Mineralogia i geochemia i³ów poznañskich z wybranych z³ó¿ Wielkopolski
Agata Duczmal-Czernikiewicz*
Mineralogy and geochemistry of the Poznañ clays in selected deposits of the Wielkopolska region (western Poland). Prz. Geol., 55: 479–484.
S u m m a r y . The deposits under study (Brzostów, Krotoszyn, Ostrzeszów, Góra) and the Leszno borehole are located in Southern Wielkopolska, Polish Lowlands. Geochemical characteristics of the upper part of the Neogene Poznañ Formation were presented on the basis of major elements analyses. The sediments were classified as clays, silts and sands. Quartz in coarse fraction and clay minerals (smectite, mixed layers smectite/illite, kaolinite, traces of chlorite and halloysite) in fine fraction are the main components. Their chemical composition depends mainly on mineralogical content. The sediments were strongly depleted in Ca and Na during weathering processes. Calcu-lated chemical indices of alternation, CIA and CIW range from 59.9 to 91 and 68 to 93 respectively, indicating intense chemical weathering phenomena.
Key words: clay deposits, mineralogy, geochemistry, Wielkopolska
Obszar Wielkopolski, z uwagi na wystêpowanie z³ó¿ wêgli brunatnych oraz ceramiki budowlanej, jest od wielu lat intensywnie badany, jednak szczególny rozkwit badañ przypad³ na lata 70. i 80. XX wieku (Ciuk, 1970; Kozydra & Wyrwicki, 1970; Wiewióra & Wyrwicki, 1974, 1975; Walkiewicz, 1984). Czêsto podejmowanym zagadnieniem by³o wyznaczanie wieku osadów na podstawie litostraty-grafii i palinostratylitostraty-grafii (Dyjor, 1970, 1982; Piwocki & Ziembiñska-Tworzyd³o, 1995; Troæ & Sadowska, 2006). Oznaczenia sk³adu chemicznego wykonywali Szysz³o (1962), Kunkel (1969) i Wichrowski (1981), który podda³ i³y równie¿ szczegó³owym badaniom minera-logicznym. G¹siewicz (2004) analizowa³ zmiennoœæ geochemiczn¹ utworów ilastych w dwóch profilach: Jaroszowa i Konina, oraz dyskutowa³ zawartoœæ wêgla organicznego (TOC) w aspekcie genetycznym. Mo¿li-woœæ wykorzystania tych surowców ilastych jako sor-benty mineralne badali miêdzy innymi Brañski (1994, 2002) i Ratajczak (1991, 2001).
Mimo obszernej literatury dotycz¹cej formacji poz-nañskiej (por. Piwocki, 2002; Peryt & Piwocki, 2005) brakuje ca³oœciowej charakterystyki geochemicznej tych osadów. Naukowcy podkreœlaj¹ monotoniê ich sk³adu mineralnego i chemicznego (np. Wichrowski, 1981; Kaczyñski & Grabowska-Olszewska, 1997).
W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badañ zale¿noœci zró¿nicowania sk³adu chemicznego osa-dów kilkunastu z³ó¿ surowców ilastych od ich sk³adu mineralnego. Na podstawie analizy pierwiastków g³ównych przedstawiono najwa¿niejsze cechy geoche-miczne osadów ilastych wystêpuj¹cych w odkrywkach i³ów poznañskich. Analiza trójsk³adnikowych dia-gramów przedstawiaj¹cych zale¿noœci sk³adników mobilnych od niemobilnych umo¿liwi³a dyskusjê na temat pochodzenia materia³u wyjœciowego badanych osadów. Na podstawie obliczonych indeksów wietrze-nia (CIA i CIW) podjêto dyskusjê dotycz¹c¹ procesów przeobra¿eñ osadów. W celu porównania utworów wystêpuj¹cych na powierzchni, które podlegaj¹ ci¹g³ym procesom wietrzenia, z osadami zakrytymi przez utwory m³odsze, zbadano równie¿ osady ilaste
z otworu wiertniczego Leszno (wykonanego przez poznañ-sk¹ firmê Hydroconsult).
