Zeitschrift für Angewandte Geologie: Band 35, Heft 3 März 1989 [Reprint 2021 ed.] 9783112517628, 9783112517611

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ZEITSCHRIFT FUR

ANGEWANDTE B A N D 35 MÄRZ

1989

ISSN 0044-2259 Z. angew. Geol., Berlin 35 (1989) 3, 6 5 - 9 6

Herausgeber: Zentrales Geologisches Institut

AKADEMIE-VERLAG BERLIN

Zeitschrift für angewandte Geologie BAND 35

PÄLCHEN, W . ; R A N K , G. ; HERTWIG, T. ZERNKE, B .

1989

INHALT

COflEPJKAHME

CONTENTS

Rolle und Aufgaben der geochemische Prospektion bei der Suche und Bewertung von Erzund Spatmineralisationen im Grundgebirge der D D R

Pojib H 3aAa™ reoxHMHiecKoit pa3BeAKH n p n n o n c u a x n oiieHK e p y ß H h i x H n m a T O B H ü MHHGp a n H 3 a n H ö B nopo;u;ax (JjyHßaMeHTa r ^ P

Role and tasks of the geochemical prospection in the search and estimation of ore- and spar mineralizations in the basement complex of the GDR

S. 6 5 - 7 2 , 8 A b b . , 4 T a b . , 13 L i t . KOKICH, D .

Zum Stoffbestand jungpaläozoischer basischer Magmatite aus dem DDR-Anteil der Mitteleuropäischen Senke S. 7 2 - 7 8 , 9 A b b . , 3 T a b . , 23 l i t .

RENTZSCH, J . ; WAGENKNECHT, R.

Geochemische Multielement-Kartierung auf der Basis der multivariaten Statistik S. 7 8 - 8 1 , 4 A b b . , 14 L i t .

ZERNKE, B . ; HERTWIG, T.

HEFT 3

Vergleich der Ergebnisse von Faktoranalyse und Mehrfachkorrelation nach BURKOV bei der geochemischen Auswertung v o n Erkundungsbohrungen S. 8 1 - 8 6 , 5 A b b . , 3 T a b . , 8 L i t .

SCHRÖN, W . ; SANSONI, G. ; BOMBACH, G. ; RÖSLER, H . J. D z o Yir H l

BAF-Kassiterit KC-1 — ein neues geochemisches Referenzmaterial

SCHMIDT, P .

Kulturelles Erbe und Geschichte der geologischen Wissenschaften am Beispiel des Adelsbriefes für Johann Friedrich Wilhelm Charpentier (1784)

S. 8 6 - 8 9 , 1 A b b . , 6 T a b . , 8 L i t .

8. 8 9 - 9 1 , 1 A b b . , 11 L i t .

CTP. 6 5 - 7 2 , JIHT. HCT.

8 HJIJI. , 4 T a ß j i . ,

13

p p . 6 5 - 7 2 , 8 Pigs., 4 T a b l e s , 12 R e f s .

CocTaB n033Henajie030öcKHx ocHOBHBLX M a r M a T H T O B CpeRHeE B p o n e ä C K O f t BNA/PRAH B n p e aeirax TeppHTopnH r ^ P CTp. 7 2 - 7 8 , 9 HJIJI., 3 TaßJi., 23 JIHT. HCT.

To the substance of Late Palaeozoic basic magmatites from the GDR-part of the Central European Basin

reoxHMHiecKoe MHoroaneMeHTHoe K a p r a p o B a H H e H a ocHOBe M y j I b T H B a p H a H T H O ä CTaTHCTHKH CTp. 7 8 — 8 1 , 4 HJIJI., 14 JIHT. HCT.

Geochemical multielement mapping on the basis of multivariat statistics

C p a B H e H H e p e 3 y j i b T a T 0 B (jiaKTopHoro aHaJiH3a H MHoronpaTHoft KoppeJiHU,HH n o B y p K O ß y n p a

Comparization of results of factor analysis and multiple BURKOVcorrelation in the geochemical interpretation of prospecting bores

reoxHMHqecKoit

HHTepnpeTa-

E(HH p a 3 B e n O H H b I X CKBaHtHH CTp. 81 — 86, 5 HJIJI., 3 TaÖJI, 8 JIHT. HCT.

p p . 7 2 - 7 8 , 9 P i g s . , 3 T a b l e s , 23 E e l s .

p p . 7 8 - 8 1 , 4 F i g s . , 14 K e f s .

p p . 8 1 - 8 6 , 5 Figs., 3 T a b l e s , 8 R e t s .

B A F - K a c c H T e p H T K G - I — HOBHÜ REOXHMHQECKHÖ 3TANOH CTp. 8 6 - 8 9 , 1 HJIJI., 6 TaÖJI., 8 JIHT. HCT.

BAF-Cassiterite KC-1 — a new geochemical reference material

KyjibTypHoe Hacjie«He H HCTOPHH r e o n o r n i e c K H x Hayn n a npHMepe r p a M o r a Ha npHCBoeHne

Cultural legatee and history of the geological science at the example of the nobility charter for Johann Friedrich Wilhelm Charpentier (1784)

RBOpHHCKOrO THTyTJia H o x a H Hy pHflpHxy BnjibrejibMy

KapneHTbe (1784 r.)

p p . 8 6 - 8 9 , 1 Fig., 6 T a b l e s , 8 R e f s .

p p . 8 9 - 9 1 , 1 F i g s . , 11 R e f s .

CTp. 8 9 — 9 1 , 1 HJIJI., 11 JIHT. HCT.

Tagungsberichte

S- 91—92

Buchbesprechungen

S. 92—96 a

Zeitschrift für angewandte Geologie is indexed in Current Contents / PC & ES. Titelbild: Steil gestellter ziegelroter Sandstein bzw. Sandsteinletten und hellere Sandsteinbänke des Unteren Buntsandsteins; Harzaufrichtungszone ca. 700 m nördlich des ehemaligen Bahnhofes Thale-Bodetal A u f n a h m e : W . SCHANZE, W e i ß w a s s e r

C h e f r e d a k t e u r : D o z . D r . sc. B . KÖLBEL R e d a k t i o n s b e i r a t : D r . W . G E R S T E N B E R G E R , P r o f . D r . s c . W . J U N G , P r o f . D r . s c . P . K N O L L , P r o f . D r . h a b i l . G . OLSZAK, P r o f . D r . s c . G . P E S C H E L , D o z . D r . s c . R . R U S S E , D r . R . SALLUM, P r o f . D r . s c . M . STÖRR, D r . M . S ü s s , P r o f . D r . R . W I E N H O L Z

Die Z E I T S C H R I F T F Ü R A N G E W A N D T E GEOLOGIE berichtet ständig über folgende Arbeitsgebiete: Geologische Grundlagenforschung und Lagerstättenforschung / Methodik der geologischen Erkundung / Ökonomie und Planung der geologischen Erkundung / Technik der geologischen Erkundung / Geologie und Lagerstättenkunde im Ausland. In der Zeitschrift können alle strittigen Fragen der praktischen Geologie behandelt werden. Die Autoren übernehmen für ihre Aufsätze die übliche Verantwortung.

B e z u g s m ö g l i c h k e i t e n d e r „ Z e i t s c h r i f t f ü r a n g e w a n d t e Geologie" B e s t e l l u n g e n s i n d zu r i c h t e n — in der D D R a n d e n P o s t z e i t u n g s v e r t r i e b u n t e r A n g a b e der K u n d e n n u m m e r des B e s t e l l e n d e n oder a n d e n A k a d e m i e - V e r l a g B e r l i n , Leipziger S t r a ß e 3 — 4, D D R -1086 B e r l i n ; — im sozialistischen Ausland a n eine B u c h h a n d l u n g f ü r f r e m d s p r a c h i g e L i t e r a t u r o d e r a n d e n z u s t ä n d i g e n P o s t z e i t u n g s v e r t r i e b ; — in der B R D und Berlin (West) a n eine B u c h h a n d l u n g oder a n die Auslieferungsstelle K U N S T u n d WISSEN", E r i c h B i e b e r o H G , P o s t f a c h 102844, D - 7 0 0 0 S t u t t g a r t 10; — in den übrigen westeuropäischen Ländern a n eine B u c h h a n d l u n g o d e r a n die Auslieferungsstelle K U N S T u n d W I S S E N , E r i c h Bieber G m b H , General W i l l e - S t r a ß e 4, CH-8002 Zürich; — im übrigen Ausland a n d e n I n t e r n a t i o n a l e n B u c h - u n d Z e i t s c h r i f t e n h a n d e l ; d e n B u c h e x p o r t , Volkseigener A u ß e n h a n d e l s b e t r i e b der D e u t s c h e n D e m o k r a t i s c h e n R e p u b l i k , P o s t f a c h 160, D D R - 7 0 1 0 Leipzig, o d e r a n d e n A k a d e m i e - V e r l a g Berlin, Leipziger S t r a ß e 3 — 4, D D R - 1 0 8 6 B e r l i n . Z e i t s c h r i f t f ü r a n g e w a n d t e Geologie H e r a u s g e b e r : Z e n t r a l e s Geologisches I n s t i t u t , B e r l i n , i m A u f t r a g des M i n i s t e r i u m s f ü r Geologie d e r D e u t s c h e n D e m o k r a t i s c h e n R e p u b l i k . C h e f r e d a k t e u r : Doz. D r . sc. B . Kölbel, Z e n t r a l e s Geologisches I n s t i t u t , B e r l i n , F e r n r u f : 2 3 6 3 9 9 7 . A n s c h r i f t der R e d a k t i o n : K a s t a n i e n a l l e e 69, D D R - 1 0 5 4 B e r l i n ; F e r n r u f : 2 8 0 6 3 3 4 . V e r l a g : A k a d e m i e - V e r l a g B e r l i n , Leipziger S t r a ß e 3 - 4 , D D R - 1 0 8 6 B e r l i n ; F e r n r u f : 2 2 3 6 2 0 1 oder 2 2 3 6 2 2 9 ; T e l e x - N r . : 114420. B a n k : S t a a t s b a n k d e r D D R , B e r l i n K t o . - N r . 6836-26-20712. V e r ö f f e n t l i c h t u n t e r d e r L i z e n z n u m m e r 1279 des P r e s s e a m t e s h e i m V o r s i t z e n d e n des M i n i s t e r r a t e s d e r D e u t s c h e n D e m o k r a t i s c h e n R e p u b l i k . Gesamtherstellung: V E B Druckhaus „Maxim Gorki", DDR-7400 Altenburg. E r s c h e i n u n g s w e i s e : Die Z e i t s c h r i f t e r s c h e i n t j ä h r l i c h in e i n e m B a n d zu 12 H e f t e n . Bezugspreis je B a n d 156, — DB1 zuzüglich V e r s a n d s p e s e n . Bezugspreis je H e f t 13,— DM. D e r gültige J a h r e s b e z u g s p r e i s f ü r die D D R ist d e r P o s t z e i t u n g s l i s t e zu e n t n e h m e n . B e s t e l l n u m m e r dieses H e f t e s : 1047/35/3. Alleinige A n z e i g e n a n n a h m e : D E W A G - W e r b u n g , W i l h e l m - P i e c k - S t r a ß e 49, D D R - 1 0 5 4 Berlin, u n d alle D E W A G - B e t r i e b e u n d Zweigstellen d e r Bezirke der D D R . © 1989 b y A k a d e m i e - V e r l a g B e r l i n . P r i n t e d in t h e G e r m a n D e m o c r a t i c R e p u b l i c . A N ( E D V ) 46337 00220

