V3

Question 1

Hydrothermale Lagerstätten:

Answer 1

• Hydrothermale Lagerstätten entstehen durch hydrothermale Prozesse:
  
  • in der Kruste
  • am/im Ozeanboden
  • an der Erdoberfläche
• Hydrothermale Lagerstätten sind mineralogisch, texturellund strukturell heterogen
• Hydrothermale Lagerstätten entstehen durch Lösung, Transport und Ausfällung von Phasen/Minerale (z.B. Sulfide, Oxide, elementar) aus aquatischen Fluiden
• Achtung bei magmatisch-hydrothermal:
  
  • der Übergang zwischen hydrothermalen, pegmatitischen und magmatischen Tätigkeiten ist fließend

Question 2

Hydrothermale Fluide:

Answer 2

• Hydrothermale Fluide
• Hydrothermale Fluide = moderat temperiert (50 –500 °C), wässrige Lösungen mit einer Vielzahl gelöster Stoffe (inklusive Gasen)
• Salinität (Konzentration aller festen, gelösten Bestandteile in Gew %): < 5% - > 40%
• Die wichtigsten Bestandteile sind dabei Chlor, Kalium, Kalzium, Magnesium und Natrium
• Weitere wichtige gelöste Stoffe sind:
  
  • 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

Question 3

Hydrothermale Fluide:

Answer 3

• Temperatur des Fluides
  
  • durch Aufheizen im Bereich von Magmakammern
  • durch geothermischen Gradienten beim Eindringen in Kruste
• Hydrothermal bedeutet auch kühle Wässer (supergene Alteration bei ~ 15 °C)
• Einteilung hydrothermaler Prozesse können anhand ihrer Temperaturen:
  
  • hydrothermal (300 - 500 °C, hohe Drucke)
  • mesothermal (200 - 300 °C, mittlere Drucke)
  • epithermal (50 - 200 °C, niedrige Drucke)

Question 4

Entstehung einer hydrothermalen Lagerstätte:

Answer 4

• Energie:
  
  • Herkunft der Wärme
• Quellen:
  
  • Herkunft der Fluide
  • Herkunft der Metalle
  • Herkunft der Liganden
• Wege:
  
  • Wie werden Erz-Bestandteile gelöst und transportiert?
  • Wie zirkulieren die Fluide in der Kruste?
• Trap/Fallen:
  
  • Wie werden Erzbestandteile ausgefällt?

Question 5

Hydrothermale Lagerstätte

Wärme:

Answer 5

• Herkunft der Wärme:
  
  • Temperaturgradient (besonders wirksam oberhalb von Intrusionen oder in Bereichen stark ausgedünnter Kruste)
  • Intrusionen im weitesten Sinne
  • Reaktionswärme
  • Zerfall radioaktiver Elemente in Graniten und Gneisen
• Die Herkunft der Fluide/Wärme/Metalle, beteiligte Prozesse und die zeitliche Abfolge ist für viele Lagerstätten umstritten

Question 6

Hydrothermale Fluide:

Answer 6

• Juvenil (unmittelbar aus dem Mantel)
• Magmatisch (generell aus Schmelzen)
• Meteorisch (Hydrosphere)
• Marin
• Fossil (“basinalbrines”)
• Metamorph

Question 7

Hydrothermale Lagerstätten

Herkunft der Metalle und gelösten Stoffe:

Answer 7

• Herkunft der Metalle und im Fluid gelöster Stoffe:
  
  • Magmen, welche in Zusammenhang mit Vererzung stehen
  • krustalen Gesteinen, welche mit den hydrothermalen Fluiden im Stoffaustausch stehen

⇒ nicht nur die Herkunft der Fluide auch Wechselwirkungen zwischen Fluid und Gestein sind wichtige Prozesse der Elementanreicherung

Question 8

Hydrothermale Lagerstätten

Metalltransport und Wegsamkeiten:

Answer 8

• Wie und wo eine Lagerstätte entsteht ist auch abhängig von den Wegsamkeiten
• Wichtige Parameter für Fluidtransport sind:
  
  • Druckgradienten
  • Temperaturgradienten
  • Permeabilität (primär und sekundär)
  • Porosität
  • Fluid Zusammensetzung/chemischer Gradient
• Bei vielen epigenetischen Lagerstätten:
  
  • ⇒ Fluidzirkulation entlang von sekundären Strukturen im Gestein (Falten/Störungen!)