Obszar badañ
Badaniami objêto z³o¿a surowców ilastych wystêpu-j¹ce na po³udnie od Poznania (ryc. 1). Czêœæ z tych z³ó¿ by³a ju¿ wielokrotnie badana pod wzglêdem surowcowym, np. Krotoszyn czy Brzostów. W niektórych z³o¿ach prowadzi siê wydobycie sezonowo (Góra), w niektórych eksploatacji
*Wydzia³ Nauk Geograficznych i Geologicznych, Uniwersytet im. A. Mickiewicza, ul. Maków Polnych 16, 61-686 Poznañ; duczer@amu.edu.pl Poznañ Warszawa Warsaw Wroc³aw Warta Karpaty Carpathians Sudety Sudetes Mts ods³oniêcia outcrops rdzenie cores obszar badañ study area Ostrzeszów Krotoszyn Brzostów Pysz¹ca Oborniki Szczecin Leszno Góra 100km
granica wystêpowania i³ów mio-plioceñskich
Mio-Pliocene clays range
granica wystêpowania i³ów oligoceñskich
Oligocene clays range
granica wystêpowania i³ów mioceñskich zapadliska przedkarpackiego
Carpatians foredeep clays range
nasuniêcie karpackie
Carpatian overthrust Ryc. 1. Lokalizacja wybranych z³ó¿ surowców ilastych po³udniowej Wielkopolski oraz po³o¿enie otworu wiertniczego Leszno-Zaborowo na tle obszarów wystêpowania i³ów neogeñskich w Polsce (wg Kaczyñskie-go & Grabowskiej-Olszewskiej, 1997)
Fig. 1. Location of selected clay deposits from Southern Wielkopolska and the Leszno-Zaborowo borehole against the background of the range of Neogene and older clays in Poland (according to Kaczyñski & Grabowska-Olszewska, 1997)
zaniechano (Ostrzeszów). Badane osady z³ó¿ oraz osady pochodz¹ce z rdzenia wiertniczego s¹ utworami mioceñ-sko-plioceñskimi formacji poznañskiej.
Z uwagi na stan ods³oniêæ próbki ze z³ó¿ obecnie nie eksploatowanych pobierano w miejscach ods³oniêtych. W eksploatowanych z³o¿ach próbki pobierano z poziomów eksploatacyjnych okreœlanych symbolami I i II, przy czym dolny poziom opisano jako pierwszy. Do badañ szcze-gó³owych wytypowano 65 próbek, spoœród których przed-stawiono w tej pracy 14 przyk³adowych analiz (tab. 1 i 2).
Metody badañ
Badania sk³adu mineralnego przeprowadzono przy u¿y-ciu dyfraktometru rentgenowskiego typu URD 6. Sk³ad
mineralny badano w dwóch frakcjach ziarnowych,F< 2 μm
orazF< 0,2 μm, wydzielonych wed³ug preparatyki
Jack-sona (1975). W celu identyfikacji minera³ów ilastych anali-zowano próbki w stanie powietrzno-suchym, glikolowane
oraz pra¿one w temperaturze 550oC. Pomiary prowadzono
w zakresie k¹towym 3–35o
2q, z zastosowaniem lampy Cu.
W celu identyfikacji faz smektytowych zastosowano test Greene-Kellyego (1953).
Analizy chemiczne wykonywano metod¹ fluorescen-cyjn¹ (X-Ray fluorescence) na spektrometrze Spektra S4 (Bruker). Próbki mielono za pomoc¹ m³ynka kulowego
Rocklabs. Jako topnik stosowano tetraboran litu.
Sk³ad mineralny
Ponad po³owê (56%) zbadanych próbek ska³ stanowi³y i³y, resztê — py³y i piaski. W wydzielonych frakcjach ilas-tych wiêkszoœci zbadanych z³ó¿ dominuj¹ fazy smektyto-we: smektyt i illit/smektyt. Faz¹ smektytow¹ jest w badanych osadach beidelit. Minera³ ten zosta³ stwierdzony w osadach serii poznañskiej przez Wiewiórê i Wyrwickiego (1974, 1976). Smektyty tworz¹ te¿ pakiety pêczniej¹ce w fazie mieszanopakietowej I/S (Wichrowski, 1981; Wyrwicki, 1975). Fazy smektytowe maj¹ na ogó³ dominuj¹cy udzia³ we
frak-cji ziarnowejF < 0,2 mm (tab. 1).
Poza smektytami stwierdzono kaolinit, illit oraz œlado-wo haloizyt i chloryt. Kaolinit wystêpuje w ka¿dej próbce w zmiennych iloœciach. Szczególnie du¿y udzia³ ma w nie-których próbkach z³o¿a Góra (np. G2). Obserwuje siê wzrost
iloœci kaolinitu we frakcjiF < 2 μm w stosunku do frakcji
F < 0,2 μm. Wystêpowanie illitu jest powszechne, choæ
Tab. 1. Sk³ad mineralny osadów w wydzielonych frakcjach ziarnowych okreœlony metod¹ rentgenowsk¹ Table 1. Mineral composition of the sediments identified with the X-ray diffraction method
Próbka Sample Frakcja Fraction Sk³adniki Components Domieszki Additives G1 2 μm I - K - S Q, I/S? 0,2 μm I/S > K > I G2 2 μm K > S > I Q, Skal? 0,2 μm K > I/S > I G6 2 μm I > K > Ch - S Q > Skal 0,2 μm I - K - S Q, I/S, Ch? Ot3 2 μm I/S (+S) - I - K Q 0,2 μm I/S (+S) > I - K Ot6 2 μm I/S - I - K Q 0,2 μm I/S > I - K Q K I 9 2 μm S - K- I Q, I/S, Skal 0,2 μm S - K- I Q, I/S, Skal K II 3 2 μm S - K- I Q, I/S, Skal 0,2 μm S - K- I Q, I/S, Skal K II 8 2 μm I/S > K - I Q, S 0,2 μm brak frakcji K II 11 2 μm S - K - I Q, I/S, 0,2 μm S > K > I Q, I/S, B I 2 2 μm I/S - K - I Q, Skal? 0,2 μm I/S - K I > Q B II 15 2 μm K - I - S Q, I/S 0,2 μm I/S > K I B II 19 2 μm S - I - K Q 0,2 μm S > K I B II 24 2 μm S - K - I Q 0,2 μm S +I/S > K > I Q L 55 2 μm S (+ I/S) > K - I 0,2 μm S (+ I/S) > K - I
zwykle podrzêdne we frakcjiF< 2mm (Krotoszyn). We
frakcjach F < 0,2 μm illitu nie stwierdzono. Haloizyt
(odznaczaj¹cy siê niestabilnym refleksem 7Å w próbkach
glikolowanych) wystêpuje zarówno we frakcjiF< 2 μm,
jak iF< 0,2 μm. Chloryt stwierdzono w osadach z
Kroto-szyna we frakcjiF< 2 μm w œladowych iloœciach.
