Vertical migration of residual magma in the upper zone of the Bushveld Complex

Summary Migration of residual liquid can potentially affect the textures and mineral compositions in layered intrusions, but is difficult to conclusively demonstrate. In the Upper Zone of the Bushveld Complex a metabasaltic xenolith forms a locally impermeable horizon, which acted as a barrier to vertically migrating residua. Increased Ab content in plagioclase, and K₂O and Zr in whole-rock analyses in the anorthosite directly below the xenolith, compared to the same horizon along strike of the xenolith, demonstrate trapping of residual liquid and/or fluid beneath the xenolith.Comparison of Cu/Ni and Cu/S ratios of the mineralised anorthosite in the normal sequence and below the xenolith suggests that these are primary magmatic sulphides which crystallised within the anorthosite and are not derived by sinking of dense interstitial sulphide liquid originally associated with the overlying magnetite layer or introduced hydrothermally.

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Vertikale Migration von Restmagma in der Upper Zone des Bushveld-Komplexes

Zusammenfassung Die Migration von Restschmelzen kann Texturen und Mineralzusammensetzungen in geschichteten Intrusionen beeinflussen, jedoch ist es schwierig, dies eindeutig nachzuweisen. In der Upper Zone des Bushveld-Komplexes bildet ein metabasaltischer Xenolith einen lokal undurchlässigen Horizont, der für vertikal migrierte Residuen als Barriere fungierte. Erhöhte Ab-Gehalte in Plagioklas, sowie erhöhte K₂O und Zr-Werte in Gesamtgesteins-Analysen in Anorthosit direkt unterhalb des Xenolithen-verglichen mit der Zusammensetzung des gleichen Horizontes in Streichen des Xenolithen-weisen auf Konzentration von Restschmelzen und/oder Fluiden im Liegenden des Xenolithen hin. Der Vergleich von Cu/Ni und Cu/S Verhältnissen der mineralisierten Anorthosite in der normalen Abfolge mit denen unterhalb des Xenolithen zeigt, daß es sich hier um primäre magmatische Sulfide handelt, die innerhalb des Anorthosits kristallisierten. Diese Sulfide lassen sich nicht auf das Absinken von dichter Sulfidschmelze, die ursprünglich mit den überlagernden Magnetit-Bändern in Zusammenhang standen, und auch nicht auf hydrothermale Zufuhr zurückführen.

     

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     

Granitic evolution of the Xihuashan-Dangping (Jiangxi,China) Tungsten-Bearing system

Summary Geochemical investigations have been carried out on the granites associated with the intragranitic wolframite vein type deposits of Xihuashan and Dangping (Jiangxi, China). The behaviour of major elements during evolution is identical to that of many evolved granites in orogenic provinces but trace elements and in particular REE indicate a complex magmatic and deuteric evolution. Partial melting or fractional crystallization fail to explain LREE and Eu depletions and HREE enrichments which are more likely due to volatile transfer. Sr isotopes give an age of 155±2 Ma and an initial ratio of 0.7169 excluding the involvement of wall-rock material in the generation of the granites. In addition they indicate that waters involved in the metasomatic and hydrothermal processes are not meteoric but rather magmatic. Suggestions for employment of the distinctive granite REE patterns for prospecting are given.

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Evolution der Granite im Gebiet der Wolframit-Lagerstätten von Xihuashan-Dangping (Jiangxi, China)

Zusammenfassung Die Wolframgänge von Xihuashan and Dangping (Jiangxi, China) setzen in granitischen Gesteinen auf. Die geochemische Untersuchung der Granite läßt eine Evolution der Hauptelemente erkennen, die identisch mit der von Graniten in Orogen-Provinzen ist. Die Verteilung der Spurenelemente und besonders der SEE weist jedoch auf eine komplexe magmatische und deuterische Entwicklung hin. Partielle Aufschmelzung oder fraktionierte Kristallisation können die Verarmung an LSEE und Eu und die Anreicherung an HSEE nicht erklären; letztere sind eher auf Transport in volatiler Phase zurückzuführen. Geologische Untersuchungen ergeben auf der Basis von Strontium-Isotopen ein Alter von 155±2 Mio. Jahren und ein Initialverhältnis von 0,7169; dies schließt die Beteiligung von Nebengestein bei der Granitgenese aus. Darüber hinaus zeigen diese Ergebnisse, daß die für hydrothermale und metasomatische Prozesse verantwortlichen Wässer magmatischen Ursprungs sind. Bestimmte Verteilungsmuster der SEE in Graniten lassen sich als Hilfmittel bei der Prospektion verwenden.

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With 9 Figures     

Geologic model of the magmatichydrothermal system of vulcano (Aeolian Islands, Italy)

Summary This paper presents a model of the active magmatic-hydrothermal (high-sulfidation) system of La Fossa volcano, based on mineralogical and geochemical studies of hydrothermal alteration on the surface and in the subsoil (geothermal wells and lithic clasts from explosive eruptions).The main engine of this system is represented by the shallow magmatic feeding system of La Fossa, which produces substantial degassing of volatiles (H₂O, S, Cl). The introduction of magmatic fluids into the conduit system causes high temperature recrystallisation and metasomatism of the volcanic and sub-volcanic rocks. Lateraly to the volcanic conduits, the magmatic fluids undergo a primary neutralization, forming neutral low permeability hydrothermal zones. During their rise to the surface, the magmatic vapours may condense in groundwater, forming acid solutions that react with rocks to form superficial hydrothermal alteration. Silicic, advanced argillic and intermediate argillic alteration facies develop. This reflects the progressive neutralisation of extremely acid fluids. High contents of trace elements, like TI and Bi, supporting evidence for magmatic fluid transport, were found close to the high temperature fumaroles (up to 500°Q in the silicic alteration zone of La Fossa.

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Ein geologisches Modell des magmatisch-hydrothermalen Systems von Vulcano, Aeolische Inseln, Italien

Zusammenfassung Diese Arbeit stellt ein Modell für das aktive magmatisch-hydrothermale (highsulfidation) System des La Fossa Vulkans vor. Dieses beruht auf mineralogischen und geochemischen Studien der hydrothermalen Umwandlung an der Oberfläche und im Untergrund (geothermale Bohrungen und lithische Klasten von explosiven Eruptionen). Als Energiequelle fungiert das seichte magmatische Zufuhrsystem von La Fossa, das signifikante Entgasung volatiler Phasen (H₂O, S, HCl) mit sich bringt. Das Eindringen magmatischer Fluide in die Zufuhrkanäle verursacht Rekristallisation und Metasomatose der vulkanischen und subvulkanischen Gesteine bei hohen Temperaturen. In lateralen Bereichen der vulkanischen Zufuhrkanäle erfahren die magmatischen Fluide eine primäre Neutralisation, wobei neutrale hydrothermale Zonen niedriger Permeabilität entstehen. Während des Aufstiegs an die Oberfläche können die magmatischen Fluide im Grundwasser kondensiert werden, wobei sie saure Lösungen bilden, die wiederum mit den Gesteinen reagieren und zu Hydrothermalalteration führen. Dabei entstehen silizische, fortgeschrittene argillische und intermediäre agillische Umwandlungsfazies. Dies entspricht der zunehmenden Neutralisation extrem saurer Fluide. Hohe Gehalte an Spurenelementen, wie TI und Bi können als zusätzliche Hinweise für magmatischen Fluidtransport gesehen werden, sie treten in der Nähe der HochTemperatur-Fumarolen (bis 500'C) in der silizischen Alterationszone von La Fossa auf.

