Understanding Vesuvius magmatic processes: evidence from primitive silicate-melt inclusions in medieval scoria clinopyroxenes (Terzigno Formation)

Summary Microthermometric investigations of silicate-melt inclusions and electron microprobe analyses were conducted on experimentally homogenized silicate-melt inclusions and on the host clinopyroxenes from 4 scoria samples of different layers from the Mt. Somma-Vesuvius medieval eruption (Formazione di Terzigno, 893 A.D.). The temperature of homogenization, considered the minimum trapping temperature, ranges from 1190 to 1260 ± 5 °C for all clinopyroxene-hosted silicate melt inclusions.The major and minor-element compositional trends shown by Terzigno scoria and matrix glass chemical analysis are largely compatible with fractional crystallization of clinopyroxene and Fe-Ti oxides. Sulfur contents of the homogenized silicate-melt inclusions in clinopyroxene phenocrysts compared with that in the host scoria show that S has been significantly degassed in the erupted products; whereas, Cl has about the same abundance in the inclusions and in host scoria. Fluorine is low (infrequently up to 800 ppm) in the silicate-melt inclusions compared to 2400 ppm in the bulk scoria.Electron microprobe analyses of silicate-melt inclusions show that they have primitive magma compositions (Mg# = 75-91). The composition of the host clinopyroxene phenocrysts varies from typical plinian-related (Mg#85) to non plinian related (Mg#85). The mixed source of the host clinopyroxenes and primitive nature of the silicate-melt inclusions implies that these phenocrysts, in part, may be residual and/or have a polygenetic origin. The similar variation trends of major and minor-elements between homogenized silicate-melt inclusions from the Terzigno scoria, and silicate-melt inclusions in olivine and diopside phenocrysts from plinian eruptions (Marianelli et al., 1995) suggest that the trapped inclusions represent melts similar to those that supplied the plinian and sub-plinian magma chambers. These geochemical characteristics suggest that the Vesuvius magmatic system retained a vestige of the most recent plinian event.

---

Primitive Silikatschmelz-Einschlüsse in Klinopyroxenen aus mittelalterlichen Schlaken der Terzigno Formation — Ein Beitrag zum besseren Verständnis der magmatischen Prozesse des Vesuvs

Zusammenfassung Mikrothermometrische Untersuchungen von Silikatschmelz-Einschlussen und EMS Analysen wurden an experimentell homogenisierten Silikatschmelz-Einschlussen und an Klinopyroxenen von vier Schlackenproben durchgeführt. Die Proben stammen aus verschiedenen Lagen der mittelalterlichen Mt. Somma-Vesuv Eruption (Terzigno Formation, 893 n. chr.). Die Homogenisierungstemperaturen, sie werden als die minimalen Einschlußtemperaturen interpretiert, reichen von 1190–1260±5 °C.Die Trends der Haupt- and Spurenelemente der Terzigno Schlacken and des MatrixGlases sind weitgehend mit fraktionierter Kristallisation von Klinopyroxen und Fe-TiOxiden kompatibel. Der Vergleich der Schwefel-Gehalte der homogenisierten Einschlüsse in den Klinopyroxen-Phdnokristallen mit denen der Schlacken zeigt, daß beträchtliche Mengen an Schwefel in den Eruptionsprodukten durch Entgasung verlorengingen. Chlor hingegen zeigt in etwa die gleiche Verteilung in den Einschlüssen und in der Wirtsschlacke. Die Fluorgehalte in den Einschlüssen (selten bis zu 800 ppm) Bind im Vergleich zu den Schlacken (2400 ppm) niedrig.EMS-Analysen der Silikatschmelz-Einschlüsse belegen eine primitive Schmelzzusammensetzung (#Mg = 75–91). Die Zusammensetzung der Klinopyroxen-Phänokristalle variiert zwischen plinianischen Typen (#Mg 85) und nicht-plinianischen (#Mg85). Die heterogene Quelle der Klinpyroxene and die primitive Natur der Einschlüsse lassen vermuten, daß die Phänokristalle residualen und/oder polygenetischen Ursprungs sind. Ähnliche Haupt- und Spurenelementtrends der untersuchten Einschlüsse mit jenen von Einschlüssen in Olivin- und Diopsid-Phänokristallen aus plinianischen Eruptionen (Marianelli et al., 1995) legen die Vermutung nahe, daß die Einschlüsse ähnliche Schmelzen repräsentieren, wie jene, die die plinianischen und die sub-plinianischen Magmenkammern versorgt haben. Diese geochemischen Charakteristika belegen, daß das magmatische System des Vesuvs eine Spur des jüngsten plinianischen Ereignisses bewahrt hat.

---

---

With 11 Figures     

Fluid inclusions in upper mantle xenoliths from Northern Patagonia,Argentina: Evidence for an upper mantle diapir

Summary Three generations of fluid inclusions can be recognized in upper mantle xenoliths from alkali basalts of the Somoncura Massif, Northern Patagonia, Argentina. The first (early, primary) one consists of dense CO₂ inclusions which were trapped in the mantle-crust boundary zone (22–36 km minimum trapping depth). Their co-genetic relationship with silicate melt inclusions enables us to constrain their minimum trapping temperature at 1200°C, indicating a high temperature event in a cooler environment. The late (pseudosecondary and secondary) generations of fluid inclusions were classified in accordance with their homogenization temperature to liquid CO₂ (L1) and vapor CO₂ (L2) phase. The minimum trapping depth for the first of the late inclusions (L1) is about 16 km. In spite of the uncertainties related to this value, L1 inclusions indicate that the upper mantle rocks, of which samples were delivered by the basalts, had some residence time in the middle crust where they experienced a metasomatic event. The fact that this event did not destroy the earlier inclusions, places severe constraints on its duration. The second late inclusions (L2) are low-pressure CO₂ inclusions with a minimum trapping depth of only 2 km, presumably a shallow magma chamber of the host basalts. The succession of fluid inclusions strongly points toward a fairly fast uprising upper mantle underneath Northern Patagonia. The petrology and mineral chemistry of the peridotitic xenoliths support this view. Extensive partial melting and loss of these melts is indicated by the preponderance of harzburgites in the upper mantle underneath Northern Patagonia, a fairly unusual feature for a continental upper mantle. That depletion event as well as several metasomatic events — including those which left traces of fluid inclusions — are possibly related to a high-speed diapiric uprise of the upper mantle in this area. The path can be traced from the garnet peridotite stability field into the middle crust, a journey which must have been unusually fast. Differences in rock, mineral, and fluid inclusion properties between geographic locations suggest a diffuse and differential type of diapirism. Future studies will hopefully help to map the full extent and the highs and lows of this diapir and elucidate questions related to its origin and future.

