Original paper

Provenance determination of building sandstones: a methodology applied to Cretaceous sandstones from Saxony (Germany)

Götze, Jens; Siedel, Heiner; Magnus, Michael

Abstract

Sandstones belong to the widely used natural building materials world-wide. The present paper provides a methodology for the investigation of sandstones from several important quarry regions in Saxony (Germany) as well as ancient building sandstones from monuments. It was designed to obtain mineralogical and petrographical data for the characterization and differentiation of the various sandstone types from the Elbe Valley region. For this purpose, an analytical scheme for distinguishing mature quartz rich sandstones was developed. The procedure is mainly based on the combination of macroscopic rock description, thin section polarizing microscopy (mineral composition, texture, grain size distribution) and cathodoluminescence (CL) microscopy (quartz types, feldspar and kaolinite content) coupled with image analysis, scanning electron microscopy (accessories, pore cement, diagenetic grain surface features), and analysis of pore space data. In particular, CL has proved a powerful tool for provenance studies of quartz-rich building sandstones. The evaluation of data concerning grain size, quartz types, clay mineral content, and the presence or absence of detrital feldspar could be used to differentiate the monotonous quartz arenites from different districts.On the basis of the developed data base of the main potential building sandstones, which has to be increased during the next years, it is now possible to match historical building sandstones to potential source outcrops. It is suggested that these data are useful especially for an appropriate stone replacement or investigations into building history.

Kurzfassung

Sandsteine gehören weltweit zu den umfassend genutzten Baustoffen. Der Beitrag stellt eine Methodik zur Untersuchung von Bausandsteinen wichtiger Steinbruchgebiete Sachsens und historischer Bauwerke vor. Sie wurde entworfen, um mineralogisch-petrographische Daten zur Charakterisierung und Unterscheidung der verschiedenen Sandsteintypen der Elbtalregion zu gewinnen. Zu diesem Zweck wurde ein Analysenschema für die Unterscheidung reifer, quarzreicher Sandsteine entwickelt. Das Verfahren basiert hauptsächlich auf der Kombination von makroskopischer Gesteinsbeschreibung, Polarisationsmikroskopie an Dünnschliffen (Mineral-zusammensetzung, Gefüge, Korngrößenverteilung) und Kathodolumineszenzmikroskopie (KL) (Quarztypen, Feldspat- und Kaolinitgehalt), gekoppelt mit Bildanalyse, Rasterelektronenmikroskopie (Akzessorien, Porenzement, Kornoberflächen) sowie der Analyse von Porenraumdaten. Besonders die KL hat sich als wirkungsvolles Mittel für Provenienzstudien an quarzreichen Bausandsteinen erwiesen. Mit der Bewertung der Daten (Korngrößen, Quarztypen, Tonmineralgehalt und Vorkommen detritischer Feldspäte) war eine Unterscheidung monotoner Quarzarenite aus verschiedenen Gebieten möglich.Auf der Grundlage der entwickelten Datenbasis für die hauptsächlich in Frage kommenden Bausandsteine, die in den nächsten Jahren noch erweitert werden muss, ist nun ein Vergleich historischer Bausandsteine mit möglichen Gewinnungsstätten möglich. Die Daten dürften besonders nützlich für den fachgerechten Steinaustausch und die Baugeschichtsforschung sein.

Keywords

building sandstonesprovenance analysismineral compositioncathodoluminescencecretaceoussaxony