     

Geochemistry of newly discovered quaternary Shiribeshi Volcano,Northeast Japan Sea

Summary Shiribeshi Seamount is located to the east of the Okushiri Ridge, in the northeast Japan Sea. Whole rock K-Ar age of olivine-augite andesite dredged from the Seamount was determined to be 0.9 ± 0.2 Ma (Tsuchiya et al., 1989), indicating that Shiribeshi Seamount is a Quaternary volcano in the back-arc region off the junction of the Northeast Japan and Kurile arcs. Shiribeshi volcano is composed of basalt to rhyolite, which show a typical island arc calc-alkaline nature on the basis of petrographical characteristics of 95 samples dredged from four sites. Abundances of incompatible elements including K, Rb, Sr, Nb, P, Ti, Y and Zr in 16 representative rocks are discussed, together with those in the Quaternary volcanic rocks from the NE Japan and Kurile arcs in terms of compositional variation across the arcs. The estimated composition of the primary magma of Shiribeshi volcano is characterized by higher incompatible element contents and a higher Zr/Y ratio than primary magmas in the volcanic front side. Based on HFS element concentrations the degree of partial melting for three primary magmas of Oshima-Oshima, Shiribeshi and Rishiri volcanoes in the northeast Japan Sea may decrease gradually with increasing distance from the volcanic front. However, LIL element contents, especially K and Rb are lower in the primary magma of Rishiri volcano located far from the volcanic front than in the remaining two primary magmas, which would imply that LIL/HFS ratios (or degree of contribution of LIL elements originating from the subducted oceanic crust) become minimal at Rishiri volcano. One basalt and three andesites from Shiribeshi volcano have the restricted range of low⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of 0.70297–0.70300, which indicates that the magma source for Shiribeshi volcano may be slightly more enriched in Sr isotopic compositions than theN-type MORB source.

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Geochemie des neuentdeckten quartären submarinen Vulkans Shiribeshi im Nordöstlichen Japanischen Meer

Zusammenfassung Der Shiribeshi Seamount liegt östlich des Okushiri Rückens im nordöstlichen Japanischen Meer. Gesamtgesteins K-Ar Alter von Olivin-Augit-Andesiten von diesem Seamount ergeben Werte von 0,9 ± 0,2 Ma (Tsuchiya et al., 1989), und weisen darauf hin, daß Shiribeshi ein quartärer Vulkan im back-arc Bereich nahe dem Kreuzungspunkt des nordostjapanischen und des Kurilen-Inselbogens ist. Er besteht aus Gesteinen, deren Zusammensetzung von Basalt bis Rhyolit reicht. Petrographische Daten von 25 Proben, die von vier submarinen Lokationen durch Dredging aufgesammelt wurden, weisen auf eine typische kalk-alkalische Inselbogenzusammensetzung hin. Die Verbreitung von inkompatiblen Elementen, die unter anderem K, Rb, Sr, Nb, P, Ti, Y und Zr umfassen, in 16 representativen Proben wird zusammen mit denen von quartären vulkanischen Gesteinen aus dem nordöstlichen Japanischen und den Kurilen-Inselbogen diskutiert; dabei wird Variationen der Zusammensetzung über die Bögen hinweg besondere Beachtung geschenkt. Die so ermittelte Zusammensetzung des primären Magmas des Shiribeshi Vulkans wird durch höhere inkompatible Elementgehalte und höhere Zr/Y Verhältnisse charakterisiert, wenn man sie mit primären Magmen an der vulkanischen Stirn des Inselbogens vergleicht. HFS Element-Konzentrationen lassen erkennen, daß der Grad teilweiser Aufschmelzung für drei primäre Magmen von Oshima-Oshima, Shiribeshi und Rishiri im nordöstlichen Japanischen Meer graduell mit zunehmender Entfernung von der vulkanischen Stirm abnimmt. Die Gehalte an LIL Elementen und besonders an K und Rb sind in dem primären Magma des Rishiri Vulkans, der weit von der vulkanischen Front entfernt liegt, höher als in den zwei anderen primären Magmen. Dies weist darauf hin, daß LIL/HFS Verhältnisse (oder der Beitrag von LIL Elementen, die aus subduzierter ozeanischer Kruste stammen) am Rishiri Vulkan ein Minimum erreichen. Ein Basalt und drei Andesite von Shiribeshi zeigen⁸⁷Sr/⁸⁶Sr Verhältnisse von 0,70297 bis 0,70300; dies läßt erkennen, daß die Quelle des Magmas für Shiribeshi etwas mehr an⁸⁷Sr angereichert war, als dieN-Typ Quelle.

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With 7 Figures     

Evidence for constitutional supercooling from orthopyroxene - pigeonite - plagioclase relations in the Borgmassivet suite of western Dronning Maud Land,Antarctica

Summary The Kullen-type sills of western Dronning Maud land are up to 400 m thick and form part of the Meso- to Neoproterozoic Borgmassivet suite. They consist of a Basal, Cumulate, Central and Upper zone. The petrography of the Cumulate zone, with special emphasis on the occurrences at Hammer Heads in the Annandagstoppane area, is described. Microstructures, such as delicate chains of orthopyroxene primocrysts and an increase in grain size of plagioclase chadacrysts from the cores to the margins of postcumulus clinopyroxene oikocrysts, indicatein situ crystallization. Composite grains with orthopyroxene at the core, which is mantled, in turn, by inverted pigeonite, a second generation orthopyroxene and, on the outer margin, clinopyroxene in a reaction relation with the orthopyroxene, are sporadically developed.The relation between the composite structures and plagioclase nucleation and growth is investigated by the study of plagioclase grain size distributions, nucleation density and An compositions of plagioclase cores, which indicate that two periods of plagioclase nucleation occurred. The first period of nucleation, represented by plagioclase chadacrysts enclosed in primocrysts of orthopyroxene, occurred during supercooling following intrusion. Release of latent heat of crystallization resulted in an increase in magma temperature and a normal sequence of fractional crystallization in which orthopyroxene crystallization was succeeded by pigeonite. The second period of plagioclase nucleation depleted the interface liquid in the zone of crystallization of calcium. The composition of the interface liquid was thus changed from the compositional field from which pigeonite crystallized to that from which orthopyroxene crystallized (cf the liquidus boundaries in the system CaMgSi₂O₆-Mg₂SiO₄SiO₂ ofKushiro, 1972). This constitutional supercooling (Chalmers, 1964;Tiller, 1991) resulted in crystallization of orthopyroxene and the reverse crystallization sequence En-rich orthopyroxene -pigeonite - En-rich orthopyroxene, prior to reaction of the last-formed orthopyroxene with the liquid to form clinopyroxene and subsequent inversion of pigeonite. A possible crystallization sequence is discussed by making use of thespeculative Fo-Di-An-SiO₂ (forsterite-diopside-anorthite-silica) system ofMorse (1980).

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Orthopyroxen-Pigeonit-Plagioklas-Beziehungen in der Borgmassivet Suite des westlichen Dronning Maud Landes, Antarktis: Hinweise auf konstitutionelles Supercooling