Dominuj¹cym sk³adnikiem osadu we frakcjach grub-szych ni¿ 0,063 mm jest kwarc z niewielkim udzia³em skale-ni. Ponadto stwierdzono wystêpowanie konkrecji wtórnego kalcytu oraz tlenków i wodorotlenków ¿elaza: hematytu i goethytu, plamiœcie barwi¹cych czêœæ badanych osadów na kolor brunatnowiœniowy.
Geochemia osadów ilastych
Wyniki analiz pierwiastków g³ównych podano w for-mie tlenkowej i przedstawiono w tabeli 2. Jak mo¿na siê by³o spodziewaæ, w silnie zwietrza³ych utworach zaob-serwowano du¿¹ zmiennoœæ zawartoœci pierwiastków g³ównych.
Podobnie jak w typowych osadach ilastych, wœród sk³adni-ków g³ównych dominuj¹ Si i Al (Rollinson, 1993). Iloœæ
SiO2zawiera siê w granicach od 54% do prawie 76% wag.
Iloœæ Al2O3zmienia siê natomiast w granicach od 5% do
niemal 30%. Œrednia dla wiêkszoœci próbek: 16%, jest
zgodna ze œredni¹ iloœci¹ Al2O3w osadach ilastych.
Zawar-toœæ Al2O3 jest odwrotnie proporcjonalna do zawartoœci
SiO2, co przejawia siê ujemn¹ korelacj¹ tych dwóch
sk³adni-ków. Stosunek Si do Al zmienia siê od 2,8 do 3,8 w i³ach i od 4 do 8 w py³ach i piaskach. Obserwuje siê dodatni¹
korelacjê Al2O3wzglêdem Mg i K (tworz¹ wspólnie z Al
minera³y glinokrzemianowe), natomiast ujemn¹ wzglêdem Mn i Fe (wystêpuj¹ g³ównie w postaci w³asnych mine-ra³ów: tlenków i wêglanów).
Istotnym iloœciowo sk³adnikiem osadów jest ¿elazo.
Fe2O3wystêpuje w szerokim zakresie, od 1,4% do 10,2%
(œrednio 6,9%). Wiêkszoœæ próbek odznacza siê jednak
zawartoœci¹ Fe2O3 zbli¿on¹ do wartoœci œrednich (7%).
Wraz ze wzrostem iloœci Fe obserwuje siê wzrost iloœci Al. Nie ka¿da próbka o wyraŸnej barwie wiœniowobrunatnej
zawiera wiêcej Fe ni¿ próbka bez pstrych przebarwieñ, co wskazuje na mo¿liwoœæ wystêpowania Fe w strukturze smektytów.
Na2O i K2O wystêpuj¹ w iloœciach mniejszych ni¿
œrednie wartoœci dla osadów ilastych, odpowiednio od 0,01 do 0,54% wag oraz od 0,8 do 2,85% wag. Szczególnie ma³a zawartoœæ potasu znajduje siê w osadach z³o¿a Góra (0,9%
K2O) oraz w poziomie I z³o¿a Brzostów, czyli w osadach z
przewag¹ kaolinitu we frakcjach ilastych. Iloœæ Na2O nie
przekracza 0,75% (tab. 2). Na i K s¹ zwi¹zane w glinokrze-mianach (smektyty i kaolinit), a ich zubo¿enie w stosunku do skorupy kontynentalnej oraz œrednich dla osadów jest wynikiem postêpuj¹cego wietrzenia. Zawartoœæ CaO (oko³o 0,5%) jest przewa¿nie mniejsza ni¿ œrednia dla osa-dów ilastych (2,5%). Czêœæ CaO jest zwi¹zana w glino-krzemianach, a wiêkszoœæ wystêpuje w postaci wtórnych minera³ów wêglanowych, siarczanowych b¹dŸ fosforano-wych. Iloœæ MgO w wiêkszoœci próbek jest zbli¿ona do 1%, w nielicznych przekracza 2%. Podobnie zawartoœæ MnO jest zbli¿ona w wiêkszoœci próbek do œrednich dla osadów ilastych (0,08 do 0,14%), natomiast znacznie prze-wy¿sza œredni¹ w osadach z du¿¹ zawartoœci¹ Ca (r = 0,74).