---

Fluid-Einschlüsse in Erdmantel-Xenolithen von Nord-Patagonien: Evidenz für einen Diapir im oberen Erdmantel

Zusammenfassung Erdmantel - Xenolithe in Alkali-Basalten des Somoncure Massivs, Nord-Patagonien, Argentinien, führen drei Generationen von Fluid-Einschlüssen. Die erste (frühe, primäre) Generation besteht aus dichten CO₂-Einschlüssen, welche offenbar in der Mantel-Kruste Grenzzone (22–36 km Minimum-Tiefe) eingeschlossen wurden. CO₂-Einschlüsse sind kogenetisch mit Silikat-Schmelzeinschlüssen. Dies erlaubt die Abschätzung der Einschließ-Temperatur mit minimal 1200°C, was auf ein Hochtemperatur-Ereignis in einer deutlich kühleren Umgebung hinweist. Die späten (pseudosekundäre und sekundäre) CO₂- Fluid-Einschlüsse bilden zwei Generationen von denen die eine in die flüssige (L1), die andere in die Dampfphase (L2) homogenisieren. Die minimale Einschließ-Tiefe für die L1 Generation ist etwa 16 km. Dies bedeutet - auch bei Berücksichtigung der mit diesem Wert verbundenen Ungenauigkeit - daß diese Erdmantel-Gesteine einige Zeit in der mittleren Erdkruste verbrachten und ein metasomatisches Ereignis erlebten, bevor sie von den Basalten zur Erdoberfläche gebracht wurden. Die Tatsache, daß dieses Ereignis die frühen Einschlüsse nicht zerstörte, kann nur bedeuten, daß es von kurzer Dauer war. Die L2-Generation besteht aus Niedrigdruck CO₂-Einschlüssen mit einer Minimum-Einschließtiefe von nur 2 km. Dies könnte in einer seichten Magmakammer des Wirt Basaltes geschehen sein.Die Abfolge von Fluid-Einschlüssen deutet auf einen relativ schnell aufsteigenden oberen Erdmantel unterhalb von Patagonien hin. Die Petrologie und Mineralchemie der peridotitischen Xenolithe unterstützen das. Die Vorherrschaft von Harzburgiten im Erdmantel unterhalb von Nord-Patagonien deutet auf umfangreiche Bildung partieller Schmelzen und deren Abfuhr hin — eine für einen kontinentalen Mantel ungewöhnliche Situation. Sowohl die Verarmungsereignisse, als auch die metasomatischen Veränderungen (einschließlich jene, welche Spuren in Form von Fluid Einschlüssen hinterließen) machen das Vorhandensein eines schnell aufsteigenden Daipirs im oberen Erdmantel dieser Gegend wahrscheinlich. Der Aufstieg kann vom Stabilitätsbereich der Granat-Peridotite bis in die mittlere Kruste verfolgt werden und muß daher relativ schnell erfolgt sein. Unterschiede in Gesteins-, Mineral und Fluid-Eigenschaften zwischen verschiedenen Lokalitäten legen einen diffusen und differenziellen Diapirismus nahe. Zukünftige Studien sollten es ermöglichen, das Gesamtausmaß und die unterschiedlichen Aufstiegshöhen des Diapirs zu kartieren und Hinweise auf seine Entstehung und zukünftige Entwicklung zu erhalten.

---

---

With 5 Figures     

Das Cu-W-S-System und seine Mineralien sowie ein neues Tungstenitvorkommen in Kipushi/Katanga

Zusammenfassung Die Phasenbeziehungen im Cu-W-S-System wurden zwischen 900 °C und Zimmertemperatur durch DTA- und Abschreckungsexperimente in Quarzglas-und in unter Druck kollabierenden Goldampullen, sowie durch eine Reihe von Verwitterungsversuchen und Umsetzungen in wässrigen Lösungen untersucht. Die im System auftretenden Verbindungen sind Cu₂S (Kupferglanz), Cu_1.97S (Djurleit), Cu_1.75S (Anilit), Cu_1+xS (blaubleibender Covellin), CuS (Covellin) und oberhalb 70°C Cu_1.8S (Digenit), sowie WS₂ (Tungstenit). Es gibt keine ternären Verbindungen. Von allen genannten Phasen ist nur der Tungstenit über den gesamten untersuchten Temperaturbereich stabil. Das System zeigt bei 900 °C neben Schwefelschmelze (L₁) eine Sulfidschmelze (L₂). Es handelt sich um das oberhalb 813 °C auftretende Monotektikum im Randsystem Cu-S, welches im ternären System 0.5 Gew.-% WS₂löst. Die Phase WS₂ koexistiert bei 900 °C mit L₁, L₂ und mit der bei dieser Temperatur lückenlosen Kupferglanz-Digenit-Mischkristallreihe sowie mit W. Außerdem besteht eine Konode zwischen W und Cu₂S. Das gegenseitige Lösungsvermögen der Verbindungen ist selbst bei 900 °C gering. Während Digenit 0.5 Gew.-% WS₂ in fester Lösung aufzunehmen vermag, beträgt umgekehrt die Löslichkeit von Kupfersulfid in WS₂0.2%. Die Phasenbeziehungen unter 900 °C sind charakterisiert durch das Stabilwerden des Covellins bei 507 °C. Kurz unterhalb dieser Temperatur werden WS₂ und CuS nebeneinander stabil. Die Mischungsreihe zwischen Digenit und Kupferglanz ist unterhalb 430 °C nicht mehr lückenlos. Das System Cu-W-S zeigt daher bei 400 °C Konoden von WS₂ zu Covellin, Digenit und Kupferglanz. Unterhalb 70 °C zerfällt der mit Tungstenit koexistierende Digenit zu Anilit und Djurleit. Bei künstlicher Verwitterung von Kupferglanz oder Digenit mit WS₂-Einschlüssen konnten durch teilweise Oxidation mit verdünnter Fe-Sulfat- oder Cu-Sulfatlösung die Kupfersulfide in blaubleibenden Covellin überführt werden, während Tungstenit unter gleichen Bedingungen den Agenzien widerstand, wodurch sich die Koexistenz zwischen Cu_1+xS und WS₂ nachweisen ließ. Die bei niedrigen Temperaturen mit Tungstenit im Cu-W-S-System koexistierenden Phasen sind: Kupferglanz, Djurleit, Anilit, blaubleibender und normaler Covellin; bei Spuren von im Digenitgitter gelösten Fe tritt Anilit nicht auf, statt dessen ist Digenit mit Tungstenit stabil. Ein neues natürliches Tungstenitvorkommen (Kipushi/Katanga) wird beschrieben, das Mineral ist orientiert in massivem Kupferglanz eingewachsen (Abb. 4 und 5).

---

The phase relations in the Cu-W-S-system were investigated at various temperatures ranging from almost room temperature up to 900 °C. The experiments were performed in evacuated silica glass tubes with a minimum vapor space. At low temperatures alteration experiments were carried out in water solutions containing copper(II)-sulfate or iron(III)-sulfate. No ternary phase exists in the system. At 900 °C Cu₂S and W are coexisting phases. Tie lines connect WS₂ with the digenite-chalcocite solid solution and with a sulfuric liquid containing 0.5 wt.-% WS₂. Below 813 °C the sulfuric liquid disappears in the Cu-S system (monotectic). On continuous cooling CuS will appear at 507 °C in the Cu-S system and shortly below this temperature covellite coexists with tungstenite. At temperatures below 70 °C tungstenite can coexist with covellite, blaubleibender covellite, anilite, djurleite, and with chalcocite in the pure system. If traces of iron are present anilite will not be formed and digenite remains stable with tungstenite. A new occurrence of tungstenite was observed from the Kipushi mine (Katanga), displaying excellent intergrowth with chalcocite (fig. 4 and 5).

