Das syngenetische Sulfidlager Meggen im Sauerland: Struktur, Geochemie, Sekundärdispersion PDF
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FORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr. 2620/Fachgruppe Chemie Herausgegeben im Auftrage des Ministerpriisidenten Heinz Kuhn vom Minister fur Wissenschaft und Forsehung Johannes Rau Dr. Drs Gasser Geologisches Institut, Universitat Bern Dr. Jean Thein Geologisches Institut der Universitat Bonn Das syngenetische Sulfidlager Meggen im Sauerland (Struktur, Geochemie, Sekundardispersion) WESTDEUTSCHER VERLAG 1977 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Gasser, Urs Das syngenetische Sulfidlager Meggen im Sauer land: (Struktur, Geochemie, Sekundardispersion) Drs Gasser; Jean Thein. - 1. Aufl. - Opladen: Westdeutscher Verlag, 1977. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westfalen ; Nr. 2620 : Fachgruppe CheQie) ISBN-13: 978-3-531-02620-6 e-ISBN-13: 978-3-322-88106-9 001: 10.1007/978-3-322-88106-9 NE: Thein, ,Jean ©] 977 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Ges amtherstellung: Westdeutscher Verlag ISBN-13: 978-3-531-02620-6 In ha I t VORWORT 1 EINLEITUNG 3 ALLGEMEINE GEOLOGISCHE UBERSICHT 5 1. TE I L TEXTURELLE UND STRUKTURELLE UNTERSUCHUNGEN 1M SULF IDLAGER 10 - Untersuchungsmaterial 10 - Aufbereitungsmethoden fur die Strukturanalyse 12 - Mineralbestand des Gesamterzes und der Lagerarten 13 - Texturelle und strukturelle Merkmale im makroskopischen Bereich 15 - Diskussion der Ergebnisse der Texturanalyse im makroskopischen Bereich 17 - Strukturelle Merkmale im mikroskopischen Bereich 18 - Diskussion der Ergebnisse der Strukturanalyse im mikroskopischen Bereich 21 - Mikrosonden-Aufnahmen 22 2. TE I L GEOCHEMIE DES SULFIDLAGERS 24 - Geochemische Arbeitsmethoden 24 - Stratigraphische Elementverteilung 29 - Regionale Elementverteilung 34 - Haufigkeitsverteilung der Elemente 36 - Korrelationsanalyse im R-Modus 37 - Ahnlichkeitsanalysen im Q-Modus 43 - Diskussion der Ergebnisse 46 3. TE I L VERTEILUNG VON THALLIUM UND ZINK 1M NEBENGESTEIN UND IN DEN VERWITTERUNGSBODEN DES ERZLAGERS 50 - Mef3methoden 51 - TI- und Zn-Verteilung im Nebengestein 53 - Verteilung von TI und Zn in Boden uber dem Lagerausbif3 59 - Diskussion der Ergebnisse 65 - IV - Schriftenverze ichnis 67 Anhang Herstellung von Radiographien 75 Anhang II Laborflotation der Sulfide 76 Atlas mit samtlichen Figuren und Tafeln 81 Vorwort Das Erzlager von Meggenl das an Bedeutung kaum hinter der seit dem fruhen Mittelalter abgebauten Lagerstatte Rammelsberg zurUcksteht", wurde schon sehr oft in verschiedener Hinsicht beschrieben. Dieser Bericht stellt als zur Zeit letzte Arbeit uber die Lagerstatte die Ergebnisse von in den Jahren 1970 - 1975 ausgefUhrten strukturellen mineralogischen l und geochemischen Untersuchungen am NW-Teil des Sulfiderzes", aber auch am Nebenge ste in und in oberflachl ichen Verwitterungszonen im Ausbi r3 zusammen. Die Arbe iten die l von Prof.Dr.H.KARRENBERG, dem damaligen Prasidenten des GLA von NRW in Krefeld, angeregt waren" wurden in den ersten vier Jahren vom Minister fUr Wissenschaft und For schung des Landes NRW im Rahmen des Forschungsprojektes "Geochemie Meggen"finan- z ie II unterstUtzt. Die natUri i che thematische Dre igl iederung des Berichtes kennze ichne t zugleich auch drei Phasen im Arbeitsvorgang. FUr Teil 1 der Untersuchungen zeichnet U.GASSER, als wissenschaftlicher Mitarbeiter in den Jahren 1970 1971 und 1972 ver 1 l antwortlich. Teil 2 wurde in Zusammenarbeit mit J. THEIN, dem wissenschaftlichen Be arbeiter in den Jahren 1973 und 1974 erstellt. Abgeschlossen wurden die Forschungen durch die in Teil 3 beschriebenen, eher praxisbezogenen Untersuchungen von J. THEIN am Nebengestein und an den Verwitterungsboden. Die Autoren mochten an dieser Stelle allen1die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben, bestens danken", insbesondere Prof. Dr. P. WURSTER1 dem Direktor des Geologischen Instituts in Bonn fUr die Leitung des Forschungsprojektes sowie