Pestré sedimenty ottnangu v Brně-Kohoutovicích

Ottnangian variegated sediments in Brno-Kohoutovice

Pavla Tomanová Petrová1 , David Buriánek1, Karel Kirchner2, Oldřich Krejčí1,
František Laufek1, Slavomír Nehyba3, Jiří Otava1

1 Česká geologická služba, Leitnerova 22, 658 69 Brno

2 Ústav geoniky AV ČR, v. v. i., Drobného 28, 602 00 Brno

3 Ústav geologických věd, PřF Masarykovy Univerzity, Kotlářská 2, 611 37 Brno

 pavla.petrova@geology.cz
DOI: https://doi.org/10.5817/GVMS2018-1-2-73

Úvod

Během výkopových prací pro garážový dům a dům s obchodními plochami v Brně-Kohoutovicích na Libušině třídě (obr. 1) byla vyhloubena jáma o rozměrech 50 × 36 m obr. 2. Byl v ní zastižen a zdokumentován (dokumentační bod č. BP374 v databázi dok. bodů České geologické služby (ČGS), souřadnice JTSK: N 49° 11‘45,2368“ E 16° 31‘57,7773“) v mocnosti do 5 m neobvykle zbarvený červenohnědý nevápnitý, prachovitý a písčitý jíl uložený pod asi metrem kvartérních navážek v nadloží hornin brněnského masivu. Dno stavební jámy mělo nadmořskou výšku 396,92 m. Vzorek BP374-3 ležel v nadloží vzorku BP374-5 ve vzdálenosti asi 1 m. Červenohnědé jíly jsou obvykle interpretovány jako produkt intenzivního lateritického zvětrávání (Grygar et al. 1997), avšak v okolí Brna mají podobný charakter také některé sedimenty ottnangu. Cílem práce bylo zjistit genezi a stáří červenohnědého písčitého sedimentu.

Lokalita se nachází v geomorfologickém celku Bobravská vrchovina, která je součástí geomorfologické podsoustavy Brněnské vrchoviny (Demek, Mackovčin 2006).

Při geomorfologických průzkumech stavebních výkopů pro kohoutovické sídliště v roce 1973 dokumentovali Ivan a Panovský (1975) výskyt hlubokých předkvartérních zvětralin zejména v oblasti dnešních ulic Voříškova, Stamicova a i v okolí kóty Kohoutovická baba (415 m n. m.). Zvětraliny měly převážně písčitý charakter, v jemné frakci se vyskytovalo makroskopicky patrné množství bílého práškovitého CaCO3. Z jílových minerálů převládal montmorillonit (minerál skupiny smektitu) s malou příměsí kaolinitu. Zvětraliny vznikaly v pokřídovém období v semiaridním klimatu chemickým zvětráváním a byly pravděpodobně místním zdrojem miocenních sedimentů. Zvýšený obsah CaCO3 v předkvartérních zvětralinách se projevil i jeho obsahem v kvartérních svahových sedimentech, což je nepřímo potvrzeno i holocenními pramennými vápenci (Ivan 1980) ve vodoteči ve výrazné vrubové sníženině z. od kóty Hobrtenky (405 m n. m.).

Geologie širšího okolí

Sedimenty ottnangu často vystupující v podobě denudačních reliktů diskordantně překrývají horniny brněnského masivu (například amfibolický až biotit-amfibolický diorit až metadiorit). V rámci facií ottnangu jsou na Brněnsku známy šedé až zelenavé, převážně nevápnité jíly, písky a petromiktní štěrky, jílovitopísčité štěrky s polohami jílů a jemnozrnné písky s klasty granodioritů (Nehyba et al. 2007; Hanžl et al. 2011a; Buriánek et al. 2013a). Pestré (fialové, nazelenalé, béžové, karmínově červené) jíly ottnangu byly zastiženy např. ve vrtu PJ-2 u Milosrdných bratří v Brně-Štýřicích v metráži 6,2–10,0 m). Kalabis (1953) popsal dva vrty realizované v Novém Lískovci, v nichž pod sprašemi ležely pestré vrstvy ottnangu se zvodnělými písčitými polohami s vydatností 18 l/s. Jíly často obsahují pseudoasociace mikrofosilií tvořené redeponovanými foraminiferami a fragmentárními jehlicemi hub. Foraminifery jsou redeponované z pelitických sedimentů turonu–santonu nejasné provenience (Nehyba et al. 2007; Buriánek et al. 2013a).

