Contribution to the genesis of the SEDEX-type mineralizations of the Rhenish Massif (Germany) — implications for future Pb-Zn exploration

Zusammenfassung

Der Meggener Zn-Pb-Ba Erzkörper und die stratiformen Pyrit-Baryt- und Buntmetallvorkommen der Gebiete Plettenberg-Affeln, Oberhundem und Günterod (rechtsrheinisches Schiefergebirge) gehören wie die berühmten Vererzungen von Howards Pass (Kanada), McArthur River und Broken Hill (Australien) und Navan (Irland) zur bedeutsamen Gruppe der SEDEX-Mineralisationen. Diese submarin-hydrothermalen Vererzungen sind an epikontinentale klastische Sedimente des Mittelproterozoikums bis Karbons gebunden. Die Hydrothermentätigkeit erfolgte während langanhaltender, moderater Dehnungstektonik, die durch beckenweite Blocktektonik und erhöhten Wärmefluß gekennzeichnet war. Der Entwässerungsstrom der Becken wurde durch tiefreichende synsedimentäre Störungssysteme örtlich fokussiert. Der an diese Bruchstrukturen gebundene Vulkanismus steht nicht in unmittelbarer genetischer Beziehung zur Vererzung. Es kann für das Rheinische Schiefergebirge gezeigt werden, daß alle SEDEX-Mineralisationen sowie zwei Eisenerzdistrikte vom Lahn-DillTypus auf der NNW-SSE-verlaufenden synsedimentären Balve-Oberscheld-Störungszone liegen. Diese wurde im Zuge variszischer und saxonischer Tektonik zu einem Lineament umgeformt, das seinen Ausdruck auch auf Karten der Erdschwere und der Mohokonfiguration hat. Die Untersuchung der Illitkristallinität devonischer Tonschiefer konnte zeigen, daß der permokarbone Wärmefluß — wie zuvor der synsedimentäre Wärmefluß — auf diesem »Menden-Oberscheld-Lineament« erhöht war. Geochemische und paläogeographische Untersuchungen machen wahrscheinlich, daß der Aufstieg der metallhaltigen Hydrothermen im Ober-Givetmm im Bereich der westlichen Beckenrandstörung des Meggener Beckens erfolgte. In einem ca. 1,5 km breiten NNW-SSE-gerichteten synsedimentären Graben, der im Gebiet Plettenberg-Affeln rekonstruiert werden konnte, kam es während des Mittel- bis Ober-Givetiums ebenfalls zur stratiformen Zn-Pb-Ba-Mineralisation. Anhand der Ergebnisse aus dem Rheinischen Schiefergebirge wird der Einsatz paläostruktureller Arbeitsmethoden für künftige Explorationsprogramme diskutiert.

Abstract

The Meggen orebody and the number of subeconomic sediment-hosted mineralizations at Plettenberg-Affeln, Oberhundem, and Günterod (eastern Rhenish Massif) are considered to be typical members of the large SEDEX family, i.e., submarine-hydrothermal Zn-Pb orebodies. Examples such as Howards Pass (Canada), McArthur River and Broken Hill (Australia), and Navan (Ireland) formed between the Middle Proterozoic and Carboniferous as a consequence of slow continental extension, long-term elevated heat flow and basin dewatering, enhanced and focused along deeply penetrating synsedimentary fault zones. Volcanic activity bound to these fractures has no direct genetic relationship to SEDEX mineralization. Based on structural and detailed stratigraphic correlation and facies analysis it can be shown that all SEDEX-type mineralizations of the Rhenish Massif are bound to one and the same synsedimentary fault zone, named here the Balve-Oberscheld fault zone, which was reactivated during Variscan compressional and extensional movements. The trend of this tectonic lineament (termed »Menden-Oberscheld lineament«) can be even recognized on maps depicting crustal gravity patterns and the configuration of the Moho. Illite crystallinity measurements in Devonian shales along profiles crosscutting the lineament evidence increased Variscan to early post-Variscan metamorphism in the fault system, which already had promoted the synsedimentary heat flow. Indications were found that the metalliferous brines escaping into the Meggen basin were bound to a synsedimentary fault situated at the western margin of the Meggen basin. The widespread Zn-Pb-Ba mineralizations and anomalies in the middle to upper Givetian shales in the Plettenberg-Affeln area are likewise bound to horst-and-graben tectonism along the Balve-Oberscheld fault zone. Based on data from economic and scientific research in the Rhenish Massif, the application of paleostructural methods for future basemetal exploration is discussed.