Zusammenfassung Lagergänge des Kullen-Types im westlichen Dronning Maud Land sind bis zu 400m mächtig und sind Teil der meso- bis neoproterozoischen Borgmassivet-Abfolge. Sie bestehen aus einer basalen, einer Cumulat, einer zentralen und einer oberen Zone. Die Petrographie der Cumulat-Zone wird mit besonderer Betonung der Vorkommen von Hammer Heads im Annandagstoppane-Gebiet beschrieben. Mikrostrukturen, wie z.B. feinkörnige Ketten von Orthopyroxen-Primokristen und eine Zunahme in der Korngröße von Plagioklas-Chadakristen von den Kernen zu den Rändern in postcumulus Klinopyroxen-Oikokristen, weisen aufin situ Kristallisation hin. Zusammengesetzte Körner mit Orthopyroxen im Kern, der von invertiertem Pigeonit umgeben ist, einer zweiten Generation Orthopyroxen, und, am äußeren Rand, Klinopyroxen in Reaktionsbeziehung mit Orthopyroxen, kommen sporadisch vor.Die Beziehung zwischen diesen zusammengesetzten Strukturen und der Nukleation, sowie dem Wachstum von Plagioklas wurde durch das Studium der Plagioklaskorngrößen, der Nukleationsdichte und der An-Zusammensetzung von Plagioklas-Kernen untersucht. Diese weisen darauf hin, daß zwei Perioden von Plagioklas-Nukleation vorgekommen sind. Die erste Nukleationsperiode wird durch Plagioklas-Chadakristen, die in Primokristen von Orthopyroxen eingeschlossen sind repräsentiert, und fand während einer Phase von Supercooling im Anschluß an die Intrusion statt. Das Freiwerden latenter Kristallisationswärme führte zu einer Zunahme der Magmentemperatur und zu einer normalen Abfolge fraktionierter Kristallisation, in der auf die Orthopyroxen-Kristallisation Pigeonit folgte. Die zweite Phase der Plagioklasnukleation führte zu einer Verarmung der Schmelze an Kalzium in der Kristallisationszone. Die Zusammensetzung der Schmelze bewegte sich so aus dem Pigeonitfeld, in das, aus dem Orthopyroxen kristallisierte (siehe die Liquidus Grenzen im System CaMgSi2O₆-Mg₂SiO₄-SO₂ von Kushiro, 1972). Dieses konstitutionelle Supercooling (Chalmers, 1964;Tiller, 1991) führte zur Kristallisation von Orthopyroxen, und der reversen Kristallisationsabfolge En-reicher Orthopyroxen-Pigeonit-En-reicher Orthopyroxen, noch vor der Reaktion des zuletzt gebildeten Orthopyroxenes mit der Schmelze, das zur Entstehung von Klinopyroxen und zur anschließenden Inversion von Pigeonit führte. Eine mögliche Kristallisationsabfolge wird auf der Basis desspekulativen Fo-Di-An-SiO₂ (Forsterit-Diopsid-Anorthit-Quartz) Systems von Morse (1980) diskutiert.

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With 12 Figures     

Cryptic variation of augite in the Penikat Layered Intrusion,Northern Finland,with reference to megacyclic units and PGE-enriched zones

Summary The Penikat Layered Intrusion is located in northern Finland, about 70 km to the south of the Arctic Circle. It belongs to a discontinuous layered intrusion belt about 300 km in length and about 2440 m.y. old which stretches from the Swedish-Finnish border to Russian Karelia. The Penikat Intrusion itself is 23 km long and 1.5 to 3.5 km wide. Its magmatic stratigraphy may be divided into a thin marginal series and a 2 to 3 km thick layered series. The latter is made up to five megacyclic units (MCU) which are attributed to repeated influxes of new magma into the Penikat chamber during solidification.The intrusion hosts at least seven PGE-enriched zones, the most remarkable of which are the SJ, AP and PV PGE Reefs. The SJ Reef is located at the boundary between MCU's III and IV, about 600 m above the base of the intrusion; the AP Reef in the lower part of MCU IV, about 300 m above the SJ Reef; and the PV Reef in the transition zone between MCU's IV and V, about 800 m above the AP Reef.The Penikat Intrusion underwent complex deformation and metamorphism during the Svecokarelian Orogeny, resulting in variable alteration of most of the magmatic minerals. Augite is the least altered magmatic mineral and was, therefore, selected to indicate changing composition during fractionation and the manner in which its composition reflects the existence of megacyclic units.Augite occurs as an intercumulus mineral in the ultramafic lower part and as a cumulus mineral in the gabbronoritic and anorthositic upper part of each megacyclic unit. The 100 Mg/(Mg + Fe² + Mn) ratio shows decreasing trends in the three lower-most megacyclic units, excluding the lower part of MCU II, where a considerable reversal occurs, i.e. this ratio indicates progressive increase upward in the stratigraphy, providing evidence of magma mixing. The ratio decreases abruptly at the base of MCU and remains relatively constant in MCU's IV and V. The variation in the Cr₂O₃ content resembles that of the 100 Mg/(Mg + Fe²⁺ + Mn), and clearly indicates differences between the three lowermost chromium-rich and the two uppermost chromium-poor megacyclic units. The variations in TiO₂ and MnO content form roughly mirror images with chromium, being lower in the lower part and higher in the upper part of the intrusion. Na₂O correlates positively with chromium, since Na^– provides a charge balance to Cr³⁺ in augite.Besides the megacyclic units, the Penikat Intrusion is characterized by an unusually great number of PGE-enriched zones, even though the total thickness of the intrusion is only about three kilometers unlike the Bushveld and Stillwater Complexes which are much thicker. It is suggested that the presence of these kinds of PGE zones in layered intrusions, which comprise similar megacyclic units, is linked to the multistage processes which are also related to the development of these units and take place within them. Thus the identification of these kinds of megacyclic units may serve as a useful tool in prospecting for PGE ores both here and in other layered intrusions. This investigation reveals that the well-known method of studying cryptic variation in ferromagnesian silicates, such as augite, clearly indicates the existence of megacyclic units even in fairly altered layered intrusions like the Penikat.

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Kryptische Variation in Augit der Penikat-Intrusion, Nord-Finnland, und ihre Beziehung zu megazyklischen Einheiten und PGE-Zonen

Zusammenfassung Die geschichtete Intrusion von Penikat liegt in Nord-Finnland, rund 70 km südlich vom Polarkreis. Sie gehört zu einem diskontinuierlichen Gürtel aus geschichteten Intrusionen mit einer Länge von über 300 km und einem Alter von 2440 ma, der sich von der Grenze zwischen Schweden and Finnland bis nach Russisch-Karelien erstreckt. Die Intrusion von Penikat ist 23 km lang und 1.5 bis 3.5 km breit. Ihre magmatische Abfolge kann in eine geringmächtige randliche Serie und eine 2 bis 3 km mächtige geschichtete Serie unterteilt werden. Letztere wird von fünf megazyklischen Einheiten (MCU) aufgebaut, die auf den wiederholten Zufluß von neuem Magma in die Penikat-Magmenkammer während der Erstarrung zurückgeführt werden.Die Intrusion enthält zumindest sieben an PGE angereicherte Zonen, von denen die SJ-, AP- und PV-Reefs besonders erwähnenswert sind. Das SJ-Reef befindet sich an der Grenze zwischen MCU III und IV, 600m über der Basis der Intrusion; das AP-Reef im unteren Teil der MCU IV, rund 300 m über der SJ-Anreicherung; und das PV-Reef in der Übergangszone zwischen MCU IV und V, rund 800 m über dem AP-Reef.Die Penikat-Intrusion erfuhr während der svekokarelischen Orogenese eine komplexe Deformation mit Metamorphose, was eine unterschiedliche Umwandlung der meisten magmatischen Minerale zur Folge hatte. Da Augit das am wenigsten umgewandelte magmatische Mineral ist, wurde es als Indikator dafür ausgewählt, wie sich die Zusammensetzung während der Fraktionierung änderte und wie seine Zusammen- setzung die Existenz von megazyklischen Einheiten wiederspiegelt.Augit tritt im ultramafischen unteren Teil einer jeden megazyklischen Einheit als Interkumulus-Mineral auf, während er in den gabbronoritischen und anorthositischen oberen Bereichen als Kumulus-Mineral vorkommt. Das Verhältnis 100 Mg/(Mg + Fe²⁺ + Mn) zeigt mit Ausnahme des unteren Teils von MCU II, wo eine beträchtliche Umkehr eintritt, in den drei untersten megazyklischen Einheiten abnehmende Trends. Dieses Verhältnisnimmt gegen das Hangende der Abfolge hin zu, was auf Magma-Mixing hinweist. Das Verhältnis nimmt an der Basis der MCU plötzlich ab und und bleibt in MCU IV und V relativ konstant. Die Änderung im Cr₂O₃-Gehalt gleicht der von 100 Mg/(Mg + Fe²⁺ + Mn) und zeigt klar die Unterschiede zwischen den drei unteren Cr-reichen und den zwei oberen Cr-armen megazyklischen Einheiten. Die Änderungen im TiO₂- und MnO-Gehalt verhalten sich ungefähr spiegelbildlich, während die Chromgehalte im unteren Teil der Intrusion niedriger, im oberen Teil höher sind. Na₂O korreliert positiv mit Chrom, da Na⁺ den Ladungsausgleich zu Cr³⁺ im Augit besorgt.Neben den megazyklischen Einheiten wird die Penikat-Intrusion durch eine ungewöhnlich hohe Anzahl von mit PGE angereicherten Zonen charakterisiert, obwohl die Gesamtmächtigkeit der Intrusion im Gegensatz zu den viel mächtigeren Bushveld- und Stillwater-Komplexen nur rund drei Kilometer beträgt. Es wird angenommen, daß das Auftreten dieser Arten von PGE-Zonen in geschichteten Intrusionen, welche ähnliche megazyklische Einheiten umfassen, an mehrstufige Prozesse gebunden ist. Diese Prozesse stehen auch im Zusammenhang mit der Entwicklung dieser Einheiten und finden innerhalb dieser Einheiten statt. Daher kann die Identifizierung solcher megazyklischen Einheiten sowohl hier als auch in anderen geschichteten Intrusionen zur Prospektion von PGE-Erzen herangezogen werden. Die vorliegende Untersuchung zeigt, daß geringste Veränderungen in Augit die Existenz von megazyklischen Einheiten selbst in stark umgewandelten geschichteten Intrusionen wie Penikat er kennen lassen.

