Co-Ni-As sulphides in serpentinites of different metamorphic grade in the eastern Central Alps (Switzerland and Italy)

Summary Co-Ni-As sulfides are described from serpentinites of the Penninikum in the eastern Central Alps. They include: (1) non-stoichiometric gersdorffite in ophiolitic serpentinites which were subjected to lower greenschist facies metamorphism, from the Oberengadin, Switzerland, and (2) stoichiometric, almost pure, cobaltite in an ultramafic complex, equilibrated at greenschist facies metamorphic conditions and characterized by the silicate association of antigorite + olivine + diopside, from Val Malenco, Italy. A comparison with data for similar sulphides from the Outokumpu area, Finland, suggests that the non-stoichiometric cobaltite-gersdorffite series tends to equilibrate as solid solutions towards a cobalt-enrichment during metamorphism and that stoichiometric cobaltite is the stable end-phase.

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Co-Ni-As-Sulphide in Serpentiniten verschiedenen Metamorphosegrades aus den östlichen Zentralalpen (Schweiz und Italien)

Zusammenfassung Co-Ni-As-Sulphide in Serpentiniten des Penninikums der östlichen Zentralalpen wurden untersucht: (1) nicht-stöchiometrische Gersdorffite in ophiolithischen Serpentiniten der unteren Grünschieferfazies im Oberengadin, Schweiz, und (2) stöchiometrische, reine Kobaltite in einem Ultramafit-Komplex mit einer Gleichgewichts-Silikat Paragenese der Grünschieferfazies, Antigorite + Olivine + Diopsid, im Val Malenco, Italien. Ein Vergleich mit Daten ähnlicher Sulphide des Outokumpu Gebietes in Finnland legt nahe, daß nicht-stöchiometrische Kobaltit-Gersdorffit-Mischkristalle während der Metamorphose equilibrieren, wobei Kobalt anreichert wird, und stöchiometrischer Kobaltit die stabile Endphase des Equilibrierungsprozesses ist.

     

Gold and platinum group elements in cobaltarsenide ores: Hydrothermal concentration from a serpentinite source-rock (Bou Azzer,Morocco)

Summary The cobalt-arsenide ores of Bou Azzer are located along the borders of serpentinite massifs (Upper Proterozoic ophiolite complex) in carbonate-quartz lenses resulting from hydrothermal carbonate alteration of serpentinite. The cobalt ores contain an average gold content of 5–20 ppm; gold is mainly located in skutterudite (120 ppm av.), whereas the Fe-arsenide (loellingite) contains < 1 ppm Au. Similarly the highest PGE contents are found in skutterudite (up to 2 ppm total PGE). All the arsenide ores of Bou Azzer exhibit the same chondrite normalized PGE pattern displaying positive Rh and negative Pt anomalies, and a slight positive slope (Pd/Ir = 1 to 2). This uncommon PGE pattern closely resembles to that of sulphides of komatiites.In serpentinite, the PGE patterns are typical of slightly depleted mantle rocks, and the associated podiform chromitites are within the range of ophiolitic chromitites, except for Pd and Au enrichment.Horizons of sulphide-bearing serpentinites show relatively high contents of noble metals and display PGE patterns which closely resemble those of the Co-arsenide ores, although an order of magnitude lower. These sulphides probably correspond to the remobilization during serpentinization of primary magmatic sulphides. The sulphiderich horizons are a possible source-rock for the noble metals of the Bou Azzer cobaltarsenide ores.

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Gold und Platingruppen-Elemente in Kobalt-Arsenid Erzen: Hydrothermale Anreicherung aus einem Serpentinit (Bou Azzer, Marokko)

Zusammenfassung Die Kobalt-Arsenid Erze von Bou Azzer kommen entlang den Grenzen eines Serpentinit-Massifs (Oberproterozoischer Ophiolit-Komplex) in Karbonat-Quarz-Linsen vor, die auf hydrothermale Umwandlung des Serpentinits zurückgehen.Die Kobalt-Erze enthalten 5–20 ppm Gold; dieses kommt hauptsächlich in Skutterudit (120 ppm) vor, während die Fe-Arsenide (Loellingit) weniger als 1 ppm Gold enthalten. Die höchsten PGE Gehalte kommen ebenso in Skutterudit vor (bis zu 2 ppm PGE). Alle Arsenid-Erze zeigen das gleiche Verteilungsbild mit positiven Rh und negativen Pt Anomalien, und eine leicht positive Neigung (Pd/Ir = 1 bis 2). Diese ungewöhnlichen PGE Verteilungsbilder erinnern an die von Sulfiden aus Komatiiten.Die PGE Verteilung in Serpentiniten ist typisch für leicht verarmte Mantelgesteine, und die assoziierten podiformen Chromitite liegen innerhalb des Bereiches für ophiolitische Chromitite, mit Ausnahme der Anreicherung in Pd und Au.Lagen von Sulfid-führenden Serpentiniten zeigen relativ hohe Gehalte an Edelmetallen, und PGE-Verteilungsmuster die denen von Co-Arseniderzen sehr ähnlich sind, obwohl sie um eine Größenordnung niedriger liegen. Diese Sulfide dürften Produkte der Remobilisierung primärer magmatischer Sulfide während der Serpentinisierung sein. Die Sulfid-reichen Lagen sind als ein mögliches Ursprungsgestein für die Edelmetalle der Kobalt-Arsenid-Erze von Bou Azzer zu sehen.

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With 8 Figures     

Physical properties and the chemical composition of sphalerites from Yugoslavia

Chemical and spectral analyses are given for 16 sphalerites from Yugoslavia. Since they were formed under various conditions the content of Fe and other metals (Mn and Cd especially) varies widely. The relation between the dimensions of elementary cell and the molar percent of FeS in the sphalerites of Yugoslavia shows only slight differences from Vegard's rule. The indices of refraction and reflectivity as well as dispersion for the wavelengths 440, 460, 480, 500, 540, 580, 620, and 660 nm were measured. For the wavelengths mentioned, diagrams are given showing the relation between reflectivity and microhardness of sphalerite and its chemical composition.

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Zusammenfassung Für 16 jugoslawische Zinkblenden wurde die chemische Zusammensetzung und spektralanalytisch der Gehalt an Spurenelementen ermittelt. Da die Zinkblenden unter sehr verschiedenen Bedingungen entstanden, schwankt ihr Gehalt an Fe und anderen Metallen, besonders Mn und Cd stark. Die Verhältnisse zwischen der Größe der Elementarzelle und den Molprozenten von FeS zeigen nur geringe Abweichungen von der Vegard-Regel. Für die Wellenlängen 440, 460, 480, 500, 540, 580, 620 und 660 nm wurden Refraktionsindices, Absorptionskoeffizient und Reflexionsvermögen ermittelt. Die Beziehungen zwischen Reflexionsvermögen, Mikrohärte und chemischer Zusammensetzung werden in Diagrammen dargestellt.

