RENDICONTI DELLA SOCIETÀ ITALIANA DI MINERALOGIA E PETROLOGIA, 1981, VQ!. 42, pp. 271·28J

Studio di minerali opachi in sabbie fluviali olocenichee nelle corrispondenti rocce madri di zone sottoposte a climi diversi

(Montagne Rocciose e Monti Appalachi in U.S.A.)

EMANUELA MOUNAROLI

Dipartimemo di Scienze Ambientali, Sezione Geo-Mineralogica, Università Venezia, Dor$oduro 21}7, 30123 Venezia

ABBI]lT BASU

Deparlmem of Geology, Indiana University, 100'5 Ea~t Tenth Street, Bloominglon, IN 4740'5 U.S.A.

R.1AssUNTO. - In queslO lavoro si è fano uno sludio pre·liminare di minerali opachi derivami da roece madri esedimemi di due zone degli Stati Uniti d'America C1l.

ranerizzate da climi diversi: Montagne Rocciose (climasemi·arido) e Monli Appaiaçhi (dima umido), L'afUIIlisimodale ha dimostralO che circa il S09f::, dei granuli opa·chi sono poIimineralici e presentano comunemente les·silura e smistamenli Iamellari in V1lrie combinazioni dimagnetite tÌlanilen., ilmeniteed CltUltite, Le roctt igneecontengono, in riferimento ai minerali o~, in gene·rale circa il 4l)9I; di magnelite, il 389& di smiuamenti• magnetile-<'matite e il 99& di smislamenli a ilmenite·ematite. La ItUlgnetite mooomineralica è abbondante anoche nelk roctt metamorfiche: (circa 3'59&) auoQata asmi·namenti di magnelile-ernatite (circa 469&). Percentualimolto simili. quelle ri5COfltrate nelle l"QC(:e madri sonostate trov.te, per questi minerali, nelle sabbie oIoceni·che delle Monugne: Rocciose. Un. diminuzione di ma·gnetite e di granuli a smistamenti magnc:tite-emlllÌte siè nOUtll invece nelle s.bbie dei Monti Appalachi, ndleqUllli predominano gli smistamenti l.rnellari i!menite·ematite (drcll }'59b). Si è riscontrato che la magnetitee J'ilme:nite: per alterazione: pc:doge:ne:tica sono state: tra·sformate: rispettivamente: in e:matite e: rutilo. Questo pro-­cesso di degradazione è più freque:nte per la magneliteche: per l'ilmenite:.

Sullll base ciel rapporto tra le: perce:ntuali de:i dive:rsitipi di smistllmenti pre:se:nti nei sedime:mi delle due: re·gioni climalicameme: differenti è stata Stabilit. una sca·III di stabiliti: dei vari minenùi che: in ordine: crc:scente:è risultata: magnetite:.ilmcnile, magnet:ite-ematite: eilme:nite-<,matite. Si è constlltato inoltre: che le origina·rie: caraueriuiche prtrogenc:tiche non 5IOno stllte: com­pletamente: distrutte: durante l'alte:razione:.

Analisi preliminari ali. microsoooa dC'ltcooica di lasiroesiSle:mi in granuli opachi sia di rocce madri che disedimemi hanno mostrato che: si possono stimare:, sullabase della composizione, le condizioni chimico-lisichedi formazione: delle roece madri.

Le: osservazioni qualitative: e: quantitative sui minenl·li opachi detrilici e $Oprattutlosui granuli multifasc prr·me:ttono di riOlVllre significative: informazioni sull'ori·gine dei sedime:nli.

p~ cbUtw: minen1i opKhi, smislamcnli, analisi mo­dale, roctt nudri·sedimenti, Montllglll: Rocciose e MonliAppa1:lchi.

STUOY Of OPAQUE MlNERALS IN HOLOCENEFLUVIAL SANOS AND IN CORRESPQNDJNGPARENT ROCKS IN rwo CLIMATIC ZONES:ROCKY MOUNTAINS AND APPALACHIANMOUNTAINS IN TIiE U.s.A.

ABsntAcr, _ Delrilal opaquc: particlc:s malee up aboot509& of hCllVY minerai conccntrates of many sed.imenu.Howe:vet", sed.imentary pelrologisu do noi usually srooythc: opaquc: particlc:s and possibly loosc: importartt ge:nc:ticinformalion regarding the sediments undc:r investigacion.We have made: a preliminary study of opaque: partide:sbath in parent rocks llnd the:ir daughtc:r sediments inparts of thl: Unitc:d States of Ame:rica. Sample:s IVe:re collected !rom the: Bouldc:r Balholith and the Tobacco RootBatholilh (CrC'laccous), and Prc:cambrian metamorphicrocks in the: Rocky Mountains in Montana (semi·aridclimate), and from sc:dimems Upper Paleo1.Oic plutonsand Paleoroic rnetasedimems in the: Appalachian Moun·tains in Georgill, Sourh Carolin., and North Carolina(humid climate). Re:flc:ctc:d light microscopy shows thatabollt 509& of thc: opaquc: particlc:s are poIymineralic anclcommonIy show exso1ution and intergrowth te:xrurc:s bc:t.lIl'ttn titanife:rous magnc:lite:, ilmenitc, and hematite: inVar10US combinations. or the opaque popuhnion, igneousrocks in generai contain llboot 409& monomineralicmagneti te, about 389& magnelite.hematite inte:rgrowthand abaut 99& ilmenite:·hemalite intergrowth;mooominenlic magnetite: is also abunclant in met.mor·phic rocks (about 359&) togethc:r with magnetitc.hemlltite intergrowth (about 469&). Simibr relative abun-