ZawartoϾ TiO2wynosi maksymalnie 1,5% i wykazuje
du¿¹ jednorodnoœæ. Podobnie iloœæ P2O5w wiêkszoœci
pró-bek jest zbli¿ona do iloœci we wzorcu: 0,08% P2O5. Jedynie
górne czêœci rdzenia oraz niektóre próbki z Ostrzeszowa i Góry odznaczaj¹ siê wzrostem koncentracji fosforu,
któ-ry wykazuje zdecydowan¹ dodatni¹ korelacjê do Fe2O3
(r = 0,78), a tak¿e do MnO.
WskaŸniki wietrzenia
Indeksy wietrzenia okreœlaj¹ procesy, którym podle-ga³y deponowane osady. Gwa³towne zubo¿enie w Na i Ca wskazuje na silne procesy wietrzenia chemicznego, a zmia-na zawartoœci tych pierwiastków jest proporcjozmia-nalzmia-na do stopnia wietrzenia (np. Nyakairu & Koeberl, 2001; Duzgo-ren-Aydin i in., 2002). W miarê rozwoju wietrzenia obok Ca i Na spada równie¿ zawartoœæ K i Si, roœnie natomiast zawartoœæ Al, Fe, Ti oraz Mn. Roœnie równie¿ wartoœæ LOI (loss of ignition).
Tab. 2. Sk³ad chemiczny osadów oznaczony metod¹ XRF
Table 2. Chemical composition of clay deposits identified using the XRF method
Sk³adniki
Components BI2 BII15 BII19 BII24 G1 G2 G5 KI8 KII11 KII2 KII8 L1 Ot1 Ot3 Ot6
SiO2(%) 73,82 56,73 56,97 81,69 65,72 72,73 62,75 61,75 60,06 59,49 58,79 62,48 68,17 66,38 55,92 Al2O3(%) 10,10 18,83 18,71 8,68 15,08 13,78 17,02 17,42 19,00 18,35 18,87 17,37 15,11 16,41 14,17 Na2O (%) 0,27 0,13 0,12 0,39 0,11 0,08 0,08 0,19 0,11 0,27 0,11 0,14 0,38 0,12 0,20 K2O (%) 1,74 2,86 2,81 1,35 2,22 0,87 1,65 2,95 2,72 2,95 2,77 2,45 2,76 2,61 2,53 Fe2O3(%) 5,92 7,97 8,49 2,79 7,96 3,98 6,51 6,51 7,09 7,01 7,05 7,46 4,11 5,36 9,93 CaO (%) 0,53 1,19 0,65 0,36 0,58 0,60 0,79 0,54 0,73 0,79 0,66 0,77 0,62 0,60 3,54 MgO (%) 0,74 1,75 1,72 0,55 1,06 0,76 1,08 1,92 1,62 1,97 1,71 1,46 1,53 1,58 1,94 MnO (%) 0,36 0,07 0,08 0,02 0,15 0,02 0,07 0,06 0,04 0,06 0,06 0,14 0,02 0,02 0,29 TiO2(%) 0,59 0,81 0,85 0,60 0,80 0,99 0,93 0,97 0,89 0,92 0,88 0,93 0,90 0,97 0,80 P2O5(%) 0,05 0,13 0,12 0,05 0,11 0,06 0,06 0,08 0,05 0,11 0,06 0,14 0,07 0,08 0,26 LOI (%) 5,41 8,77 8,58 3,38 7,13 6,06 8,90 6,97 7,69 7,16 8,17 7,37 5,45 6,44 9,53 Sum (%) 99,66 99,38 99,23 10 0,00 10 1,00 10 0,00 99,99 99,51 10 0,10 99,23 99,29 10 0,90 99,26 10 0,70 99,27 CIA 74,43 76,81 80,12 74,76 79,71 86,16 83,07 78,47 80,20 77,41 80,30 79,45 80,07 79,03 59,94
Badane osady zosta³y zubo¿one zarówno w Ca, Na, K, Mn, jak i Ti, obserwuje siê natomiast wzrost zawartoœci Al i Fe, roœnie te¿ wartoœæ LOI. Ubytek pierwiastków jest skutkiem rozpadu skaleni, natomiast wzbogacenie mo¿e byæ wynikiem formowania siê minera³ów wtórnych, takich jak minera³y ilaste oraz tlenki i wodorotlenki Fe.
W celu iloœciowego okreœlenia stopnia wietrzenia obli-czono wartoœci wskaŸników wietrzenia — CIA (chemical
alternation index) i CIW (chemical weathering idex).
