Oberseminar Geologie. Thema SAND & SANDSTEINE

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1 1 Thema SAND & SANDSTEINE Petrographische & Geochemische Herkunftsanalyse sandigen Materials Vortrag von INES STRAßBURGER unter Betreuung von Prof. Dr. Manfred Kurze

2 2 INHALTSVERZEICHNIS: 1. ZUSAMMENFASSUNG 2. EINLEITUNG 3. KLASSIFIKATION DER SANDSTEINE 4. GENETISCHE TYPEN 5. KATHODOLUMINESZENZANALYSE EINE NEUE METHODE 6. SCHWERMINERALE UND SCHWERMINERLANALYSE 7. LIEFERGEBIETSANALYSE, PLATE TECTONICS & SANDSTONE COMPOSITION UND GEOCHEMISCHE ANALYSEN 8. PROVINZTYPEN 9. ANHANG 10. LITERATURVERZEICHNIS

3 1.ZUSAMMENFASSUNG 3 Die Petrographische und die Geochemische Herkunftsanalyse sind zwei völlig eingeständige Methoden, die sich gegenseitig ergänzen und die bei einer Herkunftsanalyse immer im jeweiligen Rahmen durchgeführt werden sollten. Die Klassifikation der Sandsteine beruht auf Untersuchungen der Zusammensetzung dieser, und ist meistens petrographisch orientiert ( z.b. FÜCHTBAUER, 1959, PETTIJOHN, 1957 ). Bereits in den 50- er Jahren hat es aber schon erste Ansätze zu einer genetisch orientierten Klassifikation sandigen Materials gegeben. So fasst FOLK (1954) in dem von ihm aufgestellten Klassifikationsdreieck (QFM - Dreieck) unter Q : ultrastabile Minerale und Gesteine (Quarzit, Kieselschiefer, Quarz), unter F : Feldspäte und Magmatitbruchstücke und unter M : Glimmer und Metamorphitbruchstücke zusammen. Hiermit ließen sich bessere Aussagen zur Wirkung von Verwitterungsauslese und Herkunft des Materials machen. PETTIJOHN (1957) nimmt diesen Gedanken zur genetischen Klassifikation auf, und charakterisiert Sande und Sandsteine nun nach Maturität und stellt einen Herkunftsindex auf. Die Tendenzen der modernen Entwicklung gehen später wieder verstärkt zu einer genetischen Charakterisierung über, wobei hier die Reife des sandigen Materials eine wesentliche Rolle spielt. Bei unreifen Material wird auf Grundlage des Modalbestandes der Gerüstbestandteile (Sandkörner) und unter plattentektonischen Gesichtspunkten (z.b. DICKINSON & SUZEK 1979) die Herkunft des Materials charakterisiert. Hier ist allerdings die Zusammenfassung dieser Gerüstbestandteile zu genetisch relevanten Gruppen Grundvoraussetzung. Auf Grundlage der Aussagen zur Herkunft des sandigen Materials mittels qualitativer und quantitativer Modalbestandsanalysen und nach plattentektonischen Kriterien können die petrographischen Herkunftsanalysen geochemisch ( z.b. BATHIA & CROOK, 1986, ROSER & KORSCH, 1986) ergänzt, belegt und auch erweitert werden. Bei kompositionell reifen Sandsteinen sind diese Analysen nicht oder nur sehr unzulänglich anwendbar. Man kann durch Polarisationsmikroskopie gewisse Herkunftskriterien erlangen. Hinweise auf diskrete Liefergebiete können sich aus bestimmten Kathodolumineszenz- und Undulositätstypen des Q, bestimmte Einschlüsse bei Q, charakteristischen L, den F und Phyllosilikattypen und den SM ergeben, stößt aber generell hier auch auf Grenzen, da die Undulositäterscheinungen abhängig von der Genese der Quarze sind. Einen wesentlichen Fortschritt bei der Herkunftsanalyse der Gruppe der kompositionell reifen Sandsteine brachte die Einführung der Kathodolumineszenzmikroskopie, die allerdings ihre Grenze bei metamorph überprägtem Material erreicht. Metaquarzite lassen die primäre Herkunft der Quarzkörner nicht mehr erkennen. Eine weitere Möglichkeit zur Unterstützung der Herkunftsanalyse besteht in der Durchführung einer Schwermineralanalyse. Sie wird neuerdings wieder mit Erfolg angewendet, da jetzt spezialisiertere Untersuchungen an einzelnen Mineralen möglich sind. Sie sollte sich auf bestimmte bzw. einzelne SM konzentrieren. Nutzbar ist jedoch auch das Gesamtspektrum der SM. Beachtung muss bei einer SM- Analyse finden, dass sich die SM- Spektren mehr oder weniger stark durch Transport, Verwitterungs- und Diageneseauslese verändern können.