272 E. MOLlNAROLl, A. BASU

dances of opaque partides typcs are seen in the heavymincrals concenlrales af Hol~ne sediments denvoo ex­dusively from me pareot rocks mendoned 31:xlvC in semi­arid climate in Montana; bUI, a depletion of magnetiteand magnerile-hematite imergrowths are seen in thesands af the Appalachian Mounrains, where ilmenire.hema!it'" intergrowths (aboul 35%) dominate the opa·que parlide populadon.

Reflectoo lighr micTOSC(>PY also ShOW5 thar magnetiteand ilmenitc suffer pedogenic alterarion lO hematitc andrutile respeçtively; however, the alteration of magnetiteis fion: pervasive than thar or ilmenhe. Comparison of[hl' relative abundances of different types af mineraI in·tergrowlhs in sediments from the IIllO dimatic rcgionssecm lO establish a durability seri~s of magnetite.ilmenit~, magnetite.hematit~,and ilmenite-hematile inorder of inereasing slabililY.

Pre!iminary electron probe microanalysis of coexistiflllphas~ in the opaque parlides with exsolution featuresshowed Ihat it is possible lO ~stimale llle temperatureof equilibTlttion of the parent rocks of many of Ihedetrital panides, and that lheir originai petrogeneticcharacleristics are not completely destroycd duringweathering.

Our modal data, therefore, suggest Ihal denila! opa·9ue parlid~s, and inlergrowths of oxide phases in par·ncular, are useful as maturity indicalOrs of sedim~nlS

and, to a less~r eXlent, also usdul in SOllrce rock inter.prelation.

Key word:;: opaque minerals, exsolution, modalanalysis, parent rocks . daught~r sediments, RockyMountains and Appalachian Mountains.

Introduzione

I minerali opachi vengono per lo più stu·diati quali componenti di rocce ignee e meta­morfiche, con lo scopo precipuo di fornire ele­menti per l'interpretazione petrogenetica diqueste.

Nelle rocce sedimentarie invece questi mi­nerali sono stati poco studiati, anche se spes­so costituiscono la frazione maggiore del re­siduo pesante.

Recentemente sono stati pubblicati alcunilavori su minerali opachi in rocce sedimenta­rie. OKAIJA e ARAI (1982) hanno analizzatospinelli detritici contenuti in arenarie a ser­pentino del Giappone, la presenza dei qualiha permesso di risalire alla natura femica del­le rocce madri. HISCOTI (979), sulla base del­la composizione di cromiti magnesio­alluminifere in arenarie dell'Ordoviciano in·feriore, ha stimato il contributo in volume del­l'unità peridotitica necessario per la formazio­ne delle arenarie stesse.

È stata studiata anche la possibilità di uti­lizzare i minerali pesanti opachi contenuti insedimenti per interpretare la provenienza diquesti ultimi, ricostruire le particolari condi­zioni di un bacino deposizionale e identifica­re il magnetismo residuo in sedimenti detri­tici (STUMPFEL, 1958; STENDAL, 1979; LUEP,KE, 1980; TURNER, 1980; OKADA e ARAI,1982; DARBY, 1984). Significative informa­zioni inoltre sono state ricavate anche per lerocce madri tramite lo studio della composi­zione chimica e dei tipi di tessitura dei mine·rali opachi da HAGGERTY (1976 a e h).

75 Km~~-~~~,

Fig. 1. - Schema geologico e ubicazione delle aree dicampionamento nelle Monlagne Rocciose, U.S.A.T I8B ," rocce intrusiv~ terziarie del Batolile Boulder;T'TR - rocce intrusiv~ t~rziarie del Tobacco Root;pCm ~ rocce metamorfiche precambrianc; x _ ar~ dicampionamento. - Simplificd geologic map of samplingarcas in the Rocky Mountains, U.S.A. l'mB'"' Terziariusigncous rocks of Boulder Balholith; TlTR '" T~rziarius

igncous rocks of Tobacco Rool; pCm '" Precambrian me·lamorphic rocks; x _ sampling areas.

Informazioni generali sulla condizione diformazione, paragenesi e struttura degli ossi­di opachi si ritrovano nei lavori di LINDSLEY(1976), RUMBLE (1976), RAMOOHR (1980) eREYNOLDS (1984).

Scopi di questo studio:- stimare l'influenza di differenti con­

dizioni (climatiche, di trasporto e deposizio­ne) sulle originarie caratteristiche di minera-

STUDIO DEI MINERALI OPACHI IN SABBIE FLUVIALI OLOCENICllE ETC. 273

U.S.A

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Fig. 2. - Sehema gtXllogico e ubieazione delle aree di campionamento nei Monti Appalaehi, USA. I .. roccemetamorfiche; 2 .. rocce intru,ive; x .. aree di campionamento. _ Simplified geologie map of sampling areas inlhe Appalachian Mountains, V.S.A. l .. melamorphic rocks; 2 .. igntXlus rocks; x .. sampling areas.

li pesanti opachi detritici derivati da rocce ma­dri di diversa natura;

- cercare una relazione statisticamentesignificativa tra specifici tipi di rocce madried i minerali opachi detritici ritrovati nellesabbie derivate;

- dare nuove informazioni sulla compo·sizione, struttura e associazione di questi mi­nerali.