     

Zur Frage der Entstehung der Kieselgallenschiefer

Zusammenfassung Aus zwei Aufschlüssen wurden Proben von Galle und Schiefer hauptsächlich röntgenographisch, mikroskopisch und chemisch untersucht. Es zeigte sich, daß in Galle und Schiefer die gleichen Minerale vorkommen, nämlich Quarz, Plagioklas, Kalifeldspat, Muskowit, Chlorit, Kaolinit und Goethit. Nur in einigen Gallen tritt auch Pyrit auf. Die Unterschiede zwischen Galle und Schiefer liegen hauptsächlich im höheren Kieselsäuregehalt der Gallen und in ihrem höheren P- und Fe- Gehalt. Diese Befunde sowie schlechte Ausbildungsformen und ein schlechter Kristallisationsgrad der Quarze machen es sehr wahrscheinlich, daß die Gallen mit einem gehäuften Auftreten von Kieselfossilien, wie etwa Schwämmen, zu erklären sind. Im Verlauf der Diagenese hat eine zusätzliche Konkretionsbildung eingesetzt. Im Schiefer wird Neubildung von Muskowit und Kaolinit auf Kosten von Plagioklas beobachtet. Außerdem wird im Schiefer eine stärkere Zunahme des K-Gehaltes von Muskowit als in der Galle festgestellt.

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The question of the origin of the siliceous nodules in shales

The pyrite content and a high P-content of the siliceous nodules in comparison to those of the shale point to an organic origin of the former. On the basis of the anhedral habit and a low grade of crystallisation of the quartz crystals, the occurence of siliceous nodules can probably be explained as an accumulation of siliceous fossils such as the sponges. It is likely that there was an additional formation of concretions during the diagenesis. Muscovite and kaolinite in the shale have been formed in situ on the cost of plagioclase. Besides, the K-content of the muscovite/illite in the shale shows a considerable increase in comparison to that of the nodules.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. C. W. Correns, danke ich für die Überlassung des Themas und für zahlreiche, sehr fördernde Diskussionen. Herrn Dr. W. Flehmig danke ich für seine Hilfe bei den infrarotspektroskopischen Aufnahmen. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft bin ich für finanzielle Unterstützung sehr zu Dank verpflichtet.     

Chemistry and mineralogy of podiform chromitite deposits,southern NSW,Australia: a guide to their origin and evolution

Summary Many small podiform chromitite deposits occur within two alpine-type serpentinite belts (of uncertain age) in southern NSW. Most of these deposits are enclosed in massive serpentinised chromite-rich dunite which cross-cuts primary layering within the main harzburgite body. In the western belt, the chromitites are all Cr-rich, whereas in the eastern belt there is a spectrum from Cr-rich to highly Al-rich chromitites, all of which have a fairly Complex geographic distribution. All of the chromitites are ophiolitic in character and the chemistry of both the chromitites and discrete chromite grains is reasonably Constant within a deposit, but varies widely between deposits. The REE concentrations are very low and lack any systematic geographic distribution. Most of the hromitites have an opholitic PGE signature, although some exceptions do occur and this is ascribed to localised remobilisation during serpentinisation. PIXE proton probe results show that the chromite grains are enriched, relative to the. serpentine fracture-fill, in Mn, Ni, Zn and Ga and depleted in As and Cu. Inclusions Completely enclosed within the chromite grains include Al-rich chromite, PGE-bearing nickel sulphides, palladian gold, forsteritic olivine, pargasitic amphiboles and a member of the gedrite/anthophyllite group. PGE-bearing fracture-fill phases include millerite, heazlewoodite, polydymite, chalcopyrite, trevorite, native gold, ruthenium, palladium and Ni₃Pt(?). Other fracture-fill phases include awaruite, magnetite, pentlandite, lizardite 6T, chrysotile 2M, antigorite, talc, clinochlore IIb, uvarovite garnet, diopside and ferritchromit. The chromitites were derived from a different magma than the peridotite and the present distribution of low Al, intermediate Al and high Al Chromitites reflects the spatial distribution of a progressively fractionating parental magma rather than different magmatic sources. Both the trace element and REE Chemistries of the chromitites yield little insight into the genesis of the chromitite pods and their distribution Could reflect either an inhomogeneous distribution in the parental magma or localised remobilisation during serpentinisation. During serpentinisation, PGE within the chromities and hostrock dunites and harzburgites were released, and precipitated within the crack seal breccia environment of the chromitites. Provided that the inclusions enclosed within the chromite grains formed in the presence of the same fluid as the chromite, this magmatic chromite and olivine forming liquid must have had a minor concentrated volatile-rich component. Subsequent serpentinisation of the chromitites was responsbile for the localised remobilisation of metals, PGE, S and the REE.

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Chemismus und Mineralogie von podiformen Chromitlagerstätten, Süd-NSW, Australien: Ein Schlüssel zu ihrer Entstehung und Entwicklung

Zusammenfassung Zahlreiche kleinere podiforme Chromitlagerstätten treten in zwei alpinotypen Serpinitingürteln unsicherer Altersstellung im südlichen NSW auf. Die meisten dieser Lagerstätten sind an serpentinisierte chromitreiche Dunite, die den primären Lagenbau der Harzburgitkörper durchsetzen, gebunden. Im westlichen Gürtel sind die Chromite Cr-reich, im östlichen reicht das Spektrum von Cr- bis Al-reichen Chromititen mit komplexer geographischer Verbreitung. Alle Chromitite zeigen ophiolitischen Charakter und die Zusammensetzung der Chromitite aber auch einzelner Chromitkörner ist relativ konstant innerhalb einer Lagerstätte. Sie variiert allerdings von Lagerstätte zu Lagerstätte. Die SEE Gehalte sind sehr niedrig. Eine systematische geographische Verteilung ist nicht erkennbar. Die meisten Chromitite zeigen ophiolitische PGE Verteilungsmuster, obwohl es auch Ausnahmen, die lokaler Remobilisation im Zuge der Serpentinisierung zugeschrieben werden müssen, beobachtbar sind. Ergebnisse von PIXE Protonensondenanalysen zeigen, daß die Chromitkörner im Vegleich zu den Serpentinitrißfüllungen an Mn, Ni, Zn und Ga angereichert und an As und Cu angereichert sind. Al-reiche Chromite, PGE-führende Nickelsulfide, Gold mit Palladium, Forsterit und pargasitische Amphibole, sowie Gedrit/Antophyllit sind als Einschlüsse in Chromit nachgewiesen. In PGE-führenden Rissen kommen Millerit, Heazlewoodit, Polydymit, Kupferkies, Trevorit, gedigenes Gold, Ruthenium, Palladium und Ni₃Pt(?) vor. Andere Phasen in diesen Rißfüllungen sind Awaruit, Magnetit, Pentlandit, Lizardit 6T, Chrysotil 2M, Antigorit, Talk, Klinochlor IIb, Uvarovit, Diopsid und Ferritchromit.Die Chromitite sind von einem anderen Magma als die Peridotite abzuleiten und die nunmehrige Verteilung von Al-armen bis Al-reichen Chromititen spiegelt die räumliche Verteilung eines fraktionierenden Ausgangsmagmas eher wider als unterschiedliche Magmenquellen. Spuren- und REE-Geochemie erlauben kaum Einblicke in die Genese der Chromititkörper. Ihre unregelmäßige Verteilung könnte entweder auf Inhomogenitäten des Ausgangsmagmas oder auf lokale Remobilisation im Zuge der Serpentinisierung zurückzuführen sein. Während der Serpentinisierung wurden PGEs in den Chromititen und dunitischen und harzburgitischen Nebengesteinen freigesetzt und in den ehromititischen crack-seal Brekzien wiederausgefällt. Unter der Annahme, daß sich die Einschlüsse in den Chromitkörnen in Gegenwart desselben Fluids wie die Chromite selbst gebildet haben, müssen die magmatischen Chromit- und olivinführenden Schmelzen mit einer volatilreichen Komponente koexistiert haben. Nachträgliche Serpentinisierung der Chromitite war für die lokale Remobilisation der Metalle, der PGEs, S und der REE verantwortlich.