War-toœæ CIA obliczono wed³ug wzoru (Nesbitt & Young, 1982):
CIA = [Al2O3/(Al2O3+ CaO + Na2O + K2O)]´ 100
Wartoœci CIA od 85 do 100 s¹ typowe dla rezydualnych i³ów. Wartoœci oko³o 100 odpowiadaj¹ kaolinitowi i chlo-rytowi, natomiast 70 do 75 s¹ wartoœciami œrednimi dla ³upków (Taylor & Mc Lennan, 1995). W badanych osadach wartoœci CIA zawieraj¹ siê w granicach od 59,9 w osadach piaszczystych do 91 w osadach ilastych, œrednia z 65 analiz wynosi 75,7. Du¿¹ zmiennoœæ obserwuje siê w osadach ze z³o¿a Brzostów i Ostrzeszów (œrednio odpowiednio 71 i 73); natomiast najwy¿sze wartoœci CIA obserwuje siê w osadach z³o¿a Góra (œrednio 82), które odznaczaj¹ siê udzia³em kaolinitu, skaleni oraz œladowo chlorytu (tab. 1).
Indeks wietrzenia CIW (nie uwzglêdniono w nim pota-su) obliczono wed³ug wzoru (Harnois, 1988):
CIW = [Al2O3/(Al2O3+ CaO + Na2O)]´ 100
Wartoœæ CIW zmienia siê w badanych osadach od 68 do 93. Najwy¿szymi wartoœciami CIW (90 i wiêcej) odzna-czaj¹ siê osady ze z³o¿a Góra (eksploatowanego okreso-wo), natomiast najni¿szymi (CIW œrednio 81) osady z II
poziomu eksploatacyjnego z Brzostowa. Wiêkszoœæ zbada-nych osadów odznacza siê wartoœciami CIW 81–83, które zawieraj¹ siê w granicach wartoœci œrednich dla osadów ilastych (Rollinson, 1993).
Duzgoren-Aydin i in. (2002) oraz Price & Velbel (2003) dowodz¹, ¿e wartoœci CIW s¹ zale¿ne zarówno od iloœci minera³ów ilastych, jak i od obecnoœci tlenków i wodoro-tlenków ¿elaza. Spoœród badanych utworów wyodrêbniaj¹ siê osady z³o¿a Góra, które maj¹ najwy¿sze wartoœci wskaŸ-ników wietrzenia CIA i CIW. Nie wyró¿niaj¹ siê pod wzglê-dem zawartoœci Fe, lecz pod wzglêwzglê-dem zawartoœci skaleni, a we frakcji ilastej przewag¹ kaolinitu oraz domieszkami chlorytu i muskowitu. Wartoœci indeksu CIA w badanych osadach zale¿¹ g³ównie od sk³adu mineralnego, natomiast CIW zarówno od sk³adu mineralnego, jak i lokalnych warunków wp³ywaj¹cych na stopieñ utlenienia Fe.
Zawartoœæ pierwiastków g³ównych mo¿e s³u¿yæ do okreœlania trendów wietrzenia oraz materia³u wyjœciowego osadów (Nesbitt & Young, 1996; Nesbitt i in., 1996).
Diagramy trójk¹tne wzajemnych zale¿noœci
sk³adni-ków g³ównych: Al2O3-(CaO* + Na2O)-K2O (A-CN-K) oraz
Al2O3-(CaO* + Na2O + K2O)-Fe2O3+ MgO (A-CNK-FM)
wskazuj¹ na procesy intensywnego wietrzenia omawia-nych osadów oraz ich siln¹ homogenizacjê wskutek wie-trzenia (ryc. 2). Wyró¿niaj¹ siê punkty odpowiadaj¹ce osadom ze z³o¿a Góra. Trendy ich wietrzenia wskazuj¹ na inne Ÿród³o b¹dŸ odrêbne procesy wietrzenia. Mimo i¿ indeksy wietrzenia osadów z rdzenia i osadów powierzchniowych s¹ zbli¿one, to po³o¿enie punktów projekcyjnych ró¿ni siê od wiêkszoœci zbadanych osadów. Mo¿e to byæ wynikiem na³o¿enia siê procesów wietrzenia materia³u, zachodz¹cych przed i po jego depozycji. Na diagramie A-CN-K umiesz-czono wybrane analizy chemiczne ska³, które mog³y
stano-K CN A 80 60 90 80 70 50 40 30 20 10 100 70 60 50 40 30 20 10 100 90 100 90 80 70 60 50 40 30 10 Ot6 Ot3 BII20 Bl2 Bl7 Gsg Gb Gst Gsth Ab L55 KII11 KII2 Kl8 BII24 G5 G1 G2 G7 BII15 granit strzeliñski
the Strzelin granite
granit strzeliñski przeobra¿ony
altered the Strzelin granite
granit strzegomski
the Strzegom granite
granit z Borowa
the Borów granite
amfibolit z Bielic
the Bielice amphibolite
Brzostów Oznaczenia próbek Samples Góra Krotoszyn Leszno Ostrzeszów Ab Gb Gsg Gsth Gst Ot L K G B