Per tali scopi sono stati studiati i mineraliopachi in sedimenti fluviali, formatisi per de­gradazione di rocce madri silicatiche di varianatura, di due zone sottoposte a condizioniclimatiche diverse (BASU, 1976; SUTTNER etal., 1981): una a clima temperato semi-aridonelle Montagne Rocciose, l'altra a clima tem­perato umido nei Monti Appalachi. La mor­fologia più aspra delle Montagne Rocciose sugogerisce una degradazione meccanica più inten­sa (BASU, 1976); la maggiore abbondanza diprecipitazioni nei Monti Appalachi favorisceuna più spinta alterazione chimica. Inoltre,esclusivamente per la zona delle Montagne

Rocciose, questi minerali sono stati esamina­ti anche nei vari tipi di rocce madri.

Area di studio, materiali e metodi

Nella regione delle Montagne Rocciose(Fig. 1) sono state campionate rocce in posto:dal Batolite Boulder di età cretacica, costituitoprevalentemente da granodioriti; dal Batoli­te Tabacco Root di età tardo cretacica, nelquale affiorano granodioriti, graniti, tonali­ti, quarzo-monzoniti e monzoniti; da forma­zioni precambriane di rocce metamorfiche, trale quali gneiss quarzoso-feldspatici, scisti edanfiboliti; da formazioni vulcaniche di età ter­ziaria che includono riodaciti, dati ti, andesi­ti, lave basaltiche e vu1canodastiti (VITAUA­NO e CORDUA, 1979). In corrispondenza diqueste diverse formazioni sono stati preleva­ti sedimenti fluviali olocenici, in condizionisubacquee e in un'area non contaminata dal­l'apporto di matetiali di altra origine. Si so­no in totale raccolti 70 campioni, di cui 32

274 E, MOUNAROU, A. BASU

TABELLA l

Percentuali rekltive dei minerali opachi e dei loro diveni tipi di smiJlamenti e tessiture in cinquetipi di rocce madri ne/le Montagne Rocciose - Re14tive abundllnce olopaque minerals and their

intergrowth textures I assemblages ;', flue diI/eretti pareti! rocles in Jhe Rocky Moun14ins

TIPI DI GlWlJLl CUIIOOIOliTE ClIEISS AlIr I IOt.l TI: IlAClrt • VULC.Ul.

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campioni di rocce madri e 38 di sedimenti de­rivati.

II secondo set di campioni proviene daiMonti Appalachi (Fig. 2). In questa regionesono stati prelevati esclusivamente sedimen­ti fluviali olocenici. Cinque campioni proven­gono da sabbie derivate da rocce intrusive,quali sienograniti, graniti, quarzo-monzonitie granodioriti, 20 da rocce metamorfiche dietà paleozoica (HAROLD, 1978).

Le sabbie campionate sono state prelimi­narmente liberate dalla frazione granulome-

trica inferiore a 63 ",m, tramite sedimentazio·ne in cilindri ed ulteriore setacciatura ad umi­do. È stata poi eseguita la separazione dei mi­nerali pesanti utilizzando bromoformio a den­sità 2.89 grl/cm e imbuti separarori; illavag·gio dei granuali è stato effettuato con aceto­ne direttamente su filtri. Con i minerali pe.santi cos1 separati sono state preparate deUesezioni sottili, inglobando il materiale in por­tacampioni mediante una miscela araldite·indurente. Tali sezioni sono state successiva·mente lucidate per lo studio al microscopio

STUDIO DEI MINERALI OB\CHI IN SABBIE FW"IAlI OlOCENICIlE ETC. 275

TABELU. 2

Percentuali relative dei minerali opachi e dei loro diversi tipi di rmirtamenti e territure nelle prin­cipali rocce madri e nelle sabbie derivate olouniche delle M. Rocciore e nelle sabbie dei M. Ap­palachi - RelatirJe abundance olopaque minerali and tbeir intergrowth textUre! / anemb/agesin principal parent rocks and tbeir Holocene daughter santls in tbe Rocky Mountainr and the Ap-

pa/achian Mountainr

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l. Granodiorile; 2 .. Sedimenti Montagne Rocdose da rocce inlrusive; J. Sedimenti Momi Appalaehi da rocceintrusive; <I • Gneiss e Anfibolite; , .. Sedimenti Monlagne Rocciose da rocce metamorfiche; 6 ~ Sedimenti MontiAppalaehi da rocce metamorfiche; 7. Dacite e Vulcanoclastite; 8 .. Sedimenti Montagne Rocciose da rocce effusi·ve. - l. Granodiorite; 2. Rocky Mountains sedimems from ign~us rocks; J. Appalaehian Mountains sedi·ments from igneous rocks; <I .. Gneiss and Amphibolite; , • Rocky Mountains sediments from meumorphic rocks;6. Appalachian Mountains sedimenu from metamorphic rocks; 7 • Dadte md Vo1canicillStie rock; 8 .. Rocky Moun·tains sediments from volcanic rocks.

a riflessione e alla microsonda dertronica. Lostudio degli stessi minerali nelle rocce madriè stato condono su sezioni sottili lucidate. L'a­nalisi modale è stata effettuata al microsco­pio a riflessione su circa 250 granuli opachiper ciascuna sezione lucida dei campioni di

sedimento. Per le rocce madri invece sono staticontati tutti i granuli opachi presenti in ognisezione, in generale compresi tra 100 e 150.