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With 3 Figures     

Metamorphogenic barite-pyrite (Pb-Zn-Ag) veins at pollone, apuane alps, tuscany: vein geometry, geothermobarometry, fluid inclusions and geochemistry

Summary The barite-pyrite-(Pb-Zn-Ag) deposit of Pollone is located in the southernmost tip of the Apuane Alps metamorphic core complex, and is hosted by a siliciclastic formation of pre-Norian age. The southern sector of the deposit mainly consists of stratiform, supposedly syngenetic, barite-pyrite orebodies, whereas the northern area is characterized by a barite-pyrite-(Pb-Zn-Ag) vein system. Vein geometry in the northern area is controlled by a shear zone, developed during the greenschist facies metamorphism which affected the Apuane Alps core complex between 27 and 8 Ma, that was responsible for fluid focusing and vein emplacement. At Pollone, arsenopyrite and chlorite geothermometers show broadly comparable results, and suggest local metamorphic peak temperatures between 320 and 350°C. Phengite geobarometry indicates minimum pressures of about 3.5 kbar. Fluid inclusion data and mineral equilibria suggest that the mineralizing fluids were initially hotter than the country rocks (about 450°C at 3.5–4.0 kbar). Rocks in direct contact with the orebodies are depleted in Rb and enriched in Sr in comparison to similar rocks elsewhere in the area. This is attributed to the presence of Rb-poor muscovite and Sr-rich barite. Rb-depleted muscovites suggest mineral-fluid interaction in a rock reservoir characterized by a different (modal) mineralogical composition than the Pollone host rocks. The progressive decrease of Sr in barite with increasing distance from the orebodies may be explained with a temperature decrease along the infiltration paths of mineralizing fluids (i.e., from the vein into the wall rocks). The similar O-isotope composition of quartz from veins and host rocks is explained with the overall homogeneous O-isotope composition of the Alpi Apuane basement rocks. This indicates a limited interaction between mineralizing fluids and the rocks exposed at Pollone. Remobilization of syngenetic orebodies was conceivably of minor importance in the production of metamorphogenec veins. Fluid cooling along a major tectonic lineament is thought to be responsible for barite deposition.

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Die metamorphogenen Baryt-Pyrit (Pb-Zn-Ag) Gänge von Pollone, Apuanische Alpen, Toskana: Geometrie der Gänge, Geothermobarometrie, Flüssigkeitseinschlüsse und Geochemie

Zusammenfassung Die Baryt-Pyrit (Pb-Zn-Ag) Lagerstätte von Pollone liegt im südlichsten Ende des metamorphen Kern-Komplexes der Apuanischen Alpen, und sitzt in einer siliziklastischen Formation prä-Norischen Alters auf. Der südliche Sektor der Lagerstätte besteht hauptsächlich aus stratiformen, wahrscheinlich syngenetischen Baryt-Pyrit-Erzkörpern, während der nördliche Teil des Gebietes durch ein Baryt-Pyrit (Pb-Zn-Ag) Gangsystem charakterisiert wird. Die Geometrie der Gänge im Nordteil wird durch eine Scherzone kontrolliert, die während einer grünschieferfaziellen Metamorphose entstanden ist, die den Kernkomplex der Apuanischen Alpen zwischen 27 und 8 Ma betroffen hat. Diese Scherzone war auch für die Zufuhr der Fluide und die Platznahme der Gänge verantwortlich. In Pollone zeigen Arsenopyrit- und Chlorit-Geothermometrie weithin vergleichbare Ergebnisse und weisen auf lokale Maximaltemperaturen der Metamorphose zwischen 320 und 350°C hin. Phengit-Geobarometrie läßt Minimal-Drucke von ungefähr 3,5 kbar erkennen. Fluidflüssigkeitseinschluß-Daten und Mineral-Gleichgewichte zeigen, daß die erzbringenden Fluide ursprünglich heißer als die Wirtsgesteine waren (ca. 450 °C für P von 3,5 bis 4 kbar). Gesteine, die im direkten Kontakt mit den Erzkörpern sind, zeigen eine Anreicherung an Rb und eine Anreicherung an Sr, im Vergleich mit ähnlichen Gesteinen, die im Gebiet anzutreffen sind. Dies wird auf das Vorkommen von Rb-armen Muscovit und Sr-reichen Baryt zurückgeführt. An Rbabgereicherte Muscovite legen Mineral-Fluid-Reaktionen nahe, die in einem Gesteinsreservoir abliefen, das durch eine andere mineralogische Zusammensetzung als die Wirtsgesteine von Pollone charakterisiert war. Der zunehmende Verlust von Sr im Baryt mit zunehmender Entfernung von den Erzkörpern, kann durch einen Temperaturabfall entlang der Infitrations-Pfade der erzführenden Lösungen erklärt werden (d.h. von Gang in die Nebengeseine). Die ähnliche Sauerstoff-Isotopen-Zusammensetzung für Quarz aus den Gängen und den Nebengesteinen läßt sich auf die allgemein homogene Sauerstoffisotopen-Signatur des Basements der Apuanischen Alpen zurückführen. Dies weist auf beschränkte Wechselwirkung zwischen erzführenden Lösungen und den in Pollone anstehenden Gesteinen hin. Die Remobilisation von syngenetischen Erzkörpern in Pollone war nur von geringer Bedeutung für die Entstehung der metamorphogenen Gänge. Abkühlung der Fluide an einem wichtigen tektonischen Lineament gilt als Ursache für den Absatz von Baryt.

     

Textures exhibited by feldspars in the Giant Mottled Anorthosite (GMA) of the bastard unit in the Upper Critical Zone,Western Bushveld Complex

Summary The Bastard Unit, overlying the Merensky Unit, is the uppermost and most complete of the cyclic units in the Upper Critical Zone and its upper contact is taken as the boundary between the Critical and Main Zones (as recommended by SACS, 1980). The Unit is different from underlying units for three reasons: it does not have a well-defined top contact (with an overlying unit); it is much thicker than the Merensky and Footwall Units; and it has an unusually thick sequence of mottled anorthosite at its top. This distinctive composite anorthositic sequence is termed the Giant Mottled Anorthosite (GMA) which is predominantly made up of poikilitic anorthosite. The GMA can broadly be subdivided into three distinct parts; the Lower Giant Mottled Anorthosite (LGMA), Giant Mottled Middling (GMM) and the Upper Giant Mottled Anorthosite (UGMA).Petrographic examination of 82 samples taken in the GMA from 11 borehole profiles around the western limb of the Complex revealed that the LGMA and GMM are essentially adcumulates while the UGMA is orthocumulate in character. By its very nature the dominant phase throughout the GMA is cumulus plagioclase feldspar ( 85%) with the balance being made up of intercumulus orthopyroxene and clinopyroxene and minor biofite — all of which constitute the darker mottles. Intercumulus inverted pigeonite occurs in the upper part of the GMM, throughout the UGMA and for c. 30 m into the Main Zone. K-feldspar also joins the paragenesis within the UGMA and occurs both as intercumulus orthoclase and antiperthite. Cumulus plagioclase grains, showing varying degrees of complex oscillatory-zonal growth are common in the upper part of the GMA. These grains are interpreted as records of growth episodes during earlier influxes of magma which were responsible for the development of the underlying cyclic units, but escaped incorporation into the cumulate pile.