Résumé

L'association minéralogique Zn-Ba-Pb de Meggen ainsi que les gisements de pyrite-barite stratiformes de Plettenberg-Affeln, Oberhundem et Günterod sont interprétés comme appartenant au large groupe des minéralisations de type SEDEX parmi lesquelles figurent les célèbres gisements de Howards Pass (Canada), McArthur River, Broken Hill (Australie) et Navan (Irlande). Les minéralisations hydrothermales sous-marines de type SEDEX sont liées aux sédiments clastiques épicontinentaux datant du Protérozoïque moyen jusqu'au Carbonifère. Leur formation s'est effectuée durant une longue période de tectonique de distension modérée, caractérisée par des systèmes de blocs à l'échelle du bassin rhénan et un flux de chaleur élevé. L'élimination de l'eau interstitielle des sédiments a été favorisée et localement focalisée par des systèmes synsédimentaires de failles profondes. L'activité volcanique accompagnant ces systèmes n'est cependant pas à relier directement à la genèse des minéralisations SEDEX. Dans le cas du Massif Schisteux Rhénan, on peut démontrer que toutes les minéralisations de type SEDEX, ainsi que deux districts à gisement de fer de type Lahn-Dill, s'alignent le long de la zone failleuse synsédimentaire NNW-SSE de Balve-Oberscheld. Celle-ci fut réactivée durant les phases tectoniques varisque et saxonne, donnant naissance à un linéament, visible sur la carte gravimétrique et sur celle de la profondeur du Moho. L'analyse de la cristallinité de l'illite montre que le flux de chaleur permo-carbonifère — ainsi qu'auparavant le flux de chaleur synsédimentaire — était relativement élevé à l'endroit de ce »Menden-Oberscheld lineament«. Les résultats des recherches géochimiques et paléogéographiques suggèrent que l'ascension de l'hydrotherme métallifère s'est effectuée durant le Givetien supérieur dans la zone de la faille située en bordure ouest du bassin de Meggen. D'autre part, dans un fossé d'effondrement long d'environ 1,5 km et d'orientation NNW-SSE, qui a pu être reconstitué dans la région Plettenberg-Affeln, on observe également des minéralisations Zn-Pb-Ba stratiformes datant du Givetien moyen à supérieur. Etant donné que les méthodes conventionnelles de prospection ont échoué dans la recherche de nouveaux gisements de type Meggen-Rammelsberg et comme toutes les minéralisations SEDEX connues au Canada, en Australie et en Europe sont liées à des zones de failles synsédimentaires, on propose, dans le cadre de programmes de recherches ultérieurs, l'application de méthodes de travail basées sur la paléotectonique.

Краткое содержание

Меггенское рудное те ло, содержащее цинк, св инец и барий, и стратиформн ые местонахождения п ирита, барита и полиметалло в в регионе Плеттенбе ргАффельн, Обергундем и Гюнтеро д / правобережные Рейнские сланцевые г оры / относятся, как и з наменитые оруднения Howards Pass, Канада, McArthur River и Broken Hill, Австралия, и Navan, Ирла ндия, к значительной группы минерализаци и SEDEX. Эти подводные гидротермальные ору днения связаны с епиконтинентальным и кластическими седим ентами в возрасте от среднего протероз оя до карбона. Деятель ность гидротермальных растворов имела мест о в течение продолжит ельной умеренной тектоники растяжения, характер изующейся блоковой тектоникой бассейнов и повышенным переносо м тепла. Отток воды из б ассейна фокуссировал локаль ные глубоководные синседиментные системы нарушений. Ву лканизм, связанный с этими структурами р азломов, не стоит в непосредственной генетической связи с оруднением. На примере Рейнских сла нцевых гор показано, ч то все минерализации SEDEX, как и два региона железору дного отложения типа Лан-Ди лль, лежат вдоль зоны нарушений Бальве-Обе ршельд, простирающей ся с NNW на SSE. Тектонические пр оцессы в варисском и саксонском периодах преобразовали эту зо ну в линеамент, нашедший свое выраже ние также на картах, гд е представлены сила тя жести и конфигурации границы Могоровичича. Исслед ования кристаллизац ии иллита глинистых сланцев де вонского возраста ра зрешает сделать выводы, что пе ренос тепла в пермско-крабоновый период в этом «Менден-Обершельд», ском лине аменте оказался повышенным, как и синседиментный перенос тепла до него. Геохимические и палеогеографически е исследования разреш ают предполагать, что поднятие гидротерма льных растворов, соде ржащих металлы, имело место в о времена верхнего жи ветского века в регионе наруше ния на западном крае М еггенского бассейна. В синседиме нтном грабене, имеюще м величину в 1,5 км и прост ирающемся в NNW-SSE направл ении, который реконструир уют в регионе Плеттенберга-Аффель на, могли иметь место во в ремя среднего и верхнего ж ивета также стратифо рмные минерализации цинка, свинца и бария. На осно вании данных, полученных пр и изучении Рейнских с ланцевых гор, обсуждают возмож ность применения палеоструктурных методов для будущих п рограмм разведок на полезные ископаем ые.