     

Über die Genese der „Leukophyllite”

Zusammenfassung Als Leukophyllite wurden bisher Quarzmuskovitschiefer und Quarzmuskovitleuchtenbergitschiefer mit und ohne phlogopitartigem Glimmer und Disthen zusammengefaßt. Im Gelände sind diese Gesteine mit Gneisen, phyllitischen Glimmerschiefern und Disthenleuchtenbergitquarziten assoziiert und an Zonen starker Durchbewegung gebunden. Die Frage der Entstehung dieser Gestine aus Gneisen und Metasedimenten wurde im Gelände und im Lichte experimenteller Daten geprüft. Die Entstehung des Muskovits aus Kalifeldspat scheint gesichert. Für die Bildung des Leuchtenbergits ist mindestens teilweise Mg-Metasomatose anzunehmen, die örtlich zur Bildung einer Talklagerstätte führte. Für die Leukophyllitbildung war eine Temperatur von 550°C bei einem pH₂O von mindestens 5 kb erforderlich. Altersbestimmungen nach der K–Ar-Methode sprechen dafür, daß dieser Vorgang zwischen dem Beginn und der asturischen Phase des Karbons erfolgte.

---

On the genesis of leucophyllites

Summary Up till now quartz-muscovite schists and quartz-muscovite-leuchtenbergite schists with or without a phlogopite like mica and kyanite were summarized as leucophyllites. These rocks were associated with gneisses, phyllitic mica-schists and kyanite-leuchtenbergite quartzites and occur in small zones of strong tectonic deformation. The question of petrogenesis of these rocks was studied in the light of experimental datas. The formation of muscovite from potassium feldspar seems to be proved.The leuchtenbergites were formed, at least partly, by Mg-metasomatism. This prozess led locally to the formation of a talcum deposit. The temperature of leucophyllite formation is estimated to 550°C corresponding to a minimum pressure of 5kb pH₂O. According to age determinations after the K–Ar-method the process of leucophyllitization took place between the beginning and the Asturian phase of Carboniferous time.

---

---

Mit 1 Abbildung     

Beitrag zur Petrographie desmittleren Muschelkalkes Süddeutschlands

Zusammenfassung Der primare klastische Anteil des mittleren Muschelkalks besitzt ein Maximum in den Korngrößen von 6–20, Ø , das über weite Strecken konstant bleibt. Der Mineralgehalt besteht aus Quarz, Feldspat, Glimmer und vielleieht Kaolinit.Bei der Diagenese warden Quarz und Feldspat teils korrodiert, teils wurden Quarz und Albit neu gebildet. In Randgebieten entstand Glaukonit vermutlich aus Glimmern.Durch Grundwassereinwirkung bildete rich ein zweites Maximum zwischen 0–2 Ø aus. Dabei ist in diesen Korngrößen eine Zunahme an Illit und Kaolinit und das Neuauftreten von Montmorillonit zu verzeichnen.Bei der Verwitterung verschwand das Maximum zwischen 6–20 Ø zugunsten eines Maximums zwischen 0–2 Ø . Damit verschwand auch der primäre Mineralgehalt fast völlig. Die Fraktionen unter 2 Ø setzen sich aus einem illitähnlichen Mineral zusammen.Durch Grundwassertätigkeit und Oberflächenverwitterung wurde also nicht nur der lösliche Anteil des mm ausgelaugt, sondern es sind auch deutliche Veränderungen des klastischen Anteils wahrzunehmen.Herrn Professor Dr.Carl W. Correns zum 60. Geburtstag gewidmet.     

Migmatites and Leucogranites of tertiary age from the high Himalayan Crystallines of Zanskar (NW India): a case history of anatexis of Palaeozoic orthogneisses

Summary In the High Himalayan Crystallines of Zanskar (NW India), migmatites and peraluminous leucogranitic melts were produced by partial melting not only of paragneisses but also of Palaeozoic orthogneisses. Anatexis occurred at T = 650–720°C and P = 4–7 kbar and is related to a decompression path at increasing T of Oligocene-Miocene age. Under vapour-absent conditions anatexis of orthogneisses occurred in response to dehydration melting involving muscovite and produced very low amounts ( 5%) of leucogranitic melt. This melt segregated in situ as homogeneous leucoanatexites. In heterogeneous diatexites, the leucosomes formed by disequilibrium melting probably at T in excess of the H₂O-saturated solidus. Extensive anatexis and melt segregation into dykes or bodies require infiltration of an aqueous fluid. A model is proposed in which large rock-volumes showing low-degrees of vapour-absent melting are associated with ductile shear zones infiltrated by H₂O and showing high-degrees of vapour present melting. With respect to the eastern Himalayas, the relative scarcity of leucogranites in Zanskar depends on: 1- the lack of a high—T, low-P stage; 2- the abundance of dry igneous (i.e. orthogneiss) protoliths relative to more fertile metasedimentary magma sources.

---

Tertiäre Migmatite und Leukogranite aus den kristallinen Gesteinen des Himalaya, Zanskar (NW Indien): ein Beispiel von Anatexis paläozoischer Orthogneise

Zusammenfassung In den kristallinen Teilen des Himalayas von Zanskar, Nordwest-Indien, sind Migmatite und aluminiumreiche leukogranitische Schmelzen durch teilweise Aufschmelzung von Paragneisen und von paläozoischen Orthogneisen entstanden. Die Anatexis fand bei T = 650–720° und P = 4–7 kbar statt, und hält sich an einen Dekompressions-Pfad bei zunehmender Temperatur, der oligozänen-miozänen Alters ist. In Abwesenheit einer Dampfphase fand die Anatexis von Orthogneisen in Antwort auf Dehydrations-Aufschmelzung mit Beteiligung von Muskovit statt und führte zur Entstehung von geringen Mengen ( 5%) von leukogranitischer Schmelze. Diese Schmelze segregierte in situ als homogene Leukoanatexite. In heterogenen Diatexiten bildeten sich die Leukosome durch Ungleichgewichts-Aufschmelzung wahrscheinlich bei Temperaturen, die über dem H20-gesättigten Solidus liegen. Extensive Anatexis und Segregation der Schmelzen in Gänge oder unregelmäßige Körper erfordern Infiltration einer wäßrigen Fluid-Phase. Es wird ein Modell vorgestellt, bei dem große Volumina von Gesteinen niedrige Grade von Aufschmelzung in Abwesenheit einer Dampfphase zeigen und mit duktilen Scherzonen assoziiert sind, die mit H₂O infiltriert wurden und hohe Grade von Aufschmelzung in Anwesenheit einer Dampfphase erkennen lassen. Die relative Seltenheit von Leukograniten in Zanskar ist auf zwei Faktoren zurückzuführen; 1. Die Abwesenheit eines Hoch-T, niedrig-P Stadiums; 2. das reichliche Vorhandensein von trockenen magmatischen Protolithen (z.B. Orthogneise) verglichen mit den mehr produktiven metasedimentären Ursprungsgesteinen für Magmen.

---

---

With 8 Figures     

Corona textures in Proterozoic olivine melanorites of the Equeefa Suite,Natal Metamorphic Province,South Africa

Summary Olivine-plagioclase and phlogopite-plagioclase coronas have been identified from olivine melanorites of the Mid- to Late Proterozoic Equeefa Suite in southern Natal, South Africa. Olivine, in contact with plagioclase, is mantled by a shell of clear orthopyroxene, in turn rimmed by pale green (pargasitic) clinoamphibole. Locally a third rim, composed of a fine pargasite-spinel symplectite is developed adjacent to the plagioclase. The second corona reaction has produced greenish-brown pargasite at phlogopite-plagioclase interfaces. A third, less obvious reaction, between olivine and phlogopite is also noted. Analytical data of all the mineral phases present, along with the coronas, are given. Two-pyroxene thermometry yields magmatic core temperatures ( 1120°C), with rim compositions indicating equilibration at 850°C. Consistent with this, the modelled olivine-plagioclase reaction occurs between 830–1050°C with a_waterbetween 0.1 and 1.0 at 7 kbar. The three reactions took place during a prolonged history of cooling and partial hydration of the magmatic olivine melanorites from over 1000°C down to 600°C. The P-T conditions indicated by the reactions suggest this cooling process was essentially isobaric, indicating that the area was not subjected to rapid uplift or burial throughout this entire period.

