ZAG 2/03 Oktober 2003

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Heft 2/2003
Inhalt - Contents
2
Inhaltsverzeichnis - Index
Tone
KAUFHOLD, S.
DOHRMANN, R.
DECHER, A.
The SER method – A new technique
for the in situ estimation of the
montmorillonite content of bentonites
[Eine neue Technik zur Abschätzung des
Montmorillonit-Gehaltes von
Bentoniten – die SER-Methode]
3
KAUFHOLD, S.
DECHER, A.
Natural acidic bentonites from the island
of Milos, Greece
[Natürliche saure Bentonite der Insel Milos,
Griechenland]
4
KAUFHOLD, S.
DOHRMANN, R.
Beyond the Methylene Blue Method:
Determination of the Smectite Content
using the Cutriene Method
[Jenseits der Methylenblau-Methode:
Bestimmung des Smektitgehaltes mit der
CuTrien-Methode]
5
DOHRMANN, R.
The stability of clay minerals in acidic
water containing organic substances
and XRD detectionof clay modified by
organic substances
[Tonmineralstabilität gegenüber sauren
organischen Sickerwässern und der XRDNachweis von tonorganischen Assoziationen]
6
PLETSCH, T.
Authigenic palygorskite clay in deep-sea
sediments – Mineral deposits formed in
ancient greenhouse oceans?
[Authigene Palygorskittone in TiefseeSedimenten – Lagerstättenbildung in
früheren Treibhaus-Ozeanen?]
7
WOLTERS, F.
RICHTER, D. K.
GIELISCH, H.
Granulometrische Untersuchungen an FeinMittelklastika eines Halbzyklus der
Essener Schichten (Westfal B) – Sedimentpetrografische versus bergmännische
Gesteinsansprache (DIN 22012)
[Particle size distribution of fine-grained
sediments (Essen Beds, Westphalian B,
Upper Carboniferous): Sedimentary
petrographic versus miner’s terminology
(DIN 22012)]
8
SCHWARZ-SCHAMPERA, U.
TERBLANCHE, H.
HERZIG, P.
OBERTHÜR, T.
Volcanogenic Indium in Massive Sulfide
Deposits of the Murchison Greenstone
Belt, S. Africa
[Vulkanogenes Indium in Massivsulfidlagerstätten des Murchison Grünsteingürtels, Südafrika]
9
KINDERMANN, A.
FIEDLER, F.
SEIFERT, T.
UHLIG, S.
Platinmetall-Führung der Ni-Cu-Sulfidmineralisation im Bereich der
Lausitzer Antiklinalzone
[PGE-bearing Ni-Cu-Sulfide Mineralization
in the Lusatian anticline]
10
Aufbau eines Fachinformationssystems
Geophysik
[Setting up a Geophysics Information
System]
11
Hochschulvergabeprojekte
Geoinformatik
KÜHNE. K.
MAUL, A.-A.
GORLING, L.
Hinweise für Autorinnen und Autoren der ZAG
12
Guidelines for authors of papers published in ZAG
13
Impressum
14
The SER method:
A new technique for the in situ estimation of the montmorillonite
content of bentonite
STEPHAN KAUFHOLD1, REINER DOHRMANN2 & ANDREAS DECHER3
in situ methods, bentonite, quality control, electrical resistivity, montmorillonite, smectite
Abstract
Quantitative analysis of clay minerals is one of the most difficult tasks in clay mineralogy. Due to chemical variation, colloidal particle size,
a varying degree of structural disorder, and the occurrence of mixtures of different clay minerals, it is hardly possible to perform exact and
reproducible analyses of clay minerals. The clay mineral content of nearly pure clays (e.g., kaolinite in kaolin or smectite/montmorillonite
in bentonites) can be measured almost quantitatively. To determine the clay mineral content of these materials, characteristic properties of
the minerals are measured and compared with standards of known composition.
Such methods are used for scientific purposes as well as in the clay industry for quality control. Commonly, in order to guarantee specific
qualities of clay raw materials, quality control is performed during mining.
In this paper the electrical resistivity (SER) is correlated with the smectite content of Bavarian bentonite. The SER signal depends on the
cation exchange capacity (CEC, which is strongly influenced by smectite content), water content, and temperature of the bentonite. These
parameters can be measured during mining. A new method (the SER method) using these parameters was developed for in situ quality control and patented in 1999 (KAUFHOLD et al. 1998).
[Eine neue Technik zur Abschätzung des Montmorillonit-Gehaltes von Bentoniten – die SER-Methode]
Kurzfassung
Die quantitative Analyse von Tonmineralen stellt eine besondere Herausforderung der Tonmineralogie dar. Aufgrund von chemischer Variabilität, kolloidaler Teilchengröße, variierendem Grad von struktureller Fehlordnungen und dem Auftreten von Mischungen unterschiedlicher Tonminerale ist es kaum möglich, eine exakte und reproduzierbare Analyse des Tonmineralbestandes zu erzielen. Demgegenüber fällt
es leichter, den Tonmineralgehalt von fast reinen Tonen abzuschätzen (z. B. Kaolinit in Kaolinen oder Smektit bzw. Montmorillonit in Bentoniten). In der Regel werden hierzu charakteristische Eigenschaften der jeweiligen Tonminerale gemessen und mit Standards verglichen.
Derartige Methoden werden sowohl für wissenschaftliche Zwecke als auch von der Industrie zur Qualitätskontrolle verwendet. Um spezielle Qualitäten garantieren zu können, beginnt die Qualitätskontrolle üblicherweise während des Abbaus.
