Original paper

Cathodoluminescence and electron microprobe study of dolomitic marbles from Namibia: Evidence for hydrothermal alteration

Gross, Christian J.; Weber, Klaus; Vollbrecht, Axel; Siegesmund, Siegfried

Kurzfassung

Detaillierte Kathodenlumineszenzuntersuchungen unter dem Mikroskop an Metakarbonaten und damit verbundenen verspateten dolomitischen Marmoren der Corona-Formation in Namibia zeigen, daß diese Gesteine intensive hydrothermale Alterationen durchlaufen haben. Die Kathodolumineszenz offenbart in Karbonatgesteinen komplexe Mikrostrukturen, wie sie unter Durchlichtbedingungen nicht sichtbar sind. An den Korngrenzen der verspateten Dolomite und in talkführenden Dolomiten treten komplexe Zonierungen auf, die durch Diffusion und Lösung/Fällung entstanden sind. Die häufigsten Zonierungen bilden ein durch Eisen angereichertes und untereinander verbundenes Netzwerk. Andere Zonierungen, die auf eine Paläo-Permeabilität hindeuten, werden von späteren Fällungsprozessen überdeckt. Die beobachtbaren Alterationen an den Korngrenzen lassen auf aktiven Fluidtransport schließen, der einen tiefgreifenden Einfluß auf die Mineralkörner und deren Korngrenzen haben kann. Lösungsvorgänge, gefolgt von Fällungen, sowie graduelle und abrupte Veränderungen im Eisen- und Mangangehalt zeigen Veränderungen in der Fluidchemie an oder deuten auf zyklische Prozesse hin, die vermutlich über seismische Ereignisse gesteuert werden. Alterations-Mikrostrukturen an Korngrenzen können für die Untersuchung von chemischen und biologischen Verwitterungsprozessen, wie sie z.B. auch bei Marmor-Bausteinen auftreten, wichtig sein.

Abstract

Detailed investigations with the Cathodoluminescence microscope on metacarbonate rocks and associated sparry dolomite marbles from the Corona Formation in Namibia have revealed that the rocks underwent intense hydrothermal alteration. Cathodoluminescence observations show that carbonate microstructures are more complex than what is normally visible in transmitted light. Unique assemblages of complex zonation patterns created by diffusion and solution/precipitation occur all along the grain boundaries in the sparry dolomite marbles and in talc-bearing dolomites forming an iron-enriched interconnected network. Other zonations indicate a paleo-permeability which has been concealed by later precipitation processes. The alterations following the grain boundaries attest to active fluid transport which can have a far-reaching influence on mineral grains and their grain boundaries. Solution followed by precipitation, gradual and abrupt changes in Fe and Mn contents demonstrate changes in fluid chemistry or point to a cyclical fluid influx probably triggered by seismic events. Alteration microstructures along the grain boundaries can he significant when considering chemical and biological weathering of marbles. Application of the cathodoluminescence microscope can be a useful tool in the investigation of natural carbonate building stones.

Keywords

marble (dolomitic marble)cathodoluminescencezonationelectron microprobe analysishydrothermal alterationdiffusionsolutionprecipitationfluid transport. Namibia.