Sedimentologisches Praktikum - sediment.uni-goettingen.de · Sedimentologisches Praktikum Aufbereitung • „ideale“ Probe →Fein-/Mittelsandstein, wenig alteriert, rel. große

Sedimentologisches Praktikum

Sedimentologisches Praktikum(Wahlpflicht, i.d.R. 5./6. Semester)

H. v. Eynatten., I. DunklAbt. Sedimentologie & Umweltgeologie

www.sediment.uni-goettingen.de

Schwermineralanalyse


Schwermineralanalyse

Schwerminerale: → Minerale mit spez. Dichte >2.89 (2,86) g/cm3

→ z.B. Amphibol, Pyroxen, Zirkon, Turmalin, Rutil, Epidot, Spinell„Alumosilikate“, etc. ..., (Erzminerale), (Phyllosilikate), ...

→ sind kleiner als die durchschnittliche Korngröße des Sediments(„hydraulische Äquivalentgröße“)

→ Akzessorien in (silizi-)klastischen Gesteinen mit einem Anteil voni.d.R. <1 Gew.-%(aber: sehr unreife Sande, z.B. Gletschersande, oder aber„Seifen“, etc., haben evtl. deutlich höhere Gehalte)


Wozu Schwermineralanalyse ?

• Liefergebietsanalyse (inkl. Sedimenttransportwegeund -verteilungsmuster)

• Abgrenzung bzw. Korrelation versch. Sandkörper

• Diagenese-Studien („intrastratal solution“)

• Sedimentationsprozesse (Hydraulik!), selektive An-/Abreicherung, „Mineralseifen“

• Bodenkunde, forensische Studien, etc.


Sandsteine

250 µm

Leichtmineralanalyse(Sandsteinpetrographie)

Chemische Analyse(Gesamtgestein)

Schwermineralanalyse(ρ > 2.86 - 2.89 g/cm3)

Einzelklastenanalyse- Chemie- Geochronologie


Wozu Schwermineralanalyse ?

• Liefergebietsanalyse (inkl. Sedimenttransportwegeund -verteilungsmuster)

Transport

Ablagerung

Sedimen-tationsraum

Liefergebiet

Morton & Hallsworth 1994


Liefergebiet

Sedimentationsraum

- Verwitterung- Erosion

- Abrasion (mech./chem.)

- Sortierung- Mischung

- Kompaktion- chem. Abrasion- Verwitterung

PetrographieFluidchemieSubsidenz

PaläogeographieKlima / Milieu

TransportenergieVerweilzeit

LithologieKlima & Relief

Ablagerung

Transport

Diagenese

- zusätzliche Spezies


Let’s imagine: these are all information from a basin of 200 km width and 5 km depth... how to correlate?



Aufbereitung

• „ideale“ Probe → Fein-/Mittelsandstein, wenig alteriert, rel. große Menge

• Zerkeinerung auf Granulatgröße (<3-4mm) mit Gesteinspresse und -säge, Backenbrecher; Entfernen von Alterationsrändern, Klüften, etc

• Desaggregation in z.B. (je nach Zementation) 10% Essigsäure, H2O2,Ultraschall, Presse; Absieben der Fraktion <63µm, evtl. trocknen (105°C)

• Siebung, i.d.R. Fraktion 63 – 125 µm, evtl. auch gröbere Fraktionen

• Dichtetrennung mittels Schwereflüssigkeit in Zentrifuge oder gravitativ imScheidetrichter, Probenteilung!

• Einbettung in speziellen Medien, z.B. Wachsen (Meltmount) mit spezifi-scher Lichtbrechung (z.B. n = 1.66) auf Objektträgern, zuvor Teilung!


Hydraulic equivalence


Placers

[Robb, 2005]

Sedimentologisches Praktikum[http]


Typical densities of common minerals


Boenigk 1983

Flüssigkeiten zur Dichtetrennung

Na-Polywolframat bis zu 3,1 Wasser 3Na2WO4 x 9WO3 x H2O

Li-Polywolframat bis zu 3,4 Wasser 3Li2WO4 x 9WO3 x H2O

ungiftig (aber „reizend“):



Quantitative separation of heavy and light minerals by heavy liquids

Sedimentologisches Praktikum Mange & Maurer 1991

Dichtetrennung mittels Zentrifuge


Pre-concentration of heavy minerals on shaking table ?