Sono state eseguite anche alcune analisi pre­liminari alla microsonda elettronica, come sup­porto allo studio microscopico delle diverse

276 E MOI.lNAROll, A. Iit\SU

fasi di minerali opachi. A tal fine si è utiJiz­zata la microsonda «ETEC AUlOp~»,ana­lizzando Fe=, Ti, Mo, AJ, Mg e Cr.

Risultati

Significative informazioni sui minerali opa­chi dei diversi gruppi di campioni sono stateottenute - tramite indagini quaLit3tive equantitative al microscopio - sulla compo­sizione, struttura, associazioni paragenetiche,tiP! di alterazione nonché frequenza.

E risultato che i mjnerali opachi costitui­scono circa il 50% della frazione pesante neidiversi tipi di sedimenti.

l minerali opachi nei diversi tipi di roccemadri e nei sedimenti delle due zone sono co­stituiti per la maggior parte da ossidi quali ma­gnerite, titanomagnetite, ilmenite ed emati·te, fasi cristalline della serie di soluzioni soli­de magnetite-spinelli e ilmenite-ematite; diconseguenza questi ossidi entrano nd siste­ma. FeO-Fe20fTi<?.l' ~ome. loro p~odotti .disnustafll(:nto ed ossldazlOne SI sono nconosclU­ti spinelli, ematite, ilmenite, rutilo, goethiteo limoni te. Questi minerali si presentano ingrani monomineraIici o in grani poliminerali­ci come smistamenti. La magnetite inoltre perpseudomorfosi può essere sostituita da ema-.tite (martite). Accanto agli ossidi sono statiriconosciuti solfuri, con predominio della pi­rite, come granuli monomineralici o come in­clusioni.

l risultati dell'analisi modale vengono sin­tetizzati nelle Tabelle l e 2 dove le percen­tuali dei vari !ipi di granuli si riferiscono altotale degli opachi. Nella Tabella 1 si riferi­scono i valori mcdi dei vari tipi di granuli in­dividuati nelle diverse rocce madri delle Mon­tagne Rocciose. Nella Tabella 2 si procede alconfronto fra i valori medi dei minerali opa­chi contenuti nei sedimenti delle MontagneRocciose sia con quelli delle relative rocce ma·dri che con quelli dei corrispondenrenti sedi­menti dei Monri Appalachi. Si danno qui diseguito i risultati delle osservazioni relativealla diverse specie.

Mognetile e Titanomogne/ile (TDMt

Questi minerali sono stati considerati as-

sieme nell'analisi modale; e nelle Tabelle il ter·mine (Ti)magnetite indica il contenuto diambedue.

La (Ti)magnetite è l'ossido più comune sianelle rocce che nei sedimenti. Nelle Monta­gne Rocciose le rocce intrusive e quelle effu·sive hanno contenuti di magnetite simili, men­tre in quelle metamorfiche si hanno alti valo­ri per lo gneiss (52%) e più bassi per l'anfi­bolite (25%) (Tab. O, Nei sedimenti deriva­ti vengono mantenuti questi rapporti relativianche se le quantità assolute sono minori equesto fenomeno è ancora più marcato per isedimenti appalachiani.

La magnetite ha un caraneristico colore gri­gio scuro. Alcuni granuli di magnetite sonoparzialmente alterati e in questi casi il pro­cesso si sviluppa a partire dal centro del gra·nulo lasciando inalterati i bordi. l grani di ti­tanomagnetite sono per lo più onicamenteomogenei, talvolta contengono inclusioni disolfuri (essenzialmente pirite e pirrotina) osmistamenti di spinelli. Un'altra caratteristi­ca della titanomagnetite è l'abbondanza di in·c1usioni traslucide, che potrebbero derivareda un raffreddamento molto veloce (RIEZE­80S, 1979). È presenre anche in elementi re­lativamente privi di inclusioni, colorati ingrigio-marrone. L'aumento dell'intensità delcolor marrone coincide con un aumento di Tirilevato tramite indagini preliminari alla mi­crosonda.

SmiSlamenli (Ti)Magnetite-lImenile (Ti)MI-lI

Frequenti sono i granuli che presentanosmistamenti lamellari di ilmenite secondo!111Jdella (Ti)magnetite, risultanti probabil­mente da ossidazione di quest'ultima. In se­dimenti delle Montagne Rocciose sono pre­senti smistamenti lamellari ben evidenti in duedifferenti piani.

l granuli a smistamento in solido nelle roc·ce delle Montagne Rocciose hanno bassi con­tenuti nelle intrusive, medi nelle metamorfi­che e più elevati nelle effusive. Un similetrend, pur con diminuzione dei contenuti to­tali, si osselVa sia nei sedimenti derivati chenei sedimenti appalachianL

STUDIO DEI MINERALI OPACHI IN SABBIE FLUVIALI OLOCENICHE ETC. 277

Fig. 3. - Smistamento di magnetite (grigia) ed ematite(bianca) in roccia madre granitica del Batolile TobaccoRoO!. {'IO X, immersione in olio, N Il, luee riflessa}. _100ergrowth of magnetite (grey) and hematite (white) ina pareo! rock granite of the Tobacco Root Batholith.('lO X, oil immersion. N Il, reffecre<! light).

