Skip to main content
SpringerLink
Log in

Zur Anwendung der Kathodolumineszenz in der Karbonatpetrographie

  • Aufsätze
  • Published:
Geologische Rundschau Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Die Bedeutung der Mn-aktivierten Kathodolumineszenz in der Karbonatpetrographie liegt im Erkennen der Abfolge und auch der Korrelation von Zementgenerationen sowie biogener Wachstumszonen, in der Aufdeckung von DolomitisierungsphÄnomenen, in der VerÄnderung des Leuchtverhaltens mit der Umwandlung von Mg-Calcit bzw. Aragonit in Calcit und in der Ausbildung gefügekundlicher PhÄnomene. Eine allgemeingültige milieuspezifische Lumineszenzeigenschaft gibt es bei Karbonaten nicht.

Lumineszenz beginnt bei Calcit und Dolomit in der benutzten Apparatur zwischen 20 und 40 ppm Mn; für Aragonit sind noch systematische Untersuchungen notwendig.

Lumineszenzzonarbau kann bei Karbonatzementen einen Wechsel in der Zusammensetzung eines Aquifers (z. B. Zementstratigraphie) und bei Biogenskeletten eine physiologisch bedingte VerÄnderung widerspiegeln. Eine Auslöschung des primÄren Zonarbaus ist in Mg-reichen calcitischen wie in aragonitischen Biogenskeletten im Verlauf einer Calcitisierung charakteristisch. Bei Mg-Calciten mit primÄr wechselnd Mg-haltigem Zonarbau kann ein Lumineszenzzonarbau nach erfolgter Calcitisierung erhalten bleiben. Ändert sich das Mn/Fe-VerhÄltnis der Porenlösung wÄhrend der Umwandlung primÄr einheitlich zusammengesetzter Mg-Calcite, entsteht eine fleckige Lumineszenz.

Abstract

Mn-activated cathodoluminescence can be used in several fields of carbonate petrography. It may, for instance, be possible to recognize

  1. (a)

    cement sequences and their correlation (Tab. 1, Figs. 1, 2, 4; Tab. 2, Fig. 1)

  2. (b)

    growth fabrics of skeletons (Tab. 2, Figs. 2, 3, 4; Tab. 3, Figs. 1, 2)

  3. (c)

    dolomitisation processes and problems (Tab. 1, Figs. 1, 2; Tab. 4, Fig. 2)

  4. (d)

    transformation paths from Mg-calcite to calcite and from aragonite to calcite (Tab. 2, Fig. 1; Tab. 3, Figs. 3, 4; Tab. 4, Fig. 1)

  5. (e)

    growth structures in certain types of ooids (Tab. 1, Fig. 4; Tab. 3, Fig. 3; Tab. 4, Fig. 1)

  6. (f)

    reworked skeletal particles (Tab. 3, Fig. 4)

  7. (g)

    phantom grains and fossil-outlines in a micro- or macrocrystalline groundmass (Tab. 4, Figs. 2, 3)

  8. (h)

    healed fissures crossing micro- or macrocrystalline carbonate rocks (Tab. 4, Fig. 4).

These are, however, no general luminescence criteria indicating the depositional environment.

Luminescence of calcite and dolomite requires 20–40 ppm Mn, with the equipments used in this study. Aragonite is not yet investigated systematically.

Zonal luminescence in carbonate cements may indicate changes of the chemical composition of the aquifer and may be used for “cement stratigraphy”. In skeletons it rather indicates physiological changes. While aragonitic skeletons lose their luminescence Zonation during replacement by calcite, Mg-calcite skeletons may keep parts of it, because their replacement preserves the original crystal fabric. Blotchy luminescence developes in Mg-calcitic particles during their adjustment to lower Mg-calcites by dissolution-precipitation processes in solutions with changing Mn/Fe-ratios.

Résumé

La signification de la cathodo-luminescence activée par Mn pour la pétrographie des carbonates est donnée par la connaissance de la succession et aussi de la corrélation de générations de ciment ainsi que de zones de croissances biogénitiques. Elle est aussi importante pour l'explication de problèmes concernant la dolomie, pour le changement du comportement luminescent suite à la transformation de Mg-calcite, respectivement aragonite en calcite et pour la formation de phénomènes concernant la texture.

