GEM: Senkung des Explorationsrisikos durch Betrachtung der Lagerstättenbildungsprozesse

„GEM“ zielt auf die Reduzierung des Explorationsrisikos, beispielhaft untersucht an granitischen Zinn/Wolfram-Lagerstätten. Die Bildung von Erzlagerstätten resultiert aus einer Serie von Prozessen. Vereinfacht sind dies die Entstehung einer angereicherten Quelle und in der Folge Mobilisierung, Transport, weitere Anreicherung und Absetzung der Metalle. Tritt ein einzelner Teilprozess nicht auf oder ist ineffizient, dann hat das betroffene Gebiet ein sehr geringes Potenzial, eine Lagerstätte zu enthalten. Fehlende Voraussetzungen für einen einzelnen Teilprozess können in der Exploration ein Abbruchkriterium sein. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert. „r4“ sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Mächtige Volumen von Quellengesteinen

Quellengesteine für Zinn- und Wolfram-spezifische Granite sind mächtige Volumen von chemisch tiefgründig verwitterten sedimentären Gesteinen. Die chemische Verwitterung findet auf stabilen Kontinenten statt und resultiert in der residualen Anreicherung von Zinn (Sn), Wolfram (W) und anderen Metallen.

Die Umverteilung dieser großflächig verwitterten Gesteine an den Kontinentrand und deren nachfolgende tektonische Akkumulation durch Gebirgsbildungsprozesse schafft lokal mächtige Volumen von Quellengesteinen und erklärt auch, warum die Verteilung der Erze „Gürtel“ definiert. Die Mobilisierung der Metalle beinhaltet das partielle Schmelzen dieser Quellengesteine und findet im Allgemeinen an einem Plattenrand statt. Sämtliche drei Prozesse – Verwitterung, Akkumulation des Quellengesteins und Mobilisierung der Metalle – sind notwendige Voraussetzungen für die Bildung von Zinn- und Wolfram-Vererzungen.

Voraussetzungen für Erzbildung

Die genannte Abfolge dieser Teilprozesse ist eine Grund­voraussetzung, damit sich eine Vererzung überhaupt bilden kann. Dabei können die einzelnen Teilprozesse völlig los­ge­­löst voneinander, aber in der richtigen Reihenfolge und in unterschiedlichen tektonischen Situationen ablaufen. Im selben Gebiet können mehrere Phasen der Erzbildung auftreten. Das Fehlen eines Teilprozesses bedeutet jedoch, dass das betreffende Gebiet ein geringes Potenzial für die Bildung granit-gebundener Zinn- und Wolfram-Vererzungen hat.
Für die Bildung von Sn-W-Lagerstätten ist es essentiell, dass beim partiellen Schmelzen der akkumulierten Ausgangsgesteine die Wertmetalle in die Schmelze überführt werden und nicht neue Minerale am Ursprungsort bilden. In welchen Mineralen Zinn und Wolfram vor dem Schmelzen substituiert sind, hängt von der Zusammensetzung und dem Druck-Temperatur-Pfad des Gesteins ab.

Das Projekt „GEM“ will die Gewinnung von Wolfram und Zinn effizienter gestalten.

Prof. R. Romer, Deutsches GeoForschungsZentrum

Modellierung am Beispiel des Erzgebirges

Am Beispiel der europäischen Sn-W-Lagerstättenprovinzen des Erzgebirges, Cornwalls und dem Nordwesten der iberischen Halbinsel werden die jeweiligen Prozessschritte der sedimentären und tektonischen Akkumulation analysiert und generische, überregionale Kontrollfaktoren abgeleitet. Für das Erz­gebirge soll ein 3D-Modell thermomechanisch modelliert werden. Anhand dieses Modells wird untersucht, ob die Verteilung von Sn-Graniten mit den aus phasenpetro­logischen Überlegungen abgeleiteten Schmelzbedingungen übereinstimmt. In einem weiteren Schritt soll abgeklärt werden, inwieweit die aus diesen Untersuchungen und Modellierungen abgeleiteten Parameter dazu geeignet sind, Voraussage-Modelle für die Exploration zu verfeinern.

Ein weiterer Teilaspekt betrifft die Verteilung der Wert­metalle innerhalb eines Erzkörpers, was für die Bewertung und den Abbau einer Lagerstätte kritisch ist. Die Erzverteilung ist einerseits lithologisch-strukturell kontrolliert (Fluiddurchfluss und Metalltransport) und andererseits durch Reaktionen zwischen Fluid und Gestein bestimmt (Ausfällung der Metalle). Insbesondere in Karbonatgesteinen können Reaktionen zwischen Fluid und Gestein dazu führen, dass Fluide entmischen und Metalle selektiv ausgefällt werden. Dabei kann es an den Reaktionsfronten zu lokal starken Anreicherungen führen. Deshalb ist es nicht nur wichtig, den Fluidfluss geometrisch zu kennen, sondern auch zu verstehen, welche lithologischen Kontakte als Ausfällbarrieren agieren. Der chemische Aspekt des reaktiven Fluidtransports von Metallen wird an einer gut aufgeschlossenen Skarnlagerstätte charakterisiert und quantifiziert. Skarne sind kalziumsilikatreiche Gesteine.