Metodika

Zrnitostní studium bylo prováděno kombinovanou metodou sítovou a laserové difrakce. Pomocí sítovacího zařízení Retch AS 200 byla analyzována „hrubší“ frakce (0,063–16,0 mm), zatímco laserový granulometr Cilas 1064 byl využit k hodnocení „jemnějšího“ podílu
(0,0004–0,5 mm). Klasifikace sedimentů byla provedena podle postupů navržených Kontou (1973) a Kukalem (1985) pro nezpevněné klastické sedimenty. Průměrná velikost zrna je uváděna jako median (Mz) a vytřídění jako (σI), které byly vypočteny dle Folka–Warda (1957). Hodnoty jsou uvedeny v jednotkách Φ (Φ = -log2 d, kde d je průměr částice v mm).

Byly analyzovány RTG záznamy celohorninových vzorků a vyseparované jílové frakce. Byl použit RTG práškový difraktometr Bruker D8 Advance, CuKα záření, Sollerovy clony (2,5°) v primárním a difraktovaném svazku a detektor Lynx Exe XE.

Celohorninové vzorky byly rozdrceny na požadovanou jemnost třením v achátové misce v suspenzi ethanolu a naneseny na rovinný nosič vzorku (tzv. bezdifrakční křemík). RTG záznamy celohorninových vzorků byly pořízeny s automatickou divergenční clonkou (ADS, 10 mm) v rozsahu 4–80°, s krokem 0,015° a 0,8 sec načítacím časem na krok. Záznamy byly vyhodnoceny pomocí software Diffrac EVA 2015 a databáze PDF 2 (2002). Separace jílové frakce (< 2 μm) byla provedena na pracovišti ČGS – Barrandov sedimentací v destilované vodě. Z frakce jílu byly zhotoveny orientované preparáty sedimentací suspenze na nosič vzorku bezdifrakční křemík). Rtg difrakční záznamy orientovaných preparátů vyseparované frakce jílu vzorků byly pořízeny s fixní divergenční clonou (FDS, 0,14°) v rozsahu 4–50° s krokem 0,015° a 0,8 sec načítacím časem na krok. Záznamy byly pořízeny v přírodním stavu a po sycení ethylenglykolem. Sycení ethylenglykolem bylo provedeno v exikátoru v parách ethylenglykolu při 60° C po dobu 8 hodin. Záznamy byly vyhodnoceny v programu Diffrac EVA 2015.

Horninové analýzy dvou studovaných vzorků byly provedeny metodou ICP-MS v laboratořích Acme Analytic Laboratories Ltd., Vancouver, Kanada. Studované horninové analýzy byly zpracovávány pomocí programu GCDKit (Janoušek et al. 2006).

Pro paleontologická studia byla hornina namočena do roztoku jedlé sody a vyplavena standardními metodami na sítě o velikosti ok 0,063 mm. Mikrofosílie z výplavů byly zkoumány a identifikovány pod optickým mikroskopem NIKON SMZ 745T.

Pro studium průsvitné těžké frakce byl separován po odplavení jílovité frakce vzorek písku sítovaný na interval 0,063–0,25 mm. Z něj vznikla v laboratořích ČGS Barrandov těžká frakce separovaná v ACTB (C2H2Br4), měrná hmotnost 2,96 g.cm-3. Průsvitná těžká frakce byla určována a vyhodnocována v mineralogickém mikroskopu Amplival. Výsledky v koláčových diagramech a tabulce jsou vyjádřeny v modálních procentech minerálních zrn, bez ohledu na jejich velikost a váhu.

Výsledky a interpretace

Zrnitostní analýza

Zastoupení jednotlivých zrnitostních složek/tříd sedimentu je uvedeno v tabulce 1. Vzorek BP374-3 představuje tzv. čtyřkomponentní systém a lze jej klasifikovat jako štěrkovito-písčito-jílovitý prach (Konta 1973). Vzorek BP374-5 je klasifikován jako jílovitý prach (Kukal 1985). V obou případech se jedná o velmi špatně vytříděné sedimenty (obr. 2).

XRD celohorninových vzorků

Vzorek BP374-3 obsahoval v majoritní fázi křemen, kaolinit a smektit, v podružném množství K-živec, plagioklas, Fe-dolomit, stopy hematitu a pravděpodobně amfibol, nelze vyloučit podružné množství chloritu. Z hlediska obsahu jílových minerálů se jedná o smektit nebo illit/smektit s vysokým podílem smektitových vrstev > kaolinit > křemen.

Vzorek BP374-5 obsahoval v majoritní fázi křemen, v minoritní fázi slídu, K-živec, kaolinit, Ca-bohatý albit a smektit, v podružném množství ankerit nebo Fe-bohatý dolomit, amfibol a pravděpodobně hematit. Z hlediska jílových minerálů je vzorek 5 velmi podobný vzorku 3, je možné jej charakterizovat jako smektit nebo illit/smektit s vysokým podílem smektitových vrstev > kaolinit > křemen. Výsledky jsou shrnuty na obrázku 3.