En général, une qualité de luminescence spécifique au milieu déposant n'existe pas dans les carbonates. carbonates.

Avec l'appareil utilisé, la luminescence dans les calcites et dolomies commence entre 20 et 40 ppm Mn. Des recherches systématiques sont encore nécessaires en ce qui concerne l'aragonite.

Dans les ciments carbonatiques, la zonation luminescente peut refléter un changement de la composition d'un aquifère (e. g. stratigraphie des ciments) et dans les squelettes biogénitiques, une modification conditionée par la physiologie. Une extinction de la zonation luminescente est caractéristique, en cours de calcitisation, dans les squelettes biogéniques calcitiques riches en Mg et aragonitiques. Dans les Mg-calcites a zonation primaire du contenu en Mg, une zonation luminescente peut se conserver après calcitisation achevées. Si la relation Mn/Fe de l'eau interstitielle dans les pores se modifie pendant la transformation des Mg-calcites primairement composés de faÇon homogène, une luminescence en taches apparaÎt.

кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕ

с пОМОЩьУ кАтОДНОИ лУ МИНЕсцЕНцИИ пРИ Иссл ЕДОВАНИИ ИжВЕстНькОВых пОРОД И, ОсОБЕННОстИ, Е гО цЕМЕНтА УДАЕтсь Ус тАНОВИть пОслЕДОВАтЕльНОсть пОкОлЕНИИ цЕМЕНтА И п РОВЕстИ ЕгО кОРРЕльц ИУ, ОтМЕтИть БИОгЕННыЕ жОНы РОстА, пРОслЕДИть ФЕН ОМЕН ДОлОМИтИжАцИИ, И жМЕНЕНИь пОВЕДЕНИь сВЕЧЕНИь пРИ пРЕОБРАжОВАНИИ М АгНИЕВОгО кАльцИтА И лИ АРАгОНИтА В кАльцИт И УстАНОВИт ь хАРАктЕР стРОЕНИь. кА кОЕ-лИБО, Дль ВсЕх слУЧ АЕВ ДЕИстВИтЕльНОЕ спЕц ИФИЧЕскОЕ Дль сРЕДы сВОИстВО лИ МИНЕсцЕНцИИ У кАРБОН АтОВ ОтсУтстВУЕт.

лУМИНЕсцЕНцИУ НАБлУ ДАУт Дль кАльцИтА И ДО лОМИтА В пРИМЕНЕННОИ АппАРАт УРЕ пРИ Их сОДЕРжАНИИ В 20–40 РРт; Дль АРАгОНИтА тРЕ БУУтсь ЕЩЕ И ДОпОлНИтЕлНыЕ ИсслЕ ДОВАНИь.

кАРтИНА жОНАльНОгО с тРОЕНИь лУМИНЕсцЕНц ИИ кАРБОНАтНых цЕМЕНтО В МОжЕт ОтРАжАть ИжМЕНЕНИь с ОстАВА АкВИФЕРА (НАпР.: стРАтИгРАФИь цЕМЕНт А), А У БИОгЕННых скЕлЕтОВ — ФИжИОлОгИЧЕскИ ОБУс лОВлЕННыЕ ИжМЕНЕНИь. ИсхОДНОЕ жОНАльНОЕ стРОЕНИЕ л УМИНЕсцЕНцИИ хАРАкт ЕРНО Дль БОгАтых МАгНИЕМ кАль цИтОВых И АРАгОНИтОВых БИОгЕ ННых скЕлЕтОВ, пОДВЕР гшИхсь пРОцЕссАМ кАльцИжАц ИИ.

