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Witwatersrand Gold-Uran-Seifenlagerstätte

 
     
  Lagerstätte in Südafrika, welche die grösste bekannte Goldanreicherung der Erde enthält, daneben treten bedeutende Uranvorkommen auf. Seit Entdeckung der Witwatersrand-Lagerstätte im Jahre 1886 wurden insgesamt rund 47.000 Tonnen Gold gefördert. Die Urangesamtproduktion der Jahre 1952 bis 1987 betrug 125.600 Tonnen U3O8.


Der Witwatersrand gehört zum Typ der pyritischen Gold-Uran-Paläoseifen (Seifen), die überwiegend mit Quarzgeröllkonglomeraten assoziiert sind, ebenso wie die Lagerstätten des Blind River Districts (Elliot Lake) in Kanada sowie der Serra de Jacobina in Bahia (Brasilien). Ähnliche, aber derzeit unwirtschaftliche Vorkommen gibt es auf den meisten archaischen und paläoproterozoischen Schilden, so z.B. in den Vereinigten Staaten, Indien und Australien. Alle sind älter als ca. 2,35 Mrd. Jahre.


Das Witwatersrand-Becken umfasst eine Fläche von rund 52.000 km2 und liegt auf dem Kaapvaal-Kraton im nordöstlichen Südafrika. Es ist oval, seine Abmessungen betragen 350×250 km, seine lange Achse streicht NE-SW. Das Becken enthält fast 18.000 m Sedimente und untergeordnet Vulkanite: Die Abfolge (früher auch als Witwatersrand-Triade bezeichnet) beginnt mit der 3,07 Mrd. Jahre alten Dominion Group (2700 m mächtig), gefolgt von der 2,91 Mrd. Jahre alten Witwatersrand Supergroup, die aus der überwiegend marinen, 4700 m mächtigen West Rand Group und der 2400 m mächtigen Central Rand Group besteht, die durch subaerisch abgelagerte, detritische Sedimente gekennzeichnet ist und aus der der überwiegende Teil des Witwatersrand Goldes gewonnen wird. Der hangendste Teil der Abfolge ist die vorzugsweise vulkanische, 2,71 Mrd. Jahre alte Ventersdorp Supergroup, die 7800 m Mächtigkeit erreicht.


Das Witwatersrand Gold wird in sechs Goldfeldern abgebaut, die überwiegend an der Nordwestflanke des ehemaligen Witwatersrand-Beckens liegen (Abb. 1): Orange Free State Goldfield , Klerksdorp Goldfield, Carletonville Goldfield, West Rand Goldfield, East Rand Goldfield und Evander Goldfield. Letzteres liegt in einem kleinen Spezialbecken nordostwärts des eigentlichen Witwatersrand-Beckens. Abgebaut werden überwiegend Konglomerathorizonte der Central Rand Group, untergeordnet auch dünne Kerogenlagen, die als fossile Algenmatten gedeutet werden. Im Prinzip stellt jedes Goldfeld einen alluvialen Schuttfächer dar, der sich dort bildete, wo ein Fluss aus dem Hinterland in das Witwatersrand-Becken mündete (Abb. 2). Es entstand ein Delta mit einer Vielzahl von verästelten kleinen Flusskanälen. Die enormen Sedimentmächtigkeiten zeigen an, dass es an der Nordwestflanke wiederholt zu Absenkungen des Witwatersrand-Beckens bei gleichzeitiger Heraushebung des Hinterlandes kam. Dadurch wurden die proximalen Bereiche der Schuttfächer wiederholt erodiert und resedimentiert, während die mittleren und distalen Partien erhalten blieben. In Flusskanälen mit relativ hoher Transportenergie kam es zum Transport und zur Ablagerung von Geröllen und Kiesen, ebenso wie zu bevorzugter Anreicherung der Schwerminerale, insbesondere Gold und Uraninit. Dabei fand eine hydraulische Sortierung der verschiedenen Schwerminerale in Abhängigkeit von ihrem spezifischen Gewicht und ihrer Korngrösse statt. Derartige Kanäle stellen die heute bevorzugt abgebauten „payshoots” dar. Die feinkörnigen Fraktionen wurden in Bereichen zwischen den Haupttransportkanälen sowie in den distalen Partien der alluvialen Schuttfächer sedimentiert. Dort entwickelten sich auch Matten von primitiven, algenähnlichen Organismen, die möglicherweise mechanisch und/oder chemisch Gold- und Uraninitpartikel konzentrieren konnten und aus denen die heute abgebauten Kerogenlagen hervorgingen.


Die pyritischen gold- und uranführenden Konglomerate sind oligomikt. Sie enthalten überwiegend gut gerundete, milchig-weisse Quarzgerölle, daneben auch Gerölle von Chert, silifiziertem Schiefer, Vulkaniten, Porphyr und gebänderten Eisenformationen (Banded Iron Formation). Über 50 verschiedene Schwerminerale sind in der Witwatersrand Gold-Uran-Seifenlagerstätteidentifiziert worden. Pyrit ist mit Abstand am meisten verbreitet; er macht ca. 3 Vol.-% der Konglomeratlagen aus, stellt über 90% der Schwerminerale und liegt in fünf verschiedenen Varietäten vor: a) allogener detritischer Pyrit, b) poröser, synsedimentärer Pyrit, der wahrscheinlich etwa in situ als Pyritschlamm entstanden ist, c) Verdrängungspyrit, hauptsächlich von Chert- und Schiefergeröllen, d) authigener, diagenetisch und/oder metamorph gebildeter Pyrit, e) spät-hydrothermaler Pyrit in sekundären Gängchen. In der Regel kommen nicht alle fünf Pyritvarietäten zusammen vor. Es gibt keine Anzeichen dafür, dass Verdrängungen von Pyrit nach Eisenoxiden wie Magnetit und/oder Hämatit stattgefunden haben. Dagegen sind alterierte detritische Titanminerale in Form von zusammengesetzten Rutil-Anatas-Aggregaten verbreitet, sie sind anscheinend aus Ilmenit entstanden.


