Porphyrische Cu-Mo-Au-Re und epithermale Au-Ag-Te Vererzungen der Insel Limnos, nordöstliche Ägäis, Griechenland : Mineralogie-Mineralchemie der hydrothermalen Alterationen und damit verbundene Vererzungen

Abstract

Die Beprobung der griechischen Insel Limnos erlaubt ein verbessertes Verständnis der Lagerstätten von Griechenland. Die ältesten Gesteine Griechenlands sind silurisch oder gehören zum varyskischen Sockelgestein. Der ägäische Raum umfasst den Rhodopen-Block, Pelagonia und Apulia als wichtigste tektonische Blöcke. Diese verschiedenen geologischen Einheiten sind durch die Konvergenzbewegung und Kollision zwischen Afrikanischer und Eurasischer Platte entstanden. Es wird angenommen, dass hier eine einzige Subduktionszone seit der unteren Kreide aktiv war, die sowohl den ozeanischen als auch den kontinentalen lithosphärischen Mantel unterhalb der Ägäis konsumierte. Die geodynamische Entwicklung des ägäischen Gebietes umfasst den Rückgang der Platte seit der Kreide und ein Zerreißen der Platte unterhalb West-Anatoliens während des Miozäns. Als Ergebnis des Plattenrückgangs entstand ein Dehnungsregime mit dem Zusammenbruch des Akkretionskeils und der Öffnung der Hinterbogenbecken. Die post-orogene Exhumierung der unteren Teile der gestreckten Kruste (als metamorphe Kernkomplexe, wie in den Rhodopen und den Kykladen) wurde begleitet von einem voluminösen “back-arc” Magmatismus. Die griechische Insel Limnos befindet sich in einer tektonischen Zone zwischen Bulgarien im Norden, der ägäischen See im Süden und der Türkei im Osten. Die Gesteine der Insel bestehen überwiegend aus Molasse des mittleren Eozäns bis unteren Miozäns und aus kalkalkalischen bis shoshonitischen vulkanischen Gesteinen aus dem Miozän. Im Zentrum der Gebiete Fakos sowie Sardes, wurden Trachydazite- und Trachyandesit-Trachydazite-Porphyr-Gesteinskörper in sedimentäre Gesteine intrudiert. Im westlichen und südwestlichen Bereich der Insel Limnos befindet sich der Mittelpunkt des Vulkans, der von Domen und Lava- „Flow“-Material begrenzt ist. Die Limnos-Gesteine wurden petrographisch und geochemisch analysiert und als Trachyandesit, Trachydazit, Monzonit und Trachyandesit-Trachydazit klassifiziert. Sie sind somit als shoshonitische, peraluminöse bzw. metalluminöse, kalkalkaline und hoch-Kalium-kalkalkaline Gesteine einzustufen. Die geochemischen Analysen bestätigen zudem eine extrem hohe Anreicherung an Spurenelementen. Die verschiedenen Korrelationen der chemischen Elemente mit SiO2 beschreiben die magmatische Entwicklung während des Kühlungsprozesses. Die mineralogische und geochemische Gesteinszusammensetzung deutet darauf hin, dass die untersuchten Gesteine durch die Magmenkristallisation aus einer Mantel/Unterkruste-Schmelze stammen. Das Magma hat einen hohen Gehalt an Natriumoxid und Kaliumoxid, ist generell oxidiert und hat einen niedrigen Gehalt an Magnesium und Eisen. Die positiven und negativen Korrelationen der Haupt- und Spurenelemente mit zunehmendem SiO2-Gehalt belegen eine magmatische Differenzierung im Sinn der Assimilation und die fraktionierte Kristallisation eines „single“ Magmas. Die heterogen ausgeprägte Elementeverteilung kann aus einer partiellen Aufschmelzung eines teilweise inhomogenen Sedimentgesteins oder aus der Elementmobilität bei Alterationen folgen. Die geochemischen Analysen ergeben einen sehr ähnlichen Trend bei der Elementverteilung und belegen damit, dass das Magma eine gemeinsame Quelle und identischen Geneseprozess hat. Die hohe Anreicherung an LILE-Elements und eine geringe Konzentration an HFSE-Elements sprechen für die Magmengenese aus einem durch ehemalige Subduktion angereichertes lithosphärisches Mantelmaterial. Die drei untersuchten Gebiete der Insel-Limnos sind durch starke hydrothermale Alterationen der Magmatite gekennzeichnet. Es wurden mit den entsprechenden Mineralparagenesen folgende Alterationstypen identifiziert: „sodic-calcic“, „calcic“, „calcic“ +/- „sodic/potassic“, „calcic-potassic“, „sericitic“, „propyllitic“ und „advanced-argillic“. Durch makroskopische, mikroskopische und petrographische Analysen wurden folgende Gangtypen erkannt: M-Typ (Magnetit-Gang), A-Typ (granularer Quarz-Gang), D- und T-Typ (Pyrit-Gang und Turmalin-Gang), Q-Typ (Quarz-Gang), C-Typ (Carbonat-Gang), Act-Typ (Aktinolith-Gang) und P-Typ (Pyroxen-Gang) jeweils mit entsprechender Mineralparagenese und Morphologie. Die hydrothermalen Alterationen und Gänge sind stark mineralisiert und an einer Serie von Elementen wie Cu, Mo, Pb, Zn, As, Sb, Te, Sn, Bi angereichet. In allen drei Gebieten kommen Pyrit, Molybdänit, Kupferkies, Magnetit und Gold als Haupterzminerale der porphyr-Typ Vererzungen vor. Eine epithermale Überlagerung in den untersuchten Gebieten führte zum Absatz von Buntmetallsulfiden. Durch ihre chemische Zusammensetzung sind die Granitoide tektonisch als I-Typ Granite klassifiziert. Die Limnos-Magmatite werden einer Post-Subduktions- oder einer Post-Arc-Entstehung zugeordnet. Das Magma aus Limnos tendiert zu einer Einstufung als adakitisches Magma. Die relativ niedrige Konzentration an Y (Yttrium) und Yb (Ytterbium) in sämtlichen untersuchten Granitoiden könnte ein Hinweis darauf sein, dass die Gesteine nicht durch die Aufschmelzung von partiell hydratisierten Mantelkeilen gebildet wurden, sondern durch Aufschmelzung einer subduzierten Platte. Die Untersuchung der magmenbildenden Gesteine auf Limnos zeigt, dass das Magma durch fluidmobile Elemente sowie durch eine Sedimentschmelze angereichert wurde. Teile des Magmas enthalten neben der sedimentären Schmelze auch wässerige Fluide und im geologischen Kontext resultierte eine relevante porphyrische und epithermale Mineralisation.

