Einführung in die Gesteins- und Lagerstättenkunde

Titel: Einführung in die Gesteins- und Lagerstättenkunde
Autor: H.-G. Stosch
Organisation: UNI FREIBURG
Seitenzahl: 312

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Inhalt

1.0 Einleitung
1.1 Literaturhinweise
1.2 Einige Definitionen
1.3 Charakteristika von Gesteinen
1.4 Gesteine und Mineralvergesellschaftungen als thermodynamische Systeme
1.5 Arbeitsmethoden der Petrologie und Lagerstättenkunde
1.5.1 Geländearbeit und Probenahme
1.5.2 Probenaufbereitung
1.5.3 Gesteins- und Mineralanalytik
1.5.4 Experimentelle Methoden der Petrologie und Lagerstättenkunde
1.6 Der geodynamische Rahmen
1.6.1 Die interne Struktur der Erde
1.6.2 Magmatismus und Plattenbewegungen
2.0 Magmatische Gesteine
2.1 Zur Klassifikation von Magmatiten
2.1.1 Klassifikation auf der Basis des Mineralbestandes
2.1.1.1 modaler und normativer Mineralbestand
2.1.1.2 IUGS-Klassifikation für Plutonite
2.1.1.3 QAPF-Klassifikation für Vulkanite
2.1.2 Klassifikation auf der Basis der chemischen Zusammensetzung
2.1.2.1 Klassifikation für Vulkanite
2.1.2.2 Klassifikation für Plutonite
2.1.3 Chemische Zusammensetzung von Gesteinen
2.2 Physikochemische Eigenschaften von Magmen
2.2.1 Struktur von Silikatschmelzen
2.2.2 Viskosität von Silikatschmelzen
2.2.3 Dichte von Silikatschmelzen
2.2.4 Diffusion in Silikatschmelzen
2.2.5 Kinetik des Kristallwachstums
2.3 Phasendiagramme
2.3.1 Vorbemerkungen
2.3.2 Einkomponentensysteme
2.3.3 Zweikomponentensysteme
2.3.4 Dreikomponenten systeme
2.3.5 P-T-Diagramme
2.3.6 Die Bedeutung des Redoxverhältnisses
2.4 Magmatittypen und ihre Entstehung
2.4.1 Gesteine des oberen Erdmantels
2.4.2 Ozeanbodenvulkanismus
2.4.3 Magmatismus an Subduktionszonen
2.4.4 Ozeaninselvulkanismus
2.4.5 Flutbasalte
2.4.6 Lagenintrusionen
2.4.7 Magmatismus kontinentaler Riftzonen
2.4.8 Kimberlite und verwandte Magmatite
2.4.9 Granitoide
3.0 Metamorphe Gesteine
3.1 Konzept der Metamorphose
3.1.1 Definition des Begriffs
3.1.2 Historische Entwicklung
3.1.3 Metamorphosearten
3.1.4 Bestimmende Faktoren der Metamorphose
3.1.4.1 Temperatur
3.1.4.2 Druck
3.1.4.3 Fluide
3.1.4.4 Gesteinszusammensetzung
3.1.5 P,T-Verlauf einer Metamorphose
3.1.6 Klassifikation und Terminologie metamorpher Gesteine
3.1.7 Hinweise auf Gleichgewichte in Metamorphiten
3.1.8 Metamorphe Fazies
3.2 Graphische Darstellung metamorpher Paragenesen
3.3 Metamorphe Reaktionen
3.3.1 einige Grundbegriffe aus der Thermodynamik
3.3.2 (dis)kontinuierliche und Kationenaustauschreaktionen
3.3.3 Geothermometrie und Geobarometrie
3.3.3.1 Petrogenetische Netze
3.3.3.2 kontinuierliche Reaktionen
3.3.3.3 Kationenaustauschreaktionen
3.3.3.4 Solvusthermometer
3.3.3.5 Isotopenthermometer
3.3.3.6 Thermobarometrie durch Berechnung vieler Reaktionsgleichgewichte