*z uwagi na wysok¹ zawartoœæ CaO oraz na brak analiz CO2, trudno jest precyzyjnie okreœliæ zawartoœæ CaO w wêglanach. Wobec
tego jeœli CaO£Na2O do obliczeñ jest przyjmowana wartoœæ CaO, jeœli natomiast CaO > Na2O (a tak jest w wiêkszoœci przypadków),
przyjmuje siê, ¿e CaO = Na2O (Mc Lennan, 1993). Wartoœæ CaO* odpowiada jedynie iloœci tego sk³adnika w krzemianach
*due to high CaO content and lack of CO2analyses an accurate determination of CaO in carbonates is difficult. If CaO£Na2O, the
CaO concentration is accepted, if CaO > Na2O (usually) CaO = Na2O is accepted (Mc Lennan, 1993). CaO* corresponds only to the
quantity of this component in silicate minerals
Ryc. 2. Diagram trójsk³adnikowy CIA (wg Nesbbita & Younga, 1982), Al2O3-(CaO* + Na2O)-K2O (A-CN-K) — proporcje molowe. Zaznaczone pun-kty odpowiadaj¹ sk³adowi chemicznemu zbadanych próbek. Zaznaczono sk³ad che-miczny granitu strzeliñskiego i z Borowa (wg Ciesielczuk, 2005), strzegomskiego (wg Drozdowicza i in., 2004) oraz amfi-bolitu (wg Stawikowskiego, 2005) Fig 2. CIA ternary diagram (after Nesb-bit & Young, 1982) Al2O3-(CaO* + Na2 O)-K2O (A-CN-K) — molar proportion. Points correspond to chemical composition of the samples. Dashed dots correspond to average chemical components of typical Sudetic rocks: Strzelin, and Borów gra-nites (according to Ciesielczuk, 2005), Strzegom–¯bik granites (according to Drozdowicz and al., 2004) and amphibo-lites (according to Stawikowski, 2005)
wiæ potencjalne Ÿród³o osadów ilastych: granitoidów, a tak¿e przyk³adowego, sudeckiego amfibolitu. Z analizy trendów wietrzenia wynika, ¿e ska³ami wyjœciowymi badanych osadów by³y ska³y kwaœne (granitoidy). Sk³ad chemiczny badanych osadów dobrze odpowiada trendom wietrzenia granitów sudeckich, najlepiej tych pochodz¹cych ze Strzeli-na, mniej z Borowa lub Strzegomia, a w przypadku z³o¿a z odkrywki Góra — równie¿ trendom wietrzenia amfiboli-tów (ryc. 3, tab. 3).
Podsumowanie
1. W sk³adzie mineralnym frakcji ilastych dominuj¹ smektyty, którym towarzysz¹ w zmiennych proporcjach kaolinit i illit. Jedynie w wiêkszoœci próbek z³o¿a Góra prze-wa¿a kaolinit. Frakcja py³owa i piaszczysta s¹ zdominowa-ne przez udzia³ kwarcu, któremu towarzysz¹ domieszki skaleni oraz minera³ów wtórnych: tlenków i wodorotlen-ków ¿elaza oraz wêglanów.
2. Sk³ad chemiczny górnej czêœci i³ów poznañskich zale¿y od sk³adu mineralnego i³ów. W osadach
piaszczys-tych i py³owych, o najwiêkszej wartoœci stosunku SiO2do
Al2O3, w sk³adzie mineralnym dominuje kwarc. Im
war-toœæ stosunku jest mniejsza, tym bardziej wzrasta udzia³
frakcji ilastych. Iloœæ Al2O3jest zale¿na od stopnia
zwie-trzenia, czyli od obecnoœci minera³ów ilastych oraz zwi¹zków ¿elaza. Obecnoœæ skaleni i smektytów warunkuje wysok¹ zawartoœæ Mg, natomiast zawartoœæ Fe jest zwi¹zana z obecnoœci¹ tlenków i wodorotlenków Fe, a tak¿e ¿elaza na drugim stopniu utlenienia (np. Fe smektyty).
3. Indeks wietrzenia CIA osi¹ga przewa¿nie wartoœci zgodne ze œredni¹ dla osadów ilastych, ró¿nice zale¿¹ od materia³u wyjœciowego oraz od lokalnych zmian w sk³adzie mineralnym (zawartoœci tlenków i wodorotlenków Fe oraz sk³adu frakcji ilastej). Indeks CIW potwierdza siln¹ homo-genizacjê osadów wskutek procesów wietrzenia, poza osa-dami z I poziomu z³o¿a Brzostów oraz ze z³o¿a Góra.