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With 4 Figures     

Der Spannungszustand in klüftigen Felsmassen und dessen Einfluß auf Untertagearbeiten

ZusammenfassungDer Spannungszustand in klüftigen Felsmassen und dessen Einfluß auf Untertagearbeiten In den letzten Jahrzehnten haben sich die Vorstellungen vom Spannungszustand in den oberflächennahen Schichten der Erdkruste gründlich geändert. Dazu haben hauptsächlich die in einigen Ländern bei den unterschiedlichsten geologischen Verhältnissen durchgeführten direkten Messungen beigetragen. Durch diese Messungen wurde die Wirkung der mächtigen Horizontalkräfte in den Gesteinen des kristallinen Fundaments und der metamorph veränderten Faltengebirge in mehreren Gebieten festgestellt. Es sind genaue Nachweise vorhanden, daß diese Kräfte derzeit durch Tangentialkontraktion der Erdkruste verursachte tektonische Kräfte sind. Es besteht ein quantitativer Zusammenhang mit den heutigen Krustenbewegungen. Von Charakter und Grad der tektonischen Spannungen ausgehend, werden drei Typen von Krustenbereichen unterschieden.Es wird auch der von P. N. Kropotkin (UdSSR) und L. P. Sykes (USA) eingebrachte Vorschlag zur Entwicklung einer Weltkarte des Spannungszustandes der Erdkruste behandelt.Aus der Analyse der von N. Hast (Schweden) erhaltenen Ergebnisse, aus der mit ihm geführten Besprechung dieser Ergebnisse und auch aus der Analyse eigener Angaben sind Schlußfolgerungen über optimale Methodik der experimentellen Ermittlung des vollen Spannungstensors im Gebirgsmassiv gezogen. Berücksichtigt wird auch die Veränderlichkeit des Spannungsfeldes und die Notwendigkeit der statischen Analyse zur Bestimmung der allgemeinen Gesetzmäßigkeiten.Es wird auch die Frage der Restspannungen besprochen und es werden experimentelle Angaben angeführt und daraus der Schluß gezogen, daß diese Restspannungen anscheinend keinen wesentlichen Einfluß auf die Abbauverhältnisse ausüben.Die Ergebnisse der Spannungsermittlungen in den fördernden Bergwerken ermöglichen es, die Abbauverhältnisse prognostisch einzuschätzen und Empfehlungen zu geben, welche in der Praxis weitgehend genutzt werden können.

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SummaryState of Stress in Fissured Rock and Its Influence on Mining Conditions Fundamental changes in essential knowledge of upper earth crust stratum stress state have taken place in recent decades. Basic role in it has been played by direct measurements made in a number of countries under different mining-geological conditions. Measurements fixed huge horizontal forces affect in many regions of crystalline basement rock masses and folded metamorphic series. There is exact evidence that these are modern tectonic forces caused by tangential crustal contraction. There exists quantitative relation between them and modern crustal movements. One can distinguish three types of earth crush sections according to the stress character and tectonic stress rate.Suggestions by P. N. Kropotkin (USSR) and by L. P. Sykes (U. S. A.) making world map of crustal stress state are discussed.Conclusions about optimal technique of experimental determination of full stresses tensor in massif have been drawn from data analysis got by N. Hast (Sweden), discussions of his results with him and our results analysis. Attention should be drawn to the stress field variability and the necessity of statistic analysis for exposing general regularities.The question of locked-up stresses is discussed, experimental data are given and conclusion that locked-up stresses apparently do not much influence the mining work conditions is drawn.The stress determinations at the operating mines give possibility to prognose development conditions and to give recommendations widely used in practice.

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Vortrag gehalten auf dem XXV. Geomechanik-Kolloquium in Salzburg, 1976.     

Diffractometric clay mineral analysis of Recent sediments of Lake Constance (Central Europe)

Mica, smectite, and chlorite are the characteristic clay minerals in about 120 Recent sediment samples of Lake Constance as shown by semiquantitative clay mineral analysis. Interstratified clay minerals are practically absent, kandites were not found.The decrease of the smectite/mica ratio from West to East is apparently due to the dominance of the mica-chlorite assemblage of the Rhine river derived from the northern Alps in the eastern part of the lake. With increasing distance from the delta of the Rhine river, the Tertiary Molasse clay minerals (mainly mica and smectite) derived from rocks surrounding the lake become more abundant.

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Zusammenfassung An 120 Sedimentproben aus dem Bodensee wurde der Tonmineralbestand der Fraktion <2 durch die röntgenographische Phasenanalyse halbquantitativ ermittelt.Glimmer, Smectit und Chlorit sind die charakteristischen Tonmineralgruppen in den Sedimenten. Mixed-layer-Minerale treten so gut wie nicht auf, Kandite konnten nicht nachgewiesen werden.Aus der Bestimmung der relativen Häufigkeit von Glimmer und Smectit ergibt sich, daß das Smectit/Glimmer-Verhältnis von Osten (Einmündung des Alpenrheins) nach Westen ständig zunimmt.Diese Verteilung ist durch die Zufuhr von Glimmer und Chlorit durch den Alpenrhein aus den nördlichen Alpen bedingt, die jedoch mit zunehmender Entfernung vom Delta durch die Molasse-Distributiv-Provinz mit vorherrschend Glimmer und Smectit überlagert wird.