Smistamenti (Ti)Magnetite-Ematite (Ti)Mt·Em

La magnetite si trova frequentemente al­terata in ematite, come lamelle (Fig. 3) o sot­to forma mirmechitica. Talvolta le lamelle diematite formano un intreccio molto fitto, percui è difficile riconoscere il minerale ospite;si tratta di pseudomorfosi con formazione dimartite (Fig. 4).

Nella Fig. 3, di un granulo incluso in roc­cia madre, sono evidenti piccole lamelle diematite tutte appartenenti allo stesso pianoe di un'unica generazione. La Fig. 4, di ungranulo proveniente da sedimento, rappresen.ta lo stadio iniziale di trasformazione in mar­tite, fenomeno assai frequente nei granuli con·tenuti nelle sabbie. Soluzioni a temperaturapiuttosto alta possono essere generalmente lacausa di tale processo, ma questa trasforma.zione si può realizzare anche a più bassa tem­peratura (RrEZEBOS, 1979).

L'associazione {Ti)magnetite-ematite nelle

Fig. 4. - Alterazione di magnelile detritica (grigia) inmartÌle (bianca) in un granulo di sabbia olocenica delgalolite BOlllder. ('lO X, immersione in olio, N Il, luceriflessa). - Alteralion of detrital magnetite (grey) lO mar·lile (white); tlle grain is from Holocene sand derive<!from the Boulder Balholith. ('lO X, oil immersion, NIl, ref1e<:ted lightl.

rocce delle Montagne Rocciose raggiunge va­lori molto alti nelle rocce intrusive subendouna drastica diminuzione nelle effusive ed ul­teriore decremento nelle metamorfiche. Nel.le sabbie derivate questo andamento è man­tenuto, mentre si può osservare un arricchi­mento rispetto alle rocce madri. Anche nei se­dimenti dei Monti Appalachi questo smista­mento presenta le stesse variazioni pur aven­do quantità relative inferiori.

Ilmenite Il

Tra i minerali opachi granuli di ilmenite pri­vi di inclusioni sono presenti per lo più in bas­se percentuali. I contenuti nelle rocce delleMontagne Rocciose sono crescenti da quelleintrusive a quelle effusive con un marcato au­mento, mentre per i sedimenti sia derivati cheappalachiani le percentuali di tale minerale so­no pressoché costantemente scarse.

278 E_ M0UNAROLl. A_ BASU

Fig. ,. - Smislamecnto di ilmenilC (grigia) cd ematitein due ~nctazion.i (bianca) di un gnnulo delritk:o di sab­bie oIocmichc derivale da un p1U1one granitico degli A~plIlac:hi. (40 X, immersione in olio, N II. luce rillesu).- Exsolution of ilmenilc (grey) and hem.titc (....hiu·)in lwo genttlltions in lo detrilal grain in Holcxene s.andsderived from an Appalaehian granilic plwon. (40 X, oilimmcrsion. N Il. rdl~lcd light).

Smis/amenti lImenite-Ema/i/e l/-Em

L'iJmenite mostra frequentemente tessitu­ra con smistamenti soprattutto di ematite pre­sente in lamelle o lenti secondo [OOOl}. Tal­volta si possono osservare anche granuli diematite con lamelle di umenite secondo {OOOl}(Fig . .5). Granuli multifase di ilmenite-ematitecon smistamenti lamellari ben orientati sonofrequenti nei sedimenti (Fig. 5), dove le la·meHe di ematite sono ben orientate secondodue direzioni e sono chiaramente visibili duedistinte generazioni. Questi smistamenti benorientati sono invece rari nelle rocce madri.

Si possono osservare inoltre grani di ema­tite arrotondati, che inglobano lenti di ilme­nite ben sviluppate, tra le quaIi si trovano la­melle più fini e di forma più allungata dellostesso minerale.

Esistono anche associazioni di ematite-

If

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ilmenite oon lamelle di smistamento recipro­co: si tratta di grani di ematite che racchiu­dono al centro piaghe di ilmenite a grande svi­luppo, sotto forma di spessi 4< mantelli., ge­nerati da un'estesa migrazione di questo mi­nerale durante lo smistamento. Questi man­telli racchiudono a loro volta una seconda ge­nerazione di ematite in lenti sottili.

L'i1menite si trova anche sottO forma di gra­nuli contenenti al centro lenti estremamentefini di ematite smistata secondo [0001].

Questi tipi di smistamenti si rinvengononelle rocce delle Montagne Rocciose con per­centuali pressoché costanti sia per le intrusi­ve, che per le metamorfiche, che per le effu­sive. Un tale andamento si ritrova anche neisedimenti derivati, arricchiti rispetto alle roccemadri. Mentre per i sedimenti dei Monti Ap­palachi le sabbie da rocce intrusive presenta­no una quantità più elevata di quelle da roc­ce metamorfiche. In ogni caso i comenuti inassoluto sono molto più elevati di quelle del­le sabbie delle Montagne Rocciose.