Ot6 Ot3 BII20 Bl2 L55 KII11 KII2 Kl8 KII8 BII24 G5 G1 G2 G7 BII19 BII15 FM CNK A 80 60 90 80 70 50 40 30 20 10 100 70 60 50 40 30 20 10 100 90 100 90 80 70 60 50 40 30 10 Brzostów Oznaczenia próbek Samples Góra Krotoszyn Leszno Ostrzeszów Ot L K G B
Tab. 3. Analizy chemiczne ska³ sudeckich (wed³ug Ciesielczuk, 2005; Stawikowskiego, 2004 oraz Drozdowicza i in., 2004) Table 3. Chemical analysis of rocks from the Sudetes Mountains (according to Ciesielczuk, 2005; Stawikowski, 2005; Drozdowicz et al., 2004)
Sk³ad chemiczny Chemical composition Granit Strzelin* Strzelin granite* Granit zmieniony Strzelin* Strzelin granite — altered* Granit Borów* Borów granite* Amfibolit Bielice** The Bielice amphibolite** Granit, Strzegom–¯bik*** Strzegom–¯bik granite*** SiO2 70,41 66,87 73,34 53,57 74,45 Al2O3 15,13 15,96 13,32 18,38 13,03 Fe2O3 2,69 1,85 2,48 6,97 2,19 MgO 0,80 0,44 0,19 4,57 1,22 CaO 2,61 3,74 1,42 8,09 0,23 Na2O 4,32 4,14 4,14 4,26 3,39 K2O 3,11 4,68 4,68 1,39 4,70
*wg Ciesielczuk, 2005 — according to Ciesielczuk, 2005 **wg Stawikowskiego, 2005 — according to Stawikowski, 2005
→
Ryc. 3. Diagram trójk¹tny CIW Al2O3-(CaO* + Na2O + K2O)-Fe2O3+ MgO (A-CNK-FM) — proporcje molowe; zaznaczone punkty wska-zuj¹ na siln¹ homogenizacjê osadu pod wzglêdem zawartoœci sk³adni-ków g³ównych, która powsta³a w wyniku procesów wietrzenia Fig 3. CIW ternary diagram, Al2O3-(CaO* + Na2O + K2O)-Fe2O3+ MgO (A-CNK-FM), concentration of points (on account of main compo-nents concentration) indicates that sediments were intensely homoge-nised during weathering processes
Osady z³o¿a Góra odznaczaj¹ siê najwy¿szymi wartoœcia-mi CIA i CIW.
4. Diagram A-CN-K wskazuje na ska³y kwaœne do obo-jêtnych (lub osady z nich pochodz¹ce), które by³y wyjœcio-wymi dla badanych osadów ilastych.
5. Zbli¿one wartoœci indeksów wietrzenia w z³o¿ach i rdzeniu pozwalaj¹ stwierdziæ ich wzajemne podobieñstwo. Osady przesz³y podobne procesy wietrzenia; ich cechy chemiczne ukszta³towa³y siê w takich samych warunkach.
6. Analizy pierwiastków œladowych oraz pierwiastków ziem rzadkich (w przygotowaniu) mog¹ potwierdziæ i roz-szerzyæ powy¿sze wnioski.
Autorka uprzejmie dziêkuje S. D¹browskiemu (Hydrocon-sult, Poznañ) za udostêpnienie osadów z rdzenia wiertniczego Leszno. Szczególnie dziêkujê J. Czernikiewiczowi za pomoc w graficznym opracowaniu wyników oraz J. Tr¹bskiej za korektê jêzykow¹. Badania przeprowadzono w ramach grantu KBN 3P04D 006 24.
Literatura
BRAÑSKI P. 1994 — Mo¿liwoœci wykorzystania i³ów serii poznañ-skiej w ochronie œrodowiska. Prz. Geol., 42: 446–449.
BRAÑSKI P. 2002 — I³y formacji poznañskiej — kopaliny s³u¿¹ce ochronie i rekonstrukcji œrodowiska naturalnego. Prz. Geol., 50: 266.
CIESIELCZUK J. 2005 — The interdependence of elements in the hydrothermally altered Strzelin and Borów granites. Pr. Spec. PTMin., 26: 143–146.
CIUK E. 1970 — Schematy litostratygraficzne trzeciorzêdu Ni¿u Pol-skiego. Kwart. Geol., 14: 754–771.
DUZGOREN-AYDIN R.S., AYDIN A. & MALPAS J. 2002 — Re-as-sessment of chemical weathering indices: case study on pyraclastic rocks of Honk-Kong. Engeenering Geology, 63: 99–119.
DROZDOWICZ K., D¥BROWSKA J., GABAÑSKA B., IGIELSKI A., JANIK W., KRYNICKA E., KUROWSKI A., NIEDWIED K., WI¥CEK U. & WONICKA U. 2004 — Sensitivity of the Thermal Neu-tron Time Decay to the Hydrogen Content in a Rock Sample, Instytut Fizyki J¹drowej PAN, Rept. No 1945PN, Kraków, 18. (www.ifj.edu.pl) DYJOR S. 1970 — Seria poznañska w Polsce Zachodniej. Kwart. Geol., 14: 819–835.
DYJOR S. 1982 — Rozwój sedymentacji i przebieg przeobra¿eñ osa-dów w basenie serii poznañskiej w Polsce. Acta Universitatis Wratisla-wiensis, 1354, Pr. Geol.- Miner., 26: 3–18.
G¥SIEWICZ A. 2004 — Zawartoœæ i sk³ad izotopowy wêgla organicz-nego z utworów formacji poznañskiej (miocen-pliocen) z rejonu Koni-na (œrodkowa Polska): sugestie paleoœrodowiskowe i stratygraficzne. Prz. Geol., 52: 519–526.