Sedimentologisches PraktikumBoenigk 1983

Korngrößenabhängigkeit der Schwermineralspektren

→ 63 – 125 µm


source area

sedimentary basin

Morton & Hallsworth 1994

weathering

abrasionmixing

sorting

authigenesis,intrastratal solution

Modifikation von Schwermineralspektren

weathering


Mange & Maurer 1991



Boenigk 1983

Beispiel 1:

NiederrheinischeBucht

Sedimentologisches Praktikum Boen

igk

1983


Beispiel 2:

Nil


Beispiel 3: Neogene basins in Sierra Nevada

[Lonergan & Mange, 1994]

Sedimentologisches Praktikum[Lonergan & Mange, 1994]


Re-deposition


Re-deposition


Increasing weathering of common heavy minerals





Schwerminerale

→ Charakteristische Merkmale:

- Habitus (Form, Spaltbarkeit, Oberflächenstruktur, ...)- Farbe (Pleochroismus !)- Lichtbrechung (unterschiedl. Einbettungsmittel !)- Doppelbrechung (Mineraldicke und -orientierung beachten !)- Auslöschung- opt. Charakter/Interferenzbild- Einschlüsse- ...


Optical identification

Boenigk, 1983



zircon

a: Eocene tuff horizon

Meltmount 1,662

100 µm

Mange & Maurer 1991

b: Carboniferous sediments

tetragonal, ρ = 4.60 – 4.79n = 1.92 – 2.02Δ = 0.042 – 0.065

Sedimentologisches PraktikumMange & Maurer 1991Foto: HvE

tour

moderate to well rounded

100 µm

zoned crystals

Meltmount 1,662


Zircon typology


Zircon typology

Sedimentologisches PraktikumMange & Maurer 1991

tourmaline

Meltmount 1,582

trigonal, 1 -ρ = 3.00 – 3.25n = 1.61 – 1.66Δ = 0.017 – 0.036

100 µm


Meltmount 1,582100 µm

EY 6-1 (LOS)H 1021-5 (BRA)EY 9-34 (BRA)

EY 6-3/b (LOS)EY 6-3/c (LOS)EY 6-3/d (LOS)

detritaltourmaline grains

tourmaline frommetasandstoneclasts

Al(tot)

Al50Fe(tot)50 Al50Mg50

Elbaite

Schorl Dravite

Uvite

1

2

3

4

5

6

7

8

Henry & Guidotti 1985,von Eynatten & Gaupp 1999

elbaite

draviteschorl

1,2: granitoid host (source) rocks4,5,6: metasedimentary host (source) rocks

Henry & Guidotti 1985,von Eynatten & Gaupp 1999


rutile

100 µm

Meltmount 1,662

tetragonal, 1 +ρ =n = 2.61 – 2.90Δ = 0.286 – 0.296


100 µm

T (in oC) = 138.96 * ln(Zr in rutile) - 58.029R2 = 0.9803

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

10 100 1000 10000

Zr in rutile

T in

o C

Zr in rutile [ppm]

(Zack et al., in press)

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 500 1000 1500 2000

Nb in ppm (RUT)

Cr i

n pp

m (R

UT)

Rutile frommafic rocks

Rutile frommetapelitic rocks

metacumulates

2500 3000

28000

5450

(Zack et al. 2002)


apatite

Mange & Maurer 1991

Meltmount 1,582

100 µm

100 µm

a: Eocene tuff horizon

hexagonal, 1 -ρ = 3.10 – 3.35n = 1.63 – 1.66Δ = 0.001 – 0.007


garnet

100 µmMeltmount 1,582

Meltmount 1,662

100 µm

Kubisch ρ = 3.40 – 4.25n = 1.71 – 1.89Δ = ./.

extreme chemical variability:complete solid solution series between a large range of endmembers, with pyrope (Mg), almandine (Fe), spessartine (Mn), and grossular (Ca) being the most important.


Tha-2

Sal-2

Huy-1

Foto

s: H

vE


staurolite

monoklin, 2 +ρ = 3.74 – 3.83n = 1.74 – 1.76Δ = 0.012 – 0.014

Meltmount 1,662

100 µm


kyanite (disthen)

Meltmount 1,662

triklin, 2 -ρ = 3.53 – 3.65n = 1.71 – 1.73Δ = 0.012 – 0.016

100 µm

Mange & Maurer 1991


grt ap

Teu-1

some examples

zrcgrt

grt

rt

tu

tuap

moz

Foto

s: H

vE

Pla-2

zrc

sta

Leh-1


Alt-1

Gos-1

Fotos: HvE

Sedimentologisches PraktikumMorton, 1984

Provenance (based on mineral chemistry)


Ausblick:Lehrangebot im BereichExogene Geologie / Sedimentologie / Sedimentpetrologie

Sedimentpetrologie I: Petrographie, Geochemie & Provenienzanalyse

(Voraussetzung: Praktika Sedimentpetrografie/Sedimentologie u. Geochemie)

→ Sedimentpetrologie II: Diagenese & Verwitterung

→ Compositional Data Analysis

Fazies- & Beckenanalyse (Sedimentologie für Fortgeschrittene)

→ Geländeübung Sedimentologie f. Fortgeschrittene WSSS

Quartärgeologie

Economical Deposits in Sedimentary Environments

→ Low-Temperature Thermochronology and Cosmogenic Dating

Documents

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