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Feldspat-Texturen im Giant Mottled Anorthosite der Bastard-Einheit in der oberen kritischen Zone des westlichen Bushveld-Komplexes

Zusammenfassung Die Bastard-Einheit, die die Merensky-Einheit überlagert, ist die oberste und am besten entwickelte der zyklischen Einheiten in der oberen kritischen Zone; ihr oberer Kontakt gilt als die Grenze zwischen der Kritischen und der Main-Zone (entsprechend den Empfehlungen von SACS, 1980). Die Einheit unterscheidet sich aus drei Gründen von den Einheiten im liegenden: sie hat keinen gut definierten oberen Kontakt (mit einer darüberliegenden Einheit), sie ist wesentlich mächtiger als die Merensky und die Footwall-Einheiten, und sie hat eine ungewöhnliche mächtige Abfolge von Mottled Anorthosite als obersten Teil der Abfolge. Diese wohldefinierte anorthositische Abfolge wird als Giant Mottled Anorthosite (GMA) bezeichnet, und besteht hauptsächlich aus poikilitischem Anorthosit. Die GMA kann in 3 Teile, den unteren (LGMA), den mittleren (GMM) un den oberen (UGMA) unterteilt werden.Die petrographische Untersuchung von 82 Proben in der GMA aus 11 Bohrlöchern im Westteil des Bushveld-Komplexes zeigt, daß LGMA und GMM im wesentlichen Adkumulate sind, während die UGMA ein Orthokumulat darstellt. Die Hauptphase in der gesamten GMA ist Kumulus-Plagioklas ( 85 %); der Rest besteht aus Intercumulus-Orthopyroxen, Klinopyroxen, und geringen Mengen von Biotit. Diese sind die Komponenten der dunkleren mottles. Intercumulus invertierter Pigeonit kommt im oberen Teil der GMM, in der gesamten UGMA und in den unteren 30 Metern der Main-Zone vor. Innerhalb der UGMA tritt K-Feldspat hinzu, dieser kommt als Intercumulus Orthoklas und Antiperthit vor. Körner von Cumulusplagioklas mit verschiedenen Intensitäten komplexer Zonierung sind im oberen Teil der GMA verbreitet. Diese Körner werden als Hinweise auf Wachstumsepisoden während früherer Magmenzufuhr-Phasen interpretiert, die für die Entwicklung der zyklischen Einheiten im Liegenden verantwortlich waren, aber selbst nicht Teil der Cumulatabfolge wurden.

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With 5 Figures     

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     

Untersuchungen zur Diagenese an Kalkkonkretionen und umgebenden Tonschiefern

Zusammenfassung Mit Hilfe der verschiedenen Untersuchungsmethoden. wurde versucht aus einem Vergleich von Kalkknollen und den sie umgebenden Tonschiefern Rückschlüsse auf die diagenetischen Vorgänge zu ziehen.Der qualitative Mineralbestand ist in den Geoden und in den Schieferproben der gleiche: Neben dem Carbonat treten hauptsächlich Quarz, Plagioklas, Kalifeldspat, Muskovit und Chlorit auf. Quarz und Plagioklas zeigen in Knolle und Schiefer neben Hinweisen auf Neubildung stark gezackte Ränder, die auf Anlösung deuten.Im quantitativen Gehalt treten Unterschiede zwischen Knolle und Schiefer auf: Abgesehen vom wesentlich höheren Calcitgehalt enthalten die Geoden mehr Quarz und Plagioklas als die Tonschiefer. Für die Schiefer wurde ein, größerer Tonmineralgehalt festgestellt. Aus der chemischen Analyse ergibt sich, daß die Schiefer mehr Titan enthalten als die Knollen.Es lassen sich folgende diagenetische Vorgänge erkennen: Quarz und Plagioklas wurden im Schiefer stärker angelöst als in der Knolle. Dieses wird bestätigt durch das unterschiedliche Maximum der Korngrößenverteilung dieser Minerale in den Geoden- und Tonschieferproben und durch die relative Anreicherung von Titan im Schiefer. Weiterhin wird Chloritneubildung am Knollenrand und im Schiefer beobachtet. Dieser besitzt eine höhere Lichtbrechung und größeren Fe-Gehalt und ist thermisch instabiler als der detritische Chlorit. Für Muskovit-Illit wird die Zunahme des Kaliumgehaltes in den Schiefern während der Diagenese festgestellt. In den Kalkknollen enthält er etwa 8% K₂O, in den Schiefern aber etwa 10%. Alle diese Veränderungen gehen in den Knollenmitten am langsamsten vor sich.

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Calcareous nodules and the surrounding shales were examined by different methods. The comparison of the results was used to draw conclusions about the diagenetic processes.The mineral components of the nodules and of the surrounding shales are qualitatively the same: besides carbonates mainly quartz, plagioclase, potassium-feldspar, muscovite and chlorite. As well in the nodules as in the shales, quartz and plagioclase show new formations together with signs of partial solution (indented grain boundaries).Differences are found in the quantitative composition of the nodules and of the corresponding shales: besides a much higher amount of calcite, the nodules contain more quartz and plagioclase than the shales. The shales contain more clay minerals. The chemical analysis shows that the shales contain more titanium than the insoluble residue of the nodules.The following diagenetic processes are observed: the partial solution of quartz and plagioclase is more pronounced in the shales than in the nodules. This observation is confirmed by the difference between the maxima of the grain size distribution curve of these minerals in the nodules and in the shales. It is, furthermore, confirmed by the relative enrichment of titanium in the shales. Besides, new formations of chlorite are found in the outer zones of the nodules and in the shales. These formations have a higher index of refraction and a higher Fe-content than the detrital chlorite. Their thermic stability is, however, lower. An increase of potassium in muscovite-illite in the course of the diagenesis is observed (in the nodules, muscovite-illite contains about 8% K₂O, in the shales about 10% K₂O). All these transformations occur more slowly in the middle of the nodules than near their surface.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C.W. Correns danke ich herzlich für die Förderung in meinem Studium, für die Stellung des Themas und für allen Rat, den er mit bei der Ausführung dieser Arbeit zuteil werden ließ.Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl und Frau Dr. P. Schneiderhöhn danke ich für sehr anregende Diskussionen.Ferner sei allen Angehörigen des Geologischen Instituts der Universität Göttingen gedankt, die mir bei der Probenbeschaffung behilflich waren.Ebenso danke ich allen Angehörigen des Mineralogischen. Instituts, die zum Gelingen der Arbeit beitrugen.     

Schwach alkalischer frühgeosynklinaler Vulkanismus im Perm der Insel Timor

Zusammenfassung Die permischen Olivinbasalte, Trachybasalte, Alkalitrachyte und Alkalirhyolithe von Timor werden als effusive Glieder eines speziellen frühgeosynklinalen Magmatismus gedeutet, deren Genese mit der Entstehung der alpinen Geosynklinale zusammenhängt. Kalireicher Feldspat, Akmit und blauer Natronamphibol sind charakteristische Mineralien dieses frühgeosynklinalen Vulkanismus, aber fehlen in den Gesteinen der späteren Hauptperiode des geosynklinalen Magmatismus. Im devonischen bzw. silurischen Varistikum Deutschlands und Böhmens gibt es offenbar ein vollkommenes Analogon der alpinen Permvulkanite Timors. Wenn es keine unmittelbar vorhergehende Gebirgsbildung gibt, kann die magmatische Aktivität in einer orogenetischen Zone offenbar mit einem schwach alkalischen frühgeosynklinalen Magmatismus anfangen, der in einer Nomenklatur des vonStille vorgeschlagenen Typus als Embryonalmagmatismus bezeichnet werden könnte.     