---

Korona-Texturen in proterozoischen Olivin-Melanoriten der Equeefa Suite, Natal Metamorphic Province, Südafrika

Zusammenfassung Aus Olivin-Melanoriten der mittel- bis spätproterozoischen Equeefa Suite im südlichen Natal, Südafrika, wurden Olivin-Plagioklas und Phlogopit-Plagioklas-Koronartexturen beobachtet. Olivin, der mit Plagioklas im Kontakt steht, wird von einem klaren Saum vom Orthopyroxen ummantelt, der seinerseits von blaßgrünem (pargasitischem) Klinoamphibol umsäumt wird. Stellenweise ist ein dritter Saum, bestehend aus feinkörnigem symplektitischem Pargasit-Spinell im Kontakt mit Plagioklas ausgebildet. Die zweite koronabildende Reaktion resultiert in Bildung eines grünbraunen Pargasites an Phlogopit-Plagioklas Kornkontakten. Eine dritte, weniger auffällige Reaktion zwischen Olivin und Phlogopit wurde ebenfalls beobachtet. Zwei-Pyroxen-Thermometrie ergab magmatische Temperaturen der Kernbereiche ( 1120°C) und belegt eine Gleichgewichtseinstellung in den Randzonen bei ca. 850°C. Olivin-Plagioklas-Modellreaktionen liegen ebenfalls in einem Temperaturbereich von 830–1050°C bei Wasseraktivitäten von 0.1 bis 1.0 und einem Druck von 7 kbar. Die drei Reaktionen liefen im Zuge einer länger andauernden Abkühlung unter teilweiser Hydratisierung der magmatischen Melanorite in einem Temperaturbereich von 1000°C bis ca. 600°C ab. Die aus den Reaktionen ableitbaren P-T-Bedingungen sprechen für eine im wesentlichen isobare Abkhlungsgeschichte und zeigen, daß dieses Gebiet wáhrend dieser gesamten Periode keiner raschen Hebung bzw. keiner Versenkung unterworfen worden ist.

     

Die Anatexis des Winnebachgranites (Ötztaler Alpen, Österreich) am Beispiel eines Aufschlusses

Zusammenfassung Im Winnebachmigmatit (Ötztaler Alpen, Österreich) wurde ein frischer Gletscherschliff hinsichtlich seiner Bildungsbedingungen untersucht. Das Fehlen von Orthoklas im anatektisch neugebildeten Gestein spricht für Drucke über 3,2 kb zur Zeit der Anatexis. Die Temperatur der Anatexis ist durch das Auftreten von Gneis-Schollen im Migmatit mit ca. 680–685°C (4 kb) bestimmt. Mit Hilfe von Experimenten wurde versucht, den Grad der Anatexis und die Schmelzmengen zu rekonstruieren. Die größten Schmelzbereiche werden ca. 20°C betragen haben. Dabei entstand in den günstigsten Fällen 60–70% Schmelze im Gestein. In den meisten Fällen blieb während der Anatexis von den hellen Gemengteilen außer Quarz auch Plagioklas als kristalliner Rest übrig.

---

The anatexis of the Winnebachmigmatite (Ötztal Alps, Austria) illustrated by an outcrop

Summary Investigations on the conditions of formation of the Winnebachmigmatite were made on fresh rocks from an outcrop polished by glacial ice. The lack of orthoclase in the anatectically formed rock is interpreted to be due to a pressure more than 3.2 kb during the anatexis. The temperature of the anatexis is fixed at 680–685°C (4 kb) by unaltered gneiss-blocks within the migmatite. We have tried experimentally to reconstruct the degree of anatexis and the amount of melt. The largest temperature range of melting in this migmatite is considered to have been approximately 20°C. Thereby a maximum amount of melt of 60–70% was formed. Of the leucocratic minerals apart from quartz, some of the plagioclase remained also as crystalline residue.

---

---

Mit 7 Abbildungen     

Petrologische Untersuchungen an einem alpinotypen Granitgneis und seinen Hüllgesteinen (“Villacher Granitgneis”, Kärnten, Österreich)

Als Ausgangsgestein des Villacher Granitgneises ist ein spätdifferenzierter, saurer Granit anzusehen, wofür folgende Argumente sprechen:

The reflectance behaviour of gold at temperatures up to 500°C

Summary Reflectance spectra for gold have been determined at temperatures of 25°, 300°, and 500°C between 400 and 700 nm. The extremely steep dispersion curve is significantly flattened by the increase of temperature (higher reflectances in the short wavelengths range, lower reflectances in the middle part of the spectrum and in the long wavelengths range, no temperature dependent reflectances at c. 500 nm). This temperature dependent shifting of the spectral reflectance curve is a reversible process.

---

Das Reflexionsverhalten von Gold bei Temperaturen bis zu 500°C

Zusammenfassung Die Reflexionsspektren von Gold wurden bei Temperaturen von 25°, 300° und 500°C zwischen 400 und 700 nm bestimmt. Die außerordentlich steile Dispersonskurve verflacht mit steigender Temperatur (höhere Reflexion im kurzwelligen Spektralbereich, niedrigere Reflexion im mittleren und langwelligen Spektralbereich, temperaturunabhängige Reflexion bei etwa 500 nm). Die temperaturabhängige Änderung des Kurvenverlaufs ist ein umkehrbarer Vorgang.

---

---

With 2 Figures     

Gold-Silver vein mineralization at Tyndrum,Scotland

Summary Electrum, hessite, petzite and sylvanite have been recorded from veins at Tyndrum, Scotland. Electron probe micro-analyses have also revealed two un-named Ag-Te-S phases. Fluid inclusion studies suggest that the mineralising fluids responsible for the precious metal mineralization contained 7.0 mol % CO₂ and 7 wt % NaCl. T_H (temperature of homogenisation) determinations were in the range 295°C to 325°C and a depth of vein formation 4 km is indicated. Mineral precipitation was probably caused by cooling and adsorption of gold onto pyrite. ³⁴S values of + 1.8%o for galena from the Au + Ag + Te veins suggest a different (possibly igneous) sulphur source to that producing the Pb +Zn vein mineralization in the Tyndrum area. Although an age of 380 Ma was obtained using K-feldspar in the veins the data are not conclusive. It is argued that the Au + Ag mineralization at Tyndrum is due to hydrothermal activity related to Cu +Mo mineralization associated with the Late Caledonian granites.

