Das Verhalten von Platingruppenelementen während oberkrustaler in situ - Fraktionierung in Magmen der Ferrar Plateaubasaltprovinz, Antarktis
Final Report Abstract
Zur Überprüfung der Ursache der für tholeiitische Magmen aus dem MORB-, Plateaubasaltoder Ozeaninselmilieu als einzigartig ermittelten PGE-Fraktionierungstrends von Magmatiten der Ferrar Large Igneous Province aus Nordviktorialand (NVL), Antarktis, wurden die stratigraphischen Variationen der PGE innerhalb verschieden mächtiger, chemisch-mineralogisch intern stratifizierter Ferrar Intrusivkörper aus unterschiedlichen Intrusionsniveaus untersucht sowie die darin auftretenden PGE-führenden Mineralphasen spezifiziert. Es zeigt sich sowohl für die Probenauswahl innerhalb der 8 – 9 km mächtigen, geschichteten mafischen Dufek Intrusion (Pensacola Mts., max. 792 ppb PGE) sowie für das ~ 300 m mächtige Vorkommen ‘Thumb Point Sill‘ (NVL, max. 137 ppb PGE) eine signifikante Korrelation erhöhter PGE-Gehalte mit erhöhten Fe-Ti-Oxid-Gehalten. In beiden Vorkommen liegen diese PGE-Anreicherungszonen im unteren Bereich des oberen Profildrittels. Für beide Vorkommen wird eine nach der oberkrustalen Magmenplatznahme erfolgte in situ – Differentiation abgeleitet, die überwiegend unter Schwefel-untersättigten Bedingungen ablief und somit zu einer Anreicherung der Pt-PGE bis zum Einsetzen der Fraktionierung z. T. erheblicher Gehalte an Fe-Ti-Oxiden führte. Dies löste eine partielle S-Sättigung und damit die Fraktionierung der PGE aus der hochentwickelten Restschmelze aus. Diese Interpretation wird untermauert durch die in diesem spät-(bis post-)magmatischen Stadium gebildeten PGE-führenden Mineralphasen, welche nur in ausgewählten Ti-Magnetit- und PGE-reichen Proben der Dufek Intrusion identifiziert werden konnten. Diese Phasen umfassen hauptsächlich Pt- und Pd-reiche Verbindungen mit Semimetallen, die stets assoziiert sind mit Sulfiden unedler Metalle oder mit Fe-Ti-Oxiden. Ein weitreichender Einfluss sekundärer Prozesse auf die Verteilung der PGE innerhalb der stratigraphischen Profile kann ausgeschlossen werden. Die abgeleitete Systematik der PGE-Fraktionierung in Ferrar Magmen ist demnach primär magmatisch. Sie ist für beide o. g. Vorkommen vergleichbar, wobei sich aufgrund des deutlich größeren Magmenvolumens sowie des tieferen Intrusionsniveaus und der daraus resultierenden längeren Abkühlzeit eine effektivere Anreicherung der PGE innerhalb der Dufek Intrusion auf bis zu ~ 800 ppb gegenüber den maximalen ~ 140 ppb Gesamt-PGE des Lagerganges ‘TPS‘ begründen lässt. Die stratigraphische Position der PGE-Anreicherungszone innerhalb der untersuchten Profilabschnitte der Dufek Intrusion und deren Bildungsmechanismen sind nicht mit dem Mineralisationstyp des Bushveld Complex, dem sog. Merensky-Reef-Type identisch. Dieser ist charakterisiert durch PGE-Anreicherungen in Verbindung mit mafischen-ultramafischen Kumulatsequenzen im unteren Bereich lagiger mafischer Intrusionen. Die für die Dufek Intrusion belegte PGE-Anreicherung im Zuge der Fraktionierung von Fe-Ti-Oxiden zu einem späten Stadium der Magmendifferentiation ist eher vergleichbar mit dem für die Stella Intrusion in S-Afrika beschriebenen sog. Stella-Reef-Type (MAIER et al. 2003). Das Vorhandensein weiterer PGE-Anreichungszonen in bislang nicht beprobten Profilbereichen, v. a. in den im Liegenden des Dufek Massifs postulierten mafischen-ultramafischen Kumulaten oder in tiefer liegenden Magmakammern kann nicht ausgeschlossen werden und ist nur durch weitere Untersuchungen zu klären. Im Vergleich mit anderen LIPs erweisen sich die Ferrar Magmen als einzigartig bezüglich ihrer PGE-Charakteristika; keine andere Provinz zeigt eine vergleichbar hohe PGE-Anreicherung in vergleichbar hochentwickelten Gesteinen. Der zugrunde liegende, generell niedrige