ZEITSCHRIFT FÜR ANGEWANDTE GEOLOGIE

B A N D 35 / 1 9 8 9 / H E F T 3

Rolle und Aufgaben der geochemischen Prospektion bei der Suche und Bewertung von Erz- und Spatmineralisationen im Grundgebirge der DDR W E B N E B PÄLCHEN, GÜNTER R A N K , THOMAS HERTWIG, B E R N D ZERNKE, F r e i b e r g

Mitteilung aus dem V E B Geologische Forschung und Erkundung Freiberg Einleitung Lagerstätten mineralischer Rohstoffe sind ökonomisch nutzbare natürliche Stoffanomalien in der Erdkruste. Zum Aufsuchen von Lagerstätten, Mineralvorkommen und Mineralisationen sind daher alle Untersuchungsverfahren geeignet, die eine direkte oder indirekte substantielle Differenzierung einer zu untersuchenden Fläche oder eines zu untersuchenden Raumes ermöglichen. Neben den traditionellen geologisch-mineralogischen Methoden (Kartierung) und den geophysikalischen Methoden, die auf den physikalischen Eigenschaften von Gesteinen und Mineralen (Magnetisierbarkeit, Dichte, elektrische und Wärmeleitfähigkeit, Elastizität u. a.) beruhen und in der Regel nur eine indirekte stoffliche Aussage ermöglichen, sind geochemische Untersuchungsmethoden, die auf den Direktnachweis des Stoffes gerichtet sind, zur Lagerstättensuche prädestiniert. Das Prinzip der geochemischen Prospektion besteht darin, daß die den mineralisierten Körper aufbauenden Substanzen (Minerale, Elemente) nicht streng auf diesen lokalisiert sind, sondern in einer gegenüber dem nichtmineralisierten Bereich erhöhten Konzentration auch noch mehr oder weniger weit entfernt von diesem im Nebengestein vorhanden sind. Diesen Bereich erhöhter Elementkonzentration, der mit der Bildung der Mineralisation verbunden ist, nennt man primären Hof (Aureole). Bei der Verwitterung von Gesteinskomplexen werden die in ihnen vorhandenen Mineralisationen einschließlich der primären Aureolen zerstört. Dabei bilden sich in den hypergenen (kolluvialen, eluvial-deluvialen, alluvialen und limnischen) Sedimenten, in den mit ihnen in Kontakt stehenden Wässern und in den darauf wachsenden Pflanzen sekundäre Dispersionsströme und -höfe. Darüber hinaus existieren noch Aureolen gasförmiger Substanzen, die sowohl mit der Bildung als auch der sekundären Umbildung der Mineralisation in Verbindung stehen können. Da primäre und sekundäre Aureolen in der Regel ein Vielfaches des Volumens der mineralisierten Körper einnehmen, erhöht sich die Chance des Auffindens einer Mineralisation mit Hilfe dieser Aureolen gegenüber dem visuellen Direktnachweis des mineralisierten Körpers selbst beträchtlich. Die Rolle der geochemischen Prospektion im Prozeß der L a g e r s t ä t t e n s u c h e h a t sich seit ihren Anfängen in den dreißiger J a h r e n erheblich gewandelt. Während ursprünglich der q u a l i t a t i v e Nachweis von mineralisationsrelevanten Anomalien das alleinige Ziel war, so ist vor allem in den letzten zwanzig J a h r e n unter maßgeblicher F ü h r u n g der sowjetischen Geochemikerschule u m A. P. SOLOVOV die q u a n t i t a t i v e Bewertung von Anomalien in den Mittelpunkt gerückt (BEUS &

GEIGOEJAN

1975;

BABSUKOV, GRIGOEJAN &

OVCINNIKOV

1981; KOMOV & LUKASEV 1982; SOLOVOV 1985). H e u t e sind solche A u s s a g e n wie die vertikale Zonalität der Mineralisation gefordert, woraus das Anschnittniveau und die Teufenerstreckung beurteilt werden können sowie Angaben über den Element- (Erz-)inhalt von geochemischen Anomalien gewonnen werden. Diese in der U d S S R durch eine Instruktion Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 12.1. ] 1

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über geochemische Untersuchungen angewiesenen Inteipretationsschritte (GRIGORJAN, SOLOVOV & KUZIN 1983) sollten auch bei uns zur üblichen P r a x i s werden. Mit diesen objektiven P a r a m e t e r n ist es möglich, das Suchrisiko zu verringern und durch Einflußnahme auf den A n s a t z von Folgearbeiten eine höhere E f f e k t i v i t ä t des Such- und Erkundungsprozesses zu erreichen.

Methoden der geochemischen Prospektion Die geochemische Prospektion wird praktisch durch die geochemische Analyse eines ausgewählten geologischen oder eng mit ihm assoziierten Probemediums in einem zu untersuchenden Gebiet realisiert. Dabei wird davon ausgegangen, daß dieses Medium Informationen über die E x i s t e n z von stofflichen Anomalien in seiner N a c h b a r s c h a f t enthält. Die a m häufigsten zur geochemischen Prospektion verwendeten Probemedien sind Gesteine, Böden, Bachsedimente, Wasser, Pflanzen oder Pflanzenteile sowie Bodenluft. Diese Probemedien unterscheiden sich unter prospektionsgeochemischem Aspekt hauptsächlich durch ihren Informationsgehalt, der durch die Größe der Repräsentanzbereiche, die Art der an ihrer B i l d u n g beteiligten Prozesse und die dadurch bedingten Kontaminationsmöglichkeiten beeinflußt wird (PÄLCHEN & TESCHENDORF 1988). Aus den Eigenschaften der Probemedien ist ihre E i g n u n g zur L ö s u n g bestimmter A u f g a b e n im R a h m e n der L a g e r s t ä t t e n s u c h e ableitbar ( T a b . 1). Besonders ist dabei die gegenseitige Abhängigkeit von Repräsentanzbereich der Probe und Untersuchungsmaßstab zu beachten. Generell gelten folgende Regeln: U m die Wahrscheinlichkeit des Auffindens einer Anomalie zu erhöhen, sind bei kleinmaßstäbigen Untersuchungen Probemedien mit großer Repräsentanzfläche zu bevorzugen. Sie erlauben eine geringe Probenahmedichte und ermöglichen dadurch eine schnelle und billige Information über große Territorien (LEVINSON 1976). D a diese Probemedien aber meist das P r o d u k t mehrerer verschiedenartiger geologischer Prozesse sind, sind sie auch anfälliger für natürliche hypergene und anthropogene Beeinflussungen; dadurch ist die gewonnene Information z. T . schwieriger zu interpretieren. F ü r großmaßstäbige Untersuchungen ist dagegen die Verwendung von Probemedien zu fordern, deren Information sich auf einen engen R a u m bezieht und nur von wenigen zusätzlichen F a k t o r e n beeinflußt wird und die weitgehend oder gänzlich frei von anthropogener K o n t a m i n a t i o n sind. Prospektionsverfahren, die auf derartigen Probemedien mit einer hohen • L o k a l r e p r ä s e n t a n z basieren, erlauben nicht nur präzisere

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P ä l c h e n u. a. I Geochemische Prospektion

Tab. 1. Eigenschaften von Probemedien und Informationsgehalt der darauf basierenden geochemischen Prospektionsverfahren für feste mineralische Rohstoffe Petrogeochemie

Pedogeochemie

Festgestein

Boden

Bachsedimentgeochemie

Hydrogeochemie

Biogeochemie

Atmogeochemie

Wasser

Pflanzen

Bodenluft

Bachsediment

Repräsentanz bereich der Einzelprobe

0,x...x m8

x...x00 m 2

0,x...x...x00 km2 abhängig von Struktur des Hydronetzes und Lage des Entnahmepunktes z. T . Grund wasser einfluß

x...xO m3 abhängig von Reichweite der Wurzeln

sehr variabel, Abgrenzung sehr unsicher

Einfluß und Kompliziertheit aufgelagerter Prozesse und Faktoren

vernachlässigbar gering

gering bis mäßig Verwitterung, Solifluktion

groß Verwitterung, Transport, Sedimentation

sehr groß Verwitterung, Solifluktion, biochemische Prozesse

sehr groß Luftdruck, Temperatur, Bodenfeuchtigkeit, Permeabilität

Möglichkeit der anthropogenen Kontamination

praktisch unbedeutend

gering bis mäßig (B-Horizont)

groß bis sehr groß Eintrag fester, flüssiger und gasförmiger Substanzen in das Probemedium bzw. dessen Einzugsgebiet

Eignung zur Lösung von Prospektionsaufgaben — Lokalisierung von Anomalien

groß bis sehr groß Verwitterung, Transport, Lösung, Ausfällung

unterschiedlich (elemen tabhängig)

bedingt geeignet

für alle, Mineralisationstypen geeignet (maßstabsabhängig, vgl. Tab. 2)

bedingt geeignet

bedingt geeignet (biochemische Barrieren!)