5mistamen/i rri)Magnetite-Ilmeni/c-Ematite(fi)MI-II-Em

Come visibile in Tabella 2 sono stati evi­denziati anche smistamenti di (Ti)magnetite­ilmenite-ematite, seppur in percentuali piut­tosto sca~. Si notano grani oon spesse lamdle«sandwich. di ilmenite che dividono il gra­nulo in due parti: una relativamente poco os­sidata ricca di i!menite, "altra fortemente os­sidata con fasci intrecciati di ematite «trillis»e smistamenti di magnetite. A1tti granuli diilmenite presentano smistamenti di magneti­te dal bordo verso l'interno, e di ematite alcentro. Quest'ultimo tipo di tessitura è pre­valente nelle rocce. Nei sedimenti si riscon­trano inoltre granuli di ilmenite con smista­menti lamellari di ematite e di magneti te spe­cialmente concentrate lun~o i bordi.

Nei campioni di rocce delle Montagne Roc­ciose questi granuli presentano un contenutodecrescente dalle metamorfiche, alle effusive,alle intrusive. Mentre i sedimenti derivati darocce effusive presentano il valore più eleva·to, che decresce in quelli dovuti a rocce me­tamorfiche a quelli dovuti a rocce intrusive.Nei sedimenti dei Monti Appalachi i valorisono pressoché costanti.

STUDIO DEI MINERALI OPACHI IN SABBIE FLUVIALI OLOCENICHE ETC. 279

Ematite Em

L'ematite è presente nelle rocce delle Mon­tagne Rocciose in basse percentuali o addirit­tura assente netle rocce metamorfiche. Nelle

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sabbie derivate le quantità sono costanti, men·tre nelle sabbie appalachiane i contenuti so­no più scarsi e addirittura assenti in quelle darocce metamorfiche.

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Fig. 6. - I diagrammi mellono a confronto le percentuali degli ossidi opachi nelle rocce madri intrusive (R.M.)e nelle sabbie derivate oloceniche provenienti dalle Montagne Rocciose (M. R.). Si mostra inoltre il confronto frale sabbie delle Montagne Rocciose e le sabbie dei Monti Appalachi (AP.). Il clima umido degli Appalachi contri·buisce in misura maggiore aH' alterazione dei granuli detritici di quanto non faccia il clima semi·arido delle Roccio·se. - Plot compares the relative abundances of opaque oxide minerals in igncous parent rocks (R.M.) and I-Iolocenedaughter sands in the Rocky Mountains (M.R.) and compares the Rocky Mountains sands with tbc sands of theAppalachian Mountains (AP.). I-Iumid dimate in the Appalachian contributes tO a higher degree of alteration ofdetrital patticles than that in the semi·arid dimate of the Rockies.

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Fig. 7. - I diagrammi mettono a confronto le percentuali degli ossidi opachi nelle rocce madri metamorfiche (R.M.)e nelle sabbie derivate olocenkhe provenienti dalle Montagne Rocciose (M. R.). Si mostra inoltre il confronto frasabbie delle Montagne Rocciose e le sabbie dei Monti Appalachi (AP.). Il clima umido degli Appalachi contribui·sce in misura maggiore all'alterazione dei granuli detritici di quanto non faccia il clima semi·arido delle Rocciose.- Plot compares the relative abundances of opaque oxide minerals in metamorphk parettl rocks (R.M.) and 1-1010'cenc daughter sands in the Rocky Mountains (M.R.) and compares the Rocky Mountains sands wiht the sandsof the Appalachian.Mouttlains (AP.). Humid climate in tbe Appalachian contributes lO a higher degrec of altera·tion of detrita! partkles than that in the semi·arid c1imate of the Rockies.

280 E. MOLlNAROU, A. BASU

TABELLA 3Confronto tra i valori dei rapporti per i tre tipi di smistamenti che nelle sabbie oloceniche costittli­scano circa 1'80% dei granuli multi/ase - Comparison 01the ralias 01the three types intergrowthpairs %paquc oxide minerals thal conslitute abati! 80% 01 the multiphase opaque par/ieles in

Holocene sands

ROCCE IlADRl SABBIE

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Il-E. o., o.> o., o. , .., o., .., o.,(Ti)Ht-E..

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Il·t. ,.. ,., ... ••• 17.11 .., .., ..,(Tt)llt-1l

I. rocce imrusivc; M _ rocce metamorfiche; V .. rocce vulcaniche; S·A _ clima semi·arido; U .. clima umido.I .. igneous rocks; M .. melamorphic rocks; V _ volcanic rocks; S·A _ semi·arid climale; U .. humid climate.

Goethite / Limonite

Nei campioni studiati sono presenti talvoltain piccole percentuali anche granuli di goethi­te. Nelle rocce delle Montagne Rocciose que­sto termine è molto scarso e addirittura as­sente nelle rocce effusive. Tale andamento èmantenuto anche nelle sabbie derivate. An­che le sabbie appa!achiane presentano conte­nuti molto bassi.