     

The role of fluorine in the evolution of ultrapotassic magmas

Summary The distribution of F and, to a lesser extent, Cl between phlogopite, amphibole, apatite, and glass in kamafugites from the West Eifel, Germany, and South-West Uganda, and from lamprophyres (minettes) from Hopi-Navajo, Arizona has been determined. In addition, these elements have been analyzed in the same phases from mantle-derived xenoliths from the kamafugitic rocks. All halogen determinations were made using a JEOL 8600 electron microprobe. The F contents and trends in the minerals and glass in the kamafugites and lamprophyres are very similar to those reported for lamproites (Edgar and Charbonneau, 1991). The results indicate that F in the minerals of ultrapotassic magmas is much greater then that found in the xenoliths that are believed to represent likely source regions for such magmas. Chlorine is present in much lower amounts and in the same phases. The discrepancy between F in the xenoliths and in the lavas, and the preference for F to be incorporated in solid phases suggest that F is insufficient to account for the F found in ultrapotassic magmas or to provide for the reduced fluid conditions proposed by Foley (1988) for the genesis of such magmas. Based on these results, the genesis of ultrapotassic magmas may occur if they are partial melts of a mantle source that has been further enriched in F by repeated partial melting of mantle-derived xenoliths such as those of southwest Uganda. Alternatively the slightly higher Cl in the minerals of the xenoliths relative to the magmas suggests that Cl has been lost during degassing of the ascending magma. This may enrich the magmas in F by a dilution effect that may take place prior to the formation of phenocrystal F-rich phlogopites that are often present in ultrapotassic magmas.

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Die Rolle von fluor in der evolution ultrapotassischer magmen

Zusammenfassung Die Verteilung von Fluor and untergeordnet von Chlor zwischen Phlogopit, Amphibol, Apatit and Glas wurde an Kamafugiten aus der westlichen Eifel, Deutschland and aus Südwest-Uganda sowie an Lamprophyren (Minetten) aus Hopi-Navajo, Arizona bestimmt. Außerdem wurde der Gehalt an diesen Elementen in den gleichen Mineralphasen von Mantel-Xenolithen aus kamafugitischen Gesteinen analysiert. Die Halogenbestimmungen wurden an einer JEOL 8600 Mikrosonde durchgeführt. Die Gehalte und Verteilungstrends von Fluor in den Mineralphasen und im Glas der Kamafugite und Lamprophyre sind vergleichbar mit jenen aus Lamproiten (Edgar und Charbonneau, 1991). Die Resultate deuten an, daß der Fluorgehalt in Mineralen ultrapotassischer Magmen viel höher ist als in Xenolithen, die als Repräsentanten der Herkunftsregion derartiger Magmen gelten. Chlor tritt in den selben Mineralphasen in viel geringeren Mengen auf. Das unterschiedliche Auftreten von Fluor in den Xenolithen und in den Laven sowie der bevorzugte Einbau von Fluor in feste Mineralphasen lassen vermuten, daß dieser Gehalt an Fluor nicht ausreicht, um den hohen Fluorgehalt in ultrapotassischen Magmen und die reduzierenden Fluida-Bedingungen, wie sie von Foley (1988) für die Genese von solchen Magmen angenommen worden sind, zu erklären. Auf der Basis dieser Ergebnisse können ultrapotassische Magmen nur dann entstehen, wenn das Mantelmaterial als Herkunft für die partielle Schmelze zum Beispiel durch wiederholtes Teilaufschmelzen von Mantelxenolithen wie jenen aus Südwest-Uganda an Fluor angereichert worden ist. Als Alternative wird angenommen, daß die leicht höheren Chlorgehalte in den Mineralen der Xenolithe verglichen mit dem der Magmen durch Chlorverlust während Entgasung beim Aufstieg des Magmas zustande gekommen sind. Dadurch kam es zu einem Verdünnungseffekt, der zu einer Anreicherung von Fluor führt, vor der Bildung von F-reichem Phlogopit als Phenokristall, Kristalle, die häufig in ultrapotassischen Magmen auftreten.

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With 9 Figures     

Rock structures and mineral assemblage associated with hydroexpansion in mid-oceanic ridge basalts

Summary Detailed micromorphological studies show that zeolites, i.e., mesolite, cowlesite, mordenite and ferrierite, that precipitated exclusively in porous zones, are an important constituent of mid-oceanic ridge basalts (MORB). Such porous zones may result from hydroexpansive fragmentation processes operating during the eruption of the lava under water. Hydroexpansion structures and their secondary mineral assemblages in sea-floor basalts may be significant in the early alteration history of MORB. However, the original volume of these structures is difficult to assess owing to overprinting by subsequent alteration processes. The zeolite assemblage of porous zones is typically K-poor and may therefore be distinguished from the K-rich zeolites of palagonitic origin commonly found in MORB.

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Auf Hydroexpansion zurückzuführende Gesteinsstrukturen und Mineralbildungen in mittelozeanischen Rückenbasalten

Zusammenfassung Detaillierte mikromorphologische Studien haben gezeigt, daß Zeolithe, wie Mesolit, Cowlesit, Mordenit und Ferrierit, die ausschließlich in porösen Zonen gebildet werden, einen wichtigen Bestandteil von mittelozeanischen Rückenbasalten (MORB) darstellen. Derartige poröse Zonen dürften das Resultat hydroexpansiver Fragmentations-Prozesse sein, die während submariner Eruption der Laven stattfinden. Die Strukturen der Hydroexpansion und die sekundären Mineralvergesellschaftungen in den Meerboden-Basalten, scheinen in der frühen Alterationsgeschichte der MORB signifikant zu sein. Das ursprüngliche Volumen dieser Strukturen ist schwer abzuschätzen, da diese von subsequenten Alterationsprozessen überprägt sind. Die Zeolith-Paragenese der porösen Zonen ist typisch K-arm und kann deshalb von den K-reichen Zeolithen palagonitischen Ursprungs, die häufig in MORB vorkommen, unterschieden werden.

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With 6 Figures     

Pleistocene Shore-lines

Zusammenfassung Die Arbeit bringt eine kritische Übersicht über neuere Untersuchungen an quartären Küstenlinien. Methoden der Bestimmung des ursprünglichen Meeresspiegels, der Einfluß tektonischer Bewegungen und die Bildungsart besonderer Typen quartärer Strandlinien werden erörtert. Nach Ausschaltung offensichtlich gestörter Gebiete und solcher, in denen die bisherigen Beobachtungen ungenau oder unzureichend sind, bleibt eine verhältnismäßig große Zahl von Gebieten übrig, in denen die Höhenlagen der quartären Meeresspiegel einigermaßen verläßlich bekannt sind. Diese zeigen eine Regelmäßigkeit der Abfolge, die kaum als zufällig angesehen werden kann; gewisse Niveaus können daher gewissen Phasen des Quartärs zugeordnet werden, wie aus anliegender Tafel zu ersehen ist. Es ergibt sich, daß der Meeresspiegel in den ältesten Interglazialen und im Prä-Pleistozän höher lag als später. Dies kann nicht durch glaziale Eustasie erklärt werden, vielmehr sind die eustatischen Schwankungen einem viel großartigeren Prozeß des langsamen Absinkens des Niveaus des Ozeans überlagert.     