— Identifizierung der Anomalieursache (Mineralisationstyp)

optimal geeignet

gut geeignet

geeignet

bedingt geeignet

stark eingeschränkt bis unmöglich

— Bestimmung der . Zonali tat (Erosionsniveau)

optimal geeignet

möglich (mittels Etalon)

bedingt möglich

nicht möglich

nicht möglich

nicht möglich

— Mengenberechnung (Flächen Produktivität, prognostische Ressourcen)

optimal geeignet prognostische Ressourcen P 1

geeignet prognostische Ressourcen P 2

möglich prognostische Ressourcen P 3

nicht möglich

nicht möglich

nicht möglich

Tab. 2. Anwendungsbereiche geochemischer Prospektionsmethoden in Abhängigkeit vom Stadium der Untersuchungsarbeiten (zusammengestellt unter Verwendung von Angaben aus G r i o o r j a n , S o l o v o v & Kuzin 1983; K o l o t o v , K r a j n o v u. a. 1983; K o v a l e v s k i j 1984; S o l o v o v 1985 u. a.) Arbeits-

Maßstab

Stadium

Aufgabe der geochemischen Prospektion

Gesteine

Probenahmemedium Boden

PD Regionale Forschung I

1:200000 1:100000

Regionale Forschung I I 1:50000 Suche 1 (allgemeine Suche)

1:25000 1:10000

Suche 2 (detaillierte Suche) 1:5000 Suche 3 ( Suchbewertung)

1:2000

Nachweis regionaler gA; Nachweis höffiger Gesteinskomplexe (geochemische Spezialisierung) Berechnung Flächenproduktivität, prognostische Ressourcen (P 3)

A PD

Bachsedimente A PD

Wasser A PD

Pflanzen A PD

keine flächendeckenden Arbeiten; 30...40

2...5

i

0,15...0,4

1...5

10...20

2...4

0,4...0,8

5...20

Proben pro Gesteinseinheit —>• geochemische Spezialisierung

40

8')

1...3

20...100

2...6')

80... 400

Nachweis von Feldern lokaler gA; Berechnung Flächenproduktivität, prognostische Ressourcen (P3, P 2 ) Konturierung, Strukturie1000 rung und Bewertung lokaler gA; Berechnung Flächenproduktivität prognostische Ressourcen ( P 2 , P I ) ; Übergangskoeffizienten 2000 prim./sek. Aureole, vertikale Zonali tat Klärung spezieller Probleme 10000 innerhalb der Lagerstätte (Korrelation von Erzkörpern) Vorratsberechnung (C2)

80...100 400... 500

entf.

entf.

500...1000

1000...2000 2 )

entf.

entf.

1000...') 5000

4000 £ )

entf.

entf.

'

PD — Probenahmedichte (Proben/kms), A — optimaler Anwendungsbereich, gA — geochemische Anomalien; 1 ) Probenahmedichte nur bei sehr dichtem Gewässernetz möglich; 2 ) nur effektiv bei autochthonem Bodenprofil; 3 ) nur effektiv bei autochthonem Bodenprofil oder sehr tiefer Reichweite der Wurzeln

qualitative, sondern auch die in den höheren Suchstadien geforderten quantitativen Auswertungen. Die allgemeine Aufgabenstellung für die geochemische Prospektion ergibt sich aus dem Stadium des Such- und E r kundungsprozesses und dem entsprechenden Maßstab (Tab. 2). F ü r die Festlegung des in einem konkreten Fall anzuwendenden Prospektionsverfahrens sind zusätzliche Einflußfaktoren zu berücksichtigen, wie z. B . konkrete Zielstellung der Arbeiten, gesuchte oder zu erwartende Mineralisation und deren substantielle K o m p l e x i t ä t , geologische, geographische und landschaftsgeochemische Verhältnisse im Untersuchungsgebiet, Verfügbarkeit der Probemedien u. a.

Anwendung der geochemischen Prospektion i m Grundgebirge der D D R Die oberflächig angeschnittenen Grundgebirgsaufragungen der D D R besitzen Mittelgebirgs- bis Hügellandcharakter. Ihre L a g e im humiden Klimabereich und das Fehlen jüngerer allochthoner Sedimente (mit Ausnahme einer teilweisen Lößbeeinflussung) hat die Existenz von offenen oder verborgenen Restanomalien im Sinne von SOLOVOV (1985) zur Folge. F ü r die flächendeckende geochemische Prospektion h a t sich unter diesen Bedingungen in Übereinstimmung mit den oben angeführten Zusammenhängen und im Ergebnis der praktischen

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]?ALCHEN u. a. / Geochemische Prospektion

Erfahrungen der letzten zwanzig Jahre folgender Komplex von Methoden als sinnvoll und effektiv erwiesen: — regionale Forschung 2 (1:100000, lokal bis 1 : 5 0 0 0 0 ) : Bachsedimentgeochemie in Kombination mit Hydrogeochemie und Schlichprospektion (ca. 1 bis 2 Proben/km 2 , lokal bis 8 Proben/ km 2 ), Überleitung zu Suche 1 : Pedogeochemie 1 : 5 0 0 0 0 (ca. 25 bis 50 Proben/km 2 ); — Suche 1 ( 1 : 2 5 0 0 0 ) : Pedogeochemie (100 Proben/km 2 ); — Suche 2 bis 3 : Pedogeochemie (400 Proben/km 2 ), Petrogeochemie (Bohrungen, Schürfe, UT-Aufschlüsse, ca. 0,5 Proben/m Aufschluß).

Unter den für die DDR wie für ganz Mitteleuropa charakteristischen Bedingungen einer hohen Besiedlungs-, Verkehrs- und Industrialisierungsdichte ist bei oberflächengeochemischen Untersuchungen der Eliminierung anthropogen bedingter Anomalien große Bedeutung beizumessen (RENTZSCH, SCHULZE U. a. 1985). Dazu ist in vielen Fällen die schlichmineralogische Untersuchung von Bachsedimenten, Boden oder Gesteinszersatz sowie bei größeren Maßstäben eine Indikatorenkartierung (epigenetische Gesteinsveränderungen wie Vergreisung, Silifizierung, Hämatitisierung, Bleichung usw.) mit Untersuchung von Lesesteinproben erforderlich. In jedem Fall ist die geogene Ursache einer geochemischen Anomalie nachzuweisen, bevor eine quantitative Bewertung (Zonalität, Ressourceneinschätzung) erfolgen kann. Die nachfolgend angeführten Beispiele sollen zeigen, wie die geochemische Prospektion in der Praxis des Suchprozesses auf Erze und Spat im Erzgebirge angewendet wird. Beispiel 1: Nachweis, Konturierung und Grobbewertung von Barium-Anomalien

Im Rahmen regionaler geochemischer Forschungsarbeiten in einer Antiklinalstruktur protozoischer Paragneise wurden durch Untersuchungen von Bachsedimenten (Maßstab 1:100000) im Bereich eines Rhyolithganges starke und kompakte Barium-Anomalien festgestellt (Abb. 1). In Verbindung damit auftretende anomal hohe Fluorgehalte in den Bachwässern führten zur Prognostizierung einer NW — SE verlaufenden Baryt- (Fluorit-)Gangstruktur, die wahrscheinlich i parallel zum Rhyolithgang verläuft. Es wurde ein ca. 18 km 2 großes Anomaliengebiet abgegrenzt, in dem durch allgemeine geochemische Sucharbeiten (Suche 1) im Maßstab 1:50000 bis 1:25000 folgende Aufgaben zu lösen waren: — sicherer Nachweis einer geologischen Ursache der Indikatoren für die regionalen Forschungsarbeiten, — Feststellung des die Anomalie verursachenden Mineralisationstyps, _ — Präzisierung der Anomalienkonturen und Vorhersage von spathöffigen Strukturen, — Minimierung der Gesamtfläche für geochemische Prospektionsarbeiten im Maßstab 1 : 1 0 0 0 0 (Suche 2), — Abschätzung der Rohstoffpotenz für Flächen mit sicher mineralisationsrelevanten Indikationen.