В слУЧАЕ кАльцИтОВ с п ЕРВИЧНО ИжМЕНьУЩИМс ь жОНАльНыМ стРОЕНИЕМ жОНАльНОЕ стРОЕНИЕ л УМИНЕсцЕНцИИ ДАжЕ пО слЕ пРОцЕссА кАльцИжАцИИ МОжЕт сОхРАНьтьсь. Ес лИ сООтНОшЕНИь МАРгА НцА И жЕлЕжА В пОРОВых РАстВОРАх ВО ВРЕМь пРЕОБРАжОВА НИь пЕРВИЧНО гОМОгЕН НО сОстАВлЕННых МАгНИЕ Вых кАльцИтОВ МЕНьЕтсь, т О пОьВльЕтсь пьтНИст Аь лУМИНЕсцЕНцИь.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Literaturverzeichnis

  • Burne, R. V., Bauld, J. &de Decker, P.: Saline lake charophytes and their geological significance. - J. Sediment. Petrol.50, 281–293, Tulsa, 1980.

    Google Scholar 

  • Carpenter, A. B. &Oglesby, T. W.: Hydrologie significance of manganese, iron, and magnesium in calcite and dolomite cements of the Smackover Formation, Eastern Mississippi. - Nuclide Spectra, Vol IX, No. 8, Publ.-Nr. 1643–1176, Acton, 1976.

  • Dickson, J. A. D.: Carbonate identification and genesis as revealed by staining - J Sediment. Petrol.36, 491–505, Tulsa, 1966.

    Google Scholar 

  • Ebers, M. L. &Kopp, O. C.: Cathodoluminescent microstratigraphy in gangue Dolomite, the Mascot-Jefferson City district, Tennessee. - Econ. Geology74, 908–918, New Haven/Conn., 1979.

    Google Scholar 

  • Evamy, B. D. &Shearman, D. J.: The application of chemical staining techniques to the study of diagenesis in limestones. - Proc. Geol. Soc. London1599, S. 102, London, 1962.

    Google Scholar 

  • Fairchild, I.: Sedimentation and post-depositional history of the Dalradian Bonahaven Formation of Islay. - Ph. D. Dissertation, Nottingham University (U.K.), 1978.

    Google Scholar 

  • Förstner, U. &Reineck, H.-E.: Die Anreicherung von Spurenelementen in den rezenten Sedimenten eines Profilkerns aus der Deutschen Bucht. - Senckenbergiana marit.6, 175–184, Frankfurt a. M., 1974.

    Google Scholar 

  • Freeman, T.: Morphology and composition of an Ordovician vadose cement. - Nature Physical Science, Vol.233, No. 42, 133–134, London, 1971.

    Google Scholar 

  • Füchtbauer, H.: Sediments and Sedimentary Rocks 1. - Sedimentary Petrology, Part II. - 464 S., E. Schweizerbart, Stuttgart, 1974.

    Google Scholar 

  • Fytrolakis, N. &Theodoropoulos, D.: „Loch“-Verwitterung an Dolomitgeröllen im Neogen Attikas/Griechenland. - N. Jb. Geol. PalÄont. Mh., Jg.1975, 129–133, Stuttgart, 1975.

    Google Scholar 

  • Hahne, C., Kirchmayer, M. &Ottemann, J.: „Höhlenperlen“ (Cave Pearls), besonders aus Bergwerken des Ruhrgebietes. ModellfÄlle zum Studium diagenetischer VorgÄnge an Einzelooiden. - N. Jb. Geol. PalÄont. Abh.130, 1–46, Stuttgart, 1968.

    Google Scholar 

  • Hess, F. L.: Oölites or cave pearls in the Carlsbad caverns. - Proc. U.S. Natl. Museum76, 1–5, Washington, 1929.

    Google Scholar 

  • Keraudren, B.: Les formations quaternaires marins de la Grèce (première partie). - Bull. Musée d'Anthrop. Préhist. Monaco16 (1970), 6–153, Monaco, 1972.

    Google Scholar 

  • Knewtson, S. L. &Hubert, J. F.: Dispersal patterns and diagenesis of oölitic calcarenites in the Ste. Genevieve Limestone (Mississippian), Missouri. - J. Sediment. Petrol.39, 954–968, Tulsa, 1969.