In dieser Studie wird der spezifische elektrische Widerstand (SER) mit dem abgeschätzten Smektitgehalt von bayerischen Bentoniten
korreliert. Der spezifische elektrische Widerstand hängt dabei von der Kationenaustauschkapazität (KAK, stark beeinflusst vom Smektitgehalt), dem Wassergehalt und der Temperatur der Bentonite ab. Diese Werte können in situ gemessen werden. Mit Hilfe dieser Parameter
wurde eine neue Methode (SER Methode) zur Qualitätskontrolle während des Abbaubetriebes entwickelt und 1999 patentiert (KAUFHOLD
ET AL. 1998).
Fig. 6:
Relationship between electrical resistivity, smectite content,
water content, and temperature of bentonites according to the
empirical function determined in this study.
Abb. 6:
Abhängigkeit der Kenngrößen spezifischer elektrischer Widerstand, Smektitgehalt, Wassergehalt und Temperatur von Bentoniten entsprechend der empirisch bestimmten Funktion.
1
2
3
Dr. S. Kaufhold, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Stilleweg 2, D-30655 Hannover; [email protected]
Dr. R. Dohrmann, Bundesanstalt für Geowissenschaften
und Rohstoffe (BGR)/Niedersächsisches Landesamt für
Bodenforschung (NLfB), Stilleweg 2, D-30655 Hannover;
[email protected]
Dr. A. Decher, IKO-Minerals, Schmielefeldstr. 78, D-45772 Marl;
[email protected]
Natural acidic bentonites from the island of Milos, Greece
STEPHAN KAUFHOLD1 & ANDREAS DECHER3
bentonite, bentonite deposits, quality, acidic clay, alteration, acid activation
Milos, Greek Aegean Islands
Abstract
Bentonites are clays containing mainly montmorillonite, a clay mineral of the smectite group. Commonly, these minerals are formed by
transformation of glass-rich pyroclastic rocks. Bentonites are used in numerous industrial applications for which acid treatment, mixing
with sodium carbonate, or reaction with organics is required first. These processes are referred to as „activation“.
This paper compares the reactions of bentonite with acid in industrial processes with those of natural processes. The smectites in bentonite
deposits exposed to acidic alteration in nature are assumed to be affected by the acid similarly to the way they are in industrial acid activation processes. In order to identify the differences and similarities of these processes, characteristic properties such as porosity, acidity, and
amount of soluble silica were determined in 29 samples from the island of Milos. Natural acidic clays are different from industrially activated clay in two important respects: Their lower reactivity is considered to be a result of aging. On the other hand, geochemical data indicate
that some of the dissolved cations in natural systems remain within the system, which in turn leads to the formation of new phases, e.g., kaolinite, opal-ct, alunite, or gypsum. In spite of these differences, it might be possible to use some natural acidic clays industrially if a lower
activity is accepted or compensated for by the use of larger amounts and/or by a lower price of the material.
[Natürliche saure Bentonite der Insel Milos (Griechenland)]
Kurzfassung
Bentonite sind Tone, die hauptsächlich aus Montmorillonit, einem Mineral der Smektitgruppe, bestehen. Üblicherweise bilden sich Bentonite durch die Verwitterung vulkanischer Tuffe. Die industrielle Produktion von Bentoniten umfasst Trocknen und Mahlen. Für einige
Anwendungen sind zusätzliche Behandlungen wie z. B. Addition von Säuren, Vermischung mit Soda oder organischen Substanzen notwendig, die als „Aktivierung“ bezeichnet werden. Dieser Artikel beschäftigt sich mit natürlichen sauren und technisch sauer aktivierten
Bentoniten. Werden Bentonitlagerstätten von natürlichen sauren Alterationssystemen betroffen, dann werden die Smektite in einer Art
und Weise attackiert, die dem Prozess der technischen sauren Aktivierung ähnlich ist. Um Unterschiede und Gemeinsamkeiten technischer und natürlicher saurer Bentonite zu identifizieren, wurden charakteristische Eigenschaften wie Porosität, Azidität und die Menge
löslicher Kieselsäure von 29 Proben der Insel Milos bestimmt. Dabei konnten zwei wesentliche Unterschiede herausgestellt werden. Die
niedrigere Reaktivität von natürlichen sauren Tonen wird als ein Resultat von Alterungsprozessen angesehen. Außerdem indizieren chemische Analysen, dass ein Teil der in der Natur gelösten Kationen im System verbleibt und für die Bildung von Kaolinit, Opal-CT, Alunit
oder Gips zur Verfügung steht. Trotz dieser Unterschiede können einige natürliche saure Bentonite möglicherweise industriell verwendet
werden, wenn die niedrigere Kapazität beispielsweise durch niedrigeren Preis und/oder größere Menge kompensiert wird.
Fig. 5:
Schematic representation of natural or industrial acid activation of montmorillonite followed by aging, during which the amorphous silica
at the edges rearranges.
Abb. 5:
Schematische Darstellung von natürlichem oder technischem saueren Angriff des Montmorillonites gefolgt von Alterung, die eine
Rearrangierung randlicher amorpher Kieselsäure verursacht.
