Sedimentäre Eisenerze und ihr geochemisches Bildungsmilieu in den tertiären Deckschichten der Rheinischen Braunkohle, Tagebau Frechen

Zusammenfassung

Die hangenden tertiären Schichteinheiten der Rheinischen Braunkohle sind im Tagebau Frechen der Rheinische Braunkohlenwerke AG teils sideritisch, teils markasitisch-pyritisch vererzt. Beide Vererzungsarten sind postsedimentär und können daher nicht direkt als Milieuindikatoren für das Sedimentationsmilieu der Ablagerungen interpretiert werden. Die Existenz der Sideritgeoden, auf die tonigen Sedimente der Indener Schichten beschränkt, legt jedoch eine Ablagerung der Geodenmatrix in einem von Moorwässern bestimmten, limnischen Milieu nahe, da nur hier die Voraussetzungen für eine geologisch relevante Bereitstellung von Eisen gegeben erscheinen. Es wird angenommen, daß dieses zur Sideritbildung notwendige Eisen zunächst bevorzugt als Humat in die Tone eingelagert wurde. Im Rahmen der postsedimentären Oxidation organischer Substanzen bildeten sich dann CO₂-reiche Porenlösungen, in denen das Eisen, einem pH-Gefälle folgend, erneut transportiert und unter hohen pH-Werten schließlich als Siderit ausgefällt wurde. Markasit und Pyrit deuten eine ähnliche pH-Entwicklung der sie bildenden Porenlösungen an. Auch hier beobachtet man mit der Zeit eine Zunahme der Basizität der Lösungen, ausgedrückt in der Ausscheidungsfolge Markasit-Pyrit. In tonigen Sedimenten, mit geschlossenen Mikrosystemen der Porenräume, wird diese Folge nur einmal durchlaufen, in Sanden und Kiesen deuten wiederholte Ausscheidungen von Markasit und Pyrit ein offenes Porensystem an, in das im Verlauf der Diagenese auch jüngere Grundwässer Ehund pH-bestimmend eingreifen konnten.

Abstract

In the Frechen open cast mine (Rheinische Braunkohlenwerke AG) the hanging wall of the Rhenish lignites is partly mineralized by siderite and marcasite-pyrite. The mineralizations are postsedimentary and therefore, the environment existing during the deposition of the host rocks cannot be interpreted directly from the presence of siderite and marcasite-pyrite. However, since the occurrence of sideritic concretions is restricted to clayey sediments of the Inden beds (Miocene), the depositional environment may be deduced for geochemical reasons: Large-scale transport of iron is only possible in a limnetic environment influenced by bog water. It is suggested that the iron, necessary for the formation of siderite, was deposited together with the clay minerals, mainly as iron humates. Postsedimentary oxidation of organic materials formed CO₂-rich pore fluids which again facilitated mobilization of iron. In a basic environment siderite was precipitated. For the pyrite and marcasite bearing sedimentary beds a similar development of the interstitial waters is suggested. The precipitation sequence of marcasite, followed by pyrite, is indicative for an increasingly basic character of the pore fluids. In the clay sediments with closed microsystems of pore volumes, one marcasite-pyrite cycle was precipitated. The sand and gravel beds contain repeated marcasite-pyrite cycles, indicating a system open to repeated changes of its Eh-pH states by interaction with more recent groundwaters.

Resumé

Les couches tertiaires susjacentes aux lignites rhénaniennes sont minéralisées partiellement sidéritiquement et partiellement markasitiquement-pyritiquement dans les mines à ciel ouvert du Rheinische Braunkohlenwerke AG à Frechen. Ces deux types de minéralisation sont postsédimentaires et c'est ce qui explique qu'ils ne peuvent être interprétés comme des indicateurs du milieu existant à l'endroit de sédimentations. L'apparition des géodes de sidérite qui est limitée aux sédiments argileux de la formation Indènes (Miocene) rend vraisemblable que la déposition des sédiments argileux surviendra dans un milieu limnique influencé par des eaux marécageuses, étant donné que les conditions pour un transport des ions ferreux dans des quantités géologiquement intéressantes, n'existent que dans un tel milieu. Il est supposé que le fer est réparti dans les argiles sous la forme de sels humiques. Pendant l'oxidation des matériaux organiques, des solutions intersticielles riches en CO₂ se forment dans desquelles le fer est transporté de nouveau suivant l'augmentation du pH et où il est précipité sous forme de sidérite dans le milieu avec les valeurs pH plus élevées. Les formations des précipitations de markasite et de pyrite indiquent un développement semblable de leur solution intersticielle. On peut aussi observer dans ce cas une augmentation avec le temps de la basicité des solutions, marquée par la séquence de la précipitation markasite-pyrite. Cette séquence n'est suivie qu'une fois dans des sédiments argileux ayant un système intersticiel fermé; plusieurs précipitations observées dans des sables et graviers indiquent un système ouvert dans lequel les eaux souterraines peuvent intervenir déterminant le Eh-pH des processus des sédimentations plus jeunes.