3.3.4 Konstruktion von Phasendiagrammen nach der Methode von Schreinemakers
3.4 Beispiele für die Metamorphose von Gesteinstypen
3.4.1 Metamorphose pelitischer Gesteine
3.4.1.1 Pelite bei niedrigsten Metamorphosegraden
3.4.1.2 Mitteldruckmetamorphose von Peliten
3.4.1.3 Niedrigdruckmetamorphose von Peliten
3.4.1.4 Hochdruckmetamorphose von Peliten
3.4.1.5 P-T-Bedingungen der Metamorphose von Peliten
3.4.2 Die Metamorphose mafischer Gesteine
3.4.2.1 Darstellung der Zusammensetzung von Metabasiten
3.4.2.2 Metabasite bei niedrigsten Metamorphosegraden
3.4.2.3 Metabasite bei der Mitteldruckmetamorphose
3.4.2.4 Metabasite bei niedrigen Drücken
3.4.2.5 Hochdruckmetamorphose von basischen Gesteinen
3.4.2.6 P-T-Bedingungen der Metamorphose von Basiten
3.4.2.7 Ozeanbodenmetamorphose
4.0 Lagerstätten
4.1 Allgemeine Bemerkungen
4.2 Vorstellungen zur Bildung von Lagerstätten
4.2.1 Magmatische Kristallisation und Segregation
4.2.2 Hydrothermale Prozesse
4.2.3 Metamorphe Prozesse
4.2.4 Oberflächennahe Prozesse
4.3 Lagerstättentypen
4.3.1 Plattentektonischer Zusammenhang
4.3.2 Lagerstätten in Verbindung mit Magmatiten
4.3.2.1 Lagerstätten an konstruktiven Plattengrenzen
4.3.2.2 Lagerstätten im Zusammenhang mit Inselbögen
4.3.2.3 Mineralisation an aktiven Kontinentalrändern
4.3.2.3.1 Vorbemerkungen
4.3.2.3.2 Porphyrische Cu-und Mo-Lagerstätten
4.3.2.3.3 Sn-W-Lagerstätten
4.3.2.3.4 Skarnlagerstätten
4.3.2.4 Orthomagmatische Lagerstätten
4.3.2.5 Lagerstätten im Zusammenhang mit Alkaligesteinskomplexen
4.3.3 Sedimentäre Lagerstätten
4.3.3.1 Schichtgebundene Pb-Zn-Lagerstätten vom Mississippi-Valley-Typ
4.3.3.2 Sedimentäre Uranvererzungen
4.3.3.3 Sedimentäre Goldlagerstätten
4.3.3.4 Kupferschiefer
4.3.3.5 BIFs und Eisensteine
4.3.3.6 Residuale Ablagerungen
4.3.3.7 Evaporite
4.3.3.8 Phosphoritlagerstätten
4.3.3.9 Mn-Knollen
4.3.3.10 Gashydrate
5.0 Methodische Ergänzungen zu Kapitel 1.5, Seite 9
5.1 Gesteins- und Mineralanalytik
5.1.1 Röntgenfluoreszenzanalyse [RFA]
5.1.2 Atomabsorptionsspektrometrie [AAS]
5.1.3 Flammenphotometrie
5.1.4 ICP-Analytik
5.1.5 Neutronenaktivierungsanalyse [NAA]
5.1.6 Isotopenverdünnungsanalyse [ID]
5.1.7 Mikroanalytische Verfahren
5.1.7.1 Transmissions- oder Durchstrahlelektronenmikroskopie
5.1.7.2 Rasterelektronenmikroskopie
5.1.7.3 Elektronenstrahlmikrosondenanalytik
5.1.7.4 Ionenstrahlmikrosondenanalytik
5.2 Experimentelle Methoden der Petrologie und Lagerstättenkunde
5.2.1 Quench- und Gasmischöfen
5.2.2 Hydrothermalapparaturen, außenbeheizt
5.2.3 Hydrothermalapparaturen, innenbeheizt
5.2.4 Stempel-Zylinder-Pressen
5.2.5 Diamantzellen
5.2.6 Ultrahochdruckpressen
5.2.7 Schockröhre
6.0 Die CIPW-Norm
7.0 Isotopengeochemie
7.1 Radiogene Isotopensysteme – Rb-Sr als Beispiel
7.2 Stabile Isotope – 18O/16O als Beispiel
8.0 Formulierung metamorpher Reaktionen
9.0 Definition einiger Begriffe