Zur Lösung dieser Aufgaben wurde eine pedogeochemische Prospektion mit einem Probenahmenetz von 500 X 50 bzw. 200 X 50 m ausgewählt. Durch die gleichzeitig mit der Probenahme erfolgte Aufnahme der Mineralisationsindikatoren Baryt, Fluorit und Quarz-Hämatit konnte der Nachweis der Mineralisationsrelevanz der Bachsediment-Anomalien erbracht werden (Abb. 2). In Gebieten mit hohen Baryt-Lesesteindichten treten anomal hohe Barium- und Fluorgehalte im Unterboden (B-Horizont) auf, so daß eine anthropogene Kontamination der Anomalienflächen auszuschließen ist (Abb. 3). Die NW—SE-Erstreckung der Ba-Anomalien und die BarytLesesteine bestätigen die vermutete strukturelle Bindung an den Rhyolithgang. Nach Bemusterung der Lesesteine kann die auftretende Mineralisation zum Typ der Quarz-HämatitBaryt-Gänge (qhmba-Formation) gerechnet werden. 1"

Auf der Grundlage der Mineralisationsindikatoren und der stark anomalen Ba- und F-Gehalte kann ein ca. 8 km 2 großes Gebiet für geochemische Prospektionsarbeiten der Etappe Suche 2 (Maßstab 1:10000, 50 X 50-m-Netz) abgegrenzt werden (Abb. 3). Unter Berücksichtigung geomorphologischer Kriterien wurde für drei Flächen mit anomal hohen Ba- und F-Gehalten sowie hohen Baryt-Lesesteindichten eine Abschätzung der Rohstoffpotenz mit Hilfe der geochemischen Flächenproduktivität und der prognostischen Ressourcen der Kategorie P2 (GRIGORJAN, SOLOVOV & KUNIN 1983, S . 88) v o r g e n o m m e n .

Die Flächenproduktivitäten der spathöffigen Strukturbereiche betragen: P : = 77000 m 2 %, P „ = 60000 m 2 % und Pili = 17000 m 2 %. Danach sind diese Flächen als „unbedingt untersuchungswürdig" einzustufen. Da keine Etaionobjekte vorliegen, kann eine Einschätzung der vertikalen Zonalität der Mineralisation und damit des Anschnittniveaus der Anomalien nicht vorgenommen werden. Beispiel 2: Abgrenzung und Bewertung von Anomalien im Bereich einer Barytmineralisation

In der Umgebung einer Spatlagerstätte wurden komplexe Such- und Erkundungsarbeiten zur Klärung der Verbreitung der Mineralisation mit dem Ziel des Nachweises von Vorräten durchgeführt. Ein Teil dieser Arbeiten war eine pedogeochemische Prospektion im Maßstab 1:10000 (Probenahmenetz 100 X 25 m). Die Mineralisation ist an eine NW—SEstreichende Bruchstruktur gebunden, entlang derer mehrere linsenförmige Rohstoffkörper auftreten, die z. T. übertägig angeschnitten sind. Nutzkomponente ist Baryt, der in Assoziation mit Quarz auftritt. Die pedogeochemischen Untersuchungen hatten das Ziel, barytrelevante Anomalien abzugrenzen und hinsichtlich ihres Erosionsanschnittes und ihrer Mineralisationspotenz zu bewerten. Die Abgrenzung von barytrelevanten Anomalien erfolgte mittels eines komplexen Koeffizienten Ba 2 X Cu2/Co X Ni X Mn X Zn, der aus den Ergebnissen petrogeochemischer Untersuchungen an primären Aureolen (Bohrungen, Untertageaufschlüsse) ermittelt wurde. Die Elemente im Zähler sind in den Anomalien gegenüber dem Untergrund maximal angereichert (Ba 2,5fach, Cu 6,4fach), während die im Nenner angeführten verarmt sind (Faktor ca. 0,3 bis 0,7). Die flächenhafte Berechnung des o. g. Koeffizienten gestattet die Abgrenzung zahlreicher pedogeochemischer Anomalien. Die auf der Hauptstruktur liegenden Anomalien sind in Abb. 4 als Profile dargestellt. Die Anomalien entsprechen barytführenden Linsen, die z. T. nur untertägig aufgeschlossen (7) und z. T. an der Oberfläche angeschnitten (2—4, 6, 8, 9) sind. Die Anomalie 1 indiziert einen bislang unbekannten mineralisierten Körper. Die Anomalien wurden hauptsächlich auf der Grundlage der Flächenproduktivitäten und des Zonalitätskoeffizienten bewertet. In Tab. 3 sind die Größe der Anomalien, ihre Flächenproduktivitäten (für Ba) sowie die relative Größenrangfolge (nach Erkundungsergebnissen) angeführt. Der Vergleich der Ba-Flächenproduktivitäten der Anomalien mit der relativen Größe der Barytlinsen zeigt neben guter Übereinstimmung auch Abweichungen. Diese sind bei den Anomalien 4 und 5 durch geringe Probenanzahl und eventuelle Kontamination durch Haldenmaterial begründet. Die Barytlinse, die Anomalie 7 hervorruft, ist relativ klein und streicht nicht bis an die Tagesoberfläche aus. Die hohe Ba-Flächenproduktivität dieser Anomalie ist auf die zu erwartenden Ubererzverhältnisse zurückzuführen. Die relativ geringe BaFlächenproduktivität der Anomalie 8 ist sicherlich durch ihre Lage im anmoorigen Gebiet begründet.

Z . angew. Geol., 35 (1989) 3

68

P Ä L C H E N u. a. / G e o c h e m i s c h e

Prospektion

a s ss 3 3 3

fi g S ® -fi

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S fi-1 O «4

Q S

[^10

A b b . 8. Darstellung des Zonalitätskoeffizienten Cu 3 /(Bi X Li X Mo) innerhalb der untersuchten Zinn-Anomalie

absolute Werte von C u s / ( B i x L i x Mo): 1 - 10; 2 - 1 0 - 1 0 ! ; 3 1 0 ! - 1 0 s ; 4 - 1 0 s - 1 0 ' ; 5 - > 1 0 * ; 6 - Grenze der untersuchten Anomalie; 7 — Bezeichnung der Teilanomalie; 8 — nicht beprobtes Gebiet; 9 — Bohrung; 10 — Quarzgang

Abstand vom Graritkontakt in m

325' 275225175"f

Sn

125-1

Bs

75"

Bi.As

25-|

Mo.W.Li

10"*

10"-

_

Cu2

A b b . 7. Darstellung ausgewählter Zonalitätskoeffizienten (Kurvenverlauf nach Regressionsanalyse) und der relativen E l e m e n t m a x i m a (vertikale Zonalitätsreihe)

10"' Cu2 LixBi

MoxBi

Cu2

Cu

Cu

LixMo

Li

Bi

T a b . 4. E i n s c h ä t z u n g des relativen Anschnittsniveaus der beiden Teilanomalien nach Zonalitätskoeffizienten Zonalitätskoeffizient

abgeschätzter Abstand zum Granitkontakt, in m Teilanomalie A N = 37

Cu a /Bi Cu 3 /Bi CuVBi Cu ! /Li Cu/Bi Cu/Li

x x x x

Mo Mo x I i Li Mo

289 318 365 282 347 400 334 ±46 ±19

Teufendifferenz A — B, in m

Teilanomalie B N = 35 180 209 224 220 197 287 220 ±37 ±15

109 109 140 62

•

150 113 114 ±31 ±13

N — Anzahl der Proben, n — Anzahl der verwendeten Koeffizienten, s — Standardabweichung, z = s/in

weichungen der Ergebnisse nach verschiedenen Koeffizienten liegen in vertretbaren Grenzen, da nach SOLOVOV (1985) die absoluten Abweichungen (z) bis maximal ± 5 0 m betragen dürfen. Diese Berechnungen lassen auf einen Niveauunterschied (Erosionsniveau) zwischen beiden Teilanomalien von ca. 100 m schließen, wobei die Teilanomalie B den stärker erodierten Block repräsentiert. Der Niveausprung des Zonalitätskoeffizienten der sekundären Aureole wurde durch pedogeochemische Untersuchungen an Flachbohrungen für die primäre Aureole im oberflächennahen Bereich bestätigt. Für die Deutung dieses Befundes gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Denkbar wäre, daß der Granit entlang einer NW—SE-Störung intrudiert ist und somit eine primär steile

Die Signaturen geben den Originalwert der entsprechenden Koeffizienten an

NE-Flanke besitzt. Nach der gesamten geologischen Situation ist es jedoch viel wahrscheinlicher, daß der durch die Verteilung des Zonalitätskoeffizienten angezeigte steile Abfall der Granitoberfläche hauptsächlich durch eine postgranitische Störung verursacht wird, da auch postgranitische Gesteinsund Mineralgänge diese Strukturrichtung zeigen. Da die Mineralisation vorzugsweise an flachere Granitflanken gebunden ist, wäre im ersten Fall das Auftreten einer Mineralisation relativ unwahrscheinlich, im letzteren Fall jedoch in der Tiefe möglich. Die Ergebnisse der z. Z. laufenden technischen Arbeiten sowie die kritische Überarbeitung vorliegender geologischer Interpretationen werden zeigen, ob eine postalbitgranitische tektonische Störung vorliegt oder ob es sich um einen sehr steil nach Norden einfallenden Albitgranitkörper handelt. Dieses Beispiel zeigt deutlich, daß eine sinnvolle pedogeochemische Interpretation nachgewiesener Anomalien nur in enger Verbindung mit geologischen Fakten erfolgen kann. Eine isolierte Interpretation kann zu falschen Folgerungen führen.