The mineral sampling of the Greek island Limnos allows a better understanding of the metal deposits of Greece. This work is focused on the ore and alteration mineralogy of three sites on the island Limnos. The oldest rocks of Greece are Silurian or belong to the Varyscian basement. The Aegean region includes the Rhodope Block, Pelagonia and Apulia as the most important tectonic blocks. These different geological units were formed by the converging movement and collision between the African and Eurasian plates. A single subduction zone has been active here since the Lower Cretaceous, consuming both the oceanic and continental lithospheric mantle below the Aegean sea. The geodynamic evolution of the Aegean region includes the roll-back of the plate since the Cretaceous and a tearing of the plate below western Anatolia during the Miocene. As a result of the plate retreat, a stretching regime developed with the collapse of the accretion wedge and the opening of the back-arc basins. The post-orogenic exhumation of the lower parts of the stretched crust (as metamorphic core complexes, as in the Rhodopes and Cyclades) was accompanied by a voluminous back-arc magmatism. The Greek island Limnos is located in a tectonic zone between Bulgaria in the north, the Aegean Sea in the south and Turkey in the east. The rocks of the island consist mainly of molassic sediments from the Middle Eocene to the Lower Miocene and calc-alkaline to shoshonitic volcanic rocks from the Miocene. In the centre of the Fakos and Sardes areas, trachydacite and trachyandesite-trachydacite porphyry bodies were intruded into the sedimentary rocks. The western and southwestern part of Limnos form the center of the volcano, which is build of domes and lava flow material. They have been petrographically and geochemically analysed in this work as trachyandesite, trachydacite, monzonite and trachyandesite-trachydacite. They are therefore classified as shoshonitic, peraluminous or metaluminous, calc-alkaline and high potassium calc-alkaline. The geochemical analyses also confirms an extremely high accumulation of trace elements. Different correlations of the chemical elements with SiO2 describe the magmatic development during the cooling process. The mineralogical and geochemical rock composition suggests that they are obtained by magma crystallization from a mantle/subcrustal melt. The magma has a high content of sodium oxide and potassium oxide, is oxidized and has a low content of magnesium and iron. The positive and negative correlations of the main and trace elements with increasing SiO2 content prove a magmatic differentiation in the sense of assimilation and the fractional crystallization of a "single" magma. The heterogeneous element distribution can result from a partial melting of a partially inhomogeneous sedimentary rock or from element mobility during alterations. The geochemical analyses show a relatively identical trend in the distribution of elements and thus prove that magma has a common source and identical genesis process. The high accumulation of LILE-Elements and a low concentration of HFSE-Elements speak for the magma harvest from a lithospheric mantle enriched by former subduction. The three investigated areas of Fakos, Sardes and Kaspakas are characterized by strong hydrothermal alterations of the magmatic rocks. The following alteration types have been identified: "sodic-calcic", "calcic", "calcic" ± "sodic/potassic", "calcic-potassic", "sericitic", "propylitic" and "advanced-argillic" with corresponding mineral assemblages. The following vein types were identified by macroscopic, microscopic and petrographic analyses: M type (magnetite vein), A type (granular quartz vein), D and T type (pyrite vein and tourmaline vein), Q type (quartz vein), C type (carbonate vein), Act type (actinolite vein) and P type (pyroxene vein) each with corresponding mineral paragenesis and morphology. The hydrothermal alterations and veins are strongly mineralized and enriched with a series of elements such as Cu, Mo, Pb, Zn, As, Sb, Te, Sn, Bi. Pyrite, molybdenite, chalcopyrite, magnetite and gold are the main porphyry-type ores in all three areas. An epithermal overprint in the investigated areas led to the deposition of non-ferrous base metal sulphides such as galena, sphalerite, chalcopyrite and of fahlores together with gold and tellurides. Due to their chemical composition, the granitoids are tectonically classified as I-type granites. The Limnos magmatic rocks are assigned to a post-subduction regime in a back-arc setting. However, the magma from Limnos share some similarities to adakitic magmas. The relatively low concentration of Y (yttrium) and Yb (ytterbium) in all studied granitoids could be an indication that the rocks were not formed by the melting of partially hydrated mantle wedges, but by the melting of a subducted plate. The investigation of the magma-forming rocks of Limnos shows that the magma was enriched by fluid-mobile elements and a sediment melt. Parts of the magma contain aqueous fluids in addition to the sedimentary melt and hence, in the geological context a relevant porphyric and epithermal mineralization resulted.