Original paper

Schichtsilikate und Karbonate als Faziesindikatoren in den synsedimentär-exhalativen Lagerstätten Rammelsberg, Meggen und Eisen

[Sheet silicates and carbonates as fades indicators in the synsedimentary-exhalative ore deposits Rammelsberg, Meggen and Eisen]

Renner, Thomas

Kurzfassung

Nach vergleichenden phasenanalytischen und geochemischen Untersuchungen kommen im Nebengestein der synsedimentär-exhalativen Sulfid-Baryt-Lagerstätten Rammelsberg und Meggen sowie des Barytlagers Eisen authigene Silikate und Karbonate vor, die Hinweise auf das hydrothermale Bildungsmilieu geben. So muß im Rammelsberg neben einem basischen pH auch ein hoher Elektrolytgehalt vorgelegen haben, da im Erzlager Dolomite, außerhalb dagegen Calcite weit verbreitet sind. Der hohe Sr-Gehalt (1500 ppm) im Dolomit ist dabei aus reaktionskinetischen Gründen nur durch eine spätdiagenetische Umwandlung biogener Karbonate in einem hydrothermal bedingten elektrolytreichen Milieu zu erklären, das in den Porenwässern konserviert wurde. Typisch sind auch unter diesen Bedingungen neugebildete Fereiche Chlorite (Aphrosiderite und Brunsvigite mit > 38% FeO), während außerhalb der Vererzungszonen Rhipidolithe (< 33% feo) vorherrschen. im meggener lager fehlen karbonate, während sie in der weiteren umgebung auftreten. im ablagerungsraum muß daher ein niedriger ph geherrscht haben. unter diesen bedingungen und bei gleichzeitig hohen k-gehalten sind an stelle von chlorit offenbar bevorzugt illite entstanden. deutliche hinweise sind bis auf 80 % ansteigende illitgehalte sowie im vergleich zum rammelsberg und zu eisen hohe al-anteile im illitoktaeder (> 3,48 Al(VI)/Zelle), die nicht mit der diagenetischen Entwicklung im Rheinischen Schiefergebirge korrelierbar sind. Die unterschiedlichen pH-Bedingungen und Elektrolytgehalte im jeweiligen Ablagerungsraum sind demnach der wesentliche Grund für die abweichenden Tonmineralparagenesen, da sich primär bei basischem pH bevorzugt K-arme Schichtsilikate (hier Chlorite), in schwach saurem Milieu dagegen K-reiche Phyllosilikate wie die Illite in Meggen bilden. Im Barytlager Eisen ist das Vorherrschen von Illit und das weitgehende Fehlen von Chlorit bei gleichzeitigem Kaolinitreichtum offenbar auf postvaristisch-hydrothermale Überprägung zurückzuführen und daher in diesem Zusammenhang nicht mehr aussagefähig. Unterschiedliche hydrothermale Bedingungen sind also zumindest im Rammelsberg und in Meggen trotz einer starken diagenetischen Überprägung der Sedimente in den begleitenden Karbonaten und Tonmineralphasen weiterhin zu erkennen.

Abstract

According to x-ray and geochemical investigations in the host rock of the synsedimentary exhalative sulfide-barite deposits of the Rammelsberg and Meggen ore bodies and of the barite layers in Eisen, authigenic silicates and carbonates are found, from which the hydrothermal environment can be derived. For example, the Rammelsberg must have had a high salinity and a basic pH, since dolomites are common in the area of the ore deposit, whereas calcites are observed outside. The high Sr-content (1500 ppm) in these dolomites can only be explained by late-diagenetic transformations of biogenic CaCO3 in an environment of high salinity inherited in interstitial waters due to reactions kinetics. Newly formed iron-rich chlorites are also typical under these conditions (Aphrosiderite and Brunsvigite containing > 38% FeO), whereas outside of the ore body Rhipidolithes (< 33% feo) predominate. in the meggen deposit however carbonates are lacking, whereas they are found in the further vicinity. therefore, in the area of the deposit an acid ph must have prevailed. under these conditions and combined with a high potassium content illites instead of chlorites have formed. this trend is substantiated by increasing amounts of illite (up to 80 %), as well as a high al-content in the octahedral positions of the illite structure (> 3,48 Al(VI)/cell), which is not observed in the illites of Rammelsberg and Eisen and is incompatible with the diagenetic development in the 'Rhenish Schiefergebirge'. The differing pH-conditions and salinities in the corresponding deposits are therefore the main reasons for the varying paragenesis of clay minerals, because sheet silicates with low potassium content (i. g. chlorites in Rammelsberg) are primarily formed under basic pH conditions, whereas in a weak acid environment K-rich sheet silicates, like the illites in Meggen, are chiefly formed. In the barite deposit of Eisen the enrichment of illite and the contemporary depletion of chlorite combined with a higher content of kaolinite are probably conected with postvaristic-hydrothermal alterations and therefore are not expected to yield further evidence. Thus, a different hydrothermal influence can be recognized in the sedimentary carbonates and clay minerals in the Rammelsberg and Meggen deposit inspite of a high grade of diagenesis.

Keywords

Sheet silicatescarbonatesauthigenesissynsedimentary exhalative sulfide barite depositshost rockx-ray analysisgeochemical investigationshydrothermal conditionsMiddle Devoniansalinitybasic pHacid pHillitehigh grade diagenesis Harz