S-Sättigungsgrad aller untersuchten Ferrar Magmen kann auf deren Herkunft aus einem subkontinentalen lithosphärischen Mantel zurückgeführt werden, welcher während paläozoischer Subduktionsprozesse am Kratonrand Gondwanas an krustalen Komponenten angereichert wurde. Vergleichbare Mantelquellen werden nach neuesten Untersuchungen als eine der essentiellen Voraussetzungen für die Herausbildung ökonomisch bedeutsamer PGE-Lagerstätten in mafischen Intrusionen hervorgehoben. Damit stellt die Untersuchung der Dufek Intrusion und der assoziierten Ferrar LIP weiterhin ein hochaktuelles Forschungsthema zum Verständnis der Entstehung derartiger Lagerstättentypen dar. Die mit diesem Projekt gewonnenen Ergebnisse zur PGE-Stratigraphie innerhalb der mehrere Kilometer mächtigen Dufek Intrusion liefern eine wesentliche Erweiterung des bisher stark limitierten Kenntnisstandes und stellen eine gute Basis für Folgeuntersuchungen dar. Diese können u. a. eine detailliertere Untersuchung der PGE-Charakterisitka ausgewählter Bereiche der Intrusion sowie eine auf LA-ICP-MS gestützte in situ – Analytik von Spurenelementen der Fe-Ti-Oxide zur Erweiterung aktuell entstehender Modelle zur Problematik von Liefergebietsanalysen sowie zur Abschätzung von Ressourcenpotential beinhalten.
Publications
- 2008. Distribution of PGE in the layered mafic Dufek Intrusion, Antarctica. 18th Annual V.M. Goldschmidt Conference. Geochim. Cosmochim. Acta 72, A350
Hanemann R., Viereck-Goette L. & Mukasa S.B.
- 2008. Stratigraphic Variation of Platinum-Group Elements in the Jurassic layered mafic Dufek Intrusion, Antarctica. 33rd Intern. Geol. Congress, Oslo
Hanemann R. & Viereck-Goette L.
- 2009. First report of platinumgroup minerals from the Jurassic Dufek-Forrestal layered mafic intrusion, Antarctica. Micro- Analysis, Processes, Time – Programme and Abstracts. Edinburgh, UK. The Mineralogical Society of Great Britain & Ireland
Hanemann R., Melcher F., Mukasa S.B. & Viereck-Goette L.
- 2009. PGE-enrichment with late-stage Fe-Ti oxide crystallisation observed in the Dufek-Forrestal layered mafic intrusion, Antarctica. Eos Trans. AGU, 90(52), Fall Meet. Suppl., Abstract V21A-1973
Hanemann R., Melcher F., Mukasa S.B., Viereck-Goette L. & Abratis M.
- 2009. The Jurassic Dufek- Forrestal layered mafic intrusion, Antarctica: enrichment of platinum-group elements associated with late-stage Fe-Ti oxide crystallisation. In: Q. Yulan, L. Xilin & L. Hui (Eds), Proceedings of Xi'an International Ni-Cu (Pt) Deposit Symposium 2009. Northwestern Geology, 42, pp. 169-173
Hanemann R., Melcher F., Viereck-Goette L. & Mukasa S.B.
- 2011. Enrichment of platinumgroup elements related to late Ti-magnetite fractionation in the Dufek-Forrestal layered mafic intrusion, Antarctica. 11th Biennial Meeting of the Society for Geology Applied to Mineral Deposits, Antofagasta, Chile. Extended Abstracts, 3 p.
Hanemann R., Melcher F., Mukasa S.B. & Viereck-Goette L.
- 2011. Petrogenetic implications from PGE in the layered mafic Dufek intrusion and related sills of the Ferrar large igneous province, Antarctica. 21st V.M. Goldschmidt Conference. Mineralogical Magazine 75, p. 975
Hanemann R., Viereck-Goette L. & Mukasa S.B.
- 2011. The Jurassic Dufek-Forrestal layered mafic intrusion, Antarctica: stratigraphic variations of platinum-group elements and their petrogenetic implications. 10th International Symposium on Antarctic Earth Sciences, John McIntyre Conference Centre, Edinburgh, Programme and Abstracts, p. 80
Hanemann R., Melcher F., Mukasa S.B. & Viereck-Goette L.
- 2012. PGE geochemistry and mineralogy within the Jurassic Dufek-Forrestal layered mafic intrusion, Antarctica. 12th International Ni-Cu-(PGE) Symposium, Guiyang, China. Extended Abstracts, pp.102-105
Hanemann R., Viereck-Goette L., Melcher F. & Mukasa S.B.