4 2.EINLEITUNG 4 Die Klassifikation der Sandsteine beruht auf petrographischen Untersuchungen (mit dem Mikroskop) und erfordert exakte Bestimmung der modalen Zusammensetzung. Dargestellt wird in einem Dreiecksdiagramm mit den Endgliedern Quarz, Feldspat und Gesteinsbruchstücke (Q, F, L = Lithics = Gesteinsbruchstücke). Das Dreieck ist in verschiedene Felder unterteilt, die je nach Modalbestand unterschiedliche Bezeichnungen aufweisen. Durch spezielle Untersuchungen, insb. von L und F, können größere Sandsteinabfolgen in einzelne Faziestypen, sog. Petrofazies, weiter untergliedert werden. Hierdurch ist eine genauere Zuordnung zu unterschiedlichen Liefergebieten und möglicherweise größeren tektonischen Ereignissen gegeben. Sand ist ein lockeres (kohäsionsloses), ( epi - ) klastisches Material siliziklastischer Zusammensetzung, dessen KG ( meistens ) im Intervall zwischen 0,063 = Untergrenze, nach Siebbarkeit festgelegt, und 2 mm liegt. Verfestigte Sedimente dieser KG und Zusammensetzung werden als Sandsteine bezeichnet. Sand und Sandsteine nehmen nach dem tonig- schluffigen Material im sedimentären Kreislauf die zweite Stelle ein, gefolgt vom karbonatischen Material. Diese drei Sedimentgruppen umfassen > 90 % der sedimentären Ablagerungen, deren Gesamtvolumen von RONOV ( 1968 ) auf 9 x 10 8 km ³ geschätzt wird. 3.KLASSIFIKATION DER SANDSTEINE Die vier wesentlichen Sandsteintypen sind: Quarzsandsteine (kompositionell reifes Material mit Q > 80 %), engl. Orthoquarzite), Arkosen (feldspatreiche(r) Sand(steine), Gesteinsbruchstücksandsteine oder lithische Sandsteine und Grauwacken (GW). Es sind Sedimente, vorwiegend aus 0,063 2 mm großen Quarzkörnern oder Silikatkörnern bestehend. Die Namen ergeben sich aus einer Abstufung: % ( 50 % = die häufigste Komponente und liefert meistens den Gruppennamen : Sand, Silt, Ton...). Ein Dreiecks Diagramm wird verwendet für Benennungen für Mischungen von Sand, Ton und Karbonat. Die Vielfalt der Sandsteine ergibt sich aus verschiedenen Aspekten: A. Chemische Zusammensetzung, (siehe Tab. 1 : Mittlere chem. Zusammensetzung ) S.8) B. Mineralphasen ( Q, F, Phyllosilikate, Karbonate,...) C. den Komponenten 1. gruppiert nach Liefergesteinen (Vulkanite, Pluntonite, Metamorphite, Sedimentite). PETTIJOHN (1957) definiert in diesem Zusammenhang einen F Herkunftsindex = , der für Plutonite ist größer als der für Gehalt an L Vulkanite 2. gruppiert nach der Maturität. Nach PETTIJOHN (1957) zusammengesetzt aus 2 Komponenten: Q + Chert a) kompositionelle Reife = F + L b) strukturelle Reife = Sortierung und Rundung der Sandkörner 3. deskriptiv ( Q, F, L, Phyllosilikate > 63 µm, Silt, Ton, Zement) Maturität = Maß für die Häufigkeit der Umlagerung des Sedimentmaterials und des Verwitterungseinflusses.

