Hydrothermale Lagerstätten Flashcards
Arten von Hydrothermale Lagerstätten (Bildung aus hydrothermalen Fluiden)
Granit-gebunden (porphyrische Lagerstätten)
Vulkanit gebunden (epithermale Lagerstätten)
Hydrothermale Systeme am Meeresboden (black smoker)
Sedimentgebunden-stratiform (Mississippi-Valey-Typ)
Kontaktmetamorph (Skarne)
Metamorph (im Zuge der Gebirgsbildung)
Wo entstehen Hydrothermale Lagerstätten?
- am/im Ozeanboden
- an der Erdoberfläche
- in der Kruste
Wie sind Hydrothermale Lagerstätten mineralogisch, texturell und strukturell?
Heterogen
Woraus entstehen Hydrothermale Lagerstätten?
Hydrothermale Lagerstätten entstehen durch Lösung, Transport und Ausfällung von Phasen/Minerale (z.B.
Sulfide, Oxide, elementar) aus aquatischen Fluiden
Achtung: der Übergang zwischen hydrothermalen, pegmatitischen und magmatischen Aktivitäten ist fließend
Was versteht man unter den Begriffen Hydrothermal, mesothermal und epithermal?
• hydrothermal (300 - 500 °C, + hohe Drücke)
• mesothermal (200 – 300 °C + mittlere Drücke)
• epithermal (50 – 200 °C + niedrige Drücke)
Herkunft der Energie (Wärme) für hydrothermalen Lagerstätte.
- Temperaturgradient
- (besonders wirksam oberhalb von Intrusionen oder in Bereichen stark ausgedünnter Kruste) - Intrusionen im weitesten Sinne
- Reaktionswärme
- Zerfall radioaktiver Elemente in Graniten und Gneisen
Intrusion Bedeutung: Vorgang, bei dem Magma zwischen die Gesteine der Erdkruste eindringt und erstarrt
Eigenschaften der Quellen (Fluide) in hydrothermalen Lagerstätten.
• Hydrothermale Fluide = wässrige Lösungen mit einer Vielzahl gelöster Stoffe (inklusive Gasen) bei etwa 50 bis 500 °C
• Salinität = Konzentration der festen, gelösten Bestandteile in Gew %): < 5% - 40%
• Die wichtigsten Bestandteile: Chlor, Kalium, Kalzium, Magnesium und Natrium
• Weitere wichtige gelöste Stoffe:: Schwefel (SO42-, S2), Kohlenstoff (HCO3-, CO2),
Stickstoff (NH4-) und Metalle (Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, ….)
• Alterationserscheinungen und Mineralparagenesen im Nebengestein können auf
basische/saure Fluide hinweisen
Woraus kommen die Fluide für hydrothermalen Lagerstätte.
• Marin
• Meteorisch (Hydrosphere)
• Magmatisch (generell aus Schmelzen)
• Juvenil (unmittelbar aus dem Mantel)
• Fossil (“basinal brines”)
• Metamorph
Woraus kommen die Metalle und die im Fluid gelösten Stoffe für hydrothermalen Lagerstätte.
• Magmen, welche in Zusammenhang mit Vererzungen stehen
• Krustale Gesteine, welche mit den hydrothermalen Fluiden im Stoffaustausch stehen
Was muss bzgl. den Stoffaustausch zwischen hydrothermalen Fluide und Gesteine beachtet werden?
Nicht nur die Herkunft der Fluide auch Wechselwirkungen zwischen Fluid und Gestein sind wichtige Prozesse der Elementanreicherung.
• Spurenelement gehalte krustaler Gesteine sind gering (s.Clarke-Werte)
→ Wichtig für die Lösung der Metalle ist:
- Löslichkeit der Phase abhängig von T, P, pH, etc.
- Gesamtvolumen der Gesteinsabfolge
- Intensität der chemischen Reaktion zwischen Gestein und Fluid
- Fluid/Gesteins Verhältnis (fluid/rock ratio)
Was sind wichtige Parameter für Fluidtransport?
→ Druckgradienten
→ Temperaturgradienten
→ Permeabilität (primär und sekundär)
→ Porosität
→ Fluid Zusammensetzung/chemischer Gradient
Wie wird Fluid transportiert?
a) Konvektion in submarinen Riftzonen
b) Fluidzirkulation um eine magmatische Intrusion
c) Zirkulation im Zuge der Kompaktion von Sedimenten
d) Schwerkraftabhängige Zirkulation von Fluiden in großen Sedimentbecken
e) Konvektion von Meerwasser entlang von tiefgreifenden Störungen in der Kruste e) Konvektion von Meerwasser entlang von tiefgreifenden Störungen in der Kruste
f) Dehydration durch Metamorphose mit Wegsamkeiten entlang von Scherzonen
Welche bestimmte physikalisch-chemische Parameter haben Hydrothermale Fluide?