La goethite probabilmente si è formata at·traverso processi di ossidazione e precipita­zione; comunque i lineamenti tessiturali ca­ratteristici dovuti al primo meccanismo sonodifficili da riconoscere. I granuli di goethitesi presentano con diverse tonalità di grigio eciò è probabilmente dovuto alla presenza dimateriale argilloso. Sono stati trovati anchegranuli di pirite associati a goethite, che si pre­suppongono originati per sostituzione di pi­rite su goethite. In altri granuli invece la goe­thite mette in evidenza una tessitura collofor­me e zonata, che risulta probabilmente da de·posizioni di gel ripetute nel tempo.

Rtltilo Rt

La presenza di granuli di rutilo è stata evi·denziata nelle rocce delle Montagne Roccio-

se esclusivamente in quelle metamorfiche edanche nei sedimenti derivati. I valori più altisi hanno in quelli dovuti al disfacimento diqueste rocce. Quantità apprezzabili sono statericonosciute anche nei sedimenti derivati darocce effusive. Le sabbie dei Monti Appala·chi presentano quantità simili a quelle indi­viduate nei sedimenti delle Montagne Roccio­se. Nelle rocce madri questo minerale è di geonesi primaria; nei sedimenti una fase Ti02può anche derivare, sottO condizioni di ossi­dazione a bassa temperatura, dall'alterazionedell'ilmenite.

Un'ulteriore conferma sulla composizionedei vari ossidi, determinata con le indagini almicroscopio, si è ottenuta da analisi prelimi­nari alla microsonda elettronica. Tali analisisono state effettuate su granuli IX'liminerali·ci presentanti ancora superfici inalterate, con·tenuti in sedimenti delle due aree studiate ein sedimenti provenienti dal lago Erie. I ri­sultati di queste indagini, ancora in fase di svi­luppo, verranno pubblicati in una prossimaspecifica nota.

Discussione

I risultati qui esposti, ottenuti dallo studiomicroscopico, portano a concludere che i mi-

STIlDlO DEI MINERAU OPACHI IN SABBIE FUNIAU OLOCE....ICIlE ETC. 281

nerali opachi possono assumere importante va­lore per l'interpretazione:

- deU'origine dei sedimenti sia come pro­venienza sia come natura della roccia madree delle condizioni chimico-fisiche di forma­zione di questa;

- degli effetti di condizioni climatichediverse sui materiali nei processi di alterazio­ne nonché del grado di maturità dei sedirnc=ntistessi.

La variazione nei valori percentuali dei mi­nerali opachi - individuata nelle due regio­ni climatiche prese in esame - nel passaggioda rocce madri intrusive e metamorfiche a se­dimenti è bene illustrata nelle Figure 6 e 7.

Si può constatare che i sedimenti formati­si in ambiente semi-arido da rocce intrusive(Fig. 6) presentano per i vari minerali opachi,con l'eccezione della magnetite, valori abba­stanza simili o poco maggiori rispetto a quel­li delle rocce madri. I sedimenti invece for­matisi in ambiente umido presentano una di­minuzione nei contenuti, ad eccezione dei gra­nuli polimineralici di D-Em.

Facendo analoghe considerazioni per i se­dimenti derivati da rocce metamorfiche (Fig.7), si riscontra che l'andamento delle varia­;doni delle percentuali è diverso. Così, adesempio, nei sedimenti di ambiente a climasemi-arido il contenuto dei granuli di (Ti)Mt­Em e di (Ti)Mt aumenta bruscamente rispet­to a quello delle rocce madri. Nei sedimentidella zona a clima umido invece si nota peri vari minerali opachi un comportamentO ana­logo a quello riscontrato per sedimenti deri­vati da rocce madri intrusive.

Prendendo dapprima in esame i granuli po­limineralici - che come si può ricavare daivalori della Tabella 2 costituiscono buona par­te dei minerali opachi con percentuale dal 30al1'80% sul totale di questi - si possono fa­re varie.considerazioni. Ad esempio, la dimi­nuzione degli smistamenti lamellaci di magne­tite e di ilmenite nei sedimenti rispetto allerocce madri è attribuibile ad alterazione pe.dogenetica con trasformazione deUa magne·tite in ematite e dell'ilmenite in rutilo. Gli ele­vati contenuti degli stessi smistamenti nellerocce effusive rispetto a quelle intrusive e me­~amorfiche portano a sostenere la supposizionegià evidenziata in letteratura (RtEzEBOS, 1979)

che la loro formazione sia più frequente incondizioni di veloce raffreddamento. Un se­condo smistamento lamellare frequente in tut·ti i campioni esaminati è l'ilmenite-ematite,soprattutto ben rappresentato nei sedimentia clima umido. Dal comportamento di questidue smistamenti (magnetite-ilmenile edilemite-ematite) sono diverse condizioni cli­matiche si deduce che l'ilmenite ha maggioreresistenza alI'a1terazione della magnetite, con­fermando quanto già scrilto in PETT1JHON,

1975.Questa deduzione trova supporto anche nel­

l'aumento dei contenuti dello smistamentomagnetite-ematite e di granuli monominera­lici di magnetite, individuato in sedimentisemi-aridi. Come è chiatamente visibile neidiagrammi delle Figure 6 e 7 la magnetite èpiù stabile in ambiente semi-arido che in am­biente umido.