---

Die Gold-Silber-Gang-Vererzung von Tyndrum, Schottland

Zusammenfassung In der Gang-Vererzung von Tyndrum, Schottland, kommen eine Gold-Silber-Legierung, Hessit, Petzit und Sylvanit vor. Außerdem ergaben Mikrosondenanalysen das Vorhandensein von zwei unbekannten Ag-Te-S Phasen. Die Untersuchungen von Flüssigkeitseinschlüssen zeigen, daß die für die frühe Mineralisation verantwortlichen Lösungen 7.0% Mol.% CO₂ und 7 Gew.% NaCl enthalten haben. Die Homogenisie-rungstemperaturen liegen im Bereich von 295-325°C und weisen auf eine Tiefe der Gangentstehung von 4 km hin. Die Au-Ag-Te Mineralbildung kam vermutlich durch Abkühlung und Adsorption von Gold auf Pyrit zustande. ³⁴S-Werte von + 1.8%0, gemessen an Bleiglanz aus Au-Ag-Te-Gängen deuten eine magmatische Schwefelherkunft an, während die Pb-Zn-Gangmineralisation eine andere Schwefelquelle vermuten läßt. Die Altersdatierung der Gänge von 380 Mio. Jahren läßt sich derzeit noch nicht sinnvoll interpretieren. Es wird angenommen, daß die Au-Ag-Vererzung von Tyndrum durch hydrothermale Aktivität im Zusammenhang mit einer an spätkaledonische Granite gebundenen Cu-Mo-Vererzung entstanden ist.

---

---

With 5 Figures     

Experimentelle Bildung von Alunit-Jarosit durch die Einwirkung von Schwefelsäure auf Mineralien und Gesteine

Zusammenfassung Die Alunitisierung von natürlichem Leucit, Nephelin, Sodalith, Kalifeldspat, Oligoklas, Sericit sowie Basaltglas, Trachyandesit, Nephelinbasanit und Nephelinit wurde experimentell im Temperaturbereich zwischen 90° C und 180° C bei verschiedenen H₂SO⁴-Konzentrationen untersucht. Je nach Ausgangssubstanz wurden Alunit, Natroalunit, Jarosit oder Mischkristalle zwischen diesen Endgliedern der Alunitreihe gebildet. Das bei diesen Reaktionen freiwerdende SiO₂ bildet ein röntgenamorphes Gel, alle anderen nicht in den Alunitmineralien gebundenen Komponenten gehen in Sulfate über.Die Alunitisierung erfolgt nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich, dessen unterste Grenze unabhängig von der Temperatur ist und für alle Ausgangssubstanzen bei einer Normalität der zugegebenen H₂SO₄-Lösung 0,1–0,2 liegt. Die obere Grenzkonzentration ist temperaturabhängig und liegt für die Alunitbildung bei einer Normalität 0,7 bei 90° C und 1,3 bei 180° C, für die Natroalunitbildung bei etwas (ca. 0,2) tieferen Werten. Oberhalb dieses Konzentrationsbereiches reagieren die Mineralien und Gesteine zu einer röntgenamorphen gelartigen Masse, unterhalb des Bereiches bleibt die Ausgangssubstanz unverändert.In den Versuchen mit Gesteinen als Ausgangssubstanz wird bei tieferen Temperaturen bevorzugt Jarosit und bei höheren Temperaturen bevorzugt Alunit gebildet. Im mittleren Temperaturbereich tritt Jarosit bei höheren und Alunit bei tieferen Säurekonzentrationen auf.Im Temperaturbereich von 90° C bis 180° C findet innerhalb von einigen Wochen bei den meisten Ausgangssubstanzen ein vollständiger Reaktionsumsatz statt. Dennoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei gleichem Körnungsgrad unterschiedlich: Am schnellsten reagiert der Sodalith, während die Feldspäte besonders reaktionsträge sind. Für die untersuchten Mineralien gilt folgende Reihenfolge: Sodalith — Leucit — Nephelin — Sericit — Oligoklas — Kalifeldspat.Vergleiche der experimentellen Ergebnisse mit der natürlichen Alunitisierung ergaben gute Übereinstimmung.

---

The formation of alunite from natural leucite, nepheline, sodalite, potassium-feldspar, oligoclase and sericite as well as from basaltic-glass, trachyandesite, nephelinebasanite and nephelinite was experimentally investigated at different H₂SO₄-concentrations in the temperature range from 90° to 180° C. Depending on the starting material, alunite, natroalunite, jarosite or mixed crystals of the alunite solid solution series were formed. The SiO₂ set free in these reactions, forms a gel amorphous to X-rays, while all other components which do not enter into the alunite minerals, yield sulfates.The formation of alunite occurs only within a distinct range of H₂SO₄-concentrations, the lower limit being independent of the temperature and of the starting material; this limit corresponds to a normality of the H₂SO₄-solution of 0,1–0,2. The upper limit of the H₂SO₄-concentration is depending on the temperature; at 90° C this limiting concentration lies at 0,7, at 180° C it is 1,3; for the formation of natroalunite, the upper limit lies at somewhat lower concentrations (0,2). If the concentration of H₂SO₄ exceeds the upper limit, the minerals and rocks react to X-ray amorphous, gel-like products, at concentrations below the lower limit, the starting material remains unchanged. In the experiments with rocks as starting material, jarosite is generally formed at lower temperatures, at higher temperatures alunite is predomin ant. At intermediate temperatures higher acid concentrations yield jarosite and lower concentrations alunite. In the temperature range of 90° to 180° C, the reactions of most starting materials are completed in a few weeks. Nevertheless, the reaction rate at equal grain size is dependent on the starting material: sodalite showed the highest reaction rate, while sluggish reactions were observed for the feldspars. The rate of reaction decreases from sodalite, leucite, nepheline, sericite, oligoelase to potassium feldspar. The experimental data agree closely to results obtained for the natural formation of alunite.

---

---

Herrn Professor Dr. H. Heritsch danke ich für sein dauerndes Interesse an dieser Arbeit, für Ratschläge und kritische Bemerkungen sowie dafür, daß die Experimente am Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Graz durchgeführt werden konnten. Herrn Professor Dr. C. W. Coerens danke ich für wertvolle Diskussionen sowie für die Möglichkeit, die experimentelle Technik kennenzulernen. Mein Dank gilt ferner Techn. Oberkontroll. J. Macher für technische Hilfen bei der Ausführung der Experimente.     

Relationships between tetrahedral kink angles and site occupations in C2/c pyroxene from volcanic rocks

Summary The relationships between kinking of the T tetrahedral chain and the site configuration of C2/c pyroxenes from volcanic rocks were investigated, and about two hundred samples were examinated.Kink angle (KA) is defined by the equation KA = arccos [1-c ²/(2d ²)], in which c is the cell edge andd the O3A1–O3A2 distance; in the pyroxenes studied here, it varies from about 164° to about 167°.The ratio betweenc cell edge and O3A1–O3A2 distance depends on the various M1, M2 and T site configurations which, in turn, are related to their different mechanisms of cation substitution. Thec/d ratio varies if isomorphic substitutions involve cations with different charge, while it is quite constant if the substitutions involve cations with the same net charge.Thec/d ratio variation is related to the amount of cation substitution in each crystallographic site, and reaches its maximum range in synthetic and natural end-member pyroxenes.

---

Beziehungen zwischen dem tetraedrischen kink-Winkel und der Kationenbesetzung in C2/c Pyroxenen aus vulkanischen Gesteinen

Zusammenfassung Die Beziehungen zwischen dem kink-Winkel der tetraedrischen T Kette und der Besetzungskonfiguration der C2/c Pyroxene von vulkanischen Gesteinen wurde an ca. 200 Proben untersucht.Der kink-Winkel (KA) ist durch folgende Gleichung definiert: KA = arccos {1 –c ²/ (2d ²)}, wobei c die Kantenlänge der Einheitszelle und d die Distanz O3A1–O3A2 darstellt. In den hier studierten Pyroxenen variiert dieser Winkel zwischen 164 und 167°.Das Verhältnis zwischen c und der Distanz O3A1–O3A2 hängt von der Besetzung der M1, M2 and T Position im Gitter ab, die ihrerseits wiederum durch verschiedene Substitutions-Mechanismen kontrolliert wird. Das Verhältnisc/d variiert, sobald am Kationenaustausch Kationen verschiedener Ladung involviert sind, und ist ziemlich konstant, wenn gleichgeladene Kationen ausgetauscht werden. Dasc/d Verhältnis ist von der Menge eines Kations, das in eine entsprechende Kristallographische Position eingebaut wird, abhängig und erreicht ein Maximum in synthetischen und natürlich vorkommenden Pyroxenendgliedern.