5 5 Die beschreibende Klassifikation der siliziklastischen Sedimentgesteine bezieht sich in erster Linie auf die in den Gesteinen dominierenden Korngrößen und den Reifegrad des Sediments. 4.GENETISCHE TYPEN Nach der Maturität lassen sich kompositionell reife und kompositionell unreife Sand und Sandsteintypen unterscheiden. Kompositionell reife Typen entstehen vor allem durch intensive Verwitterungsauslese, wobei die stabilen Komponenten (Quarz, Quarzit, Chert, Kieselschiefer) übrigbleiben. Kompositionell unreife Sandsteintypen sind gebunden an verminderte Verwitterungsauslese und / oder besondere tektonische bzw. vulkanische Aktivität im Einzugsgebiet. Das entscheidende Merkmal ist die Reife. Sie wird zur Erklärung genetischer Typen von siliziklastischen Material benutzt und unterteilt sich in kompositionelle und strukturelle/gefügemäßige Reife. Kompositionelle Reife ist gekennzeichnet durch das Verhältnis mechanisch und chemisch stabiler Komponenten (Q) zu instabilen Komponenten (verwitterungsfähigem Material F, L). Strukturelle/gefügemäßige Reife entsteht mit Zunahme der Rundungen. Sie entspricht der Güte der Korngrößenauslese und dem Maß für die Sortierung und Rundung der Körner. Zur Betrachtung der Reife eines siliziklastischen Materials werden die Korngröße und Korngrößenverteilung sowie die stofflichen Zusammensetzung untersucht. Das sind Sandhauptkomponenten (Q, F, L), Sandnebenkomponenten und Akzessorien (Glimmer, Glaukonit, SM), die Bindemittel (sekundär und primär) sowie die Porosität. Nach den Sandhauptkomponenten wird die Reife des Sandsteines ausgedrückt. 5.KATHODOLUMINESZENZANALYSE EINE NEUE METHODE Das Feststellen von Lumineszenzeigenschaften von natürlichen Mineralen und zur Unterstützung der Herkunftsanalyse bei kompositionell reifen Sandsteinen ist erst seit Mitte der 60- er Jahre innerhalb petrographischer Aufgabenstellungen möglich. Die Methodik wurde 1965 zur Untersuchung von Gesteinsdünnschliffen vorgeschlagen. Bis dahin führte man solche Analysen generell am REM und an der Mikrosonde durch. Ein Nachteil dieser Methodik besteht allerdings darin, dass lediglich Herkunftsunterschiede der einzelnen Phasen beobachtet werden können. Durch die Kopplung der Kathodolumineszenzeinrichtung an ein Durchlicht- POLMI wurde die Beobachtung der farbigen Lumineszenzerscheinungen natürlicher Minerale möglich. Die Anwendungsgebiete der Kathodolumineszenz liegen in der Interpretation genetischer Fragestellungen sowie in der Sichtbarmachung typischer Mikrostrukturen natürlicher Minerale (SIPPEL (1965), ZINKERNAGEL, (1978), MATTER & RAMSEYER (1985), MARSHALL (1988), NEUSER et al. (1989)). Die heutigen Einsatzgebiete der Analysenmethode sind breiter gefächert und sie wird wie folgt eingesetzt (nach NEUSER et al. 1995): - Mineraldedektion und -diagenese (schnelle Unterscheidung bestimmter Minerale, Sichtbarmachung von Zonarbau, Geneseerkennung an Q, Rekonstruktion von Liefergebieten) - Kontrastierung von Gefügen ( Sichtbarmachung von Anwachssäumen, Korrosionsphasen und Drucklösungen sowie überprägter Gefüge; Kontrastierung von Klüften) - Rekonstruktion von Geneseabläufen u.a. Diese Aufgabenstellung kann nach NEUSER et al (1995) komplettiert werden durch eine geologisch petrographische sehr wichtige und neue Anwendung: die quantitative Analyse von Gesteinen mit der Kopplung von Kathodolumineszenz und mikroskopischer Bildanalyse.