Geochemická charakteristika

Bylo analyzováno složení dvou vzorků, z nichž hrubozrnnější BP374-3 má nižší poměr K2O/Na2O (1,5) ve srovnání s jemnozrnnějším vzorkem BP374-5 (3,0). Také má poněkud nižší K2O (1,38 vs. 2,32 hm. %), Al2O3/SiO2 (0,20 vs. 0,22) a vyšší MgO (2,31 vs. 1,61 hm. %) a CaO (2,79 vs. 0,97 hm. %), TiO2/Al2O3 (0,02 vs. 0,01). Pro srovnání chemického složení byly použity 3 chemické analýzy jílů z karpatu a badenu a pět vzorků granodioritů ze z. části brněnského masivu (zdrojová data pochází z databáze ČGS; Gürtlerová, et al. 1997). Podle klasifikace Schellmanna (1983) se nejedná o laterity (obr. 4A). Obsahem hlavních prvků se studované jíly blíží ostatním neogenním jílům (obr. 4A). Oproti granodioritům z v. části brněnského masivu mají nižší obsahy SiO2 (64,9–65,3 hm. % vs. 68,1–76,2 hm. %).

Chemické složení studovaných jílů (tab. 2) leží mezi typickými neogenními jíly a granodiority, zejména pokud se jedná o obsah LIL prvků (obr. 4B). Oba vzorky jílů mají podobný tvar normalizovaných křivek vzácných zemin (Boynton 1984), které vykazují zápornou Eu anomálii (Eu/Eu* = 0,59–0,62) a obohacení LREE (LaN/YbN = 7,8–8,4). Liší se však celkovými obsahy REE (161–254; obr. 5A). Oproti granodioritům i miocenním jílům mají studované sedimenty vyšší obsahy HREE (obr. 5A). Ve srovnání se složením svrchní kontinentální kůry (Taylor, McLennan 1995) vykazují studované vzorky obohacení v obsazích La, Ce, Nd, Hf, Zr, Sm, Ti, Tb, Y, Tb, Yb a naopak ochuzení v obsazích Ba, K, Nb, Ta, Sr, P (obr. 5B). Oproti granodioritům mají poněkud nižší obsahy Ba, K a naopak poměrně vysoké obsahy Cs (obr. 4B). Obsahy Sr jsou však podobné jako v granodioritech.

Celkově můžeme říci, že chemické složení studovaných sedimentů z Kohoutovic svým chemickým složením leží mezi chemickým složením granodioritů a chemickým složením neogenních jílů. Poměrně vysoké obsahy HREE dobře korelují se zvýšenými obsahy Zr a Hf, což indikuje vazbu zmíněných stopových prvků na zirkon, který však nebyl zjištěn ve frakci těžkých minerálů (patrně je v hornině přítomen v příliš jemné frakci). Poměrně markantní jsou také vysoké obsahy TiO2 (1,02–0,89 hm. %), které jsou patrně vázány hlavně v jílových minerálech.

Paleontologie

Pseudoasociace je tvořena velmi sporadicky se vyskytujícími schránkami aglutinovaných foraminifer např. taxonů „Rhizammina“ sp., Rhabdammina sp. a fragmentárními jehlicemi hub. Absence autochtonní fauny a výskyt křídových aglutinovaných druhů spolu s úlomky jehlic hub jsou typické pro sedimenty ottnangu na Brněnsku a lze proto pro studované sedimenty předpokládat ottnangské stáří. Podobné pseudoasociace jsou pro sedimenty ottnangu na Brněnsku typické (Nehyba et al. 2007).

Průsvitné těžké minerály

Zjištěnou asociaci průsvitných těžkých minerálů (obr. 6, tab. 3) lze označit jako alterit-epidot-amfibolickou s akcesorickou přítomností staurolitu a granátu. Do skupiny tzv. alteritů byly započítávány zakalené minerály nejednoznačných optických vlastností, které jsou považovány za produkty zvětrávání titanitu. Patrně jde ve většině případů o leukoxen. To, že v těžké frakci nebyl zastižen idiomorfní zirkon, tedy další z typomorfních minerálů granitoidů brněnského masivu lze vysvětlit drobnějšími rozměry zirkonových krystalů a/nebo zastíněním opakními minerály, které v těžké frakci markantně převládaly nad průsvitnými minerály.

Takovou asociaci rozhodně nelze označit jako typickou pro sedimenty ottnangu v okolí Brna a dokonce i srovnání s relativně blízkou lokalitou Netroufalky (Nehyba et al. 2007) vykazuje významné odlišnosti (obr. 6 a tab. 3). Z oblasti Moravského krasu jsou však běžně známy případy, kdy lokality ležící v bezprostřední blízkosti hornin brněnského masivu mají významný podíl typomorfních minerálů granitoidů, nejčastěji amfibolu, titanitu a epidotu (Otava 2010). Průsvitná těžká frakce jednoznačně odráží dominantní vliv hornin brněnského masivu jako lokálního zdroje studovaného materiálu. Zvětralý materiál tedy patrně prošel velmi krátkým transportem.