Schlußfolgerungen Die bisherigen Erfahrungen zeigen, daß die geochemische Prospektion geologischen und geophysikalischen Methoden der Lagerstättensuche ebenbürtig ist. Hinzuzufügen ist, daß sie nur im sinnvollen Zusammenspiel mit diesen eine optimale Wirksamkeit erreichen kann. Ein wesentlicher Vorzug der geochemischen Methoden besteht darin, daß sie unmittelbar quantitative Angaben über die gesuchte Mineralisation liefern. Die spezifischen Kosten der geochemischen Pro-

Z. angew. Geol., 35 (1989) 3 PALCHEN u. a. / Geochemische Prospektion s p e k t i o n p r o Q u a d r a t k i l o m e t e r F l ä c h e liegen e t w a in der g l e i c h e n G r ö ß e n o r d n u n g wie f ü r k o m p l e x e o b e r f l ä c h e n g e o p h y s i k a l i s c h e A r b e i t e n u n d b e t r a g e n z. Z. e t w a 5 b i s m a x i m a l 1 0 % der G e s a m t e r k u n d u n g s k o s t e n , w o b e i der H a u p t a n t e i l d u r c h die A n a l y t i k (ca. 60 b i s 7 0 % ) v e r u r s a c h t w i r d . M i t d e n a n g e f ü h r t e n B e i s p i e l e n k o n n t e g e z e i g t w e r d e n , wie die s t ä r k e r e O r i e n t i e r u n g auf q u a n t i f i z i e r t e , o b j e k t i v e Interpretationsverfahren zu qualitativ neuen Ergebnissen führt, die es e r m ö g l i c h e n , den P r o z e ß der S u c h e u n d E r k u n d u n g v o n E r z - u n d S p a t l a g e r s t ä t t e n w e s e n t l i c h e f f e k t i v e r z u gestalten. E s ist g a n z o f f e n s i c h t l i c h , d a ß die A n w e n d u n g q u a n t i t a t i v e r I n t e r p r e t a t i o n s v e r f a h r e n , die ausschließlich in der S o w j e t u n i o n e n t w i c k e l t w u r d e n , d u r c h die T ä t i g k e i t v o n A b s o l v e n t e n s o w j e t i s c h e r H o c h s c h u l e n u n d U n i v e r s i t ä t e n einen s t a r k e n Impuls erhalten hat. Die dadurch vorhandenen Möglichkeiten der G e o c h e m i e z u e i n e m e f f e k t i v e r e n E r k u n d u n g s p r o z e ß u n d d a m i t z u r S e n k u n g der K o s t e n b e l a s t u n g p r o T o n n e E r z b e i z u t r a g e n , sind n a c h M e i n u n g der V f f . bei w e i t e m n o c h n i c h t a u s g e s c h ö p f t . D a z u sind j e d o c h n o c h b e s s e r e o r g a n i s a t o r i s c h e u n d m a t e r i e l l - t e c h n i s c h e V o r a u s s e t z u n g e n zu s c h a f fen. D a s sind u. a . : — Die strikte Einhaltung der zeitlichen Aufeinanderfolge der Suchstadien, weil nur durch volle Berücksichtigung der Ergebnisse der vorangegangenen E t a p p e in der Folgeetappe Aufwendungen, vor allem für technische Arbeiten zu reduzieren sind. — Die Verbesserung der analytischen Basis in qualitativer und quantitativer Hinsicht. Nur stabile hohe Durchsatzleistungen der L a b o r s ermöglichen eine kurzfristige Auswertung und Umsetzung der Ergebnisse sowie einen darauf basierenden Eingriff in den geplanten Ablauf des Erkundungsprozesses. In qualitativer Hinsicht ist eine Verbesserung der Nachweisgrenzen wichtiger Indikatorelemente, wie z. B. As, Zn, W, Mo und Bi mit Routinemethoden anzustreben, da diese Elemente in der Zonalitätsreihe eine wichtige Rolle spielen und durch deren Einbeziehung die Zonalitätsaussage präziser zu formulieren wäre. Große Aufmerksamkeit ist sowohl durch den Auftraggeber als auch durch das L a b o r der Langzeitkontrolle der Analysenergebnisse zu widmen. Ein „ D r i f t e n " der Labordaten hat für die Kartendarstellung und die Interpretation verheerende Folgen! — Die Verbesserung des technologischen Ablaufes des gesamten geochemischen Teilprozesses der Suche und Erkundung, d. h. der Folge Probenahme — Analytik — Interpretation. D a m i t verbindet sich gleichzeitig die Forderung nach einer stabilen, den Anforderungen entsprechenden und mit der L a b o r k a p a z i t ä t abgestimmten Probenahmekapazität, insbesondere für oberflächengeochemische Arbeiten, die nur durch eine stärkere Kräftekonzentration zu realisieren ist. Die Ausgabe von Laborergebnissen auf maschinenlesbaren Datenträgern ist heute eine selbstverständliche Forderung. D a s umso mehr, als gerade die Prospektionsgeochemie mit ihren Massendaten ohne eine durchgehend EDV-gestützte Auswertung nicht mehr vorstellbar ist. N e b e n d i e s e n in der g e o l o g i s c h e n P r a x i s s e l b s t zu r e a l i s i e r e n d e n V o r a u s s e t z u n g e n f ü r eine n o c h e f f e k t i v e r e A n w e n d u n g geoc h e m i s c h e r M e t h o d e n bei der S u c h e u n d E r k u n d u n g v o n E r z e n u n d S p a t i s t a n die F o r s c h u n g s e i n r i c h t u n g e n die F o r d e r u n g z u stellen, m e t h o d i s c h e U n t e r s u c h u n g e n d u r c h z u f ü h r e n , die d e n z u k ü n f t i g e n A n f o r d e r u n g e n der P r a x i s a n die g e o c h e m i s c h e P r o s p e k t i o n u n t e r den k o n k r e t e n B e d i n g u n g e n der D D R entsprechen. D a z u g e h ö r e n F o r s c h u n g e n ü b e r E i n f l u ß , D i a g n o s e u n d interpretatorische Eliminierung anthropogener Kontaminationen auf v e r s c h i e d e n e P r o b e m e d i e n v o r a l l e m d u r c h A n a l y s e der B i n d u n g s f o r m e n a n t h r o p o g e n e r I m m i s s i o n e n . E i n weiteres, s e h r w e s e n t l i c h e s P r o b l e m sind U n t e r s u c h u n g e n z u r E r h ö h u n g der T e u f e n r e i c h w e i t e der o b e r f l ä c h e n g e o c h e m i s c h e n P r o s p e k t i o n . W e n n z. B . die in der s o w j e t i s c h e n L i t e r a t u r e r w ä h n t e n M e t h o d e n der A n a l y s e m e t a l l o r g a n i s c h e r K o m p l e x e in B o d e n p r o b e n , w o d u r c h a u c h a u f g e l a g e r t e A n o m a l i e n

71 in 5 0 0 m T e u f e m i t 100 m L o c k e r b e d e c k u n g n a c h g e w i e s e n w u r d e n (ANTROPOVA 1 9 8 2 ; GRIGORJAN & MOROZOV 1985), f ü r u n s e r e V e r h ä l t n i s s e a n w e n d b a r w ä r e n , so k ö n n t e d e r Anw e n d u n g s b e r e i c h der p e d o g e o c h e m i s c h e n P r o s p e k t i o n weit ü b e r die d e r z e i t i g e n G r u n d g e b i r g s a u s b i s s e h i n a u s e r w e i t e r t w e r d e n . D a d u r c h w ä r e n z. B . g e o c h e m i s c h e I n f o r m a t i o n e n ü b e r w e i t e B e r e i c h e des v e r d e c k t e n G r u n d g e b i r g e s N W S a c h s e n s u n d der n ö r d l i c h e n O b e r l a u s i t z o h n e a u f w e n d i g e t e c h n i s c h e A u f s c h l u ß a r b e i t e n zu g e w i n n e n .

Zusammenfassung In den Grundgebirgsanschnitten der D D R wird unter Berücksichtigung der geologisch-geographischen Bedingungen folgender K o m p l e x von geochemischen Prospektionsarbeiten durchgeführt: 1 : 1 0 0 0 0 0 und kleiner — Bachsedimentgeochemie und Hydrogeochemie, kombiniert mit Schlichprospektion, 1 : 2 5 0 0 0 und 1 : 1 0 000 — Pedogeochemie, 5 : 1 : 5 0 0 0 — Petrogeochemie. Mit Vergrößerung des Maßstabes wächst der Anteil quantifizierter Aussagen (Produktivität, prognostische Ressourcen, vertikale Zonalität), die vorteilhaft zur Steuerung und zu einem effektiveren Such- und Erkundungsprozeß angewendet werden. Der praktische Einsatz prospektionsgeochemischer Verfahren wird an drei Beispielen demonstriert. Der Eliminierung anthropogener Einflüsse ist große Aufmerksamkeit zu schenken. E s ist anzustreben, die Teufenreichweite oberflächengeochemischer Prospektionsverfahren zu erhöhen.

Pe3H)Me I l p n co6jiioneHHn r e o j i o r o - r e o r p a $ H i e c K H x y c n o B H t t B o ö n a c T H x C o6Ha?KeHHbIM (JyHJiaMCHTOM npOBOUHTCH CJieflyiOIHHH KOMn n e K C r e o x H M H i e c K H x IIOHCKOB : B MacnrraCe 1 : 1 0 0 0 0 0 H Mentne npniweHHioTCH IHJIHXH COBMCCTHO c nmporeoxHMHqecKHMH NOHCKAMH H IIOHCKH no peMHtiM HOHHMM ocaanaiw, B MaciirraSe 1 : 2 5 0 0 0 H 1 : 1 0 0 0 0 — noncKH no BTopmHMM o p e o j i o a M , B M a c u r r a S e 1 : 5 0 0 0 H K p y i m e e — IIOHCKH n o

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nepBHHHbiM opeojioaM. C yBemweHHeM MacniTaßa B03pacTaeT HOJIH KOJimecTBeHHOfi HHTepnpeTaqHH (onpejieJieHHe npoayKTHBHocra, nporno3HHX peCypCOB, BepTHKaJIbHOñ 30HajIbH0CTH), 3TH ßaHHBie HCnOJIb3yK)T npn HanpaBjieHHH H nonumeiiHH aij)$eKTHBHOCTH noncKOBopa3BenoMHbix p a ß o T . I I p a K T H ^ e c K o e npuMeHeHMe reoxHMHnecKHx IIOHCKOB aeMOHCTpnpyeTCH Ha T p e x npHMepax. Bojibinoe BHHMAHHE AOJI/KHO YAEJIHTBCH HCKJiioqeHHio BJIHHHHH aHTponoreHHbix npo-

iieccoB. He06x0AHM0 CTpeMHTbCH K yBeJimeHHio rjiyÖHHHOCTH noBepxHOCTHbix reoxHMHiecKHx IIOHCKOB no BTopnqHbiM opeoJiaM.