---

---

With 5 Figures     

Pyroxenes and olivines as indicators of the petrological evolution of the Ivrea-Verbano basic formation (Italian Western Alps)

Summary Microprobe analyses of olivines, orthopyroxenes and clinopyroxenes of the Ivrea-Verbano basic formation reveal that in the Balmuccia Periodotites (regarded as residual mantle) the phases are more magnesian than in the overlaying ultramafic-mafic series (interpreted as a cumulitic complex formed by fractionation of mantle-derived magma).Pyroxenes underwent sub-solidus re-equilibration. Whole phase (host + exsolved lamellae) compositions give a temperature in the range 946°C–1236°C, compatible with the igneous crystallisation. The compositions of the host phases give temperatures in the range 712°C to 919°C, indicating that the samples did not attain the same degree of equilibrium during the sub-solidus unmixing. The sub-solidus unmixing of the pyroxenes may have occurred either during the superimposed granulite-facies metamorphism or during the slow cooling of the complex intruded into deep crustal levels.

---

Pyroxene und Olivine als Indikatoren der petrologischen Entwicklung der basischen Formation von Ivrea-Verbano (Italienische Westalpen)

Zusammenfassung Mikrosondenanalysen von Olivinen, Orthopyroxenen und Klinopyroxenen der basischen Formation von Ivrea-Verbano zeigen, daß in den Balmuccia Peridotiten (die als residuales Mantelmaterial angesehen werden) die Phasen Mg-reicher sind als in den überlagernden ultramafischen bis mafischen Serien (die als Kumulationskomplex gedeutet werden, der durch Fraktionierung eines aus dem Mantel stammenden Magmas gebildet wurde).Die Pyroxene wurden unter Subsolidus-Bedingungen reequilibriert. Die Zusammensetzungen der Gesamtphasen (Wirt + Entmischungslamellen) geben Temperaturen im Bereich von 946–1236°C, was mit einer magmatischen Kristallisation verträglich ist. Die Zusammensetzungen der Wirt-Phasen geben Temperaturen im Bereich von 712–919°C an, was anzeigt, daß die Proben während der Subsolidus-Entmischung nicht denselben Grad der Equilibirierung erreichten. Die Subsolidus-Entmischung der Pyroxene kann entweder während der überlagerten Metamorphose in Granulitfazies oder während der langsamen Abkühlung des in tiefe Krustenschichten intrudierten Komplexes geschehen sein.

---

---

With 4 Figures     

Evidence for sulfurization and the origin of some sudbury-type ores

The suggestion that Sudbury-type ores may be formed by the introduction of country rock sulfur into still hot intrusions (i.e., sulfurization) suffers from a reputed lack of field evidence. Permissive evidence for sulfurization includes the epigenetic nature of many Sudbury-type ores and that many Sudbury-type ores crystallized from sulfide melts. Visual evidence exists for sulfurization of a gabbro in Zambia. The lead isotopic composition of ore minerals at Sudbury implies that at least some of the metals were derived from the erruptive. Published sulfur isotopic data from several Sudbury-type ores differ from and do not exhibit a common pattern of isotopic enrichment with respect to sulfides within associated intrusions. Evidently the sulfur was derived from the country rocks. Sudbury-type ores exhibiting magmatic textures commonly occur within more siliceous dikes than the host intrusions. Inorganic reduction of sulfate occurs only above 600° C. Reduction of sulfate with resultant sulfurization of ferrous iron and traces of other metals originally present in the still hot parental intrusive rock would make the rock more siliceous. Above 1100° C the silicate-residue and newly formed sulfides would form immiscible magmas. Therefore, ore magmas within and near mafic intrusives can be epigenetic. The processes by which sulfur is introduced into intrusions are still speculative.

---

Zusammenfassung Für die Annahme, daß Erze vom Sudbury-Typus sich durch Zuführung von Nebengesteinsschwefel in noch heiße Intrusionen bilden können (sulfurization), fehlt es angeblich an Feldunterlagen. Folgende Tatsachen lassen sich mit einer Schwefelung (sulfurization) vereinigen: der epigenetische Charakter vieler Erze vom Sudbury-Typ; auch sind viele Erze von Sudbury-Typus aus sulfidischen Schmelzen kristallisiert. In einem Gabbro in Zambia ist der Beweis für Schwefelung (sulfurization) direkt sichtbar. Die Isotopen-Zusammensetzung von Blei in Erzmineralien in Sudbury zeigt, daß mindestens einige der Metalle aus dem Eruptivgestein stammen. Schwefelisotop-Daten, die für mehrere Lagerstätten von Sudbury-Typen veröffentlicht worden sind, haben hinsichtlich der Isotop-Anreicherung keine gemeinsamen Züge. Offensichtlich stammt der Schwefel aus dem Nebengestein. Erze vom Sudbury-Typ mit magmatischem Gefüge finden sich oft in Gängen, die saurer sind als das Wirtsgestein. Anorganische Reduktion von Sulfat findet nur oberhalb 600°C statt. Reduktion von Sulfat und die entstehende Schwefelung (sulfurization) von zweiwertigem Eisen und Spuren anderer Metalle, die ursprünglich in dem noch heiß eruptiven Gestein anwesend sind, machen das Gestein noch saurer. Oberhalb 1100°C würden der Silicat-Rest und die neugeformten Sulfide nicht mischbare Magmen bilden. Deshalb können sich sulfidische Schmelzen innerhalb und in der Nähe von Mafic-Intrusionen später gebildet haben. Die Prozesse, durch die Schwefel in Intrusionen eingeführt wird, sind noch unbekannt.

     

Der Geologische Aufbau der Umgebung von Palmyra in Syrien

Zusammenfassung Das Gebiet um Palmyra (Syrien) wird stratigraphisch und tektonisch beschrieben. Das Profil reicht von Anhydriten und Gipsen des Präcenomans über cenomaneExogyra- Mergel bis zu den Neogenschottern, die eozäne Nummulitenkalke überlagern. Strukturell bestimmend sind die turonischen Schloßberg-Dolomite. Sie bilden die Flanken von zwei großen Sattelzügen (J. Qalaat Tourk und Râss el Manntâr), deren Achsen an einer querenden E–W Linie abtauchen. Im Kern dieser Sättel sind salinare Gesteine mobilisiert worden, die im kartierten Gebiet von wesentlicher Bedeutung für das spezielle tektonische Bild und die örtliche Hydrologie sind. Die allgemeinen geologischen Erscheinungen werden erörtert und mit dem generellen Bild der Palmyraketten in Beziehung gebracht.     