Neben Pyrit treten an Sulfiden die Minerale Kobaltglanz sowie Arsenopyrit auf, die lokal bis zu 20% der Schwermineralfraktion ausmachen können. Kobaltglanzkörner zeigen innerhalb eines Anschliffs deutlich unterschiedliche chemische Zusammensetzung, ein sicheres Anzeichen dafür, dass sie allogener, detritischer Herkunft sind und nicht in situ durch hydrothermale Lösungen gebildet wurden. Uraninit tritt in Form von runden Körner sowie gerundeten Kristallen auf, er führt bis zu einigen Prozent Thorium, aber konstant niedrige Yttrium- und Seltenerd-Gehalte. Chromitkörner zeigen unterschiedliche Zusammensetzung. Generell sind die Witwatersrand-Chromite jedoch eisenreich und lassen auf eine Herkunft aus mafischen und ultramafischen Gesteinen archaischer Grünsteingürtel schliessen. Zirkon ist ein verbreitetes Schwermineral. Zeitweilig von ökonomischen Interesse waren Diamanten in der Schwermineralfraktion des Witwatersrandes, ebenso wie Platinoide, die fast ausschliesslich aus dem Evander Goldfeld stammen.


Nur wenige Witwatersrand-Konglomerate führen mehr als 10 ppm (=parts per million) Gold. Die Goldpartikel weisen nur selten eine eindeutig detritische Morphologie auf. Dafür könnten ihre geringe Korngrösse, die lediglich Transport in Suspension erlaubte, und/oder metamorphe Rekristallisation verantwortlich sein. Die Goldpartikel führen im Durchschnitt ca. 10% und gelegentlich bis zu 30% Silber (Feinheit); dieses ist homogen in den jeweiligen Körnern verteilt. Neben den Schwarzsandmineralen (Schwarzsand) Magnetit und Hämatit fehlen in den Witwatersrand-Sedimenten (im Vergleich zu rezenten Seifenlagerstätten) Carbonate sowie Feldspäte, Pyroxene und Amphibole. Der hohe Reifegrad der Witwatersrand-Sedimente (Central Rand Group) wird auf wiederholte Wiederaufarbeitung sowie auf aggressive chemische Verwitterung im Hinterland zurückgeführt.


Die enge räumliche und genetische Beziehung zwischen Gold und einer ganzen Reihe von sedimentären Parametern – insbesondere die Vergesellschaftung mit anderen Schwermineralen wie Zirkon, Rutil, Chromit etc. - war den meisten Bearbeitern der Witwatersrand Gold-Uran-Seifenlagerstätte bereits frühzeitig aufgefallen. Diese wird daher heute überwiegend als schwach metamorph überprägte Paläoseife (fossile Seife) angesehen. Hydrothermal-epigenetische Entstehungstheorien werden und wurden jedoch immer wieder vorgebracht, ebenso wie solche, die besagen, das Gold sei in Lösung in das Witwatersrand-Becken transportiert und dann ausgefällt worden. Im Vergleich zu erdgeschichtlich jüngeren oder rezenten Seifenlagerstätten weist die Witwatersrand Gold-Uran-Seifenlagerstätteeinige Besonderheiten auf, so z.B. die Dominanz von Pyrit als Schwermineral, das Fehlen der Schwarzsandminerale Magnetit und Hämatit, das Vorliegen von Uraninit als Schwermineral, das Vorhandensein von Kerogen (in Form von Säumen und Partikeln) und die für alluviales Gold untypischen hohen Silbergehalte. Derartige Unterschiede werden mit der Tatsache, dass die Bildung der Witwatersrand-Lagerstätte vor der ca. 2,45–2,22 Mrd. Jahre alten Oxyatmoversion stattfand, in Verbindung gebracht, d.h. sie werden auf das Fehlen von freiem Sauerstoff in der archaischen und paläoproterozoischen Erdatmosphäre zurückgeführt. Problematisch ist bis heute die primäre Herkunft der immensen Mengen an Gold, die im Witwatersrand-Becken abgelagert wurden. Unter anderem wurden als Primärlagerstätten archaische, in gescherten Grünsteinen auftretende Goldquarzgänge, goldangereicherte gebänderte Eisenformationen, goldführende Porphyrintrusionen sowie hydrothermal alterierte Granite vorgeschlagen. Keiner dieser vorgeschlagenen Metallotekten für das primäre Gold der Witwatersrand-Lagerstätte hat verbreitete Akzeptanz gefunden. Viele Bearbeiter nehmen ein nichtaktualistisches Szenario (Aktualismus) für die Primärherkunft des Goldes an.

Witwatersrand Gold-Uran-SeifenlagerstätteWitwatersrand Gold-Uran-Seifenlagerstätte 1: das Witwatersrand-Becken und die Lage der wichtigsten Goldfelder.

Witwatersrand Gold-Uran-SeifenlagerstätteWitwatersrand Gold-Uran-Seifenlagerstätte 2: Schema des Ablagerungsmilieus der Witwatersrand Gold-Uran-Seifen in alluvialen Schuttfächern am Nordwestrand des Witwatersrand-Beckens.
 
 

 

 

 
 
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