Summary In regions with outcropping Variscan or pre-Variscan basement in the southern part of the G D R the following complex of methods of geochemical prospection was successfully applied: 1:100000 — stream sediment and hydrogeochemical prospection in connection with heavy mineral planning, 1 : 2 5 0 0 0 and 1 : 1 0 0 0 0 — geochemical soil surveys, ^ 1 : 5 0 0 0 — petrogeochemical prospection. With increasing scale of prospection more quantified informations are obtained (e.g. productivity and vertical zonality of geochemical anomalies, prognostic ressources), which are favourable applied for control of the prospecting process. Three examples are outlined. Great attention m u s t be payed to the elimination of anthropogeneous contamination. In the next future it is necessary to enlarge the deep reach of superficial geochemical methods.

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Z. angew. Geol., 35 (1989) 3 78 BGHHO KHCJIHX HO CpeffHHX ByjIKaHHTOB, npHBOflHTCH HX n e T p O rpacfiH'iecKaa H r e o x i i M H i e c K a n xapaKTepncTHKa. I T p n BTOM BBIHBHSeTCH, MTO 6a3HTBI HMeiOT TOUeHTOBbltt X a p a K T e p C T e H n e H n u e ä K meJioHHOMy c o c T a ß y , y c H J i H B a r o m e ö c H B HJJKHOM H a n p a B JIGHHH.

Summary In the GDR-part of the Central European Basin Late Palaeozoic basic magmatites were found in three regions. Dinantian basalts as well as Permo-Silesian olivine basalts and olivine diabases are present at the northern margin of the DarB-Uckermark eruptive complex. Another region with a Lower Permian basic suite (olivine basalt, micro-monzo-gabbro, spilitized diabase) lies at the eastern margin of the Prignitz Autunian Basin. Lower Permian olivine basalts — as the youngest rocks of the volcanite series — are present in the Altmark eruptive complex. These basites are described in their position to the predominant acid and intermediate volcanites and they are characterized petrographically and geochemically. The results show, t h a t the basites are of tholeiitic character with an alkalic affinity, which increases to the South.

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KRAMER, W.; Loos, G.: Olivin tholeiites of the North German — Polish depression — sign for initial rifting? — Mineralia Slovaca, Bratislava 16 (1984) KRAMER, W.; MUCKE, D . : Beziehungen zwischen Magmatiten und Sedimenten in sedimentären Komplexen. — Z. geol. Wiss., Berlin 1 (1973) 5, S. 531 — 548 KUTOLIN, V. A.: Statistische petrographische Kriterien der Formationszugehörigkeit für Basalte u n d Dolerite. - Dokl. AN SSSR, Moskva 178 (1968) 2, S. 434 bis 437 (russ.) MESCHEDE, M.: A method of discriminating between different types of mid-ocean ridge basalts and continental tholeiites with the N b —Zr—Y diagramm. — Chem. Geol., Amsterdam 56 (1986) S. 2 0 7 - 2 1 8 MIDDLEMOST, E. A. K . : A simple classification of volcanic rocks. — Bull, volcanol., Napoli 36 (1972) S. 3 8 2 - 3 9 7 MIYASHIRO, A.; SHIDO, F . : Tholeiitic and calc-alcalic series in relation to the behaviour of titanium, vanadium, chromium and nickel. — Amer. J . Sei., New Haven 275 (1975) S. 2 6 5 - 2 7 7 PENSOLD, G.: Zum Vorkommen von Intrusivgesteinen im Oberkarbon des Nordteils der D D R . - Ber. dt. Gesellsch. geol. Wiss., R . A, Berlin 12 (1967) 3/4, S. 201 bis 221 PEARCE, T. H . ; CANN, J . R . : Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses. — E a r t h & planet. Sei. Letters, Amsterdam 19 (1973) S. 2 9 0 - 3 0 0 PEAROE, T. H . ; GORMAN, B. E . ; BIRKETT, T. C.: The T i 0 , - K , 0 P , O s diagramm: a method of discriminating between oceanic and non-oceanic basalts. — E a r t h & planet. Sei. Letters, Amsterdam 24 (1975) S. 4 1 9 - 4 2 6 RITTMANN, A.: Stable mineral assemblages of igneous rocks. — Berlin (West): Springer-Verlag 1973. - 262 S. RÖSLER, H . J . ; WERNER, C. D . : Petrogenetische Entwicklung des initialen Magmatismus im mitteleuropäischen Variszikum in Abhängigkeit vom Strukturbau. — Z. geol. Wiss., Berlin 7 (1979) 9, S. 1 1 0 7 - 1 1 1 2 SAHANDI, M.; BAUMGARTNER, S.; SCHMIDT, K . : Contributions to the stratigraphy and tectonics of the Zeber-Kuh Range (East Iran). — N. J b . Geol. Paläont. Abh., Stuttgart 168 (1984) 2/3, S. 3 4 5 - 3 5 7 STRECKEISEN, A . : Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilitic rocks. IUGS Subcommission on the systematics of igneous rocks. - Geol. Rdsch., Stuttgart 69 (1980) 1, S. 1 9 4 - 2 0 7 WEDEPOHL, K . H . : The contribution of chemical d a t a to assumptions about the origin of magmas from the mantle. — Fortschr. Mineral., Stuttgart 52 (1975) 2, S. 1 4 1 - 1 7 2 — Tholeiitic basalts from spreading ocean ridges. The growth of the oceanic crust. — Naturwissenschaften, Berlin (West) 68 (1981) 3, S. 1 1 0 - 1 1 9 WINCHESTER, J . A.; FLOYD, P . A . : Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. — Chem. Geol., Amsterdam 20 (1977), S. 3 2 5 - 3 4 3 YELLUR, D . D . : Geochemical clues in the investigation of the tectonic environment of the Dalma Greenstone, Bihar, India. — Chem. Geol., Amsterdam 20 (1977) S. 3 4 5 - 3 6 3 TGL 34331/01: Geologie: Regionalgeologische Gliederung des Territoriums der D D R . - Fachbereichstandard, Berlin. — 1983

Geochemische Multielement-Kartierung auf der Basis der multivariaten Statistik J O H A N N E S RENTZSCH, R A I N E B W A G E N K N E C H T , B e r l i n

Veröffentlichung Nr. 1/89 des Zentralen Geologischen Institutes Geochemische Multielement-Aufnahmen regionalgeologischer Einheiten bzw. von ganzen Ländern werden im allgemeinen zur Bewertung des Ressourcenpotentials und/oder zur Einschätzung des umweltgeochemischen Istzustandes durchgeführt. Ihnen folgt aber bei den bekannt gewordenen regionalen Arbeiten mit Tausenden von Proben keine adäquate multivariate Auswertung und Kartendarstellung. Vielmehr werden Serien von kleinmaßstäblichen Einzelelement-Karten publiziert oder ganze Atlanten vorgelegt, s o z. B . v o n E n g l a n d ( W E B B , THORNTON u . a . 1 9 7 8 ) , d e r B R D (FAUTH, K I N D E L U. a . 1 9 8 5 ) , d e r C S S R (BARNET, Ü U R I S & M B N A 1986) u n d T e i l e n v o n F r a n k r e i c h (WILHELM & ZEEGERS 1 9 8 4 ) , v o n Ö s t e r r e i c h (THALMANN 1 9 8 4 ) u n d d e r V R C h i n a ( H r s g . X I E XITEJING

1985). Die Darstellung der Verteilung mehrerer Elemente in einer Karte erfolgte erstmals für das englische Beispiel und dort mit Hilfe additiver Farbmischung. In großem Umfang werden in Frankreich bei regionalen Arbeiten multivariate statistische Verfahren eingesetzt: multiple Regression und faktoranalytische Methoden zur Ermittlung und Abgrenzung des Untergrundes als Vorarbeit zur Herstellung entsprechend modifizierter Monoe l e m e n t - K a r t e n (WILHELM & ZEEGERS 1984).