6 6 Eine Reihe der wichtigsten gesteinsbildenden Minerale (Q, F) sind im polarisationsoptischen Bild qualitativ schwer zu unterscheiden, quantitativ dagegen gar nicht (Ausnahmen vorhanden)! Da sie extrem ähnliche optische Eigenschaften besitzen, sind sie im Dünnschliff durch keine Bildanalyse quantifizierbar. Die wenigen Unterscheidungsmerkmale (z.t. auftretende polysynthetische Verzwilligung der Plagioklase) können im POLMI ausschließlich durch Point Counter Analyse quantifiziert werden und das auch nur in bestimmten Fällen. Quarze und Kalifeldspäte können nur unterschieden werden, wenn die Kalifeldspäte vorher durch chemische Methoden eingefärbt wurden. Kaolinit betrifft dies ebenso. Durch den Beschuss mit Elektronen kann unter anderem an diesen Mineralen Kathodolumineszenz- Farben sichtbar gemacht werden, die jetzt eine eindeutige Unterscheidung der Phasen möglich machen. Diese Farben sind in direkter mikroskopischer Beobachtung sehr gut erkennbar und lassen sich ausgezeichnet zur Identifikation und Quantifizierung der einzelnen Phasen einsetzen. Unter Lumineszenz wird eine Emission von Licht und elektromagnetischer Strahlung verstanden. Zur Erklärung der Erscheinung nutzt man das Bändermodell. Es gibt verschiedene Arten von Energiezufuhr um Elektronen in das Leitungsband anzuheben. Je nach Art der Energie unterscheidet man die auftretenden Lumineszenzerscheinungen (nach KLEBER, 1979; NEUSER 1995). In dem hier vorgestellten Analysenbereich wird die Kathodolumineszenz- Anregung natürlicher Minerale durch Beschuss mit Elektronen genutzt. Nach GÖTZE (1996) werden als Ursache von Lumineszenzerscheinungen Defekte in der Struktur bzw. Zusammensetzung der betreffenden Minerale angenommen. Das können unter Umständen struktureigene Defekte, aber auch strukturfremde Defekte (z.b. Spurenelementeinbau) (GÖTZE, 1996), sein. Es hat zur Folge, dass auch eine Reihe Proben mit amorphen Phasen durch die Kathodolumineszenz qualitativ und quantitativ analysiert werden können. Vor dem war keine komplette Phasenanalyse dieser Proben möglich, lediglich eine Bestimmung der chemischen Zusammensetzung. 6. SCHWERMINERALE UND SCHWERMINERLANALYSE Als Schwerminerale werden alle Minerale bezeichnet, die schwerer als Quarz sind. Ihre Dichte bewegt sich zwischen 2,6 bis 2,65 g/cm ³. Sie müssen eine Dichte größer als die Dichte von gängigen Schwerelösungen, die zur Abtrennung dienen, besitzen. Als Schwerelösung zur Trennung werden Bromoform, Tetrabrommethan oder Dijodmethan (Dichte 2,84 2,89; 2,94-2,96; 3,3 g/cm ³) benutzt. Folgende Arbeitsschritte sind für eine quantitative SM Analyse notwendig: Probennahme, (LG oder FG), Korngrößenfraktionierung, Korngrößenklassierung, SM Abtrennung mittels Schwereflüssigkeiten (Gleichfälligkeitsprinzip), Abtrennung magnetischer Minerale und Untergliederung SM Fraktion mittels Schwereflüssigkeiten, Präparateherstellung, Bestimmung und Auszählung der SM und zum Schluss Auswertung der Ergebnisse. Bestimmte SM, die einen magnetischen Effekt zeigen, werden mit Hilfe eines Magnetscheiders (Methode: Magnetscheidung) bestimmbar. Erreicht wird eine relative gute Einteilung in große Gruppen. Generell zu unterscheiden sind zwei Gruppen von SM, die der transparenten SM, und die der opaken SM. Die transparenten SM werden mit der Durchlicht Polmi und die opaken SM mit der Auflicht Polmi untersucht. Moderne SM Analysen werden nicht nur qualitativ sondern auch quantitativ durchgeführt.