Diskuze a závěr

V oblasti Kohoutovic byly nově popsány pestré sedimenty ottnangu. Byly v nich zjištěny aglutinované foraminifery redeponované pravděpodobně ze svrchnokřídových marinních sedimentů. Z hlediska zrnitosti jsou sedimenty klasifikovány jako jílovitý prach, velmi špatně vytříděný. V jílové frakci dominuje smektit nebo illit/smektit a dále je ve větším množství zastoupen křemen a kaolinit. Minerální složení jílové frakce studovaných sedimentů se tedy neliší od běžných neogenních jílů. Smektit je typický produkt zvětrávání mafických silikátů. Illit vzniká zvětráváním světlých silikátů a společně s kaolinitem také zvětráváním živců (Al-Ani, Sarapää 2009). Zjištěné složení jílových minerálů velmi dobře odpovídá zvětralinám derivovaným z granodioritů v podmínkách semiaridního až humidního klimatu (např. Deepthy, Balakrishnan 2005).

V průsvitné těžké frakci dominují epidoty následovány amfiboly a alterity (alterovanými titanity, leukoxeny), což jsou minerály pocházející z granitoidů a bazických hornin brněnského masivu. Minerály typické pro sedimenty ottnangu této oblasti jako je granát a staurolit jsou zastoupeny pouze akcesoricky. Také chemické složení studovaných sedimentů poměrně dobře odpovídá zvětralinám generovaným z granodioritů brněnského masivu. Vysoké obsahy SiO2 a naopak poměrně nízké obsahy Al2O3 a Fe2O3 indikují, že se nejedná o produkt lateritického zvětrávání.

Studované červeně zbarvené jílovité prachy tedy s největší pravděpodobností vznikly zvětráváním granitoidů brněnského masivu. Přítomnost redeponovaných fosílií a metamorfních minerálů naznačuje, že alespoň část materiálu prošla delším transportem (může se však také jednat o recyklovaný materiál starších sedimentů, které původně překrývaly granodiority a společně s nimi zvětraly). Celkově ale chemické i mineralogické vlastnosti odpovídají zvětralinám, které prodělaly pouze krátký nebo žádný transport. Jedná se nejspíše o výplně depresí neogenního reliéfu, do kterých byl přeplaven materiál zvětralin vzniklých v semiaridním až humidním klimatu během miocénu.

Relikty miocenních hornin se zachovaly v morfologickém sedle mezi vrchem Hobrtenky (405 m n. m. a Kohoutovická Baba (415 m n. m.). Nadmořská výška sníženiny sedla je 380 m n. m.

Morfologická sníženina je založená na systému zlomů SZ–JV sudetského směru (Buriánek et al. 2013b; Hanžl et al. 2011b), kde již byly relikty miocenních sedimentů známy z minulosti. Zakreslení reliktů miocénu bez bližšího stratigrafického určení (obr. 7) z vrtných prací bylo vymezeno podle vrtné databáze (www.geology.cz/mapove_aplikace/vrtna_prozkoumanost).

Nejvýše položený relikt se nachází u vodojemu v Kohoutovicích téměř na vrcholu Baby. Mocnost výskytů miocenních uloženin nepřesahuje 11 m (10,05 m bylo zachyceno ve vrtu HV-1 situovaném v centru Kohoutovic). Od jiných výskytů miocenních a blíže nedatovaných zvětralin v okolí, které se v posledních létech nacházely během výstavby rozšíření sídliště Bystrc a v novém sídelním celku Kamechy, se tyto sedimenty liší delším transportem. Na výše uvedených lokalitách byly sedimenty odvozeny ze zvětralinového pláště horninového podkladu, zatímco v Kohoutovicích zdrojovou oblast tvořily granitoidy a sedimenty jsou uloženy na bazických vyvřelinách.

Poděkování

Předložená práce vznikla za finanční podpory interních projektů České geologické služby číslo 321070 („Registr svahových nestabilit“) a 321180 („Základní geologické mapování“). Dík patří rovněž editorovi a recenzentům.

Editor: Martin Ivanov

Doporučená citace článku: Tomanová Petrová, P., Buriánek, D., Kirchner, K., Krejčí, O., Laufek, F., Nehyba, S., Otava, J. (2018). Pestré sedimenty ottnangu v Brně-Kohoutovicích. – Geologické výzkumy na Moravě a ve Slezsku, 25, 1–2, 73–79.