Original paper

The nitrogen and methane gas occurrences of the Saxonian Erzgebirge and its adjacent areas geochemistry and origin

Weinlich, Falk H.

Abstract

N2-rich gases occur together with mineralised waters along the Hercynian (NW-SE) striking deep fault systems in all mining districts of the Saxonian Erzgebirge. The nitrogen has an isotopic signature ranging from δ15N −1.2 to −2.2 ‰ and is always associated with 0.3 to 3 vol.% Helium, 0.4 to 4 vol.% CO2, δ13CCO2-values of −12 to −17 ‰, and in part with up to 35 vol.% methane (air-free). In the Vogtland a continuous transition from CO2 to the N2 rich gases is observed, namely from up to 99.99 vol.% of mantel derived CO2 gas occurring in the Eger (Ohře)-Rift in the south to N2 rich gas in the north. This alteration of gas composition by CO2 solution is accompanied by HCO3− formation resulting in a fractionation of the isotopic signature of the CO2 ranging from δ13CCO2-values of about −4 ‰ to values lower than −12 ‰. Solely N2, He and HC remain in the gas phase. Hence, the N2 rich gases in the Erzgebirge are to be considered as fractionated gases due to gas solubility differences. The N2 is mantle derived as well as in the Eger (Ohře)-Rift. In part, higher helium and methane contents occur in association with these gases. However, all these occurrences of methane appear along with uranium mineralisation and organic matter (bitumen). Both, the origin of methane as a result of cracking of the long-chained hydrocarbons of the bitumen by radiogenic irradiation and its release by the carrier gas N2 are more likely as opposed to an abiogenic origin.

Kurzfassung

In allen Bergrevieren des sächsischen Erzgebirges treten auf den jungen, herzyn (NW-SE) streichenden Tiefenstörungssystemen, zusammen mit mineralisierten Wässern, N2-reiche Gase auf. Der Stickstoff hat δ15N-Werte von −1,2 bis −2,2 ‰ und wird stets begleitet von 0,3 bis 3 Vol.% Helium, 0,4 bis 4 Vol.% CO2, δ13CCO2-Werte von −12 bis −17 ‰, und teilweise bis zu 34 Vol.% Methan (luftfrei). Im Vogtland lässt sich ein kontinuierlicher Übergang von den mit bis zu 99,99 Vol.% Mantel-CO2 enthaltenden Gasen des Eger (Ohře)-Rifts im Süden zu den N2-reichen Gasen im Norden beobachten. Mit der selektiven Lösung des CO2 im Wasser verbunden ist durch HCO3−-Bildung eine Fraktionierung der isotopischen Zusammensetzung des CO2 von δ13CCO2-Werten um −4 ‰ zu Werten kleiner −12 ‰. Einzig N2, He und KW verbleiben in der Gasphase. Somit sind die im Erzgebirge auftretenden N2-reichen Gase als durch Löslichkeitsunterschiede fraktionierte Gase zu betrachten, deren N2 ebenso wie im Eger (Ohře)-Rift aus dem Mantel abzuleiten ist. Teilweise weisen diese Gase höhere Helium- und Methangehalte auf. Alle diese Methanvorkommen treten zusammen mit Uranmineralisationen und organischer Substanz (Bitumen) auf. Eine Genese des Methans durch Aufbrechen der langkettigen Kohlenwasserstoffe des Bitumens durch radioaktive Bestrahlung und Freisetzung durch das Trägergas N2 ist daher eher wahrscheinlich als eine abiogene Genese.

Keywords

nitrogenmethane occurrencescrystalline complexerzgebirgesaxony