7 7 Es gilt bei der SM Analyse jedoch zu beachten, dass gewisse Effekte zu einer Verfälschung des SM Spektrums führen können. Zu nennen sind da der Effekt der Transportsonderung (Zirkon) bei dem die schweren SM beim Transport im Becken zurückbleiben. Eine regionale Veränderung des SM Spektrums und damit zu einer Verfälschung dieses, wird durch Verwitterungsauslese (Apatit) und Diageneseauslese hervorgerufen. Die SM müssen dann nicht die SM des Ausgangsgebietes repräsentieren. 7. LIEFERGEBIETSANALYSE, PLATE TECTONICS AND SANDSTONE COMPOSITION UND GEOCHEMISCHE ANALYSEN Der Mineralinhalt von Sandsteinen liefert Informationen über die lithologische Zusammensetzung seiner Liefergebiete. Die ursprünglich in den Liefergebietsgesteinen vorhandenen Mineralpopulationen unterliegen einer Veränderung durch Verwitterungs -, Transport-, und Diageneseeinflüsse. Die häufigsten Bestandteile von Sandsteinen sind Quarz ( Q ), die unterschiedlichen Feldspäte ( F ) sowie Gesteinbruchstücke ( L, für Lithics), unter denen solche von Vulkaniten, Sedimentgesteinen und feinkörnigen Metamorphiten zu verstehen sind. Da die Gesteinsvergesellschaftung eines Liefergebietes wiederum seine plattentektonische Geschichte wiederspiegelt, erlaubt die statistische Erfassung der Mengenanteile dieser drei Komponenten eine tektonische Charakterisierung der Liefergebiete mit Hilfe des QFL Diagramms nach W.R. DICKINSON. Die empirisch ermittelte Einteilung in Liefergebietsfelder im QFL Diagramm beruht auf einer Vielzahl mikroskopischer Analysen fossiler Sandsteine und rezenter Sande bekannter Herkunft. In diesem Diagramm werden drei große Liefergebietstypen unterschieden: Kontinentale Blöcke, ältere Orogene und magmatische Bögen. (Abb. 1 : Das QFL- Diagramm von DICKINSON, (1985) ) S. 8 Besonders reich an Q und F und arm an L sind Sande, die ihren Ursprung aus felsischen Metamorphiten und Intrusivgesteinen bestehenden Gebieten der kontinentalen Blöcke haben. Dieses Gebiet kann in zwei weitere Teilbereiche untergliedert werden. In den stark denudierten und reliefarmen internen Bereichen der Prä - Kratone üben die unterschiedlichen Verwitterungsformen sowie die langen fluviatilen Transportwege einen deutlichen Einfluss auf die Zusammensetzung des Sedimentertrags aus. Relativ resistente Minerale wie Q gehen aus diesen Gründen bevorzugt in den Verwitterungsschutt über, der daher von den Erosionsprodukten felsischer Metamorphite und Intrusivgesteine dominiert wird. Entsprechende Sande fallen in das Subfeld Kratonkerne. Führen tektonische Bewegungen in Kratonen oder anderen kontinentalen Regionen eine Erneuerung des Reliefs herbei, können über beschleunigte Erosionsraten auch Feldspäte in größeren Mengen in das abgetragene Material eingehen. Dieser Liefergebietstyp wird durch das Feld Grundgebirgsaufbrüche vertreten. Ältere Orogene bestehen zumeist aus gefalteten und häufig metamorphen Sedimentgesteinen sowie aus einem wechselnden Anteil an Magmatiten. Sie haben meistens ein markantes Relief. Im erodierten Sedimentmaterial führt diese Parameterkombination zu einem erhöhten Gehalt an L und Q, sowie F. Hohe Ersosions und Umlagerungsraten sowie relativ kurze Transportwege führen zu kompositionell unreifen Ablagerungen, zu denen auch die Ausgangsablagerungen der meisten als GW überlieferten Gesteine zu zählen sein dürften. F und L reiche Sedimentgesteine entstehen an konvergenten Plattengrenzen als Erosionsschutt der aktiven Vulkangebiete. Diese Ablagerungen sind von magmatischen Bögen herzuleiten.