In der Darstellung der Möglichkeiten der computergestützten Analyse geochemischer Felder durch THIERGÄRTNER, RENTZSCH & PILLATZKE (1984) sind die hier zu behandelnden Verfahren der Multielement-Kartierung bereits eingeordnet worden. W e n n wir v o n Multielement-Kartierung sprechen, verstehen wir darunter eine automatische geochemische Rayonierung auf der Grundlage multivariater statistischer Verfahren und nicht die synoptische Behandlung v o n Monoelement-Darstellungen, wie in dem schon genannten engliEingang des Manuskripts in der Redaktion: 8. 2.1988

sehen Beispiel. In diesem Sinne echte Multielement-Karten sind die Faktorwertekarten v o n ROGERS, BONHAM-CARTER & ELLWOOD (1986) mit einem in diesem Zusammenhang eher klein zu nennenden Stichprobenumfang v o n 1 5 0 0 Bachsedimenten. Solche Faktorwertekarten mit bis zu 7 5 0 0 Proben werden im Zentralen Geologischen Institut (ZGI) seit etwa 10 Jahren hergestellt. An dieser Stelle ist ein weiteres Kriterium der angesprochenen Multielement-Kartierung hervorzuheben: Die dargestellten Elementassoziationen sind solche, die mit Hilfe multivariater statistischer Verfahren aus der Gesamtheit der betrachteten Elemente ermittelt wurden. Vorgegebene Elementassoziationen, wie sie durch geowissenschaftliche Methoden auszugliedern sind, werden hier nicht behandelt. Eine Faktorwertekarte ist eine aus allen in die Faktoranalyse einbezogenen Elementen berechnete Multielement-Karte m i t einer Interpretationsbeschränkung auf eine bestimmte, faktoranalytisch selektierte Elementassoziation. Eine analoge Einschränkung gilt bei der Anwendung der Clusteranalyse nicht. Die Clusterkarte ist eine Multielement-Karte, die die relev a n t e n Aussagen zu allen Elementassoziationen gleichzeitig enthält. Als klassentypische (namengebende) Elementassoziation einer Klasse bezeichnen wir die Kombination v o n Elementen, deren Gehalte sich in dieser Klasse v o n den entsprechenden Gehalten in anderen Klassen deutlich abheben. Auf Einzelheiten wird weiter unten eingegangen. Die Clusteranalyse (Q-mode) wird seit Jahren m i t Erfolg

Z. angew. Geol., 35 (1989) 3 78 BGHHO KHCJIHX HO CpeffHHX ByjIKaHHTOB, npHBOflHTCH HX n e T p O rpacfiH'iecKaa H r e o x i i M H i e c K a n xapaKTepncTHKa. I T p n BTOM BBIHBHSeTCH, MTO 6a3HTBI HMeiOT TOUeHTOBbltt X a p a K T e p C T e H n e H n u e ä K meJioHHOMy c o c T a ß y , y c H J i H B a r o m e ö c H B HJJKHOM H a n p a B JIGHHH.

Summary In the GDR-part of the Central European Basin Late Palaeozoic basic magmatites were found in three regions. Dinantian basalts as well as Permo-Silesian olivine basalts and olivine diabases are present at the northern margin of the DarB-Uckermark eruptive complex. Another region with a Lower Permian basic suite (olivine basalt, micro-monzo-gabbro, spilitized diabase) lies at the eastern margin of the Prignitz Autunian Basin. Lower Permian olivine basalts — as the youngest rocks of the volcanite series — are present in the Altmark eruptive complex. These basites are described in their position to the predominant acid and intermediate volcanites and they are characterized petrographically and geochemically. The results show, t h a t the basites are of tholeiitic character with an alkalic affinity, which increases to the South.

Literatur Autorenkollektiv: Vergleichende Geochemie basischer Magmatite auf dem Gebiet der D D R . - Freiberger Forseh.-H. R. C 407, Leipzig (1986) S. 1 - 1 1 7 IRVINE, T. N . ; BARAGAR. W. R. A.: A guide to chemical classification of the common volcanic rocks. - Can. J . Barth Sei., Ottawa 8 (1971) S. 5 2 S - 5 4 8 KOKICH, D . : Eruptivgesteine im Rotliegenden des Nordteils der D D R . — Ber. dt. Gesellsch. geol. Wiss., R . A, Berlin 12 (1967) 3/4, S. 2 3 1 - 2 4 2 KRAMER, W . : Vergleichende geochemisch-petrologische Untersuchungen an permosilesischen basischen Magmatiten der Norddeutsch-Polnischen Senke u n d ihre geotektonische Bedeutung. - Z. geol. Wiss., Berlin 5 (1977) 1, S. 7 - 2 0 — Magmatisch-substantielle Widerspiegelung von Krustenänderungen in Raum u n d Zeit am Beispiel basischer Tiefenmagmen. — Z. geol. Wiss., Berlin 7 (1979) 3, S. 3 6 7 - 3 7 4

KRAMER, W.; Loos, G.: Olivin tholeiites of the North German — Polish depression — sign for initial rifting? — Mineralia Slovaca, Bratislava 16 (1984) KRAMER, W.; MUCKE, D . : Beziehungen zwischen Magmatiten und Sedimenten in sedimentären Komplexen. — Z. geol. Wiss., Berlin 1 (1973) 5, S. 531 — 548 KUTOLIN, V. A.: Statistische petrographische Kriterien der Formationszugehörigkeit für Basalte u n d Dolerite. - Dokl. AN SSSR, Moskva 178 (1968) 2, S. 434 bis 437 (russ.) MESCHEDE, M.: A method of discriminating between different types of mid-ocean ridge basalts and continental tholeiites with the N b —Zr—Y diagramm. — Chem. Geol., Amsterdam 56 (1986) S. 2 0 7 - 2 1 8 MIDDLEMOST, E. A. K . : A simple classification of volcanic rocks. — Bull, volcanol., Napoli 36 (1972) S. 3 8 2 - 3 9 7 MIYASHIRO, A.; SHIDO, F . : Tholeiitic and calc-alcalic series in relation to the behaviour of titanium, vanadium, chromium and nickel. — Amer. J . Sei., New Haven 275 (1975) S. 2 6 5 - 2 7 7 PENSOLD, G.: Zum Vorkommen von Intrusivgesteinen im Oberkarbon des Nordteils der D D R . - Ber. dt. Gesellsch. geol. Wiss., R . A, Berlin 12 (1967) 3/4, S. 201 bis 221 PEARCE, T. H . ; CANN, J . R . : Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses. — E a r t h & planet. Sei. Letters, Amsterdam 19 (1973) S. 2 9 0 - 3 0 0 PEAROE, T. H . ; GORMAN, B. E . ; BIRKETT, T. C.: The T i 0 , - K , 0 P , O s diagramm: a method of discriminating between oceanic and non-oceanic basalts. — E a r t h & planet. Sei. Letters, Amsterdam 24 (1975) S. 4 1 9 - 4 2 6 RITTMANN, A.: Stable mineral assemblages of igneous rocks. — Berlin (West): Springer-Verlag 1973. - 262 S. RÖSLER, H . J . ; WERNER, C. D . : Petrogenetische Entwicklung des initialen Magmatismus im mitteleuropäischen Variszikum in Abhängigkeit vom Strukturbau. — Z. geol. Wiss., Berlin 7 (1979) 9, S. 1 1 0 7 - 1 1 1 2 SAHANDI, M.; BAUMGARTNER, S.; SCHMIDT, K . : Contributions to the stratigraphy and tectonics of the Zeber-Kuh Range (East Iran). — N. J b . Geol. Paläont. Abh., Stuttgart 168 (1984) 2/3, S. 3 4 5 - 3 5 7 STRECKEISEN, A . : Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilitic rocks. IUGS Subcommission on the systematics of igneous rocks. - Geol. Rdsch., Stuttgart 69 (1980) 1, S. 1 9 4 - 2 0 7 WEDEPOHL, K . H . : The contribution of chemical d a t a to assumptions about the origin of magmas from the mantle. — Fortschr. Mineral., Stuttgart 52 (1975) 2, S. 1 4 1 - 1 7 2 — Tholeiitic basalts from spreading ocean ridges. The growth of the oceanic crust. — Naturwissenschaften, Berlin (West) 68 (1981) 3, S. 1 1 0 - 1 1 9 WINCHESTER, J . A.; FLOYD, P . A . : Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. — Chem. Geol., Amsterdam 20 (1977), S. 3 2 5 - 3 4 3 YELLUR, D . D . : Geochemical clues in the investigation of the tectonic environment of the Dalma Greenstone, Bihar, India. — Chem. Geol., Amsterdam 20 (1977) S. 3 4 5 - 3 6 3 TGL 34331/01: Geologie: Regionalgeologische Gliederung des Territoriums der D D R . - Fachbereichstandard, Berlin. — 1983

Geochemische Multielement-Kartierung auf der Basis der multivariaten Statistik J O H A N N E S RENTZSCH, R A I N E B W A G E N K N E C H T , B e r l i n

Veröffentlichung Nr. 1/89 des Zentralen Geologischen Institutes Geochemische Multielement-Aufnahmen regionalgeologischer Einheiten bzw. von ganzen Ländern werden im allgemeinen zur Bewertung des Ressourcenpotentials und/oder zur Einschätzung des umweltgeochemischen Istzustandes durchgeführt. Ihnen folgt aber bei den bekannt gewordenen regionalen Arbeiten mit Tausenden von Proben keine adäquate multivariate Auswertung und Kartendarstellung. Vielmehr werden Serien von kleinmaßstäblichen Einzelelement-Karten publiziert oder ganze Atlanten vorgelegt, s o z. B . v o n E n g l a n d ( W E B B , THORNTON u . a . 1 9 7 8 ) , d e r B R D (FAUTH, K I N D E L U. a . 1 9 8 5 ) , d e r C S S R (BARNET, Ü U R I S & M B N A 1986) u n d T e i l e n v o n F r a n k r e i c h (WILHELM & ZEEGERS 1 9 8 4 ) , v o n Ö s t e r r e i c h (THALMANN 1 9 8 4 ) u n d d e r V R C h i n a ( H r s g . X I E XITEJING

1985). Die Darstellung der Verteilung mehrerer Elemente in einer Karte erfolgte erstmals für das englische Beispiel und dort mit Hilfe additiver Farbmischung. In großem Umfang werden in Frankreich bei regionalen Arbeiten multivariate statistische Verfahren eingesetzt: multiple Regression und faktoranalytische Methoden zur Ermittlung und Abgrenzung des Untergrundes als Vorarbeit zur Herstellung entsprechend modifizierter Monoe l e m e n t - K a r t e n (WILHELM & ZEEGERS 1984).