Prof. Dr . H. KARRENBERG l als Initiator fUr die gror3zUgige Bereitstellung von Arbeitsplatz" Personal und Material im GLA in Krefeld. DiE: SACHTLEBEN Bergbaugesellschaft in Meggen machte durch die Bereitstellung von Bohrkernen die Arbeiten erst moglich. Hier seien dem Geologen Dr. FUCHS und dem Obersteiger Herrn OMMER fUr die wertvolle Hilfe bei der Auswahl der Bohrkerne und bei den Untertageaufnahmen in der Grube gedankt. -2- Unser Dank gilt Ferner: 1m GLA in Krefeld, Herrn Dr. PIETZNER fUr die Mikro sondenaufnahmen und Herrn Dr. WERNER fUr die Ni- und Co-Bestimmungen. In Bonn Herrn Dr. THURM fUr die Erzradiographien, Herrn Dr. BECKMANN fUr Ni- und Co-Analysen, Herrn Prof. Dr. SIEHL fUr wertvolle UnterstUtzung bei den statistischen Untersuchungen. Entschuldigen mochten wir uns bei all den vielen Helfern die namhaft nicht aufge g fUhrt sind, ohne deren fleiBige Hilfe die Arbeit aber unvollstendig hette bleiben mUssen. Die Autoren Dr. U. GASSER Dr, J, THEIN - 3 - Einleitung Die konkordant zwischen mittel- bis oberdevonische Sedimente eingebettete Sulfid Barytlagerstatte von Meggen gilt als Paradebeispiel fUr eine synsedimentare poly- Q metal! ische Erzlagerstatte. Lageraufbau, Mineralogie und Elementinhalt sind seit der umfassenden Beschreibung von EHRENBERG, PILGER & SCHRODER (1954) fUr die damals erschlossenen Lagerteile beiderseits d3S Luftsattels - "Altes Lager" und ostliches "Neues Lager" - (siehe Abb. 1) bestens bekannt. Seit den sechziger Jahren wird das Erz, das heute nur noch aufgrund seiner hohen Zinkgehalte (bis uber 10 %) die Wirtschaftlichkeit der Grube garantiert, in wesentl ich grol3erer Abbautiefe aus dem NW. und W. Teil des "Neuen Lagers" gefordert. Die Grenzen der Lagerstatte in diesen beiden Richtungen waren bis zu Beginn der siebziger Jahre nur vermutet, wurden dann aber zu jaher Gewif3- heit, als eine Forschungsbohrung der in Meggen abbauenden SACHTLEBEN AG am unmittel baren Erzkontakt ein mitteldevon isches Riff durchteufte. Es begann nun eine intensive Bohrtatigkeit, die das Riff im Wan mehreren anderen Punkten bestatigte im aul3eren NW g allerdings Erz, wenn auch in geringerer Qualitat, belegte. Die Verschlechterung der Erz qualitat gegen die Lagerrander hin war allgemein bekannt., so daf3 nun auch in dieser Rich tung mit einem baldigen Lagerende zu rechnen war, die noch abbauwUrdigen Vorrate mit hin auf ein Minimum zusammenschrumpfen muf3ten. Um mit Gewif3heit bessere Aussagen uber die palaogeographische Situation der einzelnen Lagerteile machen zu konnen wurden von 1970 bis 1974 in einem vom Landesamt fUr For q schung des Landes NRW finanzierten Forschungsvorhaben an mehreren inzwischen von der SACHTLEBEN AG abgeteuften Bohrungen am Erz Struktur¥ Mineralogie und Geochem ie untersucht. Ziel dieser minutiosen Untersuchungen sollte es sein, mit Hilfe statistischer Verfahren Zusammenhange zwischen Struktur und/oder Geochemie des Erzes und der palaogeo graphischen bzw. stratigraphischen Position im Lager ausfindig zu machen. In einem zwei ten Schritt wurden interessant erscheinende Elemente in ihren Konzentrationen ins Neben gestein hinein verfolgt, um eventuell auf die Chronologie der Erzforderung rUckschliel3en zu konnen. In einer letzten Phase schl ief31 ich, nach Ablauf des Forschungsauftrages konnten bisher unbekannte Anreicherungen des Elements TI im Nebengestein ouch auf3er- -4- halb des Lagerbereichs sowie in den Bi:Sden Uber dem ausstreichenden Lager nachgewiesen werden. Letztere Untersuchungen sind hier, da sie eng mit den Arbeiten am Erzlager verquickt sind und wohl in nicht unbetrachtlicher Weise der Prospektion auf Lagerstatten yom Typ Meggen dienlich sein kBnnen, zu diesem Bericht gestellt. -5- ALLGEMEINE GEOLOGISCHE UBERSICHT (Abb. 1, Tab. 1) Die LagersHltte Meggen ist ein bis zu 8 Meter machtiger, elliptisch in E-W-Richtung gelangter scheibenformiger Sulfidkorper, der nahezu allseitig von einem Barytsaum umgeben und in die variszisch stark verfaltete und verschuppte mittel- bis oberdevonische Schichtfolge der Meggene.r