jasna, porowata kora (Fig. 3C, F, H), która często wnika wzdłuż spękań do wnętrza noduli (Fig. 3A, D, H, 4F). Tworzyła się więc po powstaniu spękań. Kora noduli czertowych wapienia muszlowego Polski tworzyła się inaczej niż kora czertowych noduli kredy Francji (Tabela 2). Wspólne występowanie w tych samych odsłonięciach nodul krzemionkowych, wapienno-krzemionkowych i wapiennych, o różnych strukturach, z korą lub bez kory, ze spękaniami wypełnionymi lub nie wypełnionymi osadem dowodzi, że diageneza w poszczególnych nodulach przebiegała różnie i zatrzymywała się w różnych stadiach swego rozwoju.

Słowa kluczowe

EN

chert nodules; silicification; earthquakes; muschelkalk; Poland

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Geologiczne
• Czasopismo: Annales Societatis Geologorum Poloniae
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 75, No 3
• Strony: 287--308
• Opis fizyczny: Bibliogr. 79 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kwiatkowski S.

• Institute of Geological Sciences, Polish Academy of Sciences, Research Centre in Kraków, Senacka 1, 31-002 Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Alexandrowicz, S. W., 1972. Stratygrafia dolomitów kruszconosnych okolicy Zawiercia. (In Polish). Rudy i Metale Nieżelazne, 17: 58-60.
• 2. Arbey, W., 1980. Les formes de la silice et l’identification des évaporites dans les formations silicifiées. Bulletin du Centre de Recherches, Production Elf-Aquitaine, 4: 309-365.
• 3. Assmann, P., 1914. Beitrag zur Kenntniss der Stratigraphie des oberschlesischen Muschelkalkes. Jahrbuch der Preussischen geologischen Landes-Anstalt, 34: 268-340.
• 4. Assmann, P., 1944. Die Stratigraphie der oberschlesischen Trias. Teil II. Der Muschelkalk. Abhandlungen des Reichsanstaltfur Bodenforschung, Neue Folge, 2: 1-124.
• 5. Becq-Girodon, J. F., Bouille, S. & Chauvel, J. J., 1992. Genesis and significance of the silico-aluminous nodules in the Ordovician of the Montagne Noir and the Massif Armoricain (France). Sedimentary Geology, 77: 77-87.
• 6. Bennett, P. C., 1991. Quartz dissolution in organic-rich aqueous systems. Geochimica et Cosmochimica Acta, 55: 1781-1797.
• 7. Bennett, P. C. & Siegel, D. I., 1987. Increased solubility of quartz in water due to complexing by organic compounds. Nature, 326: 684-686.
• 8. Bilan, W. & Golonka, J., 1972. Poziom onkolitowy w środkowym wapieniu muszlowym wschodniego obrzeżenia Zagłębia Górnośląskiego. (In Polish). Kwartalnik Geologiczny, 16: 491492.
• 9. Birnbaum, S. J. & Wireman, J. W., 1984. Bacterial sulfate reduction and pH: implications for early diagenesis. Chemical Geology, 43: 143-149.
• 10. Bissell, H. J., 1959. Silica in sediments of the Upper Paleozoic of the Cordilleran arc. In: Ireland, H. A. (ed.), Silica in Sediments. Society of Economic Paleontologist and Mineralogist, Special Publication, 7: 150-185.
• 11. Bodzioch, A., 1997. The Karchowice Formation: definition and stratigraphy. (In Polish, English summary). Geologos, 2: 165199.
• 12. Bodzioch, A. & Kwiatkowski, S., 1992. Sedimentation and early diagenesis of the cavernous limestone (Roth) of Gogolin, Silesian-Krakow Region, Poland. Annales Societatis Geologorum Poloniae, 62: 223-242.
• 13. Bogacz, K., Dżułyński, S. & Harańczyk, Cz., 1973. Caves filled with clastic dolomite and galena mineralization in disaggregated dolomites. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 43: 59-72.
• 14. Bojkowski, K., 1955. Dolny wapień muszlowy w okolicy Szczakowej. (In Polish). Instytut Geologiczny, Biuletyn, 97: 229270.
• 15. Carozzi, A. V., 1993. Sedimentary Petrography. Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 485 pp.