    Google Scholar 

  • Land, L. S., Behrens, E. W. &Frishman, S. A.: The ooids of Baffin Bay, Texas. - J. Sediment. Petrol.49, 1269–1278, Tulsa, 1979.

    Google Scholar 

  • Lindholm, R. C. &Finkelman, R. B.: Calcite staining: Semiquantitative determination of ferrous iron. - J. Sediment. Petrol.42, 239–242, Tulsa, 1972.

    Google Scholar 

  • Long, J. V. P. &Agrell, S. O.: The cathodo luminescence of minerals in thin sections. - Mineral. Magaz.34, 318–326, London, 1965.

    Google Scholar 

  • Macqueen, R. W., Ghent, E. D. &Davies, G. R.: Magnesium distribution in living and fossil specimens of the echinoid Peronella lesueuri AGASSIZ, Shark Bay, Western Australia. - J. Sediment. Petrol.44, 60–69, Tulsa, 1974.

    Google Scholar 

  • MÄrkel, K.: Wachstum des Coronarskeletes von Paracentrotus lividus Lmk. (Echinodermata, Echinoiden).- Zoomorphologie82, 259–280, Berlin, 1975.

    Google Scholar 

  • —: Struktur und Wachstum des Coronarskelettes von Arbacia lixula Linné (Echinodermata, Echinoiden). - Zoomorphologie84, 279–299, Berlin, 1976.

    Google Scholar 

  • MÄrkel, K., Kubanek, F. &Willgallis, A.: Polykristalliner Calcit bei Seeigeln. - Z. Zellforsch.119, 355–377, 1971.

    Google Scholar 

  • Manze, U. &Richter, D. K.: Die VerÄnderung des C13/C12-VerhÄltnisses in Seeigel-coronen bei der Umwandlung von Mg-Calcit in Calcit unter meteorisch-vadosen Bedingungen. - N. Jb. Geol. PalÄont. Abh.158, 334–345, Stuttgart, 1979.

    Google Scholar 

  • Marshall, D. J.: Suggested Standards for the reporting of cathodoluminescence results. - J. Sediment. Petrol.48, 651–653, Tulsa, 1978.

    Google Scholar 

  • Marshall, J. F. &Davies, P. J.: High-magnesium calcite ooids from the Great Barrier Reef. - J. Sediment. Petrol.45, 285–291, Tulsa, 1975.

    Google Scholar 

  • Martin, H. &Zeeghers, H.: Cathodo-luminescence et distribution du manganèse dans les calcaires et dolomies du Tournaisien Supérieur au Sud de Dinant (Belgique). - C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. D,269, 1922–1924, Paris, 1969.

    Google Scholar 

  • Medlin, W. L.: Emission centers in thermoluminescent calcite, dolomite, magnesite, aragonite, and anhydrite. - J. Opt. Soc. Am.53, 1276–1285, Philadelphia, 1963.

    Google Scholar 

  • Melville, R. V. &Durham, J. W.: Echinoids — skeletal morphology. - (in):Moore, R. C. (ed.): Treatise on Invertebrate Paleontology. - Part U, Echinodermata 3. - U 211–257, Lawrence/Kansas, 1966.

  • Meyers, W. J.: Carbonate cement stratigraphy of the Lake Valley (Mississippian) Sacramento Mountains, New Mexico. - J. Sediment. Petrol.44, 837–861, Tulsa, 1974.

    Google Scholar 

  • —: Carbonate cements: their regional distribution and interpretation in Mississippian limestones of southwestern New Mexico. - Sedimentology25, 371–400, Oxford, 1978.

    Google Scholar 

  • —: Compaction in Mississippian skeletal limestones. Southwestern New Mexico. - J. Sediment. Petrol.50, 457–474, Tulsa, 1980.

    Google Scholar 

  • Michard, C. R.: Coprecipitation de l'ion manganeux avec le carbonate de calcium. - Comptes Rendus Acad. Sci. Paris, Ser. D,267, 1685–1688, Paris, 1968.

    Google Scholar 

  • Milliman, J. D. &Barretto, H. T.: Relict magnesian calcite oolite and subsidence of the Amazon shelf.- Sedimentology22, 137–145, Oxford, 1975.