8 8 Die Definition der Korn- Populationen im Dreiecksdiagramm nach DICKINSON & SUCZEK (1979) geht vom Gerüstbestandteil- Modus (als Vol. Anteile) aus: Q Pol : stabile Quarzkörner einschließlich : Q m = monokristalline Q- Körner und Q p = polykristalline Q- Körner ( in der Hauptsache Chert) verwitterungsbeständiges Material. F Pol : monokristalline Feldspatkörner einschließlich : P = Plagioklas und K = Kalifeldspat L Pol : instabile polykristalline Gesteinsfragmente mit L V = vulkanische und metavulkanische Typen sowie L S = sedimentäre und metasedimentäre Typen L t Pol : Gesamtsumme der Gesteinsfragmente = Σ L + Q p Schwerminerale und Karbonatkörner werden in diesem Schema nicht berücksichtigt. Untermauert werden die Untersuchungen durch Schwermineralanalysen und durch Geochemische Untersuchungen (BATHIA, 1983), wobei die Thematik des Verhältnisses z.b. von TiO 2 : Fe 2 O 3 und MgO u.a. in einem Diskriminanzdiagramm behandelt wird. BATHIA (1983) bezieht sich auf folgende tektonische Bereiche: A = ozeanischer Inselbogen, B = kontinentaler Inselbogen, C = aktiver Kontinentalrand, D = passiver Kontinentalrand. (siehe Abb. 2 : Diskriminanzdiagramme nach BATHIA, (1983) und BATHIA & CROOK (1986) ). S. 9 ROSER & KORSCH (1986) verwenden bei ihren geochemischen Untersuchungen ebenso ein Diskriminanzdiagramm wie BATHIA, (1983), in dem das Verhältnis von K 2 O / NaO 2 : SiO 2 beschrieben wird. Auch hier wird das tektonische Milieu eines Inselbogen und der Kontinentalränder als Grundlage verwendet. (siehe Abb. 3 : Diskriminanzdiagramm am Beispiel, nach ROSER & KORSCH (1986) ). S. 10 Auf der Hauptelementchemie basieren drei Diskriminanzdiagramme. Ein weiteres Diskriminanzdiagramm identifiziert sedimentäre Provinzen. BATHIA (1983) zeichnet bivariate Plots zur Unterscheidung von Sandsteinen unter Berücksichtung der chemischen Variabilität in ein Diagramm, um die vier tektonischen settings zu unterscheiden. ROSER & KORSCH (1986) benutzen nur drei tektonischen settings, den passiven Kontinentalrand (PM), den aktiven Kontinentalrand (ACM) und den ozeanischen Inselbogen (ARC) für ihr Diskriminanzdiagramm mit dem Verhältnis von K 2 O / NaO 2 : SiO 2. Auch Spurenelemente lassen sich in der geochemischen Herkunftsanalyse einbeziehen. Sie untermauern die Analyse und die Auswertung mit den Hauptelementen und können zur Unterscheidung in den Sonderfällen der klastischen Gesteine (z.b. GW), wesentlich beitragen. BATHIA & CROOK (1986) weisen La, Th, Zr, Nb, Y, Sc, Co, Ti als die am besten zum Vergleich zu nutzenden Elemente bei der Unterscheidung von GW in verschiedenen tektonischen Environments aus. Mit diesen wurden die jeweiligen Verhältnisse der einzelnen Elemente in Bezug auf die Kontinentalränder und Inselbögen untersucht. (siehe Abb. 4 : Diskriminanzdiagramm für GW nach BATHIA & CROOK, (1986) ). S. 10 Abb. 5 & Abb. 6 ( S. 11/12) zeigen Dreiecksdiagramme nach DICKINSON (1979), bei der eine Grobgliederung auf Basis der Herkunft des Materials vorgenommen wird. Diese Dreiecke lassen eine Ausgliederung bestimmter Felder zu und zeigen hier eine Einteilung in Kontinentale Blöcke, Material aus aufgearbeiteten Orogenen und Magmatische Bögen. Fig. 1 zeigt ein Dreiecksdiagramm QFL, dessen Plots die Hauptgefügeart hergeleitet aus verschiedenen Provinztypen, für ausgesuchte Sandsteinfolgen zeigen. Der Q - Pol ist: total Q Körner, einschließlich monokristallinen Q m - und polykristallinem Q p Varietäten. Der F Pol ist: total Feldspat Körner (alle monokristallin); der L Pol ist: instabile lithische Fragmente (alle polykristallin). Fig. 2 zeigt ein Dreiecksdiagramm Q m F L t, dessen Plots die