Pseudotachylitic breccias from fault zones in the Witwatersrand Basin, South Africa: evidence of autometasomatism and post-brecciation alteration processes

Summary Pseudotachylitic breccias, associated with either bedding-parallel or normal faults, are abundant in the northern and northwestern parts of the gold- and uranium-rich Witwatersrand Basin in South Africa. They are particularly abundant in a zone tangential to the Vredefort Dome, a structure which is now widely accepted to be the eroded remnant of the central uplift of the originally 250 to 300 km wide Vredefort impact structure.Several of these fault zones were sampled along vertical traverses that included both fault breccias and host rocks. Geochemical analyses were undertaken to investigate the processes involved in fault rock formation. In addition, the temporal relationships of fault activity to regional geological events was studied. Detailed petrographic analysis shows evidence for strong hydrothermal overprints of the faults related to breccia formation (thus termed autometasomatism), as well as post-formational alteration. Mixing between two or more precursor lithologies and fluid alteration affected both the fault zones and their wall-rocks. A wide spectrum of trace elements, including Au and U, has been locally mobilised and redeposited by these processes.These fault zones, some of which are of basin-wide significance, were important channels for fluids that also modified the distribution of base metals in the Witwatersrand Basin. The regionally separated locations of our study areas suggest that these processes affected at least a major part of the basin. However, as the chemical characteristics determined for the fault zones differ from site to site, it is likely that the metals were only locally remobilised in the vicinity of fault zones or to previously hydrothermally altered country rock. Subsequent redeposition of metals was limited to the regimes in and around such fault zones.

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Pseudotachylitische Brekzien aus Störungszonen des Witwatersrand-Beckens: Hinweise auf Autometasomatose und Alteration nach der Brekzienbildung

Zusammenfassung Pseudotachylitische Brekzien, entweder an schicht-parallelen oder normalen Verwerfungen, kommen häufig im nördlichen und nordwestlichen Teil des Gold- und Uranreichen Witwatersrand Beckens in Südafrika vor. Man hat sie hauptsächlich von einem tangentialen Bereich um den Vredefort Dom beschrieben. Der Dom ist der tieferodierte Rest der zentralen Aufwölbung der Vredefort Impaktstruktur, die ursprünglich linen Durchmesser von mindestens 250 Km hatte.Einige dieser Verwerfungszonen wurden entlang von Traversen beprobt, die Verwerfungsbrekzien sowie deren Nebengesteine beinhalteten, und geochemisch mit dem Ziel untersucht, die Prozesse bei der Brekzien-Bildung und die zeitlichen Verhältnisse von Verwerfungen und regionalgeologischen Ereignissen zu erfassen. Petrographische Analysen zeigten, daß die Verwerfungszonen im Zusammenhang mit der Brekzierungsphase stark hydrothermal überprägt wurden (ein Prozess, der daher als Autometasomatose bezeichnet wird) und eine zweite Überprägungsphase erfahren haben, die nach der Brekzierung stattfand. Es wird gezeigt, daß sowohl Mischung von wenigstens zwei Mutter-Gesteinskomponenten und Flüssigkeitsüberprägung, die Verwerfungszonen und Nebengesteine betraf, wichtige Rollen in der Bestimmung der chemischen Charakteristiken der untersuchten Zonen spielten. Viele Elemente, darunter Gold und Uran, wurden durch diese Prozesse lokal mobilisiert und wieder abgelagert.Diese Verwerfungszonen, von denen einige eine beckenweite Bedeutung besitzen, agierten als wichtige Kanäle für Flüssigkeiten, die die Verbreitung von wichtigen Metallen im Witwatersrand Becken modifizieren konnten. Da unsere Untersuchungsorte weit voneinander getrennt liegen, muß angenommen werden, daß diese Prozesse wenigstens weite Teile des Beckens beeinflußten. Da jedoch die chemischen Charakteristika der untersuchten Zonen von Fall zu Fall unterschiedlich sind, liegt die Vermutung nahe, daß Metalle höchstens lokal mobilisiert und umgelagert wurden und daß dies vermutlich im wesentlichen in der Nähe von existierenden Reefs stattfand. Es ist ferner klar, daß die Umlagerung von Metallen auf die unmittelbaren Bereiche dieser Verwerfungszonen beschränkt war.

     

Die Stilpnomelan-Mineralien und ihr Vorkommen in Österreich

Zusammenfassung Eine Reihe von Vorkommen von Stilpnomelan-Mineralien wurde untersucht, wobei sich herausstellte, daß zahlreiche Angaben über entsprechende Vorkommen zu revidieren sind. Die beiden Vorkommen in der Gösleswand südlich des Großvenediger (Osttirol) und am Nordrand der Hohen Tauern im Wolfsbachtal (Salzburg) wurden auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften hin untersucht, wobei es sich ergab, daß alle speziellen Stilpnomelan-Eigenschaften auch für diese beiden Mineralien zutreffen, bei denen es sich um besonders aluminiumreiche Glieder dieser Mineralgruppe handelt. Im Verlauf thermischer Untersuchungen ließ sich, entgegen den Angaben in der Literatur, eine höhere thermische Stabilität des Gitters feststellen. Für die Rekristallisation von Mineralien der Stilpnomelangruppe ist ein spezieller Schritt der Gesteinsmetamorphose, der durch hohe Mobilität der chemischen Komponenten charakterisiert ist, anzunehmen.

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Stilpnomelane-minerals and their occurrence in Austria

Summary Several Austrian occurrences of a mineral, described in the literature as a member of the stilpnomelane group were investigated. It was found that many of these occurrences are chlorites or biotites and not stilpnomelane minerals.The stilpnomelane from the Gösleswand (Laßöhrlinggruppe, south of the Großvenediger, Osttirol) and from the Wolfsbachtal (northern margin of the Hohen Tauern, Salzburg) were investigated by physical and chemical methods. These two minerals are richer in Al₂O₃ than the stilpnomelanes described from other localities. Compared with the statements of other authors, a higher, thermal stability of the mineral was found.For the recrystallization of stilpnomelane minerals it is necessary to infer a special step of rock metamorphism. This step is characterized by a very high mobility of chemical compounds.