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2
Dr. S. Kaufhold, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Stilleweg 2, D-30655 Hannover; [email protected]
Dr. A. Decher, IKO-Minerals, Schmielefeldstr. 78, D-45772 Marl; [email protected]
Beyond the Methylene Blue Method:
Determination of the Smectite Content using the Cutriene Method
STEPHAN KAUFHOLD1 & REINER DOHRMANN2
bentonite, quality control, montmorillonite, smectite, qualitative analysis, cation exchange capacity, methylene blue method,
Cu triethylenetetramine method
Abstract
Bentonites are special clays which are frequently used in various industrial processes. They consist of Al-dominated smectites which are
commonly identified as montmorillonite. Minor components are SiO2 phases (quartz, tridymite, cristobalite, etc.), tecto-silicates (feldspars,
zeolites, etc.), phyllosilicates (kaolinite, muscovite, illite, chlorite, mixed layer minerals, etc.), iron oxohydroxides (ferrihydrite, goethite,
etc.), carbonates (calcite, dolomite, ankerite, siderite, etc.), sulfates (alunite, gypsum, etc.), and pyrite. For scientific and industrial purposes the determination of the smectite content is of great interest. In order to estimate the smectite content, commonly, the methylene-blue
method (MB method) is used. This paper summarizes problems with this method, discusses and evaluates the potential of the Cu-triethylenetetramine method (Cutriene method) for the determination of smectite contents. Certain problems with the MB method can be avoided
by using the Cutriene method. In addition, the Cutriene method is fast, reproducible, and provides absolute CEC values. Therefore, the Cutriene
method is regarded as an appropriate tool for both clay mineralogical studies as well as industrial quality control of raw materials and
products.
[Jenseits der Methylenblau-Methode: Bestimmung des Smektitgehaltes mit der Cu Trien-Methode]
Kurzfassung
Bentonite sind spezielle Tone, die häufig und in diversen industriellen Prozessen eingesetzt werden. Sie bestehen aus Smektiten, wobei
häufig die Dominanz von Montmorillonit, einem Al-Smektit, nachgewiesen werden kann. Nebenbestandteile sind SiO2-Phasen (Quarz,
Tridymit, Cristobalit,…), Tektosilikate (Feldspäte, Zeolithe,…), Schichtsilikate (Kaolinit, Muskovit, Illit, Chlorit, Wechsellagerungsminerale,…), Eisenoxohydroxide (Ferrihydrit, Goethit,…), Karbonate (Calcit, Dolomit, Ankerit, Siderit,…), Sulfate (Alunit, Gips,…) und Pyrit. Die
Bestimmung des Gehaltes der Smektite ist sowohl von großem wissenschaftlichen als auch industriellen Interesse. Zur Bestimmung des
Smektitgehaltes wird üblicherweise die Methylenblau-Methode (MB-Methode) verwendet.
Dieser Artikel fasst spezifische Probleme der Methode zusammen und bewertet das Potenzial der Cu-Triethylen Tetramin Methode (CuTrienMethode) zur Bestimmung von Smektitgehalten. Durch die Verwendung der CuTrien-Methode können einige Probleme der MB-Methode
umgangen werden. Sie zeichnet sich weiterhin durch schnelle Durchführbarkeit, gute Reproduzierbarkeit und dadurch aus, dass sie
absolute KAK-Werte liefert. Aus diesem Grund stellt die CuTrien-Methode ein geeignetes Werkzeug sowohl für die Tonmineralogie als auch
für die industrielle Qualitätskontrolle von Rohmaterialien dar.
Fig. 4:
Comparison of the smectite content determined by the MB method
with that determined by the Cutriene method (= Cu-method).
Abb. 4:
Vergleich der mittels MB- und CuTrien-Methode bestimmten Smektitgehalte.
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Dr. S. Kaufhold, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Stilleweg 2, D-30655 Hannover; [email protected]
Dr. R. Dohrmann, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)/Nieders. Landesamt für Bodenforschung (NLfB), Stilleweg
2, D-30655 Hannover; [email protected]
The stability of clay minerals in acidic water containing organic substances
and XRD detection of clay modified by organic substances
REINER DOHRMANN1
clay mineral stability, interaction of clay with organic substances, aggregation, disaggregation, fractionation,
x-ray diffraction analysis, waste disposal, landfill, percolation water, clay liners
Abstract
Many papers have been written on the long-term stability of the clay liners of landfills. It is important to know the environmental conditions in which clay minerals degrade. A key problem in these studies is that clay minerals in unconsolidated sediments are aggregated. The
results of these studies are strongly influenced by the manner in which the clay minerals are disaggregated. The paper presents a critical
discussion about the possibilities and limitations of typical clay disaggregation procedures.
In a study that can serve as an example of the problem, the question was whether a clay remained stable after being treated with water that
had percolated through a landfill. From practical experience it was clear that the use of a single disaggregation method would not yield
sufficient information for an unequivocal answer. Therefore, two procedures with different chemical aggressiveness and to a lesser extent
physical severity were chosen.
A saline solution of organic compounds was percolated through a clayey silt containing a predominance of smectite. To separate the clay
fractions, the sample was carefully dispersed in 0.01 M NH4OH. The XRD patterns of the clay minerals after treatment with the solution
of organic compounds differ markedly from those of the untreated clay. This raised the question whether the clay mineral structures were
partially degraded or just aggregated due to formation of clay-organic associations. Therefore, a second disaggregation procedure was used
to clarify this question. The clay fractions were separated after a stronger pretreatment: removal of carbonates, iron oxohydroxides and
organic substances. After this treatment no significant difference between the XRD patterns of the untreated sample and the one treated
with the solution of organic compounds was detected. This indicates that the minerals were not degraded by the contact with the organic
substances. However, this second procedure provides no information about the structure of the clay-organic association.
This study shows that only the combination of principally different disaggregation methods provides a realistic insight into i) structural
changes and ii) the clay-organic associations.