GREENE-KELLY R. 1953 — The identificatcion of montmorillonites. J. Soil Science, 4: 233–237.
HARNOIS L. 1988 — CIW Index: a new chemical index of weather-ing. Sedimentary Geology, 55: 319–322.
JACKSON M.L. 1975 — Soil chemical analysis. 2ndEdition, Published by the autor, Department of Soil Science. Univeristy of Wisconsin, Madison, Wis: 53706.
KACZYÑSKI R. & GRABOWSKA-OLSZEWSKA B. 1997 — Soil mechanics of the potentialy expansive clays in Poland. Applayed Clay Science, 11: 337–355.
KOZYDRA Z. & WYRWICKI R. 1970 — Surowce ilaste. Wyd. Geol. KUNKEL A. 1975 — Osady i³owe neogenu m³odszego Wielkopolski œrodkowej œwietle bibu³owej chromatografii rozdzielczej. PTPN, War-szawa-Poznañ.
Mc LENNAN S.M. 1993 — Weathering and global denudation. J. Geo-logy, 101: 295–303.
NYAKAIRU G.W.A. & KOEBERL C. 2001 — Mineralogical and che-mical composition and distribution of rare earth elements in clay-rich sediments from central Uganda. Geochemical J., 35: 13–28. NESBITT H.W. & YOUNG G.M. 1996 — Petrogenesis of sediments in the absence of chemical weathering: effects on abbrasion and sorting on bulk composition and mineralogy. Sedimentology, 43: 341–358.
NESBITT H.W., YOUNG G.M., McLENNAN S.M. & KEAYS R.R. 1996 — Effects on chemical weathering and sorting on the petrogene-sis on silisciclastic sediments, with implications for provenance stu-dies. J. Geology, 104: 525–542.
PIWOCKI M. 2002 — Ewolucja pogl¹dów na stratygrafiê utworów formacji poznañskiej na Ni¿u Polskim. Prz. Geol., 50: 255.
PIWOCKI M. & ZIEMBIÑSKA-TWORZYD£O M. 1995 — Litostra-tygrafia i poziomy sporowo-py³kowe neogenu na Ni¿u Polskim. Prz. Geol., 43: 916–927.
PIWOCKI M., BADURA J. & PRZYBYLSKI B. 2004 — Neogen. [W:] Peryt T. & Piwocki M. (red.), Budowa geologiczna Polski: 71–118. PRICE R.P. & VELBEL M.A. 2003 — Chemical weathering indices applied to weathering profiles developed on heterogenous felsic meta-morphic parent rocks. Chemical Geology, 202: 397–416.
RATAJCZAK T. 1991 — Studium geologiczno-mineralogiczne ska³ towarzysz¹cych wêglom brunatnym w niektórych z³o¿ach Polski. Pr. W³asne Inst. Geol. Sur. Miner., AGH, 29: 1–93.
RATAJCZAK T. 2001 — Minera³y ilaste w ró¿nobarwnych odmianach ska³ wystêpuj¹ce nad pok³adem wêgla brunatnego w rejonie Konina. Górnictwo Odkrywkowe, Z. Nauk. AGH, Geologia, 18: 117–130. ROLLINSON H. 1993 — Using Geochemical Data: Evaluation, Pre-sentation, Interpretation: 352.
STAWIKOWSKI W. 2005 — Historia deformacji i metamorfizmu w strefach kontaktu eklogitów z gnejsami w metamorfiku Œnie¿nika. Archiwum Wydz. Nauk Geogr. i Geolog. UAM.
SZYSZ£O D. 1967 — W³asnoœci fizyczno-mechaniczne facji ilastej i³ów poznañskich (plioceñskich na tle ich litologii). Biul. Geol., 9: 51–127.
TAYLOR S.R. & Mc LENNAN S.H. 1995 — The geochemical evolu-tion of the continental crust. Rev. Geophysics, 33: 241–265.
TROÆ M. & SADOWSKA A. 2006 — Wiek utworów formacji poznañ-skiej rejonu Poznania. Prz. Geol., 54: 588–593.
WALKIEWICZ Z. 1984 — Trzeciorzêd na obszarze Wielkopolski. Zesz. Nauk. UAM w Poznaniu, Ser. Geologia, 10: 28–61.
WICHROWSKI Z. 1981 — Studium mineralogiczno-geochemiczne i³ów serii poznañskiej. Arch. Mineral., 37: 93–194.
WIEWIÓRA A. & WYRWICKI R. 1974 — Minera³y ilaste poziomu i³ów p³omienistych. Kwart. Geol., 20: 615–635.
WIEWIÓRA A. & WYRWICKI R. 1976 — Beidelit osadów serii poznañskiej. Kwart. Geol., 20: 331–341.
WYRWICKI R. 1975 — Sk³ad mineralny a w³asnoœci surowcowe pstrych i³ów poznañskich. Kwart. Geol., 3: 633–647.
Praca wp³ynê³a do redakcji 10.08.2006 r. Akceptowano do druku 25.04.2007 r.