    Google Scholar 

  • Moberly Jr.,R.: Composition of magnesian calcites of algae and pelecypods by electron microprobe analysis.- Sedimentology11, 61–82, Amsterdam, 1968.

    Google Scholar 

  • Neugebauer, J.: Drei Probleme der Echinodermendiagenese: Innere Zementation, Mikroporenbildung und der übergang von Magnesiumcalcit zu Calcit. - Geol. Rdsch.68, 856–875, Stuttgart, 1979.

    Google Scholar 

  • Nichols, D.: Changes in the Chalk heart-urchin Micraster interpreted in relation to living forms. - Phil. Trans. Royal Soc., ser. B.242, 347–437, London, 1959.

    Google Scholar 

  • Nickel, E.: The present status of cathode luminescence as a tool in sedimentology. - Minerals Sci. Engng.10, 73–100, 1978.

    Google Scholar 

  • Oglesby, T. W.: Microdolomite-rich syntaxial cements: Proposed meteoric-marine mixing zone phreatic cements from Mississippian limestones, New Mexico. - Discussion. - J. Sediment. Petrol.49, 670–674, Tulsa, 1979.

    Google Scholar 

  • Pearse, J. S. &Pearse, V. B.: Growth zones in the echinoid skeleton. - Amer. Zool.15, 731–753, 1975.

    Google Scholar 

  • Pierson, B. J.: The control of cathodoluminescence in dolomite by iron and manganese. - Sedimentology28, Oxford, 1981 (im Druck).

  • Prenant, J. S.: Note histologique sur la structure et la croissance des dents d'oursins. - Arch. Zoologie Expér. Gém.65, Notes et Revue, 25–38, Paris, 1926.

    Google Scholar 

  • Reineck, H. E.: Zur Petrogenese der Waderner Schichten am N-Flügel der Nahemulde (D 77). - N. Jb. Geol. PalÄ ont. Abh.100, 289–323, Stuttgart, 1955.

    Google Scholar 

  • Richter, D. K.: Fazies- und Diagenesehinweise durch Einschlüsse in authigenen Quarzen. - N. Jb. Geol. PalÄont. Mh., Jg.1971, 604–622, Stuttgart, 1971.

    Google Scholar 

  • —: Entstehung und Diagenese der devonischen und permotriassischen Dolomite in der Eifel. - Contr. Sedimentology2, 1–101, Stuttgart, 1974.

    Google Scholar 

  • —: Gravitativer Meniskuszement in einem holozÄnen Oolith bei Neapolis (Süd-Peloponnes, Griechenland). - N. Jb. Geol. PalÄont. Abh.151, 192–223, Stuttgart, 1976.

    Google Scholar 

  • —: Die Stufen der meteorisch-vadosen Umwandlung von Mg-Calcit in rezenten bis pliozÄnen Biogenen Griechenlands. - N. Jb. PalÄont. Abh.158, 277–333, Stuttgart, 1979.

    Google Scholar 

  • -: Former magnesian-calcite ooids in Paleozoic to Recent sediments. - Internat. Assoc. Sedimentologists 1st Europ. Mtg. Bochum 1980, Abstr., 215–218, Bochum, 1980.

  • Richter, D. K. &Füchtbauer, H.: Ferroan calcite replacement indicates former magnesian calcite skeletons. - Sedimentology25, 843–860, Oxford, 1978.

    Google Scholar 

  • Richter, D. K., Herforth, A. &Ott, E.: PleistozÄne, brackische Blaugrünalgenriffe mit Rivularia haematites auf der Perachorahalbinsel bei Korinth (Griechenland). - N. Jb. Geol. PalÄont. Abh.159, 11–40, Stuttgart, 1979.

    Google Scholar 

  • Richter, D. K. &Zinkernagel, U.: Petrographie des „Permoskyth“ der Jaggl-Plawen-Einheit (Südtirol) und Diskussion der Detritusherkunft mit Hilfe von Kathoden-Lumineszenz-Untersuchungen. - Geol. Rdsch.64, 783–807, Stuttgart, 1975.