[Tonmineralstabilität gegenüber sauren organischen Sickerwässern und der XRD-Nachweis
von tonorganischen Assoziationen]
Kurzfassung
Die Hauptaufgabenstellung vieler geotechnischer Gutachten ist die Bewertung der Langzeitstabilität einer Deponieabdichtung. Daher ist
die Beurteilung wichtig, unter welchen geochemischen Bedingungen Tonminerale stabil sind. Üblicherweise werden hierzu geeignete
Tests mit begleitenden mineralogischen Untersuchungen durchgeführt. Ein Hauptproblem bei derartigen Studien ist, dass Tonminerale in
Lockersedimenten aggregiert vorliegen. Dies bedingt, dass die Art der Disaggregierung im Labor die Ergebnisse der nachfolgenden Analysemethoden beeinflusst. Die Studie liefert eine kritische Diskussion über Möglichkeiten und Grenzen von in der Praxis häufig verwendeten
Aufbereitungsmethoden.
Als Praxisbeispiel wird ein typischer Anwendungstest ausgewählt. Die Fragestellung ist, ob ein Sickerwasser-behandelter Ton noch ausreichend stabil ist. Aus der Laborerfahrung heraus war klar, dass für eine belastbare Aussage die Anwendung von nur einer Aufbereitungsmethode nicht ausreicht. Deshalb wurde eine Kombination zweier Verfahren mit unterschiedlich starker chemischer und untergeordnet
physikalischer Aggressivität ausgewählt.
Untersuchungsgegenstand war ein von der Tonmineralogie her Smektit-dominierter toniger Silt, der mit einer Lösung perkoliert wurde, die
organische Stoffe enthielt. Zur Abtrennung der Tonfraktionen wurde die Probe vorsichtig mit 0.01 mol l-1 NH4OH-Lösung dispergiert.
Die resultierenden Röntgendiffraktogramme der Tonminerale, die im Kontakt mit dem organischen Sickerwasser waren, zeigen deutliche
Unterschiede zum natürlichen Ton. Das wirft die Frage auf, ob die Tonminerale partiell strukturell abgebaut oder nur durch die Bildung
Ton-organischer Assoziationen aggregiert wurden. Um diese Prozesse aufzuklären, wurde ein weiteres Aufbereitungsverfahren mit intensiverer Behandlung eingesetzt. Dies beinhaltet die Zerstörung von Karbonaten, Eisenoxohydroxiden und organischer Substanz. An den abgetrennten Tonfraktionen konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen der natürlichen und der mit Sickerwasser behandelten Probe
festgestellt werden. Das beweist, dass die Minerale nicht zerstört wurden. Trotzdem liefert diese intensive Aufbereitungsmethode keine
Resultate, die Rückschlüsse auf die vorherrschende Anordnung der Ton-organischen Assoziationen zulassen.
Bei Interpretation des gesamten Datensatzes wird klar, dass nur die Kombination prinzipiell unterschiedlicher Aufbereitungstechniken
einen besseren Einblick in i) mögliche strukturelle Veränderungen und ii) die vorherrschende Anordnung der Ton-organischen Assoziationen erlaubt.
1
Dr. R. Dohrmann, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)/Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung (NLfB),
Stilleweg 2, D-30655 Hannover; E-Mail: [email protected]
Authigenic palygorskite clay in deep-sea sediments − Mineral deposits
formed in ancient greenhouse oceans?
THOMAS PLETSCH1
Ocean Drilling Program, Leg 159, Leg 171B, palygorskite, marine sediments, deep-sea environment, lower Eocene,
Cretaceous, authigenesis, petrographic analysis, paleogeography, paleoclimate
Gulf of Guinea, Sargasso Sea, Morocco, Spain
Abstract
Palygorskite clays are natural enrichments of the fibrous clay minerals palygorskite and sepiolite. Their specific sorptive, rheologic, and
catalytic properties make them valued raw materials for a wide range of industrial, agricultural, medical, and cosmetic applications. Most
commercially exploited palygorskite clay deposits formed less than 25 million years ago in terrestrial or lagoonal environments.
In oceanic sediments, the distribution of palygorskite clay is extremely uneven, both stratigraphically and regionally. The minerals are
typically absent or present in trace amounts only, but sporadically make up the bulk of a sediment. Palygorskite clays are particularly
abundant and pure in deep-sea sediments that accumulated slowly in a belt about 30° north, and south of the lower Eocene equator, approximately 49 to 55 million years ago. The palygorskite clay in some deposits was formed on adjacent continents and was transported to the
deposition site in detritus, but microstructral and mineralogic evidence suggest that the purest deposits were formed authigenically on the
lower Eocene seafloor …
[Authigene Palygorskittone in Tiefsee-Sedimenten − Lagerstättenbildung in früheren Treibhaus-Ozeanen?]
Kurzfassung
Palygorskittone sind natürliche Anreicherungen der stängeligen Tonminerale Palygorskit und Sepiolith. Ihre speziellen sorptiven, rheologischen und katalytischen Eigenschaften haben sie zu einem geschätzten Rohmaterial für ein weites Spektrum industrieller, landwirtschaftlicher, medizinischer und kosmetischer Nutzungen gemacht. Die meisten genutzten Palygorskitton-Lagerstätten bildeten sich vor
weniger als 25 Millionen Jahren in terrestrischen und lagunären Ablagerungsräumen.