Untersuchungen über die Bildung von Analcim aus natürlichen Silikaten

Zusammenfassung Im Temperaturbereich zwischen 100–180° C wurde experimentell die Umwandlung einiger natürlicher Silikate und silikatischer Gesteine in Analcim untersucht. Der Analcim bildete sich im alkalischen Milieu nach Abbau der einzelnen Ausgangssubstanzen direkt und ohne das Auftreten irgendeiner Zwischenphase. Die Entstehung des Analcims zeigte sich dabei abhängig von der Art und der Konzentration der einwirkenden Lösungen, von der Temperatur und von den Ausgangssubstanzen. Bei geringeren Konzentrationen der Lösungen war die Reaktion bedeutend langsamer als bei größeren. Der Analcim bildete sich nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich der alkalischen Lösungen, wobei dieser für die einzelnen Substanzen unterschiedlich war. In Abhängigkeit von der Ausgangssubstanz entstanden bei geringeren Alkalikonzentrationen an Stelle des Analcims Zeolithe und bei größeren Alkallkonzentrationen SiO₂-Mineralien.

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Investigations on the formation of analcite from natural silicates

The transformation of some natural silicates and silicatic rocks into analcite was experimentally investigated over a temperature range of 100° C to 180° C. Analcite was directly formed in alkaline surroundings after reduction of the various starting substances without any intermediate phases. The formation of analcite depended on the kind and concentration of the reacting solutions, on the temperature and on the starting substance. At lower concentrations of the solutions the reaction was considerably slower than at higher ones. Analcite was formed only within a certain concentration range of the alkaline solutions, this range being different for the different substances. Depending on the starting substance, zeolites were formed at lower alkali concentrations. At higher alkali concentrations SiO₂ minerals were formed.

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Herrn Prof. Dr. H. Heritsch danke ich für sein dauerndes Interesse an dieser Arbeit, für Ratschläge und kritische Bemerkungen sowie für die Zurverfügungstellung der Mittel des Institutes für Mineralogie und Petrographie der Universität Graz.

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Herrn Prof. Dr. C. W. Correns möchte ich auch an dieser Stelle für die Möglichkeit, die experimentelle Technik in Göttingen kennenzulernen, meinen Dank sagen.     

Corundum- and zoisite-bearing marbles in the Rhodope Zone,Xanthi Area (N. Greece): Estimation of the fluid phase pomposition

Summary In the area of Xanthi, N. Greece, regionally metamorphosed marbles which belong to the Upper Tectonic Unit of the Rhodope Zone occur as intercalations within gneisses and amphibolites. In one marble horizon abundant Al-rich minerals like corundum (ruby), spinel, Al-rich pargasite, zoisite, and anorthite were found. In some cases, spinel occurs as a rim around corundum and was formed as a reaction product of corundum + dolomite. Zoisite often coexists in equilibrium with anorthite and calcite. These relationships permit the calculation of the fluid phase composition which is found to be relatively poor in CO₂, thus indicating that abundant water was available-at least on a local scale-during the last, Barrow-type metamorphism. This water was probably supplied from the metapelites by dehydration reactions during the amphibolite facies overprint and invaded the rocks through fractures and shear zones and along the contacts between different rock types.

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Korund- und zoisit führende Marmore der Rhodope-Zone, Xanthi Gebiet (N-Griechenland): bestimmung der zusammensetzung der fluiden phase

Zusammenfassung Regionalmetamorphe Marmore, die zur oberen tektonischen Einheit der Rhodope-Zone gehören, kommen in der Xanthi-Region (N-Griechenland) als Einschaltungen in Gneisen und Amphiboliten vor. In einem dieser Marmorhorizonte konnten Al-reiche Minerale, wie Korund (Rubin), Spinell, Al-reicher Pargasit, Zoisit und Anorthit, gefunden werden. Spinell tritt bisweilen als Rand um den Korund auf, was auf eine Entstehung als Reaktionsprodukt von Korund + Dolomit hinweist. Zoisit koexistiert meist mit Anorthit und Calcit. Diese Paragenesen erlauben eine Abschätzung der Zusammensetzung der fluiden Phase: sie ist relativ arm an CO₂. Dies weist darauf hin, daß, zumindest lokal, während der Barrow-Metamorphose genügend Wasser verfügbar gewesen ist. Das Wasser stammt vermutlich aus Metapeliten, aus denen es durch Dehydrationsreaktionen während der amphibolitfaziellen Überpr:agung ausgepreßt wurde. Entlang von Bruch- und Scherzonen, bzw. an Kontakten unterschiedlicher Gesteinstypen, ist das Wasser in die betreffenden Gesteine eingewandert.

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With 3 Figures     

Contrasts between platinum group element contents and biotite compositions of Duluth Complex troctolitic and anorthositic series rocks

Summary This paper presents new data on sulfide assemblages, platinum group elements (PGE's) and halogen contents of biotites in anorthositic series rocks from the Duluth Complex. The data are contrasted with similar data from troctolitic series rocks. Sulfides occur in only trace amounts in anorthositic series rocks as interstitial grains, inclusions in plagioclase, and veinlets cutting olivine. These textures and the sulfide assemblage (pyrrhotite, pentlandite and chalcopyrite) are similar to the sulfide mineralization in troctolitic series rocks. However, the sulfide assemblage is dominated by chalcopyrite in anorthositic rocks. The highest concentration of PGE's in anorthositic series rocks found to date is 163 ppb Pt, with the bulk of the data at limits of detection. PGE contents of troctolitic series rocks range from 100=200 ppb Pt + Pd to an anomalously high 14 ppm Pt + Pd over a one meter interval. The variation of F/Cl ratios with Fe-Mg compositions of Duluth Complex magmatic biotites may be interpreted to imply equilibration with a fluid phase of constant composition. We have no definitive interpretation of the significance of the distinctly different biotite compositions reported from the Stillwater and Bushveld Complexes.

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Unterschiede der PGE-Gehalte und der Biotitzusammensetzung troktolitischer und anor thositischer Gesteinsserien des Duluth-Komplexes

Zusammenfassung Diese Arbeit stellt neue Ergebnisse über die Sulfidparagenesen, die Platingruppenelemente (PGE) und die Gehalte an Halogeniden in Biotit aus den anorthositischen Gesteinsserien des Duluth Komplexes vor. Sie werden mit Daten aus den Troktoliten verglichen. Sulfide treten nur im Spuren in den anorthositischen Gesteinen in Form von interstitialen Körnern, von Einschlüssen im Plagioklas und von Olivin durchsetzenden Rissen auf. Diese Texturen und die Sulfidparagenese (Magnetkies, Pentlandit und Kupferkies) sind mit Sulfidmineralisationen in den troktolitischen Gesteinen zu vergleichen. Kupferkies ist allerdings das dominierende Sulfid in den anorthositischen Gesteinen. Die höchsten bis jetzt bekannten PGE-Konzentrationen von 163 ppb Pt sind ebenfalls an diese Gesteine geknüpft. Der Grossteil der Proben zeigt Gehalte im Bereich der Nachweisgrenze. Die PGE-Gehalte der troktolitischen Gesteine schwanken im Bereich von 100–200 ppb Pt und Pd mit über ein Intervall von einem Meter abnormal hohen Gehalten von 14 ppm Pt und Pd.Die Schwankungen der F/Cl Verhältnisse mit den Fe-Mg Gehalten magmatischer Biotite des Duluth-Komplexes können als Hinweise auf Gleichgewichtsbedingungen mit einer fluiden Phase konstanter Zusammensetzung interpretiert werden.Die Bedeutung dieser im Vergleich zum Stillwater- und Bushveldkomplex eindeutig verschiedenen Biotitzusammensetzungen ist noch unklar.