Mineralogy and fluid inclusion study of polymetallic veins in the Madjarovo ore field,Eastern Rhodope,Bulgaria

Summary The formation of the Madjarovo polymetallic ore deposit is closely related to Paleogene magmatism of intermediate character represented by subvolcanic and volcanic rocks. Six stages of vein type mineralization were established: 1. quartz-pyrite-chalcopyrite with Bi-sulphosalts; 2. quartz-hematite-chlorite with gold; 3. quartz-galena-sphalerite; 4. quartz-barite-chalcedony with Sb-sulphosalts; 5. quartz-arsenic sulphosalts; 6. calcite-siderite. Ag-bearing galena and Fe-poor sphalerite are the main minerals. Galena of early formation is Bi-bearing, while in late stages it carries more Sb. Gold was found in two generations in different parageneses. The early gold is Ag-poor and related to hematite, while the late one is Ag-rich and closely associated with quartz and sulphosalts. Three groups of sulphosalts were established: Se-bearing Bi-sulphosalts; Sb-sulphosalts, a part of them Cl-bearing, and As-sulphosalts with more or less Ag. Fluid inclusion data obtained in quartz, amethyst, sphalerite and barite from several representative ore veins show formation temperatures in the range of 370° to 150°C for different stages of mineralization. Evidence of boiling fluids suggests pressures of 70 to 180 bars which correspond to an average depth of mineralization near 1.000 m. The low salinities of the fluids (a/v 3.5 eq. wt% NaCI) indicate influx of meteoric waters during mineralization. On the basis of mineralogical and fluid inclusion data physicochemical conditions and source of the ore forming fluids are discussed.

---

Mineralogie und Flüssigkeitseinschlüsse in polymetallischen Erzgngen der Lagerstätte Madjarovo, Ost-Rhodopen, Bulgarien

Zusammenfassung Die Bildung der polymetallischen Lagerstätte Madjarovo war eng verknüpft mit einem Paläogenen Magmatismus von intermediärem Charakter, der durch Subvulkanite und Vulkanite repräsentiert wird. Es wurden sechs Bildungsstadien der Gangvererzung festgestellt: 1. Quarz-Pyrit-Chalcopyrit mit Bi-Sulfosalzen; 2. Quarz-Hämatit-Chlorit mit Gold; 3. Quarz-Galenit-Sphalerit; 4. Quarz-Baryt-Chalzedon mit Sb-Sulfosalzen; 5. Quarz-As-Sulfosalze; 6. Calcit-Siderit. Ag-führender Galenit und Fe-armer Sphalerit sind die Hauptminerale. Früh gebildeter Galenit is Bi-haltig, während Galenite der späteren Bildungsstadien mehr Sb führen. Gold wurde in zwei Generationen in unterschiedlichen Paragenesen gefunden. Das Früh-Gold (Ag-arm) ist verknüpft mit Hämatit, während das Spät-Gold (Ag-reich) mit Quarz und Sulfosalzen eng assoziiert ist. Es wurden drei Gruppen von Sulfosalzen festgestellt: Se-führende Bi-Sulfosalze; Sb-Sulfosalze, die z.T. Cl-führend sind, und As-Sulfosalze mit mehr oder weniger Ag-Gehalten. Flüssigkeitseinschlüsse in Quarz, Amethyst, Sphalerit und Baryt aus mehreren repräsentativen Erzgängen zeigen Bildungtemperaturen von 370°–150°C für unterschiedliche Mineralisationsstadien. Siedende Lösungen weisen auf einen Druckbereich von 70–180 Bar hin, der einer durchschnittlichen Bildungstiefe von 1.000 m entspricht. Die durchweg niedrige Salinität der Lösungen (durchschnittlich 3.5. Gew.% NaCl äq.) wird auf einen Zufluß von meteorischen Wässern während der Mineralisation zurückgeführt. Auf der Basis der mineralogischen Ergebnisse und der Daten fluider Einschlüse werden die physikochemischen Bedingungen und die Herkunft der Erzlösungen diskutiert.

---

---

With 4 Figures     

Pumpellyite-actinolite and greenschist facies metamorphism in lesvos island (Greece)

Summary The southern part of Lesvos island consists of a Late Palaeozoic-Triassic marble-phyllite series with intercalations of mafic metavolcanics which exhibit mineralogies of the pumpellyite-actinolite and greenschist facies. Pumpellyite is developed best in the metabasalts of the south-eastern part and towards the northwestern part of the terrain it gives way to actinolite and/or epidote bearing assemblages. Local variations in CO₂ are suggested to explain the extensive distribution of chlorite-calcite instead of the Ca–Al-silicate bearing assemblages diagnostic of subgreenschist facies metamorphism.The mineral assemblages observed and the comparison of the compositions of co-existing phases with the compositions of minerals from other low-grade metamorphic areas, indicate metamorphism at temperatures in the order of 270–360°C and pressures little lower than 5 kb.

---

Pumpellyit-Aktinolith und Grünschiefer-Fazies-Metamorphose auf der Insel Lesbos (Griechenland)

Zusammenfassung Der südliche Teil der Insel Lesbos besteht aus einer Serie von jungpaläozoischen-triassischen Schichten von Marmor und Phylliten mit Einlagerungen von basischen Metavulkaniten, deren Mineralogie beweist, daß sie zu den Pumpellyit-Aktinolith- und Grünschiefern-Fazien gehören.Der Pumpellyit entwickelt sich besser in den Metabasalten des südöstlichen Teils. Gegen Nordwesten zu wird er durch Paragenesen ersetzt, welche Aktinolith oder Aktinolith mit Epidot oder nur Epidot aufweisen. Örtliche Unterschiede im CO₂-Wert erklären, wie angenommen wird, die verbreitete Verteilung der Chlorit-Calzit-Paragenese anstelle der für Sub-Grünschiefer-Fazies charakteristischen Ca–Al-Silikat-Paragenesen.Die Mineralparagenesen, die beobachtet wurden, und der Vergleich der Zusammensetzung der koexistierenden Phasen mit der Zusammensetzung der Mineralien aus anderen Gebieten mit niedrigem Metamorphose-Grad zeigt, daß die Metamorphose hier bei Temperaturen von 270°C bis 360°C und bei einem Druck von etwas weniger als 5 kb stattgefunden hat.

---

---

With 4 Figures     

Water-rock interaction in a zone of lateral flow: A natural example from the active geothermal field and gold-mineralized zone of Beppu (Kyushu Island,Japan)

Summary Beppu is a water-dominated active geothermal system in Kyushu (Japan). Gold mineralization exists in places within altered Pleistocene volcanites in the southernmost part of this field. A shallow 300 m well was drilled in an alluvial fan deposit made up of unsorted volcanic clasts of andesite and dacite. Water and core samples were collected and a temperature log was carried out. In the depth range of 150-230 m and at temperatures of 126-148° C the main authigenic minerals are quartz, calcite, K-feldspar, mixed layers illite/smectite, stilbite and pyrite. The chemical data of the waters indicate that mixing occurs between shallow bicarbonate waters and deep Na-Cl geothermal waters in the outflow zone. The authigenic mineral assemblages found in the well are analogous to those found in the epithermal gold deposits of southern Kyushu. Au concentration data for the hydrothermal springs of Beppu (0.53 g/kg) indicate that the fluids found in the borehole at 148° C could theoretically deposit gold. It is reasonable to hypothesise that a process of mixing between deep Na-Cl fluids and shallow Ca-HCO₃-SO₄ fluids were responsible for massive silicate deposition, accompanied in places by Au mineralizations.