In ozeanischen Sedimenten ist die Verteilung von Palygorskittonen sowohl stratigrafisch als auch regional extrem ungleichmäßig. Typischerweise kommen die Minerale nur in geringsten Mengen vor oder fehlen völlig, können in seltenen Fällen jedoch Hauptbestandteil
eines Sediments sein. Palygorskittone sind besonders häufig und rein in langsam abgelagerten Tiefsee-Sedimenten, die sich vor etwa 49
bis 55 Millionen Jahren in einem Gürtel 30° nördlich und südlich des untereozänen Äquators bildeten. Einige Palygorskittone entstanden
durch detritischen Eintrag der Minerale von den benachbarten Landmassen. Mikrostrukturelle und mineralogische Daten zeigen aber, dass
sich die reinsten Palygorskittone am eozänen Meeresboden bildeten …
Fig. 7:
Distribution of lower Eocene palygorskite clays plotted on a
palaeoclimatic map for the late Palaeocene. Coloured contours are simulated balances of annual
mean precipitation and evaporation rates from a
general circulation model (in mm per day P-Grad
simulation, redrawn from O‘CONNELL et al. 1996). Continental outlines are palaeo-shorelines. Preliminary compilation with strong preference of DSDP/ODP literature.
Note lack of palygorskite clay in terrigenous deposits adjacent to studied locations in the Gulf of Guinea (GG) and
in the Sargasso Sea (SS). Palygorskite clay occurrences
along the Iberian continental margin (IM) are located at
suspected outflow of warm, saline bottom water masses from
the Tethys Ocean. Modified from PLETSCH et al. (1998,
2000a)
Abb. 7:
Verteilung von untereozänem Palygorskitton dargestellt auf
Paläoklima-Karte des oberen Paläozäns. Farbige Konturen
stehen für simulierte Verhältnisse von Niederschlag zu
Verdunstung aus einem numerischen Zirkulationsmodell
(in mm pro Tag, P-Grad-Simulation, nachgezeichnet
von O‘CONNELL et al. 1996). Begrenzung der Landmassen sind Paläo-Küstenlinien. Vorläufige Zusammenstellung mit starker Bevorzugung
der DSDP/ODP-Literatur. Beachte das Fehlen von Palygorskitton in terrigenen Ablagerungen auf den Festländern in der Nähe der untersuchten Stationen im Golf von Guinea (GG) und in der Sargassosee (SS). Palygorskitton-Vorkommen an Iberischen Kontinentalrändern
(IM) liegen am vermuteten Ausstrom warm-salinarer Tiefenwässer aus der Tethys. Verändert nach PLETSCH et al. (1998, 2000a).
1
Dr. T. Pletsch, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Stilleweg 2, D-30655 Hannover; E-mail: [email protected]
Granulometrische Untersuchungen an Fein-Mittelklastika eines Halbzyklus
der Essener Schichten (Westfal B) − Sedimentpetrografische versus
bergmännische Gesteinsansprache (DIN 22012)
FELICITAS WOLTERS1, DETLEV K. RICHTER2 & HARTWIG GIELISCH3
klastisches Gestein, Feinfraktion, Korngrößenmessung, Kornverteilung, bergmännische Methodik, petrografische Analyse,
Korrelation, Normung, Fallstudie
Westfalium, Essener Schichten, Ruhrgebiet
Kurzfassung
Die Diskrepanzen zwischen bergmännischer (DIN 22012) und sedimentpetrografischer Ansprache feinklastischer Sedimente werden am
Beispiel von granulometrischen Untersuchungen an Proben eines idealen Halbzyklus der Essener Schichten (Westfal B) aufgezeigt. Die
sedimentpetrografischen Korngrößendaten an 33 Feinklastika beziehen sich auf Dünnschliff- und Rasterelektronenmikroskop-Untersuchungen. Zum besseren Verständnis der Feinklastika wurden deren Quarz- und Feldspatgehalte erfasst und deren Korngrößenabhängigkeiten mit Literaturdaten diskutiert. Anhand der Ergebnisse der Korngrößenverteilungen - bzw. deren Einteilungen nach der DIN 4022, der
phi-Skala und der Nomenklatur nach POTTER (1980) wird ein neues Korrelationsschema für Fein-/Mittelklastika zwischen bergmännischer
(DIN 20012) und sedimentpetrografischer Gesteinsansprache vorgeschlagen. Damit können entsprechende Gesteine wie bisher nach der
DIN 22012 aufgenommen werden und anschließend in die DIN 4022, die Udden-Wentworth-Größenskala (φ/phi-Skala) bzw. die modifizierte Form nach DOEGLAS (1967) oder für den englischsprachigen Raum in die Nomenklatur von POTTER et al. (1980) übersetzt werden.
[Particle size distribution of fine-grained sediments (Essen Beds, Westphalian B, Upper Carboniferous): Sedimentary
petrographic versus miner‘s terminology (DIN 22012)]
Abstract
The results of grain-size analyses of samples from the Essen Beds of the Westphalian B (Upper Carboniferous) illustrate discrepancies between the terminology of sedimentary petrography and miner‘s terminology as given in DIN 22012 for fine-grained sediments. Thirty-three
fine-grained sediment samples were examined in thin section and by scanning electron microscopy (SEM). The relationship between grain
size and quartz and feldspar contents was determined. A new scheme is proposed for translating between the terminology of DIN 22012,
that of sedimentary petrology as given in DIN 4022, that of the φ-scale (DOEGLAS 1967), and the English terminology of POTTER et al. (1980).