Sulla base della constatazione che non visono state notevoli variazioni fra le percen­tuali di opachi individuate per le rocce madridelle Montagne Rocciose e quelle dei loro se­dimenti, si deduce che le associazioni mine·ralogiche e le tessiture dei minerali sono sta­te ampiamente conservate durante il proces­so sedimentario. Di conseguenza i mineraliopachi detritici mediante le loro caratteristi·che tessiturali e i loro contenuti fX)ssono for­nire importanti informazioni petrogenetichesulle rispettive rocce madri.

Interessanti relazioni si possono ricavaredall'esame dei rappprti individuati fra alcunismistamenti (Tabella 3). Dal confronto fra ivalori dei rapporti rocce madri intrusive e se­dimenti derivati in ambiente semi-arido, ri­sulta che i valori dei rapporti Il-Em/(Ti)Mt­Em e (Ti)Mr/(Ti)Mt-Em non differiscono mol­to fra loro, mentre quello del rapporto Il­Em/(Ti)Mt-lI aumenta sensibilmente. Dal con·fronto fra i valori di questi stessi rapporti perrocce madri metamorfiche e sedimenti rela­tivi risulta che il valore del rapporto(Ti)Mt/(Tj)Mt-Em cala notevolmente mentreaumenta quello del rapfX)rto l1-Em/(Ti)Mr-D.Detti valori indicano che possono esistere gra­di di stabilità diversi per i vari smistamenti.L'aumento nelle sabbie a clima umido dei gra­nuli polimineralici contenenti Em evidenziache questi sono stati sottoposti ad un lungo

282 E. MOUNAROU. A. BASU

fenomeno di ossidazione.Tale fatto è ancora più evidente se si con­

frontano i valori dei rapporti di sabbie pro­venienti da ambienti climatici diversi e da ti·pi di rocce madri differenti.

Dai valori del rapporto ll-Em/(Ti)Mt.I1 sipuò anche dedurre che i granuli poliminerali­ci {TilMt-ll sono instabjli. Durante il trasportoe la deposizione, soprattutto in clima umido,si verificano infatti processi di ossidazione conformazione di ematite e distruzione di ma­gnetite.

Da queste indagini iniziali sulle associazionidi minerali opachi si può dedurre che il climainfluenza la trasformazione di questi minera­li. Su tale base di può tentare di stabilin= ~r

i diversi grani polimineralici una scala di sta·bilità, che in ordine crescente è: magnetite­ilmenite, magnetite·ematite e ilmenite­ematite.

u analisi preliminari alla microsonda elet­tronica su grani polimineralici, che hanno con­servato le originarie caratteristiche, hanno di­mostrato che è possibile risalire alle condizionichimico-fisiche di formazione di questi ulti­mi nelle rocce madri (BASU e MOLINAROLl,1986). Gli smistamenti pertanto possono es­sere utilizzati come indicatori di condizionipetrogenetiche e quindi di equilibrio chimico­fisico in termini 'fO e fo l .

Conclusioni

1) l minerali opachi costituiscono circa il50% dei minerali pesanti nei sedimenti de­tritici di composizione silicatica. Tra questimineralj i granuli muhifase sono presenti inquantità variabili tra il 30 e 1'80% con diver­si tipi di tessiture e questi smistamenti pos­sono essere considerati effettivi frammenti dirOCCia;

2) nelle rocce intrusive sono comuni smi­stamenri di magnetite titanifera con ematiteed i1menite con ematite. Nelle rocce metamor­fiche sono comuni magnetite titanifera e smi­stamenti di magnetite titanifera con ematite;

3) percentuali simili degli stessi smista­menti sono state riscontrate anche nei sedi­menti derivati, specialmente in quelli di cli­ma semi-arido. Ciò suggerisce che il contenutodi questi ossidi opachi dettitici può essere uti-

lizzato per fornire informazioni sulle rispet­tive rocce madri;

4) processi dj alterazione, anche pedoge­netici, tendono a trasformare magnetite inematite ed ilmenite in rutilo. In clima umidol'alterazione della magnetite è molto più dif­fusa di quella dell'ilmenite. Da ciò e dai va­lori dei rapporti fra alcuni smistamenti puòessere dedotta per i vari ossidi una scala distabilità che in ordine crescente risulta:magnetite-iImenite; magneti te-ematite eilmenite-ematite;

5) i dati ottenuti suggeriscono che l'alte­razione degli ossidi dovuta alla degradazionee al trasporto non ha distrutto totalmente leinformazioni riguardanti la petrogenesi di roc­ce madri che possono essere ancora conser­vate nei minerali detritici.

Ringrtl!Wmtnti. - Si ringraziano l~ Proff. O Hi~k~ Mtt·lin ~ L. M~n~gazzo Villuri per la 1~l1ura critica del ma·noscritto.~ ric~rche iiQno state svolte PT~'SO il Dep. of Geolo·

gy, Indiana Univ~rsity, dove E. Molinaroli fmiva di unaborsa M.P.1. per studi di perf~zionamento all'estero.

La ricerca è stata finanziata dall'U.S.NSF. contribuoto n. EAR 8407807 Indiana Univ~rsil}"

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