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With 11 Figures     

Chemistry of Fe-Ti oxide minerals in the Hobenzan granitic complex,SW Japan: Subsolidus reduction in relation to base metal mineralization

Summary The mineralized stock of the Hobenzan granitic complex is composed of tonalite and a continuous differentiation series of biotite-hornblende granodiorite, hornblende biotite granite and biotite granite. Texture and mineral chemistry of the Fe-Ti oxide minerals in the Hobenzan granitic complex exhibit two different processes of magma evolution: one is an oxyexsolution process related to the magmatic and high temperature subsolidus stage, and the other is a reduction process of consecutive subsolidus stage. Rocks distributed in the northern part of the granitic complex preserve well the oxyexsolution process and show higher magnetic susceptibility, whereas those in the southern part of the complex, record the reduction process and show lower magnetic susceptibility.The magnetite-ilmenite geothermometer indicates temperatures of ca. 730°C for the oxide pairs of the early stage. Oxygen fugacity of one to three orders of magnitude higher than the annite-sanidine-magnetite (ASM) univariant curve, and an aqueous sulfur composition,fSO₂/fH₂S, of around 1.0 is indicated. This first stage corresponds to the crystallization of phenocrystic hornblende and plagioclase at depth. At about 700°C crystallization changed to biotite, K-feldspar and quartz, and continued to about 600°C. ThefO₂ during this second stage is buffered by the ASM assemblage. This second stage defines the oxyexsolution process. Below about 600°C, a reduction process, caused by assimilation of carbonaceous matter of country rocks, overprinted the southern part of the complex. Oxide pairs show that thefO₂ is about four orders of magnitude lower than the ASM univariant curve, andfSO₂/fH₂S is 10^–8.0 or less at 550°C for this reduced assemblage. The drastic change in composition of sulfur-bearing aqueous species may be one of the principal factors allowing base metal mineralization.

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Chemismus von Fe-Ti Oxiden des Hobenzan Granitkomplexes, SW Japan: Subsolidus Reduktion und ihre Beziehung zu metallischen Vererzungen

Zusammenfassung Der mineralisierte Hobenzan Granitkomplex setzt sich aus Tonaliten und einer kontinuierlichen Differentiationsserie, bestehend aus Biotit-Hornblende-Granodioriten, Hornblende-Biotit-Graniten und Biotit-Graniten, zusammen. Die Texturen und die Mineralchemie der Fe-Ti Oxide belegen zwei unterschiedliche Prozesse bei der Entwicklung des Hobenzan Granitkomplexes: einerseits einen Oxyexsolution-Prozeß, während des magmatischen und hochtemperierten Subsolidus-Stadiums, andererseits einen Reduktionsprozeß während des tiefertemperierten Subsolidus-Stadiums. Gesteine im nördlichen Hobenzan Komplex belegen vor allem den Oxyexsolution Prozeß und zeigen höhere magnetische Suszeptibilität, während jene im südlichen Teil den Reduktionsprozeß widerspiegeln und niedrigere magnetische Suszeptibilität zeigen.Das Magnetit-Ilmenit Geothermometer ergab Temperaturen von ca. 730°C für Oxidpaare des Frühstadiums. Die Sauerstoff Fugazität liegt um eine bis drei Größenordnungen über der univarianten Reaktionskurve Annit-Sanidin-Magnetit (ASM), und dasfSO₂/fH₂S Verhältnis der wässrigen Schwefelkomplexe bei ca. 1.0. Dieses Frühstadium korrespondiert mit der Kristallisation von Horblende und Plagioklas im Magma in größerer Tiefe. Ab ca. 700°C erfolgt die Kristallisation von Biotit, Alkalifeldspat und Quarz bis etwa 600°C, wobeifO₂ durch die ASM Mineralassoziation gepuffert wird. Dieses zweite Stadium wird als Oxyexsolution Prozeß beschrieben. Unter 600°C erfolgte eine Reduktion durch Assimilation von kohlenstoffreichem Material vor allem im südlichen Teil des Komplexes. Oxidpaare dieses Stadiums belegen, daßfO₂ um etwa vier Größenordnungen unterhalb des ASM Puffers liegt, undfSO₂/fH₂S ist 10^–8 bei 550°C. Die dramatische Änderung in der Zusammensetzung der Schwefelkomplexe in den Lösungen wird als der Hauptfaktor für die Bildung der Erzmineralisationen angesehen.

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With 5 Figures     

Age,origin and geodynamic significance of a polymetamorphic felsic intrusion in the Ötztal Crystalline Basement,Tirol, Austria

Summary A multi-method approach was applied to derive the age and origin of an orthogneiss body located in the central Kaunertal, western Ötztal Crystalline Basement (ÖCB). The Tieftal orthogneiss body is an internally differentiated, polymetamorphosed epizonal intrusion, embedded in amphibolites. It comprises leucocratic hedenbergite-hornblende-, hornblende- and biotite-hornblende-gneisses, but also some melanocratic rock types. The leucocratic Tieftal gneisses are granitic, have a near eutectic melt composition and share some features of A-type granites, such as high Na₂O+K₂O(8.07 to 8.58wt%), Zr (379 to 554ppm) and Y (58 to 79ppm) contents. The REE-patterns are rather flat ((La/Yb)_N=2.4 to 3.7), with distinct negative Eu anomalies. Single zircon evaporation dating of two samples and Sm-Nd dating of relict magmatic titanite resulted in ages of 487±7, 484±3 and 487±5Ma, respectively. The weighted mean of 485±3Ma is interpreted as the primary crystallization age of the Tieftal orthogneiss body. Rb-Sr whole rock dating results in a well defined regression line, corresponding to an age of 411±9Ma. This age clearly documents at least a partial resetting of the whole rock Rb-Sr system, which is most probably due to subsequent metamorphic overprint. The leucocratic Tieftal gneisses are isotopically rather primitive with an Nd _CHUR ^{485 Ma} value of +1.7 and a calculated magmatic initial⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of 0.7047. These data suggest a major mantle contribution. Most probably, they originated through fractionation of the magmatic precursors of the accompanying tholeiitic metabasites. The more primitive isotopic composition of ÖCB metabasites and some late Archean/early Proterozoic and Cambrian inheritance in Tieftal gneiss zircons suggest some involvement of old crustal rocks, too. The amount of crustal contamination can be calculated to be in the range of 10 to 40%. The Tieftal gneisses and the accompanying metabasites are interpreted as remnants of igneous rocks related to an early Ordovician rifting and incipient formation of new oceanic crust, an event which can be traced throughout the central and western European Variscan and Alpine terranes.

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Alter, Genese und geologische Bedeutung einer polymetamorphen felsischen Intrusion im Ötztalkristallin, Tirol, Österreich

Zusammenfassung Ein Vielzahl von Methoden wurde angewandt, um das Alter und die Genese eines Orthogneiskörpers im mittleren Kaunertal, westliches Ötztalkristallin, abzuleiten. Der Tieftal-Orthogneiskörper ist eine in Amphiboliten eingeschaltete, intern differenzierte, polymetamorph überprägte, epizonale Intrusion. Er umfaßt sowohl leukokrate Hedenbergit-Hornblende-, Hornblende- und Biotit-Hornblende-Gneise als auch untergeordnet melanokrate Gesteine. Die leukokraten Tieftal-Gneise besitzen einen granitischen, beinahe einer eutektischen Schmelze entsprechenden Chemismus; einige Parameter wie hohe Na₂O+K₂O(8.07 bis 8.58Gew%), Zr(379 bis 554ppm) und Y(58 bis 79ppm) Gehalte weisen auf eine A-Typ Affinität hin. Die SEE-Spektren sind nur gering fraktioniert ((La/Yb)_N=2.3 bis 3.7) und weisen eine markante negative Eu-Anomalie auf. Einzelzirkon-Evaporationsdatierungen an 2 Proben und eine Sm-Nd Datierung von reliktischem magmatischem Titanit ergeben Alter von 487±7, 484±3 und 487±5Ma. Der gewichtete Mittelwert von 485±3Ma wird als das primäre magmatische Kristallisationsalter des Tieftal-Orthogneiskörpers interpretiert. Eine Rb-Sr Gesamtgesteinsdatierung ergibt eine gut definierte Regressionsgerade mit einem Alter von 411±9Ma. Dieses Alter beweist eine postmagmatische Störung des Rb-Sr Gesamtgesteinssystems, die durch die metamorphen überprägungen verursacht wurde. Die leukokraten Tieftal-Gneise besitzen eine relative primitive isotopische Zusammensetzung mit einem Nd _CHUR ^{485 Ma} a Wert von +1.7 und einem zurückgerechneten magmatischen⁸⁷Sr/⁸⁶Sr Initialverhältnis von 0.7047. Diese Daten machen eine große Beteiligung von Mantelmaterial wahrscheinlich. Am ehesten entstanden die leukokraten Tieftal-Gneise durch magmatische Fraktionierungsprozesse aus den Ausgangsgesteinen der begleitenden tholeiitischen Metabasite. Die noch primitivere isotopische Zusammensetzung der Metabasite im Ötztalkristallin und spätarchaische/frühproterozoische sowie kambrische Komponenten in den Zirkonen der leukokraten Tieftal-Gneise weisen aber auch auf die Beteiligung alten krustalen Materials hin. Der Anteil der krustalen Komponente liegt im Bereich von 10 bis 40%. Der Tieftal-Orthogneiskörper und die begleitenden Metabasite werden als Relikte magmatischer Gesteine, die während eines frühordovizischen Riftings und der beginnenden Bildung neuer ozeanischer Kruste entstanden sind, gedeutet. Zeugen dieses Vorganges sind in allen variszisch und alpidisch geprägten Gebieten Westund Mitteleuropas zu finden.