• 16. Cayeux, L., 1929. Les roches sédimentaires de France. Roches siliceuses. Mémoires de la Carte Géologique de la France. Imprimerie Nationale, Paris, 744 pp.
• 17. Chanda, S. K., Bhattacharyya, A. & Sarkar, S., 1976. Early diagenetic chert nodules in Bhander Limestone, Maihar, Satna District, Madhya Pradesh, India. Journal of Geology, 84: 213224.
• 18. Chudzikiewicz, L., 1982. Sedimentation of the Gogolin Beds in the eastern margin of the Upper Silesian Coal Basin (Southern Poland). (In Polish, English summary). Studia Geologica Polonica, 75: 5-57.
• 19. Clayton, C. J., 1986. The chemical environment of flint formation in Upper Cretaceous chalks. The scientific study of flint and chert. In: Sieverking, G. & Hart, M. B. (eds), Proceedings of the Fourth International Flint Sympodium. Cambridge University, Cambridge, pp. 43-54.
• 20. Cressman, E. R., 1962. Data of Geochemistry. Nondetrital Siliceous Sediments. U.S. Geological Survey Professional Papers, 440-T: 1-23.
• 21. De Celles, P. G. & Gutschick, R. C., 1983. Mississippian Wood- Grained Chert and its Significance in the Western Interior United States. Journal of Sedimentary Petrology, 53: 11751191.
• 22. Dembowska, J., 1957. Results obtained in bore-hole Radoszyce 3: Triassic. (In Polish, English summary). Instytut Geologiczny, Biuletyn, 124: 82-93.
• 23. Dickson, J. A. D. & Barber, C., 1976. Petrography, chemistry and origin of early diagenetic concretions in the Lower Carboniferous of the Isle of Man. Sedimentology, 23: 189-211.
• 24. Doktorowicz-Hrebnicki, S., 1935. Feuille Grodziec. Explication. Carte spéciale du Bassin Houiller Polonais au 25 000. (In Polish, French summary). Instytut Geologiczny, Warszawa.
• 25. Durga Prasada Rao, N. V. N., Srikari, Y. & Behairy, A. K. A., 1982. Columnar concretions in the Visakhapatnam sediments on the east coast of India. Sedimentary Geology, 31: 303-316.
• 26. Grodzicka-Szymanko, W., 1973. Trias. (In Polish). In: Dankowice IG 1. Profile Głębokich Otworów Wiertniczych, 12: 14-18 and 33-38.
• 27. Hayes, J. B., 1964. Geodes and concretions from the Mississippian Warsaw Formation, Keokuk region, Iowa, Illinois, Missouri. Journal of Sedimentary Petrology, 34: 123-133.
• 28. Hsu, K. J., 1976. Paleoceanography of the Mesozoic Alpine Tethys. Geological Society of America Special Papers, 170: 1-44.
• 29. Jones, D. L. & Knauth, L. P., 1979. Oxygen isotopic and petrographic evidence relevant to the origin of the Arkansas Novaculite. Journal of Sedimentary Petrology, 49: 581-598.
• 30. Kostecka, A., 1972. Calcite paramorphs in the aragonite concretions. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 42: 289-296.
• 31. Kostecka, A., 1978. The Lower Muschelkalk carbonate rocks of the south-western margin of the Holy Cross Mountains (Central Poland). Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 48: 211-244.
• 32. Kotlicki, S. & Radek, R., 1975. The sequence of the Lower Muschelkalk in the vicinity of Strzelce Opolskie. (In Polish, English summary). Instytut Geologiczny, Biuletyn, 282: 449-474.
• 33. Kuhl, J., 1958. Tuffogenic components in the ore bearing dolomites in the Bytom Basin (Upper Silesia). (In Polish, English summary). Przegląd Geologiczny, 5: 200-201.
• 34. Kwiatkowski, S., 1991. Origin of the chert laminae and silicocalcareous nodules in uppermost Roth cavernous limestone at Gogolin (Lower Silesia). Acta Geologica Polonica, 41: 209214.
• 35. Łabęcki, J., 1990. Petrografia - Wapień muszlowy. (In Polish). In: Włoszczowa IG 1. Profile Głębokich Otworów Wiertniczych, 70: 37-49.