Bergmännische Gesteinsansprache
(=DIN 22012)
GrobFeinansprache ansprache
grobkörnig
mittelkörnig
Sandstein
feinkörnig
tonstreifig
Sandschieferton
sandstreifig
stark
sandig
sandig
Schieferton
schwach
sandig
sandfrei
Körnigkeit
[mm]
Eigene Ergebnisse aus den KorngröEntsprechende
ßenverteilungen
Benennung in der
DIN 4022 nach
Benennung nach
Einteilung nach
den vorgegebenen
der Nomenklatur
der ∅-Skala und
Kornklassen der
von POTTER et al.
DIN 4022 *
DIN 22012
(1980)
gut sichtbar/
gut fühlbar
(0,63 bis 2 mm)
gut sichtbar/
gut fühlbar
(0,2 bis 0,63 mm)
gut sichtbar/
gut fühlbar
(0,06 bis 0,2 mm)
Grob-Sandstein
(0,63 bis 2 mm)
-----
-----
Mittel-Sandstein
(0,2 bis 0,63 mm)
-----
-----
Fein-Sandstein
(0,06 bis 0,2 mm)
sehr grober
Siltstein
Fein-Sandstein
nicht
anwendbar
sichtbar/fühlbar
(0,06 bis 0,2 mm)
Fein-Sandstein
(0,06 bis 0,2 mm)
Grob-Siltstein
laminated
siltstone/
mudshale
sichtbar/fühlbar
(0,02 bis 0,06 mm)
sichtbar/fühlbar
(0,02 bis 0,06 mm)
schwach sichtbar/
fühlbar
(0,02 bis 0,06 mm)
nicht sichtbar/
schwach fühlbar
(< 0,02 mm)
nicht sichtbar/
fühlbar
< 0,02 mm)
mudstone/Grob-Siltstein
(0,02 bis 0,06 mm)
Mittel-Siltstein
shale (selten
claystone /shale)
≤ Mittel-Siltstein
(< 0,02 mm)
Mittel-Siltstein
feiner/sehr feiner
Siltstein
Fein-Siltstein
claystone/shale (selten
mudstone/shale)
Tabelle 2:
Vergleich der bergmännischen Ansprache
DIN 22012 (durchgeführt durch die DMT,
ehem. Montan Consulting GmbH) mit der
DIN 4022 für Boden und Fels und zusammenfassenden eigenen Ergebnisse der
granulometrischen Untersuchungen der
Bohrkernproben, benannt nach DIN 4022
und der φ-Skala und zusätzlich nach der
Nomenklatur von POTTER et al. (1980). (*Ist
nur eine Benennung vorgenommen, gilt
diese sowohl für die DIN 4022 als auch
die φ-Einteilung; ansonsten steht die erste
Benennung für die φ- und die zweite Benennung für die DIN-Einteilung.)
Table 2:
Comparison of the classification using
the miner‘s terminology of DIN 22012
(DMT 1998) with that done using the sedimentary petrology terminology of DIN 4022
and classification of the authors according
to DIN 4022, the φ-scale, and POTTER et al.
(1980). (*If only one name is given, it is
valid for both DIN 4022 and the φ-scale;
otherwise the first name is according to the
φ-scale and the second one to the DIN classification system.)
F. Wolters, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Stilleweg 2, D-30655 Hannover;
E-Mail: [email protected]
2
Prof. Dr. D. K. Richter, Fakultät für Geowissenschaften, Ruhr-Universität-Bochum, D-44780 Bochum
3
Dr. H. Gielisch, Deutsche Montantechnologie GmbH, Am Technologiepark 1, D-45307 Essen; E-Mail: [email protected]
1
Volcanogenic Indium in Massive Sulfide Deposits
of the Murchison Greenstone Belt, S. Africa
ULRICH SCHWARZ-SCHAMPERA1, HENNIE TERBLANCHE2, PETER HERZIG3, THOMAS OBERTHÜR1
Volcanogenic massive sulfide deposits, indium, concentration, major elements, trace elements, Archean,
Murchison greenstone belt,
South Africa
Abstract
The Archean Murchison greenstone belt, Northern Province, South Africa, represents a rifted volcanic arc sequence hosting the largest
volcanogenic massive sulfide (VMS) district in Southern Africa. The VMS deposits of the „Cu-Zn line“ developed during the initial phases
of highly evolved felsic volcanism between 2971 and 2965 Ma and are closely associated with quartz-porphyritic rhyolite domes. Elevated
heat supply along slow-spreading rift segments ensured regional hydrothermal convection along the entire rift axis. Recurrent volcanism
resulted in frequent disruption of hydrothermal discharge and relative short-lived episodes of hydrothermal activity. Stable thermal conditions favoured the local development of mature hydrothermal vent fields from focused fluid discharge and sulfide precipitation in thin
layers of volcaniclastic rocks. Ore mineralogy and geochemical composition attest to hydrothermal activity at moderate temperatures of
≤ 250 °C for the entire rift axis, with short-lived pulses of higher temperature (~ 300 °C) fluid upflow. Major and trace metal composition of
the deposits attests to the highly differentiated felsic source rocks. Fluid and host rock compositions constrained favourable conditions for
the enrichment of indium in the massive sulfide deposits defining the „Cu-Zn line“ as a type example for the enrichment of indium in the
volcanogenic environment.