Question 9

Hydrothermale Lagerstätten

Metalltransport und Wegsamkeiten:

Answer 9

• a) Konvektionin submarinen Riftzonen (MOR)
  
  • angetrieben durch hohen geothermischen Gradienten und einer seichten Magmenkammer
  • VMS Lagerstätten
• b) Fluidzirkulation um eine magmatische Intrusion Angetrieben durch den abkühlenden Pluton
  
  • porphyry deposits und epithermale Gänge, Skarne
• c) Zirkulation im Zuge der Kompaktion von Sedimenten
  
  • Siderit Lagerstätten?
• d) Schwerkraftabhängige Zirkulation von Fluiden in großen Sedimentbecken
  
  • z.B. Vorlandbecken mit topographischen Erhebungen im Hinterland
  • MVT
• e) Konvektion von Meerwasser entlang von tiefgreifenden Störungen in der Kruste
  
  • SEDEX Lagerstätten
• f) Dehydration durch Metamorphose mit Wegsamkeiten entlang von Scherzonen
  
  • orogene Au ?

Question 10

Hydrothermale Lagerstätten

Metallausfällung (Fallen):

Answer 10

• Hydrothermale Fluide haben bestimmte physikalisch-chemische Parameter:
  
  • Temperatur & Druck
  • pH-Wert
  • Redoxpotential
  • Sauerstofffugazität
• Änderungen dieser Parameter können zur Ausfällung der gelösten Stoffe führen
• es handelt sich um eine Gleichgewichtsreaktion
• Änderung der Fluidparameter durch Interaktionen mit Nebengestein oder Infiltration von anderen Fluiden möglich

Question 11

Hydrothermale Lagerstättentypen:

Answer 11

• Imprägnationslagerstätten:
  
  • Cu-Au-Mo Porphyries
• Verdrängungslagerstätten:
  
  • Skarne
  • IOCG
• Hydrothermale Erz- und Mineralgänge:
  
  • Epithermallagerstätten
  • Orogenic Au
• (Vulkanisch) assoziierte marin-exhalative Lagerstätten:
  
  • VHMS
  • SEDEX
• Stratiforme- und schichtgebundene hydrothermale Lagerstätten:
  
  • Pb-ZnMVT

Question 12

Imprägnationslagerstätten

„porphyries“:

Answer 12

• Erz liegt fein verteilt auf Klüften und Störungen in großen Gesteinskomplexen vor
• Erze:
  
  • porphyry copper ores
  • Sn-W
  • Mo
• Porphyries:
  
  • In Assoziation von magmatischen Intrusion mit porphyrischer Erscheinung
    
    • im Dachbereich der Intrusion
    • in den (sub) vulkanischen Ausläufern
  • Die Vererzungendes „porphyry typs“ sind mit den porphyrischen Magmatite/Vulkanite assoziiert, welche jedoch in einem spät-magmatischen Stadium stark hydrothermal überprägt werden (Verdrängung der ursprünglichen Paragenese!)
  • Cuphorphyry (Cu, Mo, Au), Mo porphyry (Mo, Sn, W) Snporphyry (Sn, W, Mo, Bi, F)

Question 13

„Porphyries“:

Answer 13

• Steht in direktem Zusammenhang mit sauren bis intermedären Intrusionen
• Typischerweise an Subduktionszonen-Magmatismus gebunden
• In Mitteleuropa:
  
  • vor allem die Kassiterit (SnO₂) Lagerstätten des Erzgebirges
• Porphyrycopper = wichtigste und größte Cu Lagerstätten (Chile, USA)
• die meisten finden sich im pazifischen „Feuergürtel“
• generell sind die Erzgehalte gering aber die Gesamtmasse ist extrem groß
• die Erzgehalte nehmen tendenziell in die Tiefe und nach außen hin ab
• „Giants“ mit mehr als 2 Mio t Kupfer und mehr als 100 t Gold
• „Supergiants“ > 24 Mio t Cu und > 1.200 t Gold
• 2/3 des Kupfers, 1/2 des Molybdäns, 1/5 des Goldes und nahezu das gesamte Selen und Rhenium stammt aus diesem Lagerstättentyp

Question 14

Porphyries

Erz- und Alterationszonen:

Answer 14

Question 15

Ganglagerstätten:

Answer 15

• Gänge entstehen durch tektonisch Bewegungen an Inhomgenitätsstellen
• Gänge/Adern eine Frage der Defintion
• Erze entstehen durch Platznahme von Lösungen in Spalten und Klüften (z.B. Scherzonen, Verwerfungen, Spannungsrisse)
• Hohe Metallgehalte, jedoch geringe Vorräte
• Lagerstättentypen:
  
  • Orogene (oder mesothermale) Gold-Quarzgänge
  • Epithermale Goldlagerstätten
  • Mesothermale Kupfererzgänge
  • Blei-Silber-Zink-Erzgänge
  • Zinn-Silber-Wismut-Erzgänge
  • Wismut-Kobalt-Nickel-Silber-Uran-Erzgänge
  • Hydrothermale Siderit und Hämatit-Erzgänge