− Temperatur & Druck
− pH-Wert
− Redoxpotential
− Sauerstofffugazität
Wie können die gelösten Stoffe der Fluide ausfallen?
Änderungen der bestimmten physikalisch-chemischen Parameter können zur Ausfällung der gelösten Stoffe führen
− Änderung der Fluidparameter durch Interaktionen mit Nebengestein oder Infiltration von anderen Fluiden möglich.
− Änderung der Parameter auch durch Vermischen mit vorhandenen Porenwässern
Hydrothermale Lagerstättentypen.
• Imprägnationslagerstätten
• Verdrängungslagerstätten
• Hydrothermale Erz- und Mineralgänge
• (Vulkanisch) assoziierte marin-exhalative Lagerstätten
• Stratiforme- und schichtgebundene hydrothermale Lagerstätten
Was kommt unter Imprägnationslagerstätten?
Cu Phorphyry (Cu, Mo, Au), Mo Porphyry (Mo, Sn, W) Sn Porphyry (Sn, W, Mo, Bi, F)
Was kommt unter Verdrängungslagerstätten?
→ Skarne
→ IOCG
Was kommt unter Hydrothermale Erz- und Mineralgänge?
→ Epithermallagerstätten
→ Orogenic Au
Was kommt unter Stratiforme- und schichtgebundene hydrothermale Lagerstätten?
Pb-Zn MVT
Typen von (Vulkanisch) assoziierte marin-exhalative Lagerstätten?
→VHMS: volcanic (hosted) massive sulfides
→ SHMS/ SEDEX: Sediment-Hosted Massive Sulfides / Sedimentary-Exhalative Deposits EX
Was sind Eigenschaften von Porphyries?
• In Assoziation von magmatischen Intrusion mit porphyrischer Erscheinung
- im Dachbereich der Intrusion
- in den (sub) vulkanischen Ausläufern
• Stehen in direktem Zusammenhang mit sauren bis intermediären Intrusionen
• Typischerweise an Subduktionszonen-Magmatismus gebunden
• generell sind die Erzgehalte gering aber die Gesamtmasse ist extrem groß
• die Erzgehalte nehmen tendenziell in die Tiefe und nach außen hin ab
• 3/4 des Kupfers, 1/2 des Molybdäns, 1/5 des Goldes und nahezu das gesamte Selen und Rhenium stammt aus diesem Lagerstättentyp
Erzmineralzonen nach dem Lowell-Guilbert Modell von außen nach innen.
Periphere Gänge
Äußere Pyrithülle
Pyrithülle
Erzhülle
Erzarmer Kern
Alterationszonen nach dem Lowell-Guilbert Modell von außen nach innen.
Propolis-Zone
Argillit-Zone
Serizit-Zone
Kali-Zone
Eigenschaften von Skarn.
• sehr hartes Gestein (besteht vorwiegend aus Kalksilikaten)
• Entstehung in Verbindung mit Intrusionen und hydrothermaler Aktivität
• Zusammenhang mit intermediären bis sauren Intrusionen in reaktionsfähigem Gestein, die mit Erzminerale ersetzt werden (z.B. Kalkstein, Dolomit etc)
• Meist kleine, bis mittlere intermediäre Monzonit-, Granodioritintrusionen
• In Verbindung mit porphyrischen Lagerstätten
Typen von Skarn.
• Die meisten Skarne haben sich in Ca-Mg- Karbonaten (Ca-Skarne) gebildet
• Endo- und Exoskarn
• Sulfidische Bildungen: Pyrrhotin, Pyrit, Sphalerit, Galenit,
• Oxidische Bildungen: Magnetit, Hämatit, Scheelit
IOCG Lagerstätten full form.
Iron Oxide Copper Gold…
Eigenschaften von IOCG Lagerstätten.
• Typisch: in der Nähe von fraktionierten felsischen Magmen
• Ähnlichkeiten mit Porphyries aber nicht an eine spez. Intrusion gebunden
• Erzfluide: ~ 200 °C bis 500 °C, (hoch) salin
• Meist Eisenoxide (Magnetit, Hämatit), selten Sulfide (< 10 %)
Wie läuft die Bildung von IOCG Lagerstätten?
- Vorhandensein von oxidierten Fluiden (Grundwasser, in darüberliegenden Sedimenten oder Vulkanen), die sich mit magmatischen Fluiden aus aufsteigenden mafischen Gängen vermischen
- Wegsamkeiten (Störungen)
- Beim Auftreffen der heißen magmatischen Fluide mit den kälteren meteorischen Fluiden
im Nebengestein, verdampfen die Fluide sprengen durch das Gestein entlang der
Störungen zu einer Breckzie - Zeit, Reaktionen Wasser / Gestein, ändernde Gleichgewichte→Metallbildung
Eigenschaften von Ganglagerstätten.