[Vulkanogenes Indium in Massivsulfidlagerstätten des Murchison Grünsteingürtels, Südafrika]
Kurzfassung
Der Murchison Grünsteingürtel, Northern Province, Südafrika, repräsentiert die Sequenz eines sich spreizenden archaischen Vulkanbogens und birgt den größten Distrikt vulkanogener Massivsulfidlagerstätten (VMS) im südlichen Afrika. Die VMS Lagerstätten der ‚CuZn- Linie‘ bildeten sich während der initialen Phase eines hochentwickelten felsischen Vulkanismus zwischen 2971 and 2965 Ma und
sind eng mit quarzporphyrischen Rhyolithdomen assoziiert. Erhöhte Wärmezufuhr entlang sich langsam spreizender Rückensegmente gewährleistete eine regionale hydrothermale Konvektion entlang der gesamten Spreizungsachse. Wiederholt auflebender rhyolithischer Vulkanismus resultierte in einer häufigen Unterbrechung der hydrothermalen Exhalationen und relativ kurzlebigen Episoden hydrothermaler
Aktivität. Stabile Wärmezufuhr ermöglichte die lokale Entwicklung reifer Hydrothermalfelder an fokussierten Fluidaustrittsstellen und
die Sulfidpräzipitation in geringmächtigen Lagen vulkanoklastischer Sequenzen. Erzmineralogie und geochemische Zusammensetzung
weisen auf eine hydrothermale Aktivität bei moderaten Temperaturen von ≤ 250 °C für die gesamte Spreizungsachse hin, mit kurzlebigen
Episoden eines höher temperierten (~ 300 °C) Fluidaufstiegs. Haupt- und Spurenmetallzusammensetzung der Lagerstätten lassen sich auf
die hoch differenzierten felsischen Ausgangsgesteine zurückführen. Lösungs- und Nebengesteinszusammensetzung lieferten günstige Bedingungen für die Anreicherung von Indium in den Massivsulfidlagerstätten und definieren die ‚Cu-Zn Linie‘ als ein charakteristisches
Beispiel für die vulkanogene Anreicherung von Indium.
Fig. 2:
left: Maranda J mining operations looking south to the hills
of altered komatiite sequences (western branches of the
„antimony line“);
Abb. 2:
links: Das Maranda J Minengelände mit Blick in Richtung
Süden auf die Hügel der alterierten Komatiit-Sequenzen
(westliche Ausläufer der ‚Antimon-Linie‘);
Dr. U. Schwarz-Schampera, Dr. T. Oberthür, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Stilleweg 2, D-30655 Hannover;
[email protected], [email protected]
H. Terblanche, Maranda Mining Company (Pty) Ltd., Farm, Maranda, Letsitele, Private Bag X584, Letsitele, 0885, R.S.A
3
Prof. Dr. P. Herzig, TU Bergakademie Freiberg, Lehrstuhl für Lagerstättenlehre und Leibniz-Labor für Angewandte Meeresforschung,
Brennhausgasse 14, D-09596 Freiberg
1
2
Platinmetall-Führung der Ni-Cu-Sulfidmineralisationen
im Bereich der Lausitzer Antiklinalzone
ANDREAS KINDERMANN1, FINE FIEDLER2, THOMAS SEIFERT1 & STEPHAN UHLIG3
Forschung, Platinerz, Ni-Cu-Sulfidmineralisation, Metallogenese, Gabbro, Diorit, Intrusionskörper, Hauptelementanalyse,
Spurenelementanalyse, Lausitzer Antiklinalzone
Sachsen, Oberlausitz
Kurzfassung
Die PGE-Führung von liquidmagmatischen Ni-Cu-Sulfidmineralisationen der Lausitzer Antiklinalzone (LAZ) ist seit dem Beginn des
20. Jh. bekannt. Die Mineralisationen treten in geringmächtigen gang- und stockförmigen Intrusivkörpern gabbroider, dioritischer bis
noritischer Zusammensetzung auf. Die Erzkörper bestehen vorwiegend aus Pyrrhotin, Pentlandit und Chalkopyrit und sind an die Kontaktbereiche der Intrusionen gebunden. Die Ni-Cu(-PGE)-Vererzungen sind durch Prozesse der gravitativen Absaigerung einer sulfidischen
Teilschmelze entstanden. Dabei kann eine Abfolge verschiedener Erztexturtypen ausgehalten werden. Neben umfangreichen Geländearbeiten an zahlreichen Aufschlüssen wurden am gewonnenen Probematerial mikroskopische, geochemische und halbquantitative mikroanalytische Methoden zur Charakterisierung der Sulfidvererzungen und der enthaltenen PGE-Phasen durchgeführt. Das Elementspektrum der
nachgewiesenen PGE-Phasen umfasst neben Pt und Pd auch Sb, Te, Hg und As. Genetisch sind die Ni-Cu(-PGE)-Mineralisationen der LAZ
mit Lagerstätten vom Typ Norilsk-Talnakh vergleichbar.
[PGE-bearing Ni-Cu-Sulfide Mineralization in the Lusatian anticline]
Abstract
The PGE content of liquid magmatic Ni-Cu(-PGE) sulfide mineralization in the Lusatian anticline has been known since the early 20th
century. The mineralization occurs only in vein- or stock-like intrusive bodies of gabbroic, dioritic or noritic composition. Mineralization
consisting mainly of pyrrhotite, pentlandite and chalcopyrite probably results from gravity segregation of an exsolved sulfide melt. Sulfides occur in general near the contacts of the intrusions. Different types of ore textures can be distinguished. Besides extensive fieldwork at
numerous exposures, microscopic, geochemical, and semiquantitative microanalysis was carried out to characterize the sulfide mineralization and the PGE phases. These contain, beside Pt and Pd, remarkable amounts of Sb, Te, Hg and As. The Lusatian Ni-Cu(-PGE) mineralization is genetically similar to Norilsk-Talnakh-type ore deposits.