Question 16

Epithermale Au-Ag Lagerstätten:

Answer 16

• Epithermal
• Temperaturen: ~ 150 °C bis ~ 300 °C,
• Tiefen: ~50 bis ~1.500 m unterhalb Grundwasserspiegel
• Epithermale Lagerstätten:
  
  • flache Zonen von hochtemperierten hydrothermalen Systemen

Question 17

Epithermale Ganglagerstätten:

Answer 17

Question 18

Orogenic Au:

Answer 18

• 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
• Typische Paragenese:
  
  • Quartz ± Pyrit, Arsenopyrit, Chalcopyrit, Stibnit (Sb₂S₃), sowie Goldeinschlüsse in Sulfidphasen oder Quartz
• Typische Fluidzusammensetzung:
  
  • 300 °C –600 °C, neutral, geringe Salinität
• Au- Gehalt in Gängen:
  
  • bis zu 15 g/t
• z. B. Au-Quartz Gänge der Hohen Tauern!

Question 19

Skarne (“Verdrängungslagerstätten”):

Answer 19

• Schwedischer Bergmannsausdruck für sehr hartes Gestein (besteht vorwiegend aus Kalksilikaten)
• Entstehung in Verbindung mit Intrusionen und hydrothermaler Aktivität (hydrothermale Aktivität muss nicht unbedingt direkt mit Intrusion in Verbindung gebracht werden)
• Zusammenhang mit intermediären bis sauren Intrusionen in reaktionsfähigem Gestein (z.B. Kalkstein, Dolomitetc)
• Kalzit und Dolomit werden durch Erzminerale ersetzt (Verdrängung!)
• Meist um kleine, bis mittlere intermediäre Monzonit-, Granodioritintrusionen
• In Verbindung mit porphyrischen Lagerstätten
• Bezeichnung der Lagerstätten nach ihrem Nutzmineral / Element:
  
  • Fe-Skarn
  • Cu-Skarn
  • Au-Skarn
  • Mo-Skarn
  • Zn-Pb-Skarn
  • W-Skarn
  • Sn-Skarn

Question 20

Skarn Genese und Zonierung:

Answer 20

• Die meisten Skarne haben sich in Ca-Mg-Karbonaten (Ca-Skarne) gebildet
• Endo- und Exoskarn
• Sulfidische Bildungen:
  
  • Pyrrhotin, Pyrit, Sphalerit, Galenit, Chalcopyrit
• OxidischeBildungen:
  
  • Magnetit, Hämatit, Scheelit

Question 21

Iron Oxide Copper Gold Lagerstätten (IOCG):

Answer 21

• Typisch:
  
  • Nähe von fraktionierten felsischen Magmen
• Erzfluide:
  
  • ~ 200 °C bis 500 °C, (hoch) salin
• Meist Eisenoxide (Magnetit, Hämatit), selten Sulfide (< 10 %)
• Fe-P-Cu-Au-Co-U-F-REE-Ba-As Vergesellschaftungen (Untergruppen!)
• Genetische Modelle der IOCG komplex und nicht einheitlich!
• IOCGs Beispiel:
  
  • Olympic Dam, Australia (Cu-Au-Ag-Fe-U-REE etc)
  • Carajas IOCG: ArchaischeIOCG
  • Ernest Henry IOCG (East Australia IOCG)
  • (Kiruna-TypFe-P und Fe-Cu-Au Skarne: magmatischen Endmember?)

Question 22

Olympic Dam:

Answer 22

• Gigantisches Polymetallsystem
• Weltgrößte U, viertgrößte Au-Cu Lagerstätte, reich an REE, F, Fe
• Mineralisierte hämatitreiche Brekkzien in Granit
• Metallausfällung und Silikat-Alteration in Brekzien
• Epigenetische Mineralisation (etwas jünger als Nebengestein)
• Fluide stammen von co-magmatischen mafischen Magmen
• Tagebau und Tiefbau

Question 23

(Vulkanisch) assoziierte marin-exhalative Lagerstätten

(VMS / SEDEX):

Answer 23

• Massive Zn-Pb-(Ag-Cu) Sulfidlagerstätten
• Entstehung im synvulkanisch exhalativen Milieu von MOR
• Abhängig von Muttergestein werden zwei Typen unterschieden
  
  • V(H)MS:
    
    • volcanic (hosted) massive sulfides
  • SHMS/SEDEX:
    
    • sediment-hosted massive sulfides/sedimentary-exhalative deposits

Question 24

V(H)MS-volcanic (hosted) massive sulfides:

Answer 24

• Entstehung an divergenten und konvergenten Plattengrenzen
• Assoziation mit den dort stattfindenden submarinen vulkanischen Aktivitäten
• Black (white) smokers:
  
  • Rezente VMS Bildung!
• Hydrothermales Fluid ist zum größten Teil Meerwasser, welches in die ozeanische Kruste eintritt, sich erhitzt mit basaltischen Magma reagiert (Lösung von Metallen!) und wieder austritt
• Hauptmetalle:
  
  • Cu, Zn, Pb, (Ag)

Question 25

***Globale Vorkommen von VMS Lagerstätten:***

Answer 25

* Iberischer Pyritgürtel * Abitibi-Grünsteingürtel * Canada * Tasmanien * Japan

Question 26

***VMS-Lagerstätten:***

Answer 26

* *_Abhängig von Ort und Art des Vulkanismus lassen sich drei VMS-Typen klassifizieren:_* * *Zypern-Typ: Cu, (Zn), (Au), (Pb)* * Analog zu den rezenten Black Smokern * Bildung an mittelozeanischen Rücken oder im ozeanischen Backarc-Bereich (Vergesellschaftung mit Pillow Laven, Sheeted Dykes, etc) * Mafische Vulkanite * *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

Question 27

***Der iberische Pyritgürtel:***

Answer 27

* 8 der zwanzig größten VMS Lagertätten weltweit * alle acht haben mehr als 100 Mio t Erzinhalt * 44 mittlere Lagerstätten * Abbau begann bereits in der Kupfersteinzeit

Question 28

***SHMS –sediment-hosted massive sulfides:***

Answer 28

* Auch SEDEX = SEDimentary EXhalative deposits * Großteilder weltweiten Zn und Pb Ressourcen * DistalerTyp (“entfernter Verwandter”) von VMS * Zn-Pb ± Cu Mineralisation in marinen, klastischen Sedimenten und karbonatreichen Schiefern * Vererzung häufig als stratiforme, feinlaminierte Linsen von Sphalerit, Galenit und Pyrit (syngenetisch) * *_In distalen Bereichen:_* * laminierte Baryt, Karbonat, Fe-Oxidund Chert Ablagerungen * Häufig laterale (T-abhängige) Zn-Pb-Ba Zonierung

Question 29

***SHMS/SEDEX Lagerstättengenese:***

Answer 29

* Exhalative Ablagerungen oder syndiagenetische Verdrängungsvererzungen * SHMS sind NICHT mit magmatischen Körpern und/oder deren vulkanischen Ausläufern assoziiert * Allerdings Übergänge (Ausnahmen) * SHMS meist größer und höhere Erzgehalte als VMS * T Fluid (100 –250 °C) * Die hangenden Gesteinsabfolgen bestehen meist aus klastischen Sedimenten

Question 30

***SHMS/SEDEX Australia:***

Answer 30

* Australischer Zinkgürtel * SHMS/SEDEX Lagerstätten * Mc Arthur River (“Here`s your chance” HYC): 227 Mt Erz, jedoch geringer Gehalt * 4 weitere Lagerstätten: \> 100 Mt t * An Verwerfungen von zwei benachbarten Sedimentbecken (Mc Arthur und Mount Isa Becken) * Im Osten des Mount Isa Becken: mehrere IOCG

Question 31

***Mississippi Valley Type -MVT:***

Answer 31

* *_Man unterscheidet:_* * MVT (Mississippi Valley type Zn-Pbdeposit) * SSC (sediment-hosted stratiform Cu deposit) * Unterscheidung prinzipiell aufgrund der Umgebungsgesteine und Metallinhalt * MVT Lagerstätten extrem wichtige Pb und Zn Lieferanten (auch Ag) * Erzgehalt: ca. 6 % Zn, 1.9 % Pb, 32.5 g/t Ag * MVT = niedrigtemperiert, epigenetisch, mit Karbonaten vergesellschaftet * Keine Assoziation auf Vulkanismus * Zn-Pb Vererzungen sind schichtgebunden, massiv bis disseminiert (gestreut), als Lösungshohlraum oder Brekzienhohlraumfüllung

Question 32

***MVT Lagerstättengenese:***

Answer 32

* Hydrothermale Fluide haben sich in Sedimentbecken mehrere Hunderte km bewegt * Hydrothermale Fluide stark salin, T (75 –200 °C) * Wichtig für Fluidfokussierung und Erzausfällung sind Gesteine unterschiedlicher Permeabilität * Ausfällung vermutlich aufgrund von Mischung mit anderen Fluiden (starke pH, T, x Änderung)