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Geochemie von Schwarzschiefern und assoziierten Metavulkaniten im Bereich der Pyritlagerstätte Schwarzenbach bei Dienten (Salzburger Grauwackenzone, Österreich)

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Zusammenfassung

Die stratiforme Pyritlagerstätte Schwarzenbach befindet sich innerhalb der paläozoischen, vulkanosedimentären Abfolge der Wildschönauer Schiefer. In diesem Teil der Salzburger Grauwackenzone sind den Wilschönauer Schiefern, die aus Peliten (Phyllite, Tonschiefer) mit Übergängen zu Psammiten und Psephiten bestehen, basische Vulkanite (doleritische Sills und Tuffe) sowie Karbonate und Schwarzschiefer eingeschaltet. Die gesamte Afolge wurde mehrfach schwachgradig-metamorph überprägt.

Die linsenförmigen Erzkörper sind s-konkordant und setzen sich aus massivem Pyriterz mit geringen Anteilen an Kupferkies und wenig Arsenkies, Zinkblende, Bleiglanz und Magnetkies zusammen. Für eine mehrphasige Metall- bzw. Erzzufuhr größeren Ausmaßes gibt es keine texturellen Hinweise.

Das Nebengestein bilden metallreiche Schwarzschiefer mit erhöhten Gehalten an organischem Kohlenstoff (TOC) und Phosphor; von den untersuchten Metallen sind V, Cr, Ni, Cu, Pb und As überdurchschnittlich angereichert, während die Konzentrationen von U und auch Zn auffällig niedrig liegen. Den Schwarzschiefern zwischengeschaltete Lagen von FeMn-Karbonaten können auf das Oszillieren der Grenze zwischen anoxisch-sulfidischem und post-oxischem Milieu im sedimentären Ablagerungsraum zurückgeführt werden. Die Verteilung »stabiler« Spurenelemente in den untersuchten basischen Metavulkaniten vereint Merkmale von rezentem Intraplatten- (WPB) und MOR-Vulkanismus. Dies ist kompatibel mit der Annahme einer geotektonischen Situation im Westteil der Grauwackenzone, die durch Dehnungstektonik und Ausdünnung kontinentaler Kruste (Rifting) gekennzeichnet war.

Die Metallanreicherungen werden im wesentlichen einem einzigen, syngenetischen Vererzungsakt zugeschrieben, bei dem submarine hydrothermale Lösungszufuhr als Metallquelle von Bedeutung war. Es wird angenommen, daß durch doleritische Sill-Intrusionen in wenig verfestigte Sedimente Wärmeanomalien enstanden und lokale konvektive Hydrothermalsysteme induzierten. Erwärmtes, konvektierendes Meerwasser reicherte sich infolge von Wechselwirkungen mit den Sedimenten und Vulkaniten an Metallen an. Die physikochemischen Verhältnisse der Schwarzschieferfazies kontrollierten dann die Fällung der Metallsulfide, entweder am Meeresboden nach Exhalation der Lösungen oder während des Aufstiegs als »sub-seafloor«-Bildung.

Abstract

The stratabound pyrite deposit Schwarzenbach forms part of the Paleozoic volcanic-sedimentary »Wildschönauer Schiefer« (WS) series which has undergone polyphase low-grade metamorphism. The WS series in this part of »Salzburger Grauwackenzone« comprises fine-grained clastic metasediments with intercalations of basic metavolcanics (doleritic sills and tuffs), calcareous rocks, and black shales.

Massive pyrite with subordinate chalcopyrite and minor amounts of arsenopyrite, sphalerite, galena, and pyrrhotite form concordant lense-shaped ore bodies which are hosted by metal-rich black shales. The latter are further characterized by elevated total organic carbon (TOC) and phosphorus contents and enrichments of V, Cr, Ni, Cu, Pb, and As. Concentrations of the elements U and Zn are considerably low. Interbedded iron-manganese-carbonates reflect oscillation of the border between the anoxic-sulfidic and post-oxic zone within the depositional environment.

Stable trace element geochemistry of intercalated basic metavolcanics show affiliations to modern within-plate and MOR volcamsm. This suggests a tectonic setting of Western Grauwackenzone which can be characterized by extensional tectonism and attenuation of continental crust (rifting).

The metal enrichments are related to a single metallogenic event. Submarine hydrothermal solutions played an important role as a metal source during syngenetic ore genesis. Thermal anomalies induced by soft sediment intrusion of doleritic sills caused the initiation of submarine hydrothermal convective systems. Convecting sea water enriched in base metals due to leaching of sediments and volcanics. Subsequent precipitation of sulfides from the ascending sea water was mainly controlled by the physicochemical conditions of the anoxic black shale environment. This took place on the seafloor after exhalation of metal rich solutions and/or within the black shales during ascent of ore solutions as »sub-sea floor precipitate«.