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Mit 6 Abbildungen     

Metamorphe Basalte und Tuffe des Stavanger-Gebietes

Zusammenfassung Eine Reihe von kaledonischen Metamorphiten wurde mikroskopisch und chemisch untersucht. Die Lagerungsverhältnisse, makroskopischen und mikroskopischen Strukturmerkmale dieser Gesteine zeigen, daß es sich um metamorphe Basalte, Tuffe und Tuffite des kaledonischen Geosynklinalvulkanismus handelt, die jetzt in Grünschiefer- und Amphibolitfazies vorliegen. Die chemischen Analysen, CIPW-Normen und AFM-Koordinaten der Metabasalte liegen im Bereich ummetamorpher Basalte. Die Niggli-Werte entsprechen dem femischen bis schwach femischen Charakter von gabbroiden bis lenkogabbroiden Magmen der Kalkalkalireihe.Auf den basaltischen Ursprung solcher Gesteine des Boknfjords hatte bereits Goldschmidt (1921) hingewiesen.Ferner wurde eine ausgewählte Reihe von Metatuffen und -tuffiten, die dem basaltischen Vulkanismus entstammen, vergleichend untersucht: Eine im Felde nicht sehr häufig vertretene Gruppe von Metatuffen besitzt annähernd identische mineralogische und chemische Zusammensetzung mit den Metabasalten. Bei einer anderen Gruppe bestätigen sich die bereits bei der Kartierung gemachten Beobachtungen, daß das tuffogene Material zum großen Teil umgelagert wurde und einer Fraktionierung in dunkle schwere Minerale und helle leichte unterlag. Eine dritte am weitesten verbreitete Gruppe von Metatuffiten enthält mehr oder weniger bedeutende Anteile gewöhnlichen klastischen Verwitterungsmaterials, welches aus der Abtragung präkambrischer Mikroklingranite stammt.Die Untersuchungen zeigen, daß die von Oftedahl (1968) mitgeteilte Karte über die Verbreitung von unterordovizischen Grünsteinen ergänzt werden kann. Die Grenze des Verbreitungsgebietes verschiebt sich von der Insel Karmøy nach SE über den Boknfjord und das Gebiet von Strand hinaus.

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Metamorphic rocks of basaltic origin of the Stavanger-district

A metamorphic series of Cambro-Silurian sediments and granitic rocks in the Boknfjord area (SW-Norway) have been described in some earlier papers. In the upper division of the Boknfjord series metamorphic basalts and associated tuffs are the most important rocks. In the present paper chemical and mineralogical compositions of metabasalts and metatuffs have been investigated. Niggli values and CIPW norms demonstrate the basaltic origin of the samples. The original effusive rocks were transformed to amphibolites and greenstones by Caledonian metamorphism. Main part of the tuffs was found to be mixed with clastic sediments.

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Mein Dank gilt den Herren Professoren Dr. T. F. W. Barth, Oslo, und Dr. F. Karl, Kiel, für ihre tatkräftige Förderung meiner Untersuchungen sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bad Godesberg, für die Bewilligung finanzieller Mittel.     

Zur Geochemie und Metamorphose von Amphiboliten der Greiner Schiefer-Serie (Zillertaler Alpen/Tirol)

Zusammenfassung Ein Amphibolitzug der Greiner Schieferserie wurde im Streichen über eine Länge von 20 km beprobt und von 31 Gesteinen Haupt-und Spurenchemismus bestimmt. Die Amphibolite gehören nicht einem einzigen Band an, sondern bauen sich aus mehreren, langgestreckten Lagen auf. Mikroskopische und geochemische Untersuchungen beweisen, daß die Mehrzahl der Amphibolite orthogenes Edukt (Tuffe, Basalte) besitzen. Untersuchungen zum Verlauf des Metamorphosegrades ergeben ein Ansteigen von SW (Pfitschtal) nach NE (Mörchner Scharte).Zwei Metamorphosestadien sind feststellbar. Das ältere war in der Greiner Serie schwächer oder gleich als das jüngere, alpidische.Die Anorthitmessungen der Plagioklase ergaben, daß bei der Aufstellung von Anorthit-Isolinien folgende Parameter berücksichtigt werden müssen: ähnlicher Pauschalchemismus, ähnliche Verhältnisse im Mineralbestand, ähnlicher Chemisus der Amphibole, und schließlich chemische Analysen im engeren Phasengrenzbereich.

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Geochemistry and metamorphism of some amphibolites of the Greiner-schist series (Zillertaler Alps, Tyrol)

Summary Samples were taken over a distance of 20 km along the strike of amphibolite assemblages, consisting of a number of extended layers, in the Greiner-schist series. Bulk and trace element chemistry of 31 samples was determined. The thinsections and the geochemistry prove that the majority of the amphibolites is composed of orthogenic educts (tuffs and basalts). The studies show that the grade of metamorphism increases from the southwest (Pfitschtal) to the northeast (Mörchner Scharte).Two metamorphic events can be recognized an earlier metamorphism in the Greiner series was of a lower or equal grade as compared to the younger Alpidian metamorphism.The anorthite data of the plagioclases allowed the construction of anorthite isograms only after considering the following parameters: similar bulk chemistry, similar proportions in the mineral content, similar chemistry of the amphiboles, and chemical analyses of the phase boundary areas.

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Mit 10 Abbildungen     

Zur Kaolinitbildung aus Biotit in oststeirischen Tuffen

Zusammenfassung In den Metahalloysit-Tuffen von Reitenau/Grafendorf und Lebing (Oststeiermark, Österreich) treten säulenförmige Biotite, die sich im Stadium der Verwitterung befinden, auf. Die mineralogische und chemische Untersuchung ergibt, daß sie sich über Hydrobiotit in Kaolinit umwandeln. Mit fortschreitender Umwandlung erreicht der Kaolinit einen strukturell höheren Ordnungsgrad. Es wird angenommen, daß der Aufbau des Kaolinits ungefähr gleichzeitig mit dem Abbau des Hydrobiotits erfolgt. An beiden Fundorten entstehen schließlich Pseudomorphosen von Kaolinit nach Biotit.

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The formation of kaolinite from biotite in volcanic tuffs from Eastern Styria, Austria

Summary Metahalloysite-tuffs from Reitenau/Grafendorf and Lebing (Eastern Styria, Austria) contain weathered columnar biotites. The mineralogical and chemical investigation shows that they alter via hydrobiotite to kaolinite. The crystalline order in kaolinite increases with increasing alteration. It is concluded that kaolinite forms approximately contemporaneously with the decomposition of hydrobiotite. At both localities the final results are kaolinite-pseudomorphs after biotite.

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Mit 3 Abbildungen     

Grain-size variations of cumulus plagioclase in the upper critical zone of the Bushveld Complex

Summary Due to the slow equilibration rate of feldspar, its zoning pattern is likely to be of primary origin. Initial studies of zoning patterns of cumulus feldspar within the interval between the UG2 chromitite and the Merensky Reef have shown postcumulus growth to affect only the outermost rims of grains. Therefore, present-day grain sizes of plagioclase are considered to resemble the original cumulus grain sizes. A correlation between grain size of plagioclase and its composition and zoning pattern has been established: larger, complexly zoned grains correlate with more calcic compositions. It is inferred that the residence time of neutrally buoyant plagioclases within a periodically replenished host liquid determined their size and zoning pattern. Older and more calcic grains are larger and more complexly zoned, whereas finer grain sizes, which are associated with relatively primitive (Mg-rich) orthopyroxenes, are the result of partial resorption of plagioclase. Grain sizes of plagioclase, furthermore, show regional variation: grains are larger in the vicinity of Union Section than in the southeastern parts of the Western Bushveld Complex, which is interpreted as a consequence of the increasing distance from a putative feeder zone located near Union Section.