Mulde und des SUdflUgels der Eisper Mulde eingelagert ist. Die SUdflUgel beider Mulden fallen steil Uberkippt nach SE ein, mit ihnen der uber kippte Teil des Alten Lagers in der Meggener sowie das Neue Lager in der Eisper Mulde. Der flache NordflUgel der Meggener Mulde birgt den als "Flaches Lager" bezeichneten Teil des Alten Lagers. Das Alte lager ist durch einen Luftsattel erosiv yom Neuen Lager getrennt. Der Ausbil3 des Alten Lagers umrahmt mit Sulfidkorper und Barytsaum allseitig als schmales Band die oberdevonischen Schichten der Meggener Mulde zwischen den Ort schaften Meggen und Burbecke. Nordwestlich und nordlich Halberbracht ist er durch streichende Storungen unterdrUckt. Das Neue Lager streicht 100 bis 200 Meter nordwest lich hiervon zwischen Mittel- und Oberdevon aus. Zwischen Burbecke und Brenschede werden be ide Lagerteile durch flaserige" z. T. bituminose Kalke ersetzt. 1m SW tritt dieses Lageraquivalent erst wieder bei Bonzel (ca. 4 km sUdwestl ich Meggen) auf. Mit scharfer und nahezu ebener Grenze wird der Erzk<:srper von der wechsellagernd aus dunkeln Tonen und Silten sowie hellgrauen Feinsandsteinen aufgebauten Schichtserie der "Lenneschiefer" enach GWOSDZ und KRUGER, 1972" jetzt "Meggener S chi c h ten") unterlagert. Sie sind flaserig bis schroggeschichtet und fossil leer • Die Mochtigkeit betragt unter dem Lager ca. 30 m, bei Bonzel etwa 110 m" 5 km sud westlich Bonzel uber 200 m. Nord<:sstlich des Lagers, bei Brenschede schwankt die Schichtmachtigkeit um 50 m. Hand in Hand mit dem Anschwellen der Mtichtigkeit gehen eine Versandung des Sediments sowie eine Zunahme des biogenen Karbonatanteils" be sonders in den oberen Schichtabschnitten. Letzterer durfte auf das bereits zu dieser Zeit voll entwickelte Meg 9 e n erR i ff im Westen des Lagers zurUckzufuhren sein (KREBS, 1972). Auch der viel grol3ere Attendorner Iv\assenkalkkomplex deutet sich zu dieser Zeit bereits an. Die Meggener Schichten sind nach KRUGER (1973) Uberwiegend -6- aus Ablagerungen von Turbiditstrl:>men entstanden, die Sediment vom nordwestlich ge legenen Schelfrand herbeifuhrten. Das wohl interessanteste Merkmal der Meggener Schich- ten sind speziell im Umkreis des ErzkCirpers mehrfach eingelagerte Knollen und BCinder von Pyrit, untergeordnet auch von Zinkblende und Baryt - die sogenannten K i e s ban d z on en. Sie treten mit stratigraphischer AnnCiherung an das Lager gehCiuft auf. Nach unten werden die Meggener Schichten durch den nur wenige cm mCichtigen Oders hCiu se r Ka I k gegen die milden bis schwach sandigen Te n ta cui i te nsc h i efe r abgegrenzt. Die Ablagerung des Meggener Erzlagers und seiner stratigraphischen Aquivalente mar kiert einen petrographisch scharfen Schnitt innerhalb der sandig-klastischen Sedimen tation des unteren und mittleren Devons. Das Lager entstand in einer E-W streichenden flachen Einmuldung auf einem lokalen RUcken. Eine schmale lagerinterne Schwelle gliedert den ErzkCirper nord-sUdlich in ein Cistliches "AI tes Lager" und ein west liches "Neues Lager". Die Erze beider Lagerteile bestehen uberwiegend aus fein bis grobgebCindertem Pyrit, dem tonige Zwischenmittel eingelagert sind. Untergeordnet treten Lagen und Schlieren von Zinkblende auf" die bis zu 30 Gewichtsprozent des Erzes betragen kann. In Nestern und KCirnern verteilter Bleiglanz macht mit etwa 1 % nur einen Nebenbestandteil der Erze aus. Verknetete, blumenkohlartige Sedimentstruk turen kommen speziell im unteren Lagerdrittel haufig vor (GASSER 1974, diese Arbeit, g Teil 1). Lateral verzahnt sich das Lager im S, E und N keilfCirmig auf kurze Distanz mit einem Barytsaum, der Pyrit nur noch in vereinzelten, rundlichen Knauern enthCilt und zu den RCindern hin von bis zu 10m machtigen, pyritfuhrenden, z. T. bitum inCisen Mergeln und Kalken vertreten wird. 1m NW fehlt der Schwerspatsaum, das Sulfidlager grenzt direkt an die Kalke. 1m Wist das Lager auf das mit den Meggener Schichten gleich alte Meggener Riff Uberschoben.
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