Abb. 5:
Probe Sohland, Schliff 3 (aus FIEDLER 1999). Polierter
Erzanschliff. SE-Bild eines freistehenden PGE-führenden
Kristalls -Vincentit (Pd,Pt)3(As,Sb,Te)- in einem Hohlraum
im Pyrrhotin. Die Zusammensetzung ist aus Tab. 1, Korn 3
zu entnehmen.
Fig. 5:
Sohland sample, polished section 3 (from FIEDLER 1999).
SEM-image of a PGE-bearing crystal of vincentite,
(Pd,Pt)3(As,Sb,Te), in a cavity in pyrrhotite. Composition is
given in Table 1, grain #3.
1
2
3
A. Kindermann, T. Seifert, Bergakademie Freiberg, Lehrstuhl für Lagerstättenlehre und Petrologie und Leibniz-Labor für Angewandte
Meeresforschung, Institut für Mineralogie, Brennhausgasse 14, D-09596 Freiberg,
E-Mail: [email protected]; [email protected]
F. Fiedler, Forschungszentrum Rossendorf e. V., Institut für Kern- und Hadronenphysik, PF 51 01 19, D-01314 Dresden;
E-Mail: [email protected]
S. Uhlig, Bertholdsweg 44, D-09599 Freiberg
Aufbau eines Fachinformationssystems Geophysik
KLAUS KÜHNE, ANDREAS-ALEXANDER MAUL & LOTHAR GORLING1
Informationssystem, Geophysik, Datenaufbereitung, Internet
Kurzfassung
Das Fachinformationssystem (FIS) Geophysik wird als infrastrukturelle Basis für die Forschungsarbeiten des Instituts für Geowissenschaftliche Gemeinschaftaufgaben (GGA) aufgebaut. Das FIS Geophysik enthält eine Datenbank, die aus einem allgemeinen Teil (Stammdaten,
Thesauri, Bohrungen, Geologie) und mehreren Subsystemen für die Bereiche Bohrlochgeophysik, Geoelektrik , Gravimetrie, Magnetik,
Geothermik, Petrophysik und Seismik (noch im Aufbau) besteht. Für die Interpretation der gespeicherten Messdaten wird eine Bibliothek
von Auswertungsprogrammen aufgebaut, die über Schnittstellen auf die Datenbank zugreifen. Ein im Aufbau befindlicher Internet-Zugang
wird den Zugriff auf das FIS Geophysik durch GGA-Partner und weitere Interessenten ermöglichen. Diese Komponente wird sowohl geografische als auch thematische Recherchemöglichkeiten anbieten.
[Setting up a Geophysics Information System]
Abstract
A geophysics information system (FIS Geophysics) is being established as an infrastructural basis for research at the Leibniz Institute for
Applied Geosciences (GGA Institute). The database is subdivided into a general section (source data, thesauri, boreholes, geology) and
several subsections covering borehole geophysics, geoelectrics, gravimetry, magnetics, geothermics, petrophysics and seismics (under
construction). The database assists the interpretation of a wide range of geophysical measurements. A library of evaluation programs is
being compiled for interpretation of logging data and linked to the database. Internet access being currently developed will enable the geophysics information system to be used by organizations and persons working with the Institute. The main functions of internet access are a
GIS-based geographical search system, thematic search with thesaurus support, and export and visualisation options.
Abb. 7:
Visualisierung von Bohrlochmessungen mit FIS GP/
GEO.
Fig. 7:
Visualisation of borehole measurements using FIS
GP/GEO.
1
K. Kühne, Dr. A.-A. Maul, L. Gorling; Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA-Institut), Stilleweg 2,
D-30655 Hannover; E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
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Beiträge der Angewandten Geowissenschaften im Rahmen des
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Heft 2/2003
Impressum
Zeitschrift für Angewandte Geologie (ZAG)
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Die ZAG berichtet aktuell über Themen aus Geologie und Umwelt, geowissenschaftlicher Kartierung, geotechnischer
Sicherheit, Suche und Gewinnung mineralischer Rohstoffe und der internationalen Technischen Zusammenarbeit. Sie stellt Methoden und Ergebnisse folgender Fachdisziplinen vor: Allgemeine und Regionale Geologie,
Lagerstättengeologie, Ingenieurgeologie, Hydrogeologie, Geophysik, Geochemie, Geothermie, Bodenkunde,
Fernerkundung und Geoinformatik. Regelmäßig erscheinen Buchbesprechungen und Hinweise auf geowissenschaftliche
Fachveranstaltungen.
Erscheinungsweise
Die Zeitschrift erscheint mit zwei Ausgaben pro Jahr. Episodisch erscheinen Sonderhefte zu ausgewählten Themen.
Bezugspreis je Heft: 10 €.
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Die wissenschaftlichen Beiträge der ZAG werden vor ihrer Veröffentlichung von Fachleuten aus Forschungseinrichtungen und der Industrie formal und inhaltlich begutachtet. Deren Zustimmung ist Voraussetzung für die
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Herausgeber: © Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) und die Staatlichen Geologischen Dienste in
der Bundesrepublik Deutschland.
Redaktion: Referat für Schriftenpublikationen der BGR, Stilleweg 2, D-30655 Hannover,
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ISSN 0044-2259
Titelfoto:
Tagebau in Europas größtem Bentonit-Abbaubezirk, Insel Milos, Griechenland
(Foto: Silver & Baryte Ores Mining Co. S.A.)