9 9 Hauptgefügeart hergeleitet aus verschiedenen Provinztypen, für ausgesuchte Sandsteinfolgen zeigen. Der Q m Pol ist: monokristalline Q Körner; der F Pol ist: total Feldspat Körner (alle monokristallin); der L t Pol ist: total polykristalline lithische Fragmente, einschließlich instabiler Q p - so gut wie instabile L - Varietäten. Fig. 3 zeigt ein Dreiecksdiagramm Q p L V L S, dessen Plots das Hauptverhältnis hergeleitet aus verschiedenen Provinztypen, von polykristallinen lithischen Fragmenten für ausgesuchte Sandsteinfolgen zeigen. Der Q p Pol ist: polykristalline Q Körner (meistens Chert); der L V Pol ist: total vulkanische/metavulkanische Gesteinsfragmente; der L S - Pol ist: instabile sedimentäre/metasedimentäre Gesteinsfragmente. Fig. 4 zeigt ein Dreiecksdiagramm Q m P K, dessen Plots das Hauptverhältnis hergeleitet aus verschiedenen Provinztypen, von monokristallinen Mineralkörnern für ausgesuchte Sandsteinfolgen zeigen. Der Q m Pol ist: Q Körner; der P Pol ist: Plagioklas Feldspat Körner; der K - Pol ist: K Feldspat Körner. Um die Daten darzustellen, werden vier verwandte Dreiecksdiagramme (Fig. 1 4 ) benötigt, welches jedes eine verschiedene Ausgabe von Kornpopulationen besitzt. Die QFL & Q m F L t Plots (Fig. 1,2) zeigen beide volle Kornpopulationen, jedoch mit unterschiedlicher Betonung: (a) alle quartzose Körner plotten zusammen (QFL), die Bedeutung liegt hier bei der Kornstabilität und folglich auf Verwitterung, Provinzrelief und Transportmechanismen, sowie die Ursprungsgesteine; (b) hier plotten alle lithischen Fragmente zusammen (Q m F L t ), die Betonung liegt bei der Aufarbeitung der KG der Ursprungsgesteine, weil feinkörnigere Gesteine mehr lithische Fragmente in der Sandkorngrößenauswahl liefern. Die Q p L V L S - und Q m P K - Plots (Fig. 3,4) zeigen nur einen Teil der Kornpopulation, es wird aber der Charakter der jeweiligen polykristallinen und monokristallinen Gerüstkomponenten enthüllt. Jeder der vier Plots dient dazu, zwischen gewissen Paaren von Provinz- und Beckentypen kritisch zu unterscheiden. 8.PROVINZTYPEN Man klassifiziert alle Provinzen und Sandsteinfolgen in drei generelle Gruppen: (1) Kontinentale Blöcke ( Ursprung der Sedimente von Schilden und Plattformen oder verfaltetem Basementblöcken). (2) Magmatische Bögen ( Ursprung der Sedimente innerhalb aktiver Bogenorogenen von Inselbögen oder aktiven Kontinentalrändern zu finden. (3) Aufgearbeitete Orogene (Ursprung der Sedimente in deformierten und im Abtauchen befindlichen Schichtenfolgen in Subduktionszonen, entlang von Kollisionsorogenen oder innerhalb von Vorgebirgsfaltengürteln zu finden. Jede dieser breiten Kategorien hat weitere verschiedene Varianten und wird sozusagen subunterteilt. In gewissen Fällen kann man außerdem auf das Wesen von gemeinsamen Arten von Übergängen in den Sandsteinfolgen hinweisen, die Zusammenhänge zwischen den Schlüsselvarianten formen. In seltenen Fällen können lokale Kapricen der geologischen Geschichte, Sediment unterschiedlichster Ausgangsgesteine mixen. Man glaubt, das dieses System der Unterteilungen, als ein stichhaltiger und gültiger, praktischer Katalog gewöhnlicher, durchschnittlicher, dominanter Kombinationen dienen kann.

10 10.ANHANG 10 Tab. 1 : Mittlere chemische Zusammensetzung der drei wesentlichen Sandsteintypen: Q- Sandstein, Arkose, GW (nach PETTIJOHN et al. 1973) aus TUCKER, MAURICE E. ( 1985 ). Einführung in die Sedimentpetrologie. Enke Verlag, Stuttgart Q- Sandstein Arkose GW SiO 2 95,4 77,1 66,7 Al 2 O 3 1,1 8,7 13,5 Fe 2 O 3 0,4 1,5 1,6 FeO 0,2 0,7 3,5 MgO 0,1 0,5 2,1 CaO 1,6 2,7 2,5 Na 2 O 0,1 1,5 2,9 K 2 O 0,2 2,8 2,0 TiO 2 0,2 0,3 0,6 Hervorzuheben sind : der hohe SiO 2 - Gehalt und die niedrigen Gehalte der übrigen Oxide bei den Q- Sandsteinen; die chemischen Unterschiede zwischen Arkosen und GW: das höhere Fe 2 O 3 / FeO- und K 2 O/ Na 2 O- Verhältnis der Arkosen relativ zu den GW sowie die höheren Al 2 O 3 - und MgO- Gehalte der GW. Abb. 1 : Das QFL- Diagramm von DICKINSON, (1985) aus BAHLBURG, HEINRICH (1998 ). Grundlagen der Geologie. Enke Verlag, Stuttgart Das QFL- Diagramm von DICKINSON (1985) erlaubt die plattentektonische Charakterisierung der Liefergebiete von Sandsteinen und magmatische Bögen.