Vorschau

EINFÜHRUNG GESTEINSUND

IN DIE

LAGERSTÄTTENKUNDE

Mafischer Gang in mergeligen Sedimenten (Lagen aus Marmor und boudinierten Hornsteinen) Münze als Größenvergleich; südliches Adamello-Gebiet, italienische Alpen

H.-G. STOSCH INSTITUT FÜR MINERALOGIE UND GEOCHEMIE, UNIVERSITÄT KARLSRUHE

letztmals geändert am 20.12.2003

Inhaltsverzeichnis Seite Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Literaturhinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Einige Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Charakteristika von Gesteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Gesteine und Mineralvergesellschaftungen als thermodynamische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . 7 Arbeitsmethoden der Petrologie und Lagerstättenkunde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Geländearbeit und Probenahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Probenaufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Gesteins- und Mineralanalytik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Experimentelle Methoden der Petrologie und Lagerstättenkunde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Der geodynamische Rahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Die interne Struktur der Erde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Magmatismus und Plattenbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Magmatische Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ur Klassifikation von Magmatiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Klassifikation auf der Basis des Mineralbestandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 modaler und normativer Mineralbestand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 IUGS-Klassifikation für Plutonite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 QAPF-Klassifikation für Vulkanite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Klassifikation auf der Basis der chemischen usammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Klassifikation für Vulkanite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Klassifikation für Plutonite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Chemische usammensetzung von Gesteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Physikochemische Eigenschaften von Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Struktur von Silikatschmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Viskosität von Silikatschmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Dichte von Silikatschmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Diffusion in Silikatschmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Kinetik des Kristallwachstums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Phasendiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Einkomponentensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 weikomponentensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Dreikomponentensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 P–T-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Die Bedeutung des Redoxverhältnisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Magmatittypen und ihre Entstehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Gesteine des oberen Erdmantels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Ozeanbodenvulkanismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Magmatismus an Subduktionszonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Ozeaninselvulkanismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Flutbasalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Lagenintrusionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Magmatismus kontinentaler Riftzonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Kimberlite und verwandte Magmatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Granitoide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

I

Inhaltsverzeichnis

Seite Metamorphe Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Konzept der Metamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Definition des Begriffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Historische Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Metamorphosearten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Bestimmende Faktoren der Metamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Gesteinszusammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 P,T-Verlauf einer Metamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Klassifikation und Terminologie metamorpher Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Hinweise auf Gleichgewichte in Metamorphiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Metamorphe Fazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Graphische Darstellung metamorpher Paragenesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Metamorphe Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 einige Grundbegriffe aus der Thermodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 (dis)kontinuierliche und Kationenaustauschreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Geothermometrie und Geobarometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Petrogenetische Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 kontinuierliche Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Kationenaustauschreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Solvusthermometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Isotopenthermometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Thermobarometrie durch Berechnung vieler Reaktionsgleichgewichte . . . . . . . . . . 178 Konstruktion von Phasendiagrammen nach der Methode von Schreinemakers . . . . . . . 178 Beispiele für die Metamorphose von Gesteinstypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Metamorphose pelitischer Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Pelite bei niedrigsten Metamorphosegraden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Mitteldruckmetamorphose von Peliten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Niedrigdruckmetamorphose von Peliten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Hochdruckmetamorphose von Peliten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 P–T-Bedingungen der Metamorphose von Peliten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Die Metamorphose mafischer Gesteine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Darstellung der usammensetzung von Metabasiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Metabasite bei niedrigsten Metamorphosegraden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Metabasite bei der Mitteldruckmetamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Metabasite bei niedrigen Drücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Hochdruckmetamorphose von basischen Gesteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 P–T-Bedingungen der Metamorphose von Basiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Ozeanbodenmetamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Allgemeine Bemerkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Vorstellungen zur Bildung von Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Magmatische Kristallisation und Segregation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Hydrothermale Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Metamorphe Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Oberflächennahe Prozesse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217