Résumé

Le gisement de pyrite stratiforme de Schwarzenbach se trouve dans la série volcanosédimentaire paléozoïque des schistes de Wildschönauer. Cette formation, qui consiste en pélites passant à des psammites et à des pséphites, renferme dans cette partie de la «Salzburger Grauwackenzone» des volcanites basiques (sills et tufs doléritiques) et des carbonates. L'ensemble a subi à plusieurs reprises l'effet d'un métamorphisme de degré faible.

Les corps minéralisés sont lenticulaires et concordants; ils sont constitués de pyrite massive, avec chalcopyrite subordonnée et de faibles quantités d'arsénopyrite, de blende, de galène et de pyrrhotine. Il n'existe aucun indice structural d'un apport important de métal ou de minerai.

Les roches encaissantes sont des schistes noirs riches en métal, à contenu élevé en carbone organique et en phosphore; les teneurs en V, Cr, Ni, Cu, Pb et As y sont élevées; tandis que les teneurs en U et Zn sont faibles. Des carbonates de Fe-Mn interstratifiés témoignent, lors de la sédimentation, d'une oscillation autour de la limite des milieux sulfureuxanoxique et post-oxique.

Les éléments en traces des métavolcanites montrent une parenté avec le volcanisme moderne intra-plaque et MOR. Cette observation est compatible avec l'hypothèse d'une situation de tectonique extensive et d'amincissement de la croûte continentale pour la partie ouest de la Grauwackenzone.

Les enrichissements en métaux sont rapportés à un événement métallogénique syngénétique unique, dans lequel des solutions hydrothermales sous-marines ont joué un rôle important comme source de métal. On admet que l'intrusion de sills doléritiques dans les sédiments peu consolidés a provoqué des anomalies thermiques responsables des phénomènes convectifs du système hydrothermal. Au cours de cette convection, l'eau de mer échauffée a pu s'enrichirr en métal par lessivage des sédiments et des volcanites. La précipitation des sulfures à partir de l'eau de mer ascendante a ensuite été déterminée par les conditions physico-chimiques du milieu anoxique des schistes noirs, soit sur le fond de la mer, soit sous celui-ci.

Краткое содержание

Стратиформное место рождение пирита у Шва рценбаха находят в палеозойск ой вулканическо-осад очных сланцев Вильдшенауе ра. В этой части зальцб урских граувакков в названн ые сланцы, состоящие и з пелитов (филиты, глинистый сла нец) с переходами к пса ммитам и псефитам, включаютс я базические вулкани ты полеритные силлы и туффы -, карбона ты и черный сланец. Вся свита подв ергалась многократн ому метаморфизму слабой степени.

Линзообразные рудны е тела являются s-согла сными и состоят из массивны х пиритовых руд с небо льшими включениями медного колчадана и незначит ельными количествами арсено пирита, цинковой обма нки, свинцового блеска и м агнитного колчадана. Текстура не говорит в пользу мн огофазового приноса металлов, или руд в больших коли чествах.

Вмещающей породой яв ляется богатый метал лами черный сланец с повыш ением содержанием ор ганического С и фосфора. Здесь отме чается сильное обога щение следующими элемента ми: V, Cr, Ni, Си, Pb и As, зато концентрациш U и Zn поразительно низка.

Прослои карбонатов Fe и Мn в черном сланце можн о рассматривать, как ко лебание границы бескислородно-сульф идных условий и позднейших окислительных процессов, сменяющих ся в данном бассейне. Распределение микроэлементов в исс ледованных базическ их метавулканитах проя вляет черты, характер ные для рецентного межплито чного (WPB) и (MOR) — вулканизм а. Это разрешает предпо ложить, что геотектон ическая ситуация в западной ч асти зоны граувакков характеризовалась тектоникой растяжен ия и утонынения материковой коры — ри фтинг.

Накопление выше назв анных элементов связ ывают в основном только с од ним единственным сингенетическим событием рудообразо вания, при котором важным источником ме таллов оказывались п одводные гидротермальные экс галяции. Считают, что в результате внедрения долеритно го силла в мало укрепл енные седименты появились тепловые аномалии и местные конвекции ги дротермальных раств оров. Подогретые конвектирующие морс кие воды обогащались в результате взаимод ействия с седиментам и и вулканитами этими эл ементами. Физико-хими ческие процессы в фации черн ого сланца регулиров али выпадение сульфидов этих элеме нтов, или после эксгал яции растворов на дне моря, или же во время поднят ия, образуя «sub-seafloor».

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Author notes

  1. G. Hirschmann, C. -D. Garbe & M. Tarkian

    Present address: Mineralogisches Institut der Universität Hamburg, Grindelallee 48, D-2000, Hamburg 13

Authors and Affiliations

    Authors
    1. G. Hirschmann
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    2. C. -D. Garbe
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    3. M. Tarkian
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