Ergebnisse der Schwermineraluntersuchungen von eozänen Sand- und Kiessandvorkommen in den Tagebauen Prießnitz, Schkölen-Nautschütz, Osterfeld, Grana, Klausa und Profen (Sachsen-Anhalt und Thüringen)

Abstract

In der vorliegenden Bearbeitung liegt das Hauptaugenmerk auf der Untersuchung schwermineralhaltiger stratigraphischer Einheiten der sechs Abbaugebiete Profen, Grana, Klausa, Prießnitz, Osterfeld
und Schkölen-Nautschütz. Die Tagebaue befinden sich im Süden Sachsen-Anhalts bzw. im Norden Thüringens. Im Rahmen einer Bachelor- und zweier Master-Arbeiten wurden in Profen die Zeitzer
Schichten und die Domsener Sande sowie in den übrigen Tagebauen eozäne Kiessandschichten mit dem Ziel beprobt, das enthaltene Schwermineralspektrum zu analysieren. Die Untersuchungen wurden
als Kooperation zwischen dem Landesamt für Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt (LAGB) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ausgeführt. Die Domsener Sande (Begleitschicht im Braunkohlentagebau Profen) wurden mittels Gamma-Ray-Log untersucht, um das Vorkommen von Schwermineralen mit Hilfe der von ihnen ausgehenden natürlichen Strahlung zu ermitteln. Mit dieser Technik konnten einzelne Schwerminerallagen exakt identifiziert und separat beprobt werden. Aus der stratigraphischen Abfolge wird in Profen eine Zuordnung der Proben zu den Zeitzer Schichten als gesichert angenommen. Aus den Kiessanden wurde dahingegen je eine Großprobe entnommen, um nach anschließender Probenteilung einen Überblick über den gesamten Schwermineralinhalt der entsprechenden Schicht zu erhalten. Um die Kiessandproben miteinander korrelieren zu können, wurden in diesen Tagebauen Tonproben aus angrenzenden Sedimentschichten für biostratigraphische Analysen entnommen. Für die Vorkonzentratherstellung kam ein Holman-Wilfley-Herd zur Anwendung (Dichtetrennung durch Wasser und Bewegung). Eine weitere Aufkonzentration erfolgte teils durch magnetische Trennung mit einem Frantz-Magnetscheider (Domsener Sande), teils durch Dichtetrennung mit Natriumpolywolframat-Lösung (Kiessandproben aus Prießnitz, Schkölen-Nautschütz, Osterfeld, Grana, Klausa sowie Zeitzer Schichten). In den Domsener Sanden wurden die Schwermineralspektren mit REM (Raster- Elektronenmikroskopie) ermittelt. Der Gesamtgehalt Profile innerhalb der 0,5 m bis 4,0 m mächtigen Schwerminerallagen liegt zwischen 1,18 Gew.-% und 3,25 Gew.-%. Die Kiessande wurden dahingegen hauptsächlich mit QEMSCAN analysiert. Im Resultat ergab sich ein geringer Schwermineralgehalt der Proben zwischen 0,02 Gew.-% (Schkölen-Nautschütz) und 0,07 Gew.-% (Prießnitz) für das westliche Untersuchungsgebiet gegenüber einem erhöhten Schwermineralgehalt der Proben aus dem östlichen Teil zwischen 0,24 Gew.-% in Grana über 0,48 Gew.-% in Profen bis zu 0,64 Gew.-% in Klausa. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Zusammensetzung der Schwermineralspektren gelegt. Die am häufigsten vorkommenden Schwerminerale sind Topas, Rutil/Anatas, Turmalin, Staurolith, Ilmenit und Leukoxen, Aluminiumsilikate und Zirkon. Der Großteil der Proben enthält geringe Mengen an Xenotim, Monazit, Dravit, Kassiterit und Chromit. Aus wirtschaftlichen Gründen wurden SEEPhosphate/- Arsenate sowie Kassiterit detaillierter untersucht. Minerale mit einem hohen SEE-Gehalt enthalten in den meisten Fällen Spuren von Uran und Thorium. Insgesamt wurde jedoch in den meisten Schwermineralkonzentraten keine hohe Anreicherung an SEE-Mineralen angetroffen (< 1 Gew.-%). Lediglich die Domsener Sande zeigen höhere Gehalte dieser Minerale aufgrund natürlicher Anreicherungsprozesse (Schwermineralseifen). Ein relativ hoher Kassiteritanteil tritt in den Schwermineralkonzentraten aus Grana (1,93 Gew.-%) und Klausa (2,77 Gew.-%) auf. Außerdem zeigen die Kassiterite einen hohen Freiheitsgrad. Um eine mögliche Wirtschaftlichkeit zu bestätigen, wurden zusätzliche ICP-ES-Analysen veranlasst, die die Gehalte jedoch nicht bestätigen konnten. Die Konzentrationen der einzelnen Minerale innerhalb der ermittelten Schwermineral-spektren der
Kiessande bestätigten eine Teilung des Untersuchungsgebietes in einen östlichen und einen westlichen Teil. Die Schwermineralkonzentrate der östlichen Probenahmestellen (Klausa, Profen, Grana)
werden von Topas dominiert wohingegen die der westlichen Probenahmestellen (Prießnitz, Schkölen-Nautschütz, Osterfeld) von Ilmenit dominiert werden. Schlussfolgernd wird angenommen, dass die
Kiessande der westlichen Tagebaue durch das Vogtländisch-Thüringische Flusssystem transportiert wurden und Einflüsse ilmenithaltiger Sedimente des Fichtelgebirges und des thüringischen Buntsandsteingebietes aufzeigen. Für die Sedimente der östlichen Tagebaue hingegen wird ein Transport durch das Zwickau-Altenburger Flusssystem vermutet, das Topas aus vergreisten Gesteinen des Erzgebirges transportierte. Die Analyse der Kornformen der auftretenden, sehr stabilen Minerale ergab, dass das sedimentierte Material verschiedene Quellen aufweisen muss. Dafür werden das Erzgebirge, das Böhmische Massiv sowie das Sächsische Granulitgebirge auf Grundlage der spezifischen Indikatorminerale im Schwermineralspektrum angenommen.