• Gänge entstehen durch tektonisch Bewegungen an Inhomgenitätsstellen
• Erze entstehen durch Platznahme von Lösungen in Spalten und Klüften (z.B. Scherzonen, Verwerfungen, Spannungsrisse)
• Hohe Metall gehalte, jedoch geringe Vorräte
Eigenschaften von Epithermale Au-Ag Lagerstätten.
• Epithermal
• → Temperaturen: ~ 150 °C bis ~ 300 °C,
→ Tiefen: ~50 bis ~1.000 m unterhalb Grundwasserspiegel
• Epithermale Lagerstätten: flache Zonen von hochtemperierten hydrothermalen Systemen
• stehen in Zusammenhang mit Porphyries
Typen von Epithermale Au-Ag Lagerstätten.
- Magmatisch-hydrothermales System (high sulfidation)
→ Entstehen in Geothermalsystemen, wo heißes saures hydrothermales Fluid direkt aus der Intrusion stammend und nicht durch Grundwasser verdünnt wird - Geothermales System (low sulfidation)
→ Magmatisches Fluides kühlt sich ab und vermischt sich mit Grundwaser
Eigenschaften von Orogenic Au.
• Goldkommt,nebendensekundärenSeifenlagerstätten,inersterLiniein Quarzadern und -gängen vor.
• Entweder im Zusammenhang mit Vulkanismus entstanden oder während einer Gebirgsbildung (Orogenese).
• In Zusammenhang mit Orogenesen (Gebirgsbildung) und Metamorphose können hydrothermale Erzgänge entstehen
• Grundvoraussetzung: Klüfte, Störungen → Gangbildung und Kluftfüllungen (z.T. mit Erzparagenesen)
• Hydrothermale Erzgänge durchschlagen das Nebengestein discordant → epigenetisch
• Aufgrund von thermischen Ereignissen (Granitoidintrusion, Metamorphose) bilden sich
hydrothermale Lösungen
Eigenschaften von VHMS Lagerstätten.
• Entstehung an divergenten und konvergenten Plattengrenzen
• Assoziation mit den dort stattfindenden submarinen vulkanischen Aktivitäten
• Black (white) smokers: Rezente VMS Bildung!
• das Fluid ist zum größten Teil Meerwasser, welches in die ozeanische Kruste eintritt, sich erhitzt mit basaltischen Magma reagiert (Lösung von Metallen!) und wieder austritt
Typen von VMS.
• Zypern-Typ: Cu, (Zn), (Au), (Pb)
− Mafische Vulkanite
− Bildung an mittelozeanischen Rücken oder im ozeanischen Backarc-Bereich
− Analog zu den rezenten Black Smokern
• Besshi-Typ:Cu,Zn,(Au),(Ag)
− Mafische Vulkanite in Wechsellagerung mit tonig-sandigen Sedimenten
− Bildung im ozeanischen Backarc-Bereich
• Kuroko-Typ: Cu, Zn, Pb, (Au), (Ag)
− Kalkalkaline Vulkanite (Andesite, Dacite und Rhyolite)
− Bildung im flachmarinen Millieu im Backarc-Bereich
Eigenschaften von SHMS.
• Distaler Typ (“entfernter Verwandter”) von VMS
• Zn-Pb ± Cu Mineralisation in marinen, klastischen Sedimenten und karbonatreichen Schiefern
• Vererzung häufig als stratiforme, fein laminierte Linsen von Sphalerit, Galenit und Pyrit (syngenetisch)
• Entstehung in störungsgebundenen Sedimentärenbecken auf der kontinentalen Kruste (nicht ozeanisch wie VMS)
• Es sind sediment gebundene massive Sulfid lagerstätten.
• Fluide steigen an den Verwerfungen hoch, bei gleichzeitiger Sedimente abgelagerung
• SHMS sind NICHT mit magmatischen Körpern und/oder deren vulkanischen Ausläufern assoziiert.
• SHMS meist größer und höhere Erzgehalte als VMS
• Fluidtemperatur 100–250°C
MVT (Mississippi Valley Type) Lagerstätten Eigenschaften.
• MVT = niedrig temperiert, epigenetisch, mit Karbonaten vergesellschaftet
• Keine Assoziation mit Vulkanismus
• Zn-Pb Vererzungen sind schichtgebunden, massiv bis disseminiert (gestreut), als Lösungshohlraum oder Brekzienhohlraumfüllung
• Hydrothermale Fluide stark salin, T (75–200°C)
• Wichtig für Fluid fokussierung und Erzausfällung sind Gesteine unterschiedlicher Permeabilität
• Ausfällung vermutlich aufgrund von Mischung mit anderen Fluiden (starke pH, T, - Änderung)