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With 13 Figures     

A garnet-cordierite granite porphyry containing rapakivi feldspars in the Cabeza de Araya batholith (extremadura,spanish Hercynian belt)

Summary The garnet-cordierite granite porphyry is a large dyke associated with the Cabeza Araya batholith. The batholith shows S typology but with intermediate characteristics between the aluminous granite series, spatially and genetically related to the Hercynian regional metamorphism, and the calc-alkaline series of the Iberian massif. The granite porphyry is rich in megacrystic alkali feldspar often with rapakivi texture. Its mineralogy consists mainly of quartz + plagioclase + alkali feldspar + biotite I + cordierite I + garnet + biotite 11 + cordierite II ± muscovite + chlorite.Cordierite-garnet thermobarometry and stability relationships of ternary feldspars are used to estimate the T-P conditions of crystallization and the evolution of these rocks. The equilibrium temperature obtained from the cordierite-garnet pair is about 800°C (4 ± 0.5 Kb). This shows the xenocrystic origin of cordierite and garnet, in accordance with other geological and textural evidence. Garnet transformation, the genesis of Cordierite II and the formation of mantled textures are interpreted as the result of an isothermal decompression accompanying the emplacement of the porphyry.

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Eine Rapakivi-Feldspat führender Granat-Codierit-Granitporphyr aus dem Cabeza de Araya Batholith (Extremadura, Hereynischer Gürtel, Spanien)

Zusammenfassung Der Granat-Cordierit-Granit stellt einen mit dem Cabeza Araya Batholith assoziierten, mächtigen Gang dar. Der Batholith zeigt S-Typ Charakter, jedoch mit bergangsmerkmalen zu aluminösen Granitserien, und steht räumlich und genetisch im Zusammenhang mit der hercynischen Regionalmetamorphose und den Kalkalkaliserien des iberischen Massivs. Der Granitporphyr führt häufig Megakristalle von Alkalifeldspat, die oft Rapakivitextur zeigen. Die Mineralogie des Granitporphyr besteht aus Quarz + Plagioklas + Alkalifeldspat + Biotit 1 + Cordierit 1 + Granat + Biotit II + Cordierit II ± Muscovit ± Chlorit. Die P-T Bedingungen der Kristallisation und die magmatische Entwicklung dieserDie wurde, P-T Bedingungen der Kristallisation und die magmatische Entwicklung dieser Gesteine wurde, unter Anwendung der Cordierit-Granat Thermobarometrie und den Stabilitätsbeziehungen der Feldspäte, ermittelt. Die Gleichgewichtstemperatur aus Cordierit-Granat-Paaren beträgt um 800°C (4 ± 0.5 Kb). Dies zeigt die Bildung von Cordierit und Granat als Xenokristalle, in Übereinstimmung mit anderen geologischen und texturellen Merkmalen. Die Transformation des Granat. die Genese von Cordierit II und das Entstehen von mantled Texturen, kann als Resultat einer isothermalen Dekompression interpretiert werden, die die Platznahme des Porphyrs begleitet hat.

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With 5 Figures     

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.     

The Hill End goldfield,NSW, Australia —early metamorphic deposition of auriferous quartz veins

Summary Gold-bearing quartz veins in the Hill End goldfield, NSW Australia, comprise bedding parallel vein sets and lesser cleavage parallel and fault controlled veins which are hosted by a multiply deformed Late Silurian slate-metagreywacke turbidite sequence. Open to ptygmatic folds and boudinage are characteristic features of the veins. Metamorphic P, T estimates of 2.9 kb and 420°C during Early Carboniferous deformation and vein emplacement are obtained from the calcite, ferroan-magnesian calcite geothermometer and the Si-content of white mica. Fluid inclusions from vein quartz represent unmixed H₂O-rich and CO₂-rich low salinity fluids which have been trapped close to the solvus of the H₂O-CO₂-(NaCl-CH₄) system. Homogenisation temperatures (range 260–361°C) therefore represent true trapping temperatures. A preliminary sulphur isotope study of the vein sulphides indicates that the underlying turbidite sequence has acted as a source of sulphur (range –2.8 to 17.8 per mil). Formation of most veins early in the deformation and the lack of an obvious igneous intrusive source suggests that the gold, as for the sulphur has been derived from the metasedimentary sequence. Deposition of gold has resulted from complex destabilisation due to H₂S loss during transient vein opening and fluid pH changes accompanying CO₂-consuming wallrock reactions.

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Die Goldlagerstdtte Hill End, NSW, Australien—Bildung von goldführenden Quarzgdngen mit beginnender Metamorphose

Zusammenfassung Die goldführenden Quarzgange der Lagerstätte Hill End, NSW, Australien, treten in einer aus Schiefern und Metagrauwacken bestehenden, mehrfach deformierten, obersilurischen Turbitit-Abfolge auf Schichtparallele Quarzgange dominieren, während schieferungsparallele und an Störungen gebundene Gänge untergeordnet auftreten. Die Quarzgänge zeigen offen bis pygmotische Falten und Boudinagen als charakteristische Deformationsstrukturen Die Metamorphosehediuguogen während der unterkarboncu Deformation und Quarzgangbildung konnten mit Hilfe des Kalzit/Fe-Mg-Kalzit Geothermometers und dem Si-Gehalt der Hellglimmer abgeschätzt werden. Es ergaben sich P-T Bedingungen von 2.9 kb und 420°C. Flüssigkeitseinschlüsse im Gangquarz zeigen das Vorhandensein eines entmischten H₂O-reichen und CO₂-reichen Fluidums von geringer Salinität, welches nahe der Solvuskurve des H₂O-CO₂-(NACl-CH₄) Systems eingeschlossen worden ist. Eine vorläufige Untersuchung der Schwefelisotopen der Gangsulfide (–2.8 bis 17.8 per mil) deutet an, dass der Schwefel aus der unterlagernden Turbidit-Abfolge bezogen worden ist. Es wird vermutet, dass nich nur der Schwefel, sondern auch das Gold aus der metasedimentären Abfolge stammen, da die Qurzgänge zu einem frühen Zeitpunkt der Deformation gebildet worden sind, und intrusive magmatische Gesteine, als mögliche Erzbringer, fehlen. Destabilisierung der Goldkomplexe, verursacht durch Verlust von H₂S Zuge der Öffnung der Gangspalten, Änderungen des pH-Wertes des Fluidums und CO₂-konsumierende Reaktionen mit dem Muttergestein, führten zur Ablagerung des Goldes.

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With 6 Figures