SVEUČILIŠTE U ZAGREBU PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET GEOLOŠKI ODSJEK Ivan Mišur GEODINAMSKA EVOLUCIJA METASEDIMENTNIH STIJENA NISKOG STUPNJA METAMORFIZMA NA MEDVEDNICI Doktorska disertacija Zagreb, 2017. SVEUČILIŠTE U ZAGREBU PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET GEOLOŠKI ODSJEK Ivan Mišur GEODINAMSKA EVOLUCIJA METASEDIMENTNIH STIJENA NISKOG STUPNJA METAMORFIZMA NA MEDVEDNICI Doktorska disertacija predložena Geološkom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu radi stjecanja akademskog stupnja doktora prirodnih znanosti znanstveno polje geologija, grana mineralogija i petrologija Zagreb, 2017. Ova doktorska disertacija izrađena je na Zavodu za geologiju Hrvatskog geološkog instituta pod vodstvom prof.dr.sc. Dražena Balena te dr.sc. Mirka Belaka, višeg znanstvenog suradnika, u sklopu Doktorskog studija geologije na Geološkom odsjeku Prirodoslovno- matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. ZAHVALE Prof.dr.sc. Draženu Balenu i dr.sc. Mirku Belaku, na vodstvu i nesebičnoj pomoći. Prof.dr.sc. Balenu na savjetima i velikoj pomoći s geotermobarometrijskim računima i mjerenjima na mikrosondi. Dr.sc. Mirku Belaku hvala na prenesenom znanju iz terenskih i petrografskih istraživanja te potpori i podršci. Dr.sc. Mariji Horvat na svim savjetima i raspravama, podršci i pomoći. Prof.dr.sc. Ursu Klötzliju na konstruktivnim raspravama, prenesenom znanju iz geokronologije i na svim omogućenim analizama i posjetima laboratoriju za geokronologiju Sveučilišta u Beču. Prof.dr.sc. Hans-Joachim Massonneu na poduci iz modeliranja dijagrama pseudopresjeka i izopleta. Magdaleni Mandl na pomoći pri mjerenju cirkona na LA-ICP-MC-MS-u. Dr.sc. Lari Wachi na savjetima, podršci i pomoći pri mjerenju cirkona. Dr.sc. Aniti Grizelj, na trudu i pomoći pri analizi i inerpretaciji mjerenja na XRD-u. Puno hvala cimeru dr.sc. Mihovilu Brleku na pomoći, potpori, druženju i savjetima. Izv.prof.dr.sc. Blanki Cvetko Tešović veliko hvala za pomoć i savjete kroz obaveze na poslijediplomskom studiju na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu i na podršci tijekom studija i izrade disertacije. Članovima komisije, prof.dr.sc. Darku Tibljašu, prof.dr.sc. Nenadu Tomašiću i prof.dr.sc. Bruni Tomljenoviću, na konstruktivnim savjetima i korekcijama. Dr.sc. Zorici Petrinec na savjetima oko disertacije. Dr.sc. Damiru Slovenecu, na logističkoj potpori i savjetima. Hvala svom osoblju odjela za litosferna istraživanja Sveučilišta u Beču, posebice Franzu Biedermannu, na prenesenom znanju rada u laboratoriju prilikom pripreme uzoraka. Hvala svom osoblju laboratorija za pripremu uzopraka Hrvatskog geološkog instituta, Tončeku, Mirjani, Dragici, Đurđici i Damiru koji su pomogli pri izradi preparata i separacijama cirkona. Kolegama Vlatku Brčiću, Tomislavu Kurečiću, Danijelu Ivaniševiću na podršci i savjetima. Hvala zaposlenicima Hrvatskog geološkog instituta koji su na bilo koji način pomogli pri izradi ove disertacije. Zaposlenicima Geološkog odsjeka PMF-a na prenesenom znanju. Prijateljima i kolegama s HGI-a, PMF-a, RGNF-a i šire koji su na bilo koji način pomogli tijekom izrade disertacije, ali najviše na prijateljstvu i podršci. Zahvaljujem se i Hrvatskom geološkom institutu (Zavod za geologiju) na ukazanom povjerenju, i financiranju ovog istraživanja. Veliko hvala roditeljima na požrtvovnosti, podršci, brizi i pomoći. Posebno se zahvaljujem Andrei za sve lijepe trenutke, podršci, pomoći, savjetima i potpori. SADRŽAJ 1. UVOD ............................................................................................................................................. 1 2. GEOLOGIJA ISTRAŽIVANOG PODRUČJA............................................................................... 4 2.1. POVIJESNI PREGLED ISTRAŽIVANJA ............................................................................. 4 2.2. GEOLOŠKI SMJEŠTAJ ISTRAŽIVANOG PODRUČJA ..................................................... 8 2.3. GEOLOŠKA GRAĐA .......................................................................................................... 13 3. MATERIJALI I METODE............................................................................................................ 19 3.1. MATERIJALI ....................................................................................................................... 19 3.1.1. UZORCI STIJENA ....................................................................................................... 19 3.1.2. CIRKON (ZrSiO4) ......................................................................................................... 19 3.1.3. MONACIT (Ce, La, Nd, Th)PO4 .................................................................................. 22 3.2. METODE .............................................................................................................................. 