Sedimentäre Exhalationsablagerungen

Sedimentäre Exhalationslagerstätten ( SEDEX- oder SedEx-Lagerstätten ) sind Zink - Blei- Lagerstätten, deren Entstehung ursprünglich auf den Austritt metallhaltiger Beckenfluide auf den Meeresboden zurückgeführt wurde. Dies führte zur Ausfällung von hauptsächlich schichtförmigem Erz, oft mit dünnen Lagen von Sulfidmineralen. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} SEDEX-Lagerstätten befinden sich vorwiegend in klastischen Gesteinen, die in intrakontinentalen Gräben oder gescheiterten Grabenbecken und passiven Kontinentalrändern abgelagert wurden. Da diese Erzlagerstätten häufig massive Sulfidlinsen bilden , werden sie auch als sedimentäre Massivsulfidlagerstätten bezeichnet ^{[ 1 ] [ 4 ]} , im Gegensatz zu vulkanisch bedingten Massivsulfidlagerstätten (VHMS) . Das sedimentäre Erscheinungsbild der dünnen Lagen führte zu frühen Interpretationen, dass die Lagerstätten ausschließlich oder hauptsächlich durch Exhalationsprozesse auf dem Meeresboden entstanden sind, daher der Begriff SEDEX. Neuere Untersuchungen zahlreicher Lagerstätten deuten jedoch darauf hin, dass die Verdrängung in oberflächennahen Bereichen ebenfalls ein wichtiger Prozess ist, in einigen Lagerstätten sogar der vorherrschende, wobei es nur lokal oder gar nicht zu Austritten auf den Meeresboden kommt. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Aus diesem Grund bevorzugen einige Autoren die Bezeichnung klastisch dominierte Zink-Blei-Lagerstätten . ^{[ 8 ]} Der Begriff SEDEX ist daher in seiner heutigen Verwendung nicht so zu verstehen, als ob hydrothermale Fluide tatsächlich in die darüber liegende Wassersäule ausgetreten wären, obwohl dies in einigen Fällen vorgekommen sein mag. ^{[ 7 ] [ 9 ]}

Die wichtigsten Erzminerale in SEDEX-Lagerstätten sind feinkörniger Sphalerit und Galenit ; Chalkopyrit ist in einigen Lagerstätten von Bedeutung; silberhaltige Sulfosalze sind häufige Nebenbestandteile; Pyrit ist stets vorhanden und kann, wie in massiven Sulfidkörpern, eine untergeordnete Komponente oder das dominierende Sulfid sein; der Barytgehalt ist häufig bis nicht vorhanden und lokal wirtschaftlich. ^{[ 7 ] [ 9 ]}

SEDEX-Lagerstätten sind unter anderem Red Dog , McArthur River , Mount Isa , Rammelsberg und Sullivan . Sie sind die wichtigste Quelle für Blei und Zink und tragen maßgeblich zu den Silber- und Kupfervorkommen bei . ^{[ 3 ] [ 9 ]}

Die Metalle und mineralisierenden Lösungen der SEDEX-Lagerstätten stammen aus tiefen, in der Formation vorkommenden Salzwässern und Solen , die Metalle aus klastischen Sedimentgesteinen und dem darunterliegenden Grundgebirge auslaugen. Die Fluide beziehen ihren Salzgehalt aus der Verdunstung von Meerwasser und könnten sich mit Niederschlagswasser und aus den Sedimenten austretendem Porenwasser vermischt haben. ^{[ 8 ] [ 7 ]} Metalle wie Blei, Kupfer und Zink kommen in klastischen und magmatischen Gesteinen in Spuren vor.

Salzwasser kann in tieferen Beckenbereichen Temperaturen von über 200 ° C erreichen. Die Zusammensetzung hydrothermaler Fluide wird auf einen Salzgehalt von bis zu 23 % NaCl-Äquivalent geschätzt. ^{[ 8 ]} Heißes, mäßig saures Salzwasser kann erhebliche Mengen an Blei, Zink, Silber und anderen Metallen transportieren. ^{[ 8 ] [ 7 ]}

Die mineralisierenden Fluide werden entlang durchlässiger Zufuhrkanäle, insbesondere beckenbegrenzender Verwerfungen, nach oben transportiert. Zufuhrkanäle, die den hydrothermalen Fluss beherbergen, können durch die Bildung hydrothermaler Brekzien , Quarz- und Karbonatadern sowie durchdringender Ankerit - Siderit - Chlorit - Serizit - Alteration Spuren dieses Flusses aufweisen. Die Zufuhrkanäle selbst müssen nicht mineralisiert sein ^{[ 8 ] [ 7 ]} .

Nahe des Meeresbodens, darunter oder darauf, kühlen die aufsteigenden metallhaltigen Flüssigkeiten schließlich ab und können sich mit kaltem, leicht alkalischem, weniger salzhaltigem Meerwasser vermischen, was zur Ausfällung von Metallsulfiden führt. Findet die Vermischung unter dem Meeresboden statt, kommt es zu einem großflächigen Austausch. Erfolgt die Ausfällung auf dem Meeresboden, können sich schichtförmige Ablagerungen chemischer Ausfällungen bilden. In einem idealen Exhalationsmodell fließen heiße, dichte Solen in tiefer gelegene Bereiche der Meeresoberfläche , wo sie sich mit kühlerem, weniger dichtem Meerwasser vermischen. Dadurch fallen die in der Sole gelösten Metalle und Schwefel als festes Metallsulfiderz aus und lagern sich als Sulfidsedimente ab. ^{[ 1 ]}

Die letztendliche Quelle für reduzierten Schwefel ist Meerwassersulfat. Die Sulfatreduktion (durch thermochemische Sulfatreduktion , bakterielle Sulfatreduktion oder beides) zur Bildung von Sulfiden kann am Mineralisierungsort erfolgen, oder alternativ können metallhaltige, aber schwefelarme Fluide sich in der Nähe des Mineralisierungsortes mit schwefelwasserstoffreichen Fluiden vermischen und so die Sulfidfällung auslösen. ^{[ 7 ]}

Bei der Vermischung der Erzflüssigkeiten mit dem über den Meeresboden verteilten Meerwasser lagern sich die Erzbestandteile und Gangartminerale auf dem Meeresboden ab und bilden einen Erzkörper und einen Mineralisierungshof, die mit der darunter liegenden Stratigraphie übereinstimmen und im Allgemeinen feinkörnig und fein laminiert sind und als chemisch aus Lösung abgelagert erkannt werden können.

Auch Verdrängungsprozesse entlang durchlässiger Schichten können schichtförmige Morphologien erzeugen. Ein Beispiel hierfür sind Arkoseschichten in der Nähe von Verwerfungen, die schwere Salzlösungen in das poröse, durchlässige Sediment einleiten und die Matrix mit Sulfiden füllen. Mineralisierungen entstehen auch in Verwerfungen und Zufuhrkanälen, die das mineralisierende System speisten. So entstand beispielsweise die Sullivan-Erzlagerstätte im Südosten von British Columbia innerhalb eines interformationellen Diatrems , das durch Überdruck einer tiefer liegenden Sedimenteinheit und den Ausbruch der Fluide durch eine weitere Einheit auf ihrem Weg zum Meeresboden verursacht wurde.

Innerhalb gestörter und tektonisch veränderter Gesteinsfolgen verhält sich die SEDEX-Mineralisierung ähnlich wie andere massive Sulfidlagerstätten: Sie bildet eine Schicht mit geringer Kompetenz und niedriger Scherfestigkeit innerhalb starrerer silikatischer Sedimentgesteine. ^{[ 1 ]} So sind unter den weltweit vorkommenden Beispielen Boudinage- Strukturen, Sulfidgänge , Adersulfide sowie hydrothermal remobilisierte und angereicherte Bereiche oder Randbereiche von SEDEX-Lagerstätten bekannt.

Nach der Entdeckung hydrothermaler Quellen wurden in einigen SEDEX-Lagerstätten Ablagerungen gefunden, die denen ozeanischer Quellen ähneln, sowie fossilisierte Lebensformen, die an diesen Quellen vorkommen. ^{[ 10 ]}

SEDEX-Lagerstätten gehören zur großen Gruppe der nicht-magmatischen hydrothermalen Erzlagerstätten, die durch Beckensole entstanden sind. ^{[ 11 ]}

Diese Klasse umfasst auch:

• Zink-Blei-Lagerstätten vom Mississippi-Tal-Typ (MVT) . ^{[ 8 ]}
• Sedimentgebundene schichtförmige Cu-Co-(Ag)-Lagerstätten, wie sie typischerweise im Kupfergürtel von Sambia und der Demokratischen Republik Kongo vorkommen . ^{[ 12 ]} Die Supergigantenlagerstätten des Kupfergürtels werden von einigen Autoren als syndiagenetische Kupfermineralisierung betrachtet, die an Arkose- Schiefer- Grenzflächen innerhalb sedimentärer Sequenzen entstanden ist, während andere Autoren davon ausgehen, dass diese Lagerstätten viele Millionen Jahre nach der Sedimentation während der lufilischen kambrischen Orogenese (~540–490 Ma) entstanden sind. ^{[ 12 ]}

Wie bereits erwähnt, besteht eines der Hauptprobleme bei der Klassifizierung von SEDEX-Lagerstätten darin, festzustellen, ob das Erz tatsächlich ins Meer gelangte und ob es sich bei der Quelle um Formationssole aus Sedimentbecken handelte. In vielen Fällen führen Überprägungen durch Metamorphose und Verwerfungen, in der Regel Überschiebungen , zu Verformungen und Störungen der Sedimente und verdecken die ursprünglichen Gefüge.

Die Sullivan-Mine in British Columbia war 105 Jahre lang in Betrieb und förderte 16 Millionen Tonnen Blei und Zink sowie 9.000 Tonnen Silber. Sie war Kanadas am längsten ununterbrochen betriebene Mine und produzierte Metalle im Wert von über 20 Milliarden Dollar (basierend auf den Metallpreisen von 2005). Der Gehalt lag bei über 5 % Blei und 6 % Zink.

Die Erzgenese des Sullivan-Erzkörpers lässt sich wie folgt zusammenfassen:

• Die Sedimente wurden während der Dehnung in einem Dehnungsbecken zweiter Ordnung abgelagert .
• Zuvor hatten tief begrabene Sedimente Flüssigkeiten in ein tiefes Reservoir aus sandigen Schluffsteinen und Sandsteinen abgegeben .
• Das Eindringen von Doleritgängen in das Sedimentbecken erhöhte den geothermischen Gradienten lokal.
• Die erhöhten Temperaturen führten zu einer Überdruckbildung im unteren Sedimentreservoir, wodurch die darüber liegenden Sedimente durchbrochen wurden und ein Brekziendiatrem entstand .
• Mineralisierende Fluide strömten durch die konkave Zufuhrzone des Brekziendiatrems nach oben und traten auf den Meeresboden aus. Unterhalb des Meeresbodens wurden die Aldridge-Sedimente durch einen Turmalin-„Pfeifen“-artigen Bereich (650 m × 1300 m × 400 m mächtig) ersetzt, der durch ein gut entwickeltes Netzwerk von Pyrrhotin-armen Quarz-Karbonat-Gängen und -Äderchen gekennzeichnet ist und die Zufuhrzone der Lagerstätte markiert. ^{[ 13 ]}
• Erzfluide traten auf den Meeresboden aus und sammelten sich im Ablagerungszentrum eines Teilbeckens zweiter Ordnung. Dort bildete sich eine 3 bis 8 m mächtige, schichtförmige Massivsulfidschicht mit exhalativem Chert , Mangan und vermutlich kaliumhaltigen hydrothermalen Tonen. Der zentrale Bereich der exhalativen Massivsulfide oberhalb der Zufuhrzone wurde zunehmend durch eine massive Pyrrhotin-Chlorit-Alteration ersetzt. Der anhaltende Fluidfluss und die Ausfällung in der Zufuhrzone führten schließlich zu deren Abdichtung und zur Umleitung des Fluidflusses in die ringförmige, umgebende Übergangszone (TZ). Diese ist durch Serizit-Muskovit-Alteration und erhöhte Gehalte an Arsen, Antimon und Silber gekennzeichnet. Die spätere Pyrit-Umwandlung des Erzkörpers war mit einer Albit-Chlorit-Alteration sowohl im darunterliegenden Turmalinit-Schlot als auch in der Erzzone sowie mit der Bildung eines Albititkörpers in den darüberliegenden Sedimenten verbunden. Diese spätere, bei niedrigeren Temperaturen stattfindende hydrothermale Alteration stand im Zusammenhang mit dem anhaltenden Eindringen von darunterliegenden Moyie-Gabbro-Sills, die wahrscheinlich die Wärmequellen für die hydrothermale Zirkulation darstellten. ^{[ 13 ]}