    Google Scholar 

  • -: Mn-activated cathodoluminescence in echinoid tests. - Internat. Assoc. Sedimentologists 1st Europ. Mtg. Bochum 1980, Abstr., 172–176, Bochum, 1980.

  • Sandberg, P. A.: New interpretations of Great Salt Lake ooids and of ancient non-skeletal carbonate mineralogy.- Sedimentology22, 497–557, Oxford, 1975.

    Google Scholar 

  • Schrank, J. A. &Friedman, G. M.: Lithified layers from subbottom carbonate sediments of the Red sea: Deep-Sea Drilling Project Leg 23 B. - IXme Congres International de Sedimentologie - Theme 7, S. 198–201, Nizza, 1975.

    Google Scholar 

  • Sippel, R. F. &Glover, E. D.: Previously unobservable structures in carbonate rocks made visible by luminescence petrography. - Science150, 1283–1287. New York, 1965.

    Google Scholar 

  • Smith, J. V. &Stenstrom, R. C.: Electron-excited luminescence as a petrologic tool. - J. Geol.73, 627–635, Chicago, 1965.

    Google Scholar 

  • Solle, G.: Geologie der mittleren Olkenbacher Mulde. - Abb. senckenberg. naturforsch. Ges.436, 1–72, Frankfurt a. M., 1937.

    Google Scholar 

  • -: Oberes Unter- und unteres Mitteldevon einer typischen Geosynklinal-Folge im südlichen Rheinischen Schiefergebirge. Die Olkenbacher Mulde.- Geol. Abh. Hessen74, 264 S., Wiesbaden, 1976.

  • Sommer, S. E.: Cathodoluminescence of carbonates. I. Characterization of cathodoluminescence from carbonate solid solutions.- Chem. Geol.9, 257–273, Amsterdam, 1972 (a).

    Google Scholar 

  • —: Cathodoluminescence of carbonates, II. Geological applications. - Chem. Geol.9, 275–284, Amsterdam, 1972 (b).

    Google Scholar 

  • Sorby, H. C.: The structure and origin of limestone. - Proc. geol. Soc. London35, 56–94, London, 1879.

    Google Scholar 

  • Usdowski, H. E.: Die Entstehung der kalkoolithischen Fazies des norddeutschen Unteren Buntsandsteins. - Beitr. Mineral. Petrog.8, 141–179, Berlin etc., 1962.

    Google Scholar 

  • Wilbur, K. M. &Watabe, N.: Experimental studies on calcification in molluscs and the algaeCoccolithus Luxleyi. - Ann. N. Y. Acad. Sci.109, 82, New York, 1963.

    Google Scholar 

  • Wilkinson, B. H.: Biomineralization, Paleooceanography, and the evolution of calcareous marine organisms. - Geology7, 524–527, Boulder/Colorado, 1979.

    Google Scholar 

  • Wilkinson, B. H. &Landing, E.: “Eggshell diagenesis” and primary radial fabric in calcite ooids.- J. Sediment. Petrol.48, 1129–1138, Tulsa, 1978.

    Google Scholar 

  • Zinkernagel, U.: Cathodoluminescence of quartz and its application to sandstone petrology. - Contr. Sedimentology8, 1–69, Stuttgart, 1978.

    Google Scholar 

Download references

Author information

Author notes

  1. Detlev K. Richter & Ulf Zinkernagel

    Present address: Geologisches Institut, RuhruniversitÄt Bochum, UniversitÄtsstra\e 150, 4630, Bochum-Querenburg

Authors and Affiliations

    Authors
    1. Detlev K. Richter
      View author publications

      You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    2. Ulf Zinkernagel
      View author publications

      You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    Rights and permissions

    Reprints and permissions

    About this article

    Cite this article

    Richter, D.K., Zinkernagel, U. Zur Anwendung der Kathodolumineszenz in der Karbonatpetrographie. Geol Rundsch 70, 1276–1302 (1981). https://doi.org/10.1007/BF01820192

    Download citation

    • Issue Date:

    • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01820192

    Search

    Navigation