11 11 Abb. 2 : Diskriminanzdiagramme nach BATHIA, (1983) und BATHIA & CROOK, (1986) aus Folie Prof. Dr. M. Kurze

12 12 Abb. 3 : Diskriminanzdiagramm am Beispiel, nach ROSER & KORSCH (1986) aus Folie Prof. Dr. M. Kurze Abb. 4 : Diskriminanzdiagramm für GW nach BATHIA & CROOK, (1986) aus ROLLINSON, H. ( 1993 ) : Using geochemical data : evaluation, presentation, interpretation. Longman gruop UK LTD. La-Th-Sc- Diskriminationsdiagramm für GW und Th-Sc-Zr/10 Diskriminationsdiagramm für GW (nach BATHIA & CROOK, 1986). Die Felder zeigen: A = ozeanischer Inselbogen, B = kontinentaler Inselbogen, C = Aktiver Kontinentalrand und D = Passiver Kontinentalrand

13 13 Abb. 5 : Plate Tectonics and Sandstone Composition im QFL Dreieck nach DICKINSON & SUCZEK ( 1979) aus DICKINSON, W.R. & SUCZEK, CH. A. ( 1979). Plate Tectonics and Sandstone Composition. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin V. 63, No.12 (December 1979) Fig. 1 & Fig. 2

14 14 Abb. 6 : Plate Tectonics and Sandstone Composition im QFL Dreieck nach DICKINSON & SUCZEK ( 1979) aus DICKINSON & SUCZEK. ( 1979). Plate Tectonics and Sandstone Composition. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin V. 63, No.12 (December 1979) Fig. 3 & Fig. 4

15 15 9.LITERATUR- UND QUELLENVERZEICHNIS BAHLBURG, H. (1998). Grundlagen der Geologie. Enke Verlag, Stuttgart. S.135,136 BÖNIGK, W. (1983). Schwermineralanalyse.- Enke Verlag, Stuttgart. 158 S. DICKINSON, W.R. & SUCZEK, CH. A. (1979) Plate Tectonics and Sandstone Composition. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin V. 63, No.12 (December 1979). S.2171, 2172 GÖTZE, J. (1996). Kathodoluminiszenz von Quarz Grundlagen und Anwendung in den Geowissenschaften. Aufschluss, 47, S KLEBER, W. (1979). Einführung in die Kristallographie. - Verlag Technik Berlin KURZE, M. (1987). Schwerminerale und Schwermineralanalyse. Lehrbrief TU BAF.112 S. KURZE, M. (1998). Skript zur VL SEDIMENTOLOGIE & FOLIEN zur Lehrveranstaltung TU BAF, Institut für Geologie MANGE, M. A. ; MAURER, H.F.W. (1991). Schwerminerale in Farbe.- Enke Verlag Stuttgart. 148 S. MARSHALL, D. J. (1988). Cathodolumineszenz of geological Materials. Allen & Unwin Inc., Winchester/Mass. MATTER, A. & RAMSEYER, K. (1985). Cathodoluminescenc microscopy as a tool of provence studies of sandstones. In: ZUFFA, G. G. (ed.) Proceeding of the NATO Advanced Study Institute on Reading Provence from Arenits. D. Reidel Publishing Company, Dordrecht (Holland). S MILNER, H.B. (1962). Sedimentary Petrography. 4. Aufl., Bd. 2, George Allen & Unwin LTD, London. 715 S. NEUSER, R.D. & RICHTER, D.K. und VOLLBRECHT, A. (1988). Natural quartz with brown/violet cathodoluminescence-genetic aspects evident from spectral analysis. Zbl. Geol. Pal. Teil 1. S PETTIJOHN, F.J., POTTER, P.E., SIEVER R. (1973). Sand & Sandstone. Springer- Verlag, NewYork. 618 S. ROLLINSON, H. (1993) : Using geochemical data : evaluation, presentation, interpretation. Geochemistry Series, Longman Scientific & Technical gruop, Harlow UK LTD. SIPPEL, R.F. (1965). Simple device for luminescence petrography.- Review of Scientific Instruments, 36. S TUCKER, M.E. (1985). Einführung in die Sedimentpetrologie. Enke Verlag, Stuttgart. S.54 ZINKERNAGEL, W. (1978). Cathodoluminescenc of quartz and its application to sandstone petrology.- Contr. Sedimentology, 8. S. 1-6