• 36. Łaszkiewicz, A., ed., 1961. Katalog analiz chemicznych skał i minerałów Polski. Cz.II. 1951 - 1957. (In Polish). Prace Instytut Geologiczny, Prace, 26: 1-347.
• 37. Makedonov, A. W., 1966. Sovremennyje konkrecii v osadkach i pocvach. (In Russian). Trudy Moskovskogo Obšcestva Ispytatelej Prirody, 19: 1-284.
• 38. Maliva, R. G. & Siever, R., 1988. Pre-Cenozoic nodular cherts: evidence for opal-CT precursors and direct quartz replacement. American Journal ofScience, 288: 798-809.
• 39. Maliva, R. G. & Siever, R., 1989. Nodular chert formation in carbonate rocks. Journal of Geology, 97: 421-433.
• 40. Martin Penela, A. J. & Barragán, G., 1995. Silicification of carbonate clasts in a marine environment (Upper Miocene, Vera Basin, SE Spain). Sedimentary Geology, 97: 21-32.
• 41. McBride, E. F., 1988. Contrasting diagenetic histories of concretions and host rock, Lion Mountain Sandstone (Cambrian), Texas. Geological Society of America, Bulletin, 100: 18031810.
• 42. Meyers, W. J., 1977. Chertification in the Mississippian Lake Valley Formation, Sacramento Mountains, New Mexico. Sedimentology, 24: 75-106.
• 43. Mišik, M., 1971. Observations concerning calcite veinlets in carbonate rocks. Journal of Sedimentary Petrology, 41: 450460.
• 44. Mišik, M., 1993. Carbonate rhombohedra in nodular cherts: Mesozoic of the West Carpathians. Journal of Sedimentary Petrology, 63: 275-281.
• 45. Moryc, W., 1971. The Triassic of the Foreland of Central Carpathians. (In Polish, English summary). Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 41: 419-486.
• 46. Orme, G. R., 1974. Silica in the Visean limestones of Derbyshire. Proceedings of Yorkshire Geological Society, 40: 63-104.
• 47. Pastwa-Leszczyńska, C., 1962. An Example of Lithological Variableness of the Muschelkalk Deposits of the Olkusz Region. (In Polish, English summary). Kwartalnik Geologiczny, 6: 309-323.
• 48. Pittman, J. S., Jr., 1959. Silica in Edwards Limestone, Trevis County, Texas. In: Ireland, H. A. (ed.), Silica in Sediments. Society of Economic Paleontologist and Mineralogist, Special Publications, 7: 121-134.
• 49. Raiswell, R., 1976. The microbiological formation of carbonate concretions in the Upper Lias of NE England. Chemical Geology, 18: 227-244.
• 50. Rapson, J. E., 1962. The petrography of Pennsylvanian chert breccias and conglomerates. Rocky Mountains Group, Banff, Alberta. Journal of Sedimentary Petrology, 32: 249-262.
• 51. Rio, M., 1978. Les differentes étapes de la silicification dans les calcaires Cretacées du Dlois et des Baronnies. Bulletin Bureau de Recherches Géologiques et Minieres, Serie II, Section 1,2: 111-123.
• 52. Rio, M., 1982. Les accidents siliceux dans lé Crétacé du bassin vocontien (sud-est de la France). Contribution a l’étude de la silicification des formations calcaires. Documentation de Laboratoire Géologique, Lyon, 84: 1-178.
• 53. Różycki, F., 1924. Stratigraphie du Muschelkalk de la partie Nord du Bassin Houiller de Dąbrowa. (In Polish, French summary). Sprawozdania Państwowego Instytutu Geologicznego, 2 (3-4): 431-495.
• 54. Sass, E. & Kolodny, Y., 1972. Stable isotopes, chemistry and petrology of carbonate concretions (Mishah Formation, Israel). Chemical Geology, 10: 261-286.
• 55. Senkowiczowa, H., 1970. The Stratigraphy of the Mesozoic in the margin of the Góry Swiętokrzyskie: Triassic. (In Polish, English summary). Instytut Geologiczny, Prace, 56: 7-48.
• 56. Shepherd, W., 1972. Flint, its Origin, Properties and Uses. Faber and Faber, London, 254 pp.
• 57. Siedlecki, S., 1952. Utwory geologiczne obszaru pomiędzy Chrzanowem a Kwaczałą. (In Polish). Państwowy Instytut Geologiczny, Biuletyn, 60: 1-231.