24 3.2.1. TERENSKA ISTRAŽIVANJA ..................................................................................... 24 3.2.1.1. TERENSKA ISTRAŽIVANJA LITOSTRATIGRAFSKE JEDINICE STARI POTOK………………………… ....................................................................... …..24 3.2.1.2. TERENSKA ISTRAŽIVANJA LITOSTRATIGRAFSKE JEDINICE SLANI POTOK………………… ................................................................................... …..26 3.2.1.3. TERENSKA ISTRAŽIVANJA LITOSTRATIGRAFSKE JEDINICE RISNJAK………………………… ................................................................... .…..29 3.2.1.4. TERENSKA ISTRAŽIVANJA LITOSTRATIGRAFSKE JEDINICE VILA REBAR………………… ............................................................................... ……..30 3.2.2. LABORATORIJSKA ISTRAŽIVANJA ................................................................. ….32 3.2.2.1. PETROGRAFSKI PREPARATI ......................................................................... ….32 3.2.2.2. RENDGENSKA DIFRAKCIJSKA ANALIZA (XRD) ...................................... ….32 3.2.2.3. ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA ................................................................. .….33 3.2.2.4. ISTRAŽIVANJA ELEKTRONSKOM MIKROSONDOM (EMP) ................... .….34 3.2.2.5. CIJELOSTIJENSKA KEMIJSKA ANALIZA INDUKTIVNO SPREGNUTOM PLAZMOM S MASENIM SPEKTROMETROM (ICP-MS) ............................ .….35 3.2.2.6. TOČNOST I PRECIZNOST PODATAKA ....................................................... .….36 3.2.2.7. ANALIZE CIRKONA METODAMA LASERSKE ABLACIJE (LA), INDUKTIVNO-SPREGNUTA PLAZMA (ICP), MULTIKOLEKTOR (MC) I MASENI SPEKTROMETAR (MS) ................................................................... .….40 3.2.2.8. MORFOLOGIJA CIRKONA ............................................................................. .….45 3.2.2.9. TERMODINAMSKI MODELI I IZRAČUNI ................................................... .….47 IV 3.2.2.9.1. GEOTERMOMETRIJSKA I GEOBAROMETRIJSKA ANALIZA ..... .….48 3.2.2.9.2. IZRADA FAZNOG DIJAGRAMA POMOĆU PERPLEX-a ................ .….50 3.2.2.9.3. KLORITNI GEOTERMOMETAR ........................................................ .….51 3.2.2.9.4. KLORIT – KLORITOIDNI GEOTERMOMETAR .............................. .….52 3.2.2.9.5. FENGITNI GEOBAROMETAR ........................................................... .….53 4. REZULTATI ................................................................................................................................. 54 4.1. LITOSTRATIGRAFSKA JEDINICA STARI POTOK ........................................................ 54 4.1.1. PETROGRAFSKA ANALIZA STIJENA JEDINICE STARI POTOK ....................... 54 4.1.2. RENDGENSKA DIFRAKCIJSKA ANALIZA STIJENA JEDINICE STARI POTOK … ............................................................................................................................. …..58 4.1.3. ICP-MS ANALIZA CIJELOSTIJENSKOG SASTAVA STIJENA LITOSTRATIGRAFSKE JEDINICE STARI POTOK ................................................ 60 4.1.4. ANALIZA UZORAKA LITOSTRATIGRAFSKE JEDINICE STARI POTOK ELEKTRONSKIM MIKROSKOPOM ......................................................................... 64 4.1.5. MJERENJA ELEKTRONSKOM MIKROSONDOM .................................................. 66 4.1.6. GEOTERMOBAROMETRIJSKA ANALIZA UZORKA KLORITOIDNOG ŠKRILJAVCA ............................................................................................................... 80 4.1.6.1. IZRADA DIJAGRAMA FAZNIH STABILNOSTI POMOĆU PROGRAMSKOG PAKETA PERPLE_X .............................................................................................. 80 4.1.6.2. GEOTERMOMETRIJA KLORITOIDNOG ŠKRILJAVCA .................................. 83 4.1.6.3. GEOBAROMETRIJSKI IZRAČUNI NA FENGITU IZ KLORITOIDNOG ŠKRILJAVCA .......................................................................................................... 86 4.1.7. IZOTOPNA MJERENJA NA CIRKONIMA (LA-MC-ICP-MS) ................................ 87 4.2. LITOSTRATIGRAFSKA JEDINICA SLANI POTOK ..................................................... 101 4.2.1. PETROGRAFSKA ANALIZA STIJENA JEDINICE SLANI POTOK ..................... 101 4.2.2. RENDGENSKA DIFRAKCIJSKA ANALIZA STIJENA JEDINICE SLANI POTOK …. ................................................................................................................................ 103 4.2.3. ICP-MS ANALIZA CIJELOSTIJENSKOG SASTAVA STIJENA LITOSTRATIGRAFSKE JEDINICE SLANI POTOK .............................................. 103 4.2.4. IZOTOPNA MJERENJA NA CIRKONIMA (LA-MC-ICP-MS) IZ UZORKA LITOSTRATIGRAFSKE JEDINICE SLANI POTOK .............................................. 106 4.3. LITOSTRATIGRAFSKA JEDINICA RISNJAK ..............................................................