In der Darstellung der Möglichkeiten der computergestützten Analyse geochemischer Felder durch THIERGÄRTNER, RENTZSCH & PILLATZKE (1984) sind die hier zu behandelnden Verfahren der Multielement-Kartierung bereits eingeordnet worden. W e n n wir v o n Multielement-Kartierung sprechen, verstehen wir darunter eine automatische geochemische Rayonierung auf der Grundlage multivariater statistischer Verfahren und nicht die synoptische Behandlung v o n Monoelement-Darstellungen, wie in dem schon genannten engliEingang des Manuskripts in der Redaktion: 8. 2.1988

sehen Beispiel. In diesem Sinne echte Multielement-Karten sind die Faktorwertekarten v o n ROGERS, BONHAM-CARTER & ELLWOOD (1986) mit einem in diesem Zusammenhang eher klein zu nennenden Stichprobenumfang v o n 1 5 0 0 Bachsedimenten. Solche Faktorwertekarten mit bis zu 7 5 0 0 Proben werden im Zentralen Geologischen Institut (ZGI) seit etwa 10 Jahren hergestellt. An dieser Stelle ist ein weiteres Kriterium der angesprochenen Multielement-Kartierung hervorzuheben: Die dargestellten Elementassoziationen sind solche, die mit Hilfe multivariater statistischer Verfahren aus der Gesamtheit der betrachteten Elemente ermittelt wurden. Vorgegebene Elementassoziationen, wie sie durch geowissenschaftliche Methoden auszugliedern sind, werden hier nicht behandelt. Eine Faktorwertekarte ist eine aus allen in die Faktoranalyse einbezogenen Elementen berechnete Multielement-Karte m i t einer Interpretationsbeschränkung auf eine bestimmte, faktoranalytisch selektierte Elementassoziation. Eine analoge Einschränkung gilt bei der Anwendung der Clusteranalyse nicht. Die Clusterkarte ist eine Multielement-Karte, die die relev a n t e n Aussagen zu allen Elementassoziationen gleichzeitig enthält. Als klassentypische (namengebende) Elementassoziation einer Klasse bezeichnen wir die Kombination v o n Elementen, deren Gehalte sich in dieser Klasse v o n den entsprechenden Gehalten in anderen Klassen deutlich abheben. Auf Einzelheiten wird weiter unten eingegangen. Die Clusteranalyse (Q-mode) wird seit Jahren m i t Erfolg

Z. angew. Geol., 35 (1989) 3 RBNTZSOH U. a. I Geochemische Multielement-Kartierung

79

zur Abgrenzung geochemischer Multielement-Anomalien verschiedener Ursachen eingesetzt. Die bekannt gewordenen Anwendungen beschränken sich allerdings auf kleine Probenanzahlen. In ihrer zusammenfassenden Analyse des Einsatzes von mathematischen Methoden in der Geochemie geben

bis 35 geochemischen Merkmalen standen 3 bis 6 Untergrundklassen, die insgesamt ca. 80% aller Proben umfaßten, einer Vielzahl von Anomalieklassen gegenüber, die jede für sich maximal 2,5% der Proben enthielten. Wenn überhaupt vorhanden, nahmen lokale Multielement-Untergründe eine deutHOWARTH & GAKRETT (1986) eine d u r c h A l g o r i t h m e n u n d liche Zwischenstellung ein. Mehr als drei von ihnen wurden Rechner bedingte Einsatzobergrenze von maximal 500 Proben selten erhalten. Hervorzuheben ist die immer eindeutige an. Diese Aussage ist berechtigt, obwohl bereits in den sieb- Trennung zwischen diesen Klassenarten auf Grund ihrer ziger Jahren auch im ZGI die Clusteranalyse auf wesentlich Klassenumfänge. größere Stichprobenumfänge angesetzt wurde. Real erfolgte Nach Einstufung der Klassen in Untergrundklassen, Klassen aber immer eine Reduzierung der Probenanzahl auf ver- lokaler Untergründe und in Anomalieklassen kann über geogleichsweise sehr wenige Stellvertreter (im ZGI maximal 100), graphische Beziehungen und geologisch-geochemische Identidie dann einer hierarchischen Clusteranalyse unterzogen fikationen eine Zuordnung der Anomalien zu „ihren" Unterwurden. Das Zusammenwirken der angewendeten Redu- grundklassen vorgenommen werden. Zur Ermittlung der zierungsverfahren (auch Vorklassifizierung genannt) und eingangs genannten namengebenden Elementassoziation einer Clusteralgorithmen war mit vielen fragwürdigen Zuordnungen Anomalie und zu ihrer Beschreibung über die übliche stavon Einzelproben verbunden, eine Erscheinung, mit deren. tistische Klassenauswertung hinaus werden die KontrastZunahme bei steigendem Stichprobenumfang zu rechnen war. vektoren zu den Untergrundklassen durch elementweise Bei regionalen Arbeiten mit bis zu 1500 Proben wurden im Division der Mittelwertvektoren berechnet. Als anomal und ZGI aber auch mit diesen Verfahren noch überzeugende namengebend werden Elemente mit Kontrasten 3 einMultielement-Karten berechnet. gestuft. Wenn ausschließlich 2,0...2,9fache Kontraste zu einer regionalen Multielement-Untergrundklasse auftreten, Ab 1983 stellte das Institut für Mathematik der Akademie der wird die jeweilige Klasse als lokaler Untergrund bezeichnet. Wissenschaften der DDR mit dem Programmpaket C L U S T E R Die Bezeichnung erfolgt in jedem Fall nach abnehmendem (MxrCHA 1983) eine Lösung zur Verfügung, die auch bei größten Kontrast geordnet. Die Untergrundklassen können durch Stichprobenumfängen durch Kombination partitionierender ihren Kontrast (Vektor der elementspezifischen Konzenund hierarchischer Verfahren ein optimales Ergebnis sichert. Die Clusteranalyse liefert als ein Hauptergebnis eine Folge von trationskoeffizienten) zum planetaren Clarke bzw. TonschieKlassen unterschiedlicher Probenumfänge. Entsprechend der fer-Clarke näher definiert werden. Noch besser ist der Vergleich mit einer der Bach- bzw. Flußsediment-Standardproben Anomaliedefinition (z. B . R E N T Z S C H , P I L L A T Z K E U. a. 1983) sind Untergrundklassen durch große Probenumfänge, Ano- der VR China (XIE, YAN U. a. 1985), z. B. der Standardprobe malieklassen durch kleine Stichprobenumfänge erkennbar. GSD-9 (Flußsediment Jangtse). Im Extremfall kann eine durch eine besondere ElementDie Kontrastvektoren zwischen den einzelnen Untergründen assoziation bestimmte Anomalieklasse nur durch eine Probe weisen durchweg niedrige Werte ( < 2) auf. Zur Festlegung vertreten sein. Klassen mittlerer Stichprobenumfänge stellen ihrer namengebenden Elementassoziation sind in der Regel allgemein lokale Multielement-Untergründe oder großräumige bzw. häufige Multielement-Anomalien dar. In allen von den Vff. bearbeiteten Gebieten mit 1500 bis 7500 Proben und 20

+ Q •

•

•

•

3

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7

Abb. 1. Schema der geologischen Situation und der Verteilung der Bachsedimentproben

1 — Glimmerschiefer; 2 - Granit; 3 — Rhyolith; 4 - Sedimentite des Tafeldeckgebirges; 5 — paläozoischer Klastit; 6 — Barytgang; 7 - Probenahmepunkt der Bachsediment-Prospektion

Abb. 2. Geochemische K a r t e (Clusterpunktlagekarte) des in Abb. 1 dargestellten Gebietes

Geochemische Untergründe: 1 — regionaler geochemischer Untergrund; 2 — As—jF(HaO)-spezialisierter lokaler geochemischer Untergrund; 3 — As—Y — Rb —Bespezialisierter lokaler geochemischer Untergrund; 4 — Cr —V-spezialisierter lokaler geochemischer Untergrund Geochemische Anomalien: Co—Mn = namengebende Elementassoziation; 5 — mineralisationsbedingte, 6 — gesteinsbedingte, 7 — milieubedingte, 8 — technogen bedingte

Z. angew. Geol., 35 (1989) 8 80

RENTZSCH U. a. / Gcoohomische Multielcment-Kaitierung

weiterführende Überlegungen (z. B. petrographische Zuordnungen) anzustellen. Ein immer durch den Bearbeiter zu lösendes Problem ist die Gliederung des Dendrogramms in eine Klassenstruktur, die der gestellten geochemischen Aufgabe und den Interpretationsmöglichkeiten entspricht. Durch Auswahl von lokalen Fusionsniveaus im Dendrogramm kann erreicht werden, daß allen Anomalien ein einziger Untergrund gegenübersteht. Analog ist es möglich, auf tieferen Fusionsniveaus mehrere regionale und lokale Untergründe zu diskutieren. Zur Illustration zeigt Abb. 1 den Ausschnitt einer geologischen Karte (schematisiert) und Abb. 2 den entsprechenden Ausschnitt der errechneten Multielement-Karte mit differenzierten regionalen Multielement-Untergründen. Während im ersten Fall die geochemische Multielement-Karte eigentlich nur eine Karte der geochemischen Anomalien darstellt, repräsentiert die vorgestellte Karte (Abb. 2) eine komplexe geochemische Karte, in der die Multielement-Verteilung im exogenen geochemischen Feld charakterisiert wird. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn zur Beschreibung und Interpretation des exogenen geochemischen