---

Wasser-Gesteins-Wechselwirkung in einer Zone lateraler Fließbewegung: ein natürliches Beispiel aus der aktiven Geothermal-Golderz-Zone von Beppu (Kyushu, Japan)

Zusammenfassung Beppu ist ein geothermales System auf der Insel Kyushu, Japan, in der Wasser die dominante Rolle spielt. Goldvererzungen treten stellenweise in umgewandelten pleistozänen Vulkaniten im südlichsten Teil des Gebietes auf. Ein 300 m tiefes Bohrloch wurde in einem alluvialen Sedimentations-Fächer, der aus unsortierten vulkanischen Klasten, aus Andesit und Dazit besteht, niedergebracht. Wasserproben und Kernproben wurden genommen und die Temperaturen im Bohrloch systematisch gemessen. In Tiefen von 150–230 m und bei Temperaturen von 126–148°C sind die wichtigsten autigen gebildeten Minerale Quarz, Calcit, K-Feldspat, Illit/Smectit, Stilbit und Pyrit. Der Chemismus der Wässer zeigt, daß eine Mischung zwischen seichten Bikarbonat-Wässern und aus der Tiefe stammenden Na-Cl geothermalen Wässern erfolgt. Die autigenen Mineralassoziationen in diesem. Bohrloch sind vergleichbar mit denen in epithermalen Goldlagerstätten des südlichen Kyushu. Auf der Basis von existierenden Goldkonzentrationsdaten für die hydrothermalen Quellen auf Beppu (0.53 g/kg) läßt sich zeigen, daß die Fluide, die in dem Bohrloch bei 148 angetroffen wurden, theoretisch Gold absetzen könnten. Daher läßt sich die Theorie vertreten, daß Mischungsvorgänge zwischen einem aus der Tiefe stammenden Na-Cl Fluid und einem oberflächennahen Ca-HCO₃-SO₄ Wasser für die massive Silikatausscheidung verantwortlich waren, die stellenweise von Goldmineralisation begleitet wurden.

---

---

Contribution No 4. Foreign Visiting Scientist Section, Beppu Geophysical Research Laboratory, Kyoto University.

---

This paper was presented at the IGCP 291 Project Symposium Metamorphic Fluids and Mineral Deposits, ETH Zurich, March 21–23, 1991.     

Untersuchungen an Riesgläsern

Zusammenfassung Untersuchungen und Überlegungen geologischer und mineralogischer Art erbrachten folgende neuen Erkenntnisse über die Entstehung der Flädle, der Suevite und.damit auch des ganzen Rieskessels:Eine niemals mit der Suevitmatrix verschweißte Oberfläche, Bruchstücke im Anstehenden, das rasche Verschwinden der Schlieren und Kristallfragmente, beim Wiederaufschmelzen beweisen neben dem Auftreten von Stishovit und den Hochdruckgläsern die außerordentlich rasche Abkühlung der Flädle. Weitere Anzeichen dafür können aus ihrem Oxydationsverhalten gewonnen werden. Die Flädle waren nach ihrem zum Teil 20 km langen Flug durch die Luft beim Aufprall bereits erkaltet.Lage und Ausbildung des Randwulstes, des schlierenreichen Außensaumes, die Einregelung der Blasen und die Striemung der Oberfläche zeigen, daß die Fluggeschwindigkeiten so groß waren, daß typische Ablationserscheinungen auftraten. Diese sind bis jetzt von vulkanischen Ereignissen unbekannt.Horizontale Einregelung der, Flädle, gleichbleibende Größenverhältnisse sowie überraschend eintöniger Çhemismus der Gläser stellen einzelne Förderschlote sehr stark in Frage. Die ständige Unterlagerung von Bunter Bresche der heutigen Suevitvorkommen ist ein weiteres Anzeichen für eine einstmals mehr oder weniger zusammenhängende Suevitdecke. Die radialen Flugrichtungen deuten auf ein gemeinsames Förderzentrum hin, das mit dem eigentlichen Explosionszentrum zusammenfällt. Die Anwesenheit von Coesit, Stishovit, isotropisiertem Quarz und Feldspat sowie der neu gefundenen Hochdruckgläser sind Beweise dafür, daß die Suevite keiner vulkanischen Nachphase zugeordnet werden können, sondern unmittelbar zur Rieskatastrophe gestellt werden müssen. Die Suevite flogen unmittelbar nach der Bunten Bresche als letztes Produkt der eigentlichen Rieskatastrophe aus dem Explosionszentrum und vervollständigen im Ries das Bild der inversen Lagerung. Die inverse Lagerung ist zwar kein Beweis für die Impact-Theorie, aber dennoch sehr charakteristisch für Meteoritenkrater.Aus dem Fe/FeVerhältnis der Gläser gelang es, Anhaltspunkte über die hohen Schmelztemperaturen während der Rieskatastrophe zu erhalten (1500°). Die Beobachtungen vonEl Goresy ergaben sogar Temperaturen über 1700° C. WieEl Goresy richtig betonte, sind diese bei Vulkanen nicht zu erwarten und als übergeologisch zu betrachten.Zu den bisher bekannten Hochdruckindikatoren wurden die Hochdruckgläser mit erhöhter. Dichte und Lichtbrechung hinzugefügt. Wie Stishovit, Coesit, isotropisierter Quarz und Feldspat konnten auch sie in vulkanischen Gläsern bisher nicht nachgewiesen werden. Das Auftreten dieser Hochdruck-indikatoren ist nach wie vor das stärkste Argument für die Impact-Theorie.Die tektonische Lage des Rieskessels kann nicht als Gegenargument für die Meteoritentheorie angeführt werden, da selbst eine vollkommen intakte Albtafel für die Drucke, wie sie im Ries eindeutig nachgewiesen sind, ein viel zu schwaches Widerlager abgegeben hätte. Außerdem stellt das Fehlen von Tridymit und Cristobalit eine phreatische Sprengung in Frage.

---

Mineralogical and geological investigations concerning the glasses of the Ries-Basin, S-Germany, were made in order to clear the question, whether this large circular depression is caused by volcanic explosion or meteorite impact.The Ries-glasses consist, without a doubt, of molten. crystalline basement rocks, which are in S-Germany covered by 600 m of mesozoik sediments. These glasses are embedded in the so called Suevit, an uncommon breccia of molten material, crystalline and sedimentary rocks. This Suevit is considered to be a proof for volcanic events in the Ries-Basin.The Ries-glasses (Riesbombs, Flädle) show typical aerodynamic shapes and influences of ablation, caused by such high flying velocity as is unknown for volcanic bombs.Through field studies and chemical analysis the old theory, that nearly each Suevit-occurrence belongs to a single pipe, seems to be refuted. The genesis of the Suevit is presumably the following: As the last product of the Ries-explosion, the Suevit flew out of the crater and covered., as a more or less coherent veil, the sedimentary Bunte Bresche. What we see today are only remains of this veil. The inverse layering of the sedimentary breccias is an old fact. In this way, the Suevit seems to complete the inverse layering of all Ries-breccias.Melting experiments show, that the Ries basement rocks were heated rapidly and then cooled instantly. The quenching of the Ries-melt has been confirmed by different observations.The monoton chemism of the Ries-glasses from different localities demonstrates, that a homogeneous basement complex was molten, presumably a gneisic one. Through the Fe/Fe. ratio of glasses and crystalline inclusions we get a hint about the temperatures during the Ries-catastrophe (about 1500°C). Ni- and Co-contents arc neither pro nor Contra an impact origin.By remelting the Ries-glasses, real high-presure-glasses were found, which are a further proof for the very high pressures during the Ries-explosion. They arc together with coesite, stishovite, isotropic quartz and felspar the strongest argument for the impact origin.These investigations and some considerations to volcanic arguments lead us to the conclusion, that the Ries-basin was caused by meteorite impact.