• 58. Siever, R., 1962. Silica solubility 0-200°C, and the diagenesis of siliceous sediments. Journal of Geology, 70: 127-150.
• 59. Steinitz, G., 1970. Chert “dike” structures in Senonian Chert Beds, southern Negev, Israel. Journal of Sedimentary Petrology, 40: 1241-1254.
• 60. Steinitz, G., 1981. Enigmatic chert structures in the Senonian cherts of Israel. Geological Survey Israel Bulletin, 75: 46.
• 61. Sujkowski, Z., 1958. Diagenesis. American Association of Petroleum Geologists, Bulletin, 42: 2692-2717.
• 62. Swett, K., 1965. Dolomitization, silicification and calcitization patterns in Cambro-Ordovician oolites from Northwest Scotland. Journal of Sedimentary Geology, 35: 928-938.
• 63. Szulc, J., 1989. Shallow-water carbonate basins of seismically active zones at the example of the Muschelkalk Basin of the Upper Silesia. (In Polish, English summary). Przegląd Geologiczny, 37: 248-252.
• 64. Szulc, J., 1990. Sedimentary processes and their tectonic controls. In: International Workshop - Field Seminar. The Muschelkalk Sedimentary Environments, Institute of Geological Science, Jagiellonian University, pp. 13-17.
• 65. Szulc, J., 2000. Middle Triassic evolution in the northern Pery- Tethys area as influenced by early opening of the Tethys Ocean. Annales Societatis Geologorum Poloniae, 70: 3-48.
• 66. Śliwiński, S., 1964. The Geology of the Siewierz Area (Upper Silesia). (In Polish, English summary). Prace Geologiczne
• 67. Komisji Nauk Geologicznych PAN, Oddział w Krakowie, 25: 1-58.
• 68. Śliwiński, S., 1969. The development of ore-bearing dolomites in the Cracow-Silesian area. (In Polish, English summary). Prace Geologiczne Komisji Nauk Geologicznych PAN, Oddział w Krakowie, 57: 1-123.
• 69. Świerczewska, A., 1990. Sylifikacja diagenetyczna w wapieniach jurajskich Jury Krakowsko-Wieluńskiej. (In Polish). Unpublished Ph.D. thesis, Polish Academy of Sciences, Warszawa, 196 pp.
• 70. Taliaferro, N. L., 1934. Contraction phenomena in cherts. Geological Society of America, Bulletin, 45: 189-232.
• 71. Trammer, J., 1975. Stratigraphy and facies development of the Muschelkalk in the south-western Holy Cross Mts. Acta Geologica Polonica, 25: 179-216.
• 72. Trammer, J., 1977. SiO2-Konzentrationen im Pelson der alpinen und germanischen Trias und ihre paläogeographische Bedeutung. Oesterreichische Akademie der Wissenschaften, mathematisch - naturwissenschaftliche Klasse Anzeiger. Jahrgang 1976, 113: 154-157
• 73. Trefethen, J. M., 1947. Some features of the cherts in the vicinity of Columbia, Missouri. American Journal of Science, 245: 56-58.
• 74. Wang, Y. & Merino, E., 1990. Self-organizational origin of agates: Banding, fibertwisting, composition and dynamic crystallization model. Geochimica et Cosmochimica Acta, 54: 16271638.
• 75. Weeks, L. G., 1953. Environment and mode of origin and facies relationships of carbonate concretions in shales. Journal of Sedimentary Petrology, 23: 162-173.
• 76. Wyczółkowski, J., 1978. The Lower and Middle Triassic sediments. (In Polish, English summary). Instytut Geologiczny, Prace, 93: 79-104.
• 77. Zawidzka, K., 1984. Stratigraphy and microfacies of the Muschelkalk in the northern part of the Miechów placosyncline. (In Polish, English summary). Annales Societatis Geologorum Poloniae, 54: 45-64.
• 78. Zijlstra, H. J. P., 1987. Early diagenetic silica precipitation, inrelation to redox boundaries and bacterial metabolism, in late Cretaceous chalk of the Maastrichtian type locality. Geologie en Mijnbouw, 66: 345-355.
• 79. Zijlstra, H. J. P., 1995. The sedimentology of chalk. Lecture Notes in Earth Sciences, 54: 1-194.