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Variationen in der Korngröße von Kumulus-Plagioklas in der Upper Critical Zone des Bushveld Komplexes

Zusammenfassung Aufgrund der hohen Reaktionsträgheit von Feldspat ist dessen Zonierung höchstwahrscheinlich primärer Natur. Einführende Untersuchungen über Zonierungsmuster in Kumulus-Plagioklas im Interval zwischen der UG2 Chromitit-Lage und dem Merensky-Reef zeigten, daß Postkumulus-Wachstum nur den äußeren Rand der einzelnen Körner kennzeichnet. Demzufolge wird angenommen, daß die hier beobachteten Korngrößen den ursprünglichen Kumulus-Korngrößen entsprechen. Eine Korrelation zwischen der Korngröße von Plagioklasen und deren Chemismus und Zonierungs-muster konnte etabliert werden: größere, komplex zonierte Plagioklase haben einen höheren Anorthit-Gehalt. Diese Beziehung erklärt sich aus der relativ niedrigen Dichte von Plagioklas, die ein gravitatives Absinken verhindert. Demzufolge wurden Korngröße und Zonierungsmuster der in Schwebe befindlichen Plagioklase von der Verweildaner innerhalb einer sich periodisch ernenernden Schmelze bestimmt. Ältere, Ca-reiche Plagioklase sind relativ groß und komplex zoniert, während feinere Korngrößen, die zusammen mit relativ primitiven (Mg-reichen) Orthopyroxenen auftreten, das Ergebnis partieller Assimilation sind. Regionale Unterschiede existieren insofern, als daß Plagioklas in der Nähe einer postulierten Magmen-Zufuhrzone im Bereich von Union Section grobkörniger ist als in den südöstlichen Bereichen des westlichen Bushveld Komplexes.

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With 9 Figures     

The crystal structure of two clinoptilolites

Summary Clinoptilolite is a zeolite of the heulandite group which differs chemically from typical heulandite by virtue of its higher Si/Al ratio, higher alkali content and heat resistance up to 700°C. Refinement of two clinoptilolites shows that the mineral has the same framework as heulandite but exhibits a new cation site at the origin of the unit cell and a different coordination of another cation which is sevenfold-coordinated in heulandite but sixfold-coordinated in clinoptilolite. Comparison of the results of the two refinements and of the corresponding chemical analyses suggests that the difference in the disposition of cations and water molecules may essentially be due to different chemistry as the frameworks are always the same. It is probable that potassium preferably occupies only one of the three cation sites, thus influencing the thermal stability.

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Die Kristallstruktur von zwei Klinoptilolithen

Zusammenfassung Klinoptilolith ist ein Zeolith der Heulandit-Gruppe, der sich vom typischen Heulandit chemisch durch sein höheres Si/Al-Verhältnis und seinen höheren Alkalien-Gehalt, und thermisch durch seine Beständigkeit bis 700°C unterscheidet. Die Verfeinerung von zwei Proben von Klinoptilolith zeigt, daß dieses Mineral dasselbe Gerüst wie Heulandit hat, daß eine neue Kationenstelle am Zellursprung anwesend ist, und daß ein anderes Kation, das im Heulandit 7-koordiniert ist, eine 6-Koordination hat. Ein Vergleich der Resultate der zwei Verfeinerungen und der zwei entsprechenden chemischen Analysen zeigt, daß der Unterschied in der Kation- und Wassermolekül-Verteilung hauptsächlich nur auf die chemischen Unterschiede zurückzuführen ist, da die Gerüste praktisch unverändert bleiben. Es ist wahrscheinlich, daß die Kaliumatome nur in einer Kationenstelle sitzen und auf diese Weise die thermische Beständigkeit beeinflussen.

     

Textural and chemical evidence bearing on sulfide-silicate reactions in metasediments

Two textural relationships between pyrrhotite and ferromagnesian silicates were found to occur in a metamorphosed sandy pelite at the staurolite grade of metamorphism. (1) Increased grain size of silicates at the pyrrhotite-silicate boundary; (2) Oriented intergrowths of pyrrhotite in large grains of chlorite and biotite. Both textures were interpreted as resulting from sulfide-silicate reactions. Ferromagnesian silicates in these sulfidic rocks show higher Mg/Fe ratios than those in non-sulfidic rocks in the same area.

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Zusammenfassung In einem bis zur Staurolith-Fazies metamorphosierten ehemaligen sandigen Pelit werden zwei Gefügebeziehungen zwischen Magnetkies und Eisen-Magnesium-Silikaten festgestellt: (1) Eine Kornvergrößerung der Silikate an der Grenze Magnetkies—Silikate; (2) Eine orientierte Verwachsung von Magnetkies mit großen Kristallen von Chlorit und Biotit. Beide Gefüge werden als Reaktionsgefüge zwischen Sulfiden und Silikaten gedeutet. Die Eisen-Magnesium-Silikate zeigen in diesen Gesteinen reich an Sulfiden höhere Mg/Fe-Verhältnisse als in sulfidfreien Gesteinen desselben Gebietes.

     

Geochemistry of Mesozoic intracontinental basalts from Yunnan, southern China: Implications for geochemical evolution of the subcontinental lithosphere

Summary Southwestern Yunnan, comprising the Yangtze and Shan-Thai microcontinents and the Simao block, has successively undergone subduction of an oceanic plate, followed by a collision of the microcontinents and intracontinental rifting associated with basaltic volcanism during Late Paleozoic to Mesozoic.The Triassic Nanjian basalts, erupted on the Yangtze microcontinent, have more enriched isotopic ratios and higher LREE/HFSE and LREE/HREE ratios. This suggests the existence of an enriched subcontinental lithosphere under the Yangtze microcontinent which stabilized over long periods of the earth's history (> 2Ga).The Middle Jurassic Simao basalts have more depleted geochemical features and also have element enrichments characteristic of a subduction zone environment, although the basalts were erupted in an intracontinental graben. It may be inferred that the lithospheric mantle of the Simao block was modified by subduction processes during Latest Carboniferous to Late Triassic prior to the onset of the Middle Jurassic continental rifting. The lack of correlation between depletion of HFSE, Y and HREE, and relative enriched Nd isotopic ratios suggests that the source depletion of the Simao basalts is not an old feature and has been contemporaneous with the subduction-related enrichment through mantle metasomatism shortly before the basalts were produced.The Middle Jurassic Baoshan basalts which erupted during the continental rifting on the Shan-Thai microcontinent have an Sr-Nd isotopic composition similar to the bulk earth and higher concentrations of incompatible trace elements. These features suggest that the subcontinental lithosphere under the Shan-Thai microcontinent underwent mantle metasomatism just prior to eruption of the Baoshan basalt.

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Geochemie mesozoischer interkontinentaler Basalte aus Jünnan, Südchina: Hinweise auf die geochemische Entwicklung der subkontinentalen Lithosphäre

Zusammenfassung Südwestjünnan umfaßt den Jangtse und den Shan-Thai Mikrokontinent und den Simao Block. Das Gebiet wurde von aufeinander folgenden Subduktionsphasen einer ozeanischen Platte betroffen, auf die Kollision der Mikrokontinente und interkontinentales Rifting folgte. Dieses war mit basaltischem Vulkanismus während des späten Paläozoikums bis ins Mesozoikum assoziiert.Die triassischen Nanjian-Basalte, die auf dem Jangtse Mikrokontinent eruptierten, haben mehr angereicherte Isotopenverhältnisse und höhere LREE/HFSE und LREE/HREE Verhältnisse. Dieses weist auf eine angereicherte subkontinentale Lithosphäre unter dem Jangtse Mikrokontinent hin, die sich während langer Perioden der Erdgeschichte stabilisierte (>2Ga).Die mittel jurassischen Simao-Basalte haben eine mehr verarmte geochemische Signatur aber auch Elementanreicherungen, die für ein Subduktionszonen-Milieu charakteristisch sind, obwohl die Basalte in einem interkontinentalen Graben ausgetreten sind. Man kann daraus schließen, daß der lithosphärische Mantel des Simao-Blockes durch Subduktionsprozesse während des jüngsten Karbons bis in die späte Trias vor dem Beginn des mittel-jurassischen kontinentalen Riftings modifiziert worden war. Das Fehlen einer Korrelation zwischen der Anreicherung von HFSE, Y und HREE und relativ angereicherter Nd-Isotopenverhältnisse weist darauf hin, daß die Verarmung der Quelle der Simaobasalte nicht weit zurückreicht. Sie dürfte viel eher gleichaltrig mit der subduktions-bedingten Anreicherung durch Mantel-Metasomatose kurz vor der Entstehung der Basalte sein.Die mittel-jurassischen Baoshan-Basalte, die während des kontinentalen Riftings auf den Shan-Thai Mikrokontintent eruptierten, haben eine Sr-Nd-Isotopensignatur, die ähnlich der Gesamterde ist, jedoch höhere Konzentrationen inkompatibler Spurenelemente zeigt. All dies legt nahe, daß die subkontinentale Lithosphäre unter dem Shan-Thai-Mikrokontinent kurz vor der Eruption der Baoshan-Basalte von Mantel-Metasomatose betroffen worden ist.

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With 8 Figures

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Visiting Fellow, Geology Department, Australian National University, Australia     

The relationships between drastic changes in Sr isotope ratios of magma sources beneath the NE Japan arc and the spreading of the Japan sea back-arc basin

Summary Based on Sr isotopic data for Tertiary and Quaternary basaltic rocks from the NE Japan arc, relationships are discussed between the temporal variation of magma source characteristics and the opening of the Japan Sea. The basaltic rocks from the trench side and from the transitional zone show initial⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios (Sr_i ratios) in the range of 0.70411–0.70546 but no temporal variation in Sr_i ratios. The back-arc side basaltic rocks with ages of 29.8 to 15 Ma have Sr_i ratios similar to those of the trench side and the transitional zone, and these values also show no temporal change. In contrast, the basaltic rocks from the back-arc side, with ages younger than 15 Ma, show significantly lower Sri ratios (0.70396 to 0.70290), which are slightly higher than those of N-type MORB. These Sr isotopic features may imply that at least before 15 Ma the magma source regions (the sub-continental mantle) beneath the NE Japan arc had an enriched chemical character and that after 15 Ma, the magma sources for volcanic rocks from the back-arc side show a drastic change in Sr isotopic character, from an enriched nature to a depleted one. The depleted magmas may have been formed as a result of injection of depleted asthenosphere (or of a depleted mantle diapir) into the subcontinental mantle under the back-arc side of the NE Japan arc, during the spreading of the Japan Sea back-arc basin. The middle Miocene basaltic rocks from the back-arc side are characterized by lower contents of LIL elements such as K₂O and Rb compared with those from the trench side, suggesting that during the middle Miocene (syn-opening stage of the Japan Sea) the degree of partial melting may have been higher in the back-arc side mantle than in the trench side mantle. High degree of partial melting in the back-arc side mantle can be attributed to an increasing geothermal gradient in the mantle due to the injection of hot asthenosphere. This injection might also have caused the melting of the lower crust from which the voluminous middle Miocene acidic volcanics in the back-arc side and transitional zone may have been produced.

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Drastische Veränderungen der Sr-Isotopenverhältnisse von Magmenquellen unterhalb des NE japanischen Vulkanbogens und ihre Beziehung zum Spreading des japanischen Back-Arc-Beckens

Zusammenfassung Die Beziehungen zwischen der zeitlichen Veränderung der Charakteristika von Magmenquellen und der Öffnung des Japanischen Meeres werden anhand von Sr-Isotopendaten tertiärer und quartärer basaltischer Gesteine diskutiert. Basaltische Gesteine von der Grabenseite und aus der Übergangszone ergaben initiale⁸⁷Sr/⁸⁶Sr Verhältnisse (Sr_i-Verhältnisse) von 0.70411–0.70546 und lassen keine zeitabhängige Änderung erkennen. Basaltische Besteine aus dem Back-Arc-Bereich mit Altern zwischen 29.8 und ca. 15 Ma zeigen ähnliche Sr_i-Verhältnisse und ebenfalls keine zeitliche Veränderung. Im Gegensatz dazu sind basaltische Gesteine aus dem Back-Arc-Bereich, die jünger als ca. 15 Ma sind, signifikant in ihren Sr_i-Verhältnissen (0.70396–0.70290) erniedrigt. Diese Verhältnisse liegen etwas höher als die von N-MORB. Die Sr-Isotopenergebnisse lassen vermuten, daß zumindest vor ca. 15 Ma der Herkunftsbereich der Magmen (subkontinentaler Mantel) unter dem NE japanischen Vulkanbogen chemisch angereichert war, während die Magmenquellen der jüngeren vulkanischen Gesteine des Back-Arc-Bereiches durch eine drastische Abreicherung charakterisiert sind. Die abgereicherten Magmen könnten, während der Öffnung des japanischen Back-Arc-Beckens, als Folge der Injektion abgereicherter Asthenosphäre (oder eines abgereicherten Manteldiapirs) in subkontinentalen Mantel unterhalb des Back-Arcs des NE japanischen Vulkanbogens, gebildet worden sein. Die miozänen basaltischen Gesteine des Back-Arc-Bereiches sind außerdem durch niedrigere Gehalte an LIL-Elementen, wie z.B. K₂O und Rb charakterisiert. Dies wird als Hinweis auf eine erhöhte Aufschmelzungsrate in diesem Bereich im mittleren Miozän (im Zuge der gleichzeitigen Öffnung des japanischen Meeres) verstanden. Die erhöhte Aufschmelzrate im Mantel des Back-Arc-Breiches wird auf einer Erhöhung des geothermischen Gradienten infolge der Injektion von heißer Asthenosphäre zurückgeführt. Diese Injektion von Asthenosphäre könnte auch der Grund für die Aufschmelzung von Unterkruste und für die Produktion weitverbreiteter saurer miozäner Vulkanite im Back-Arc-Bereich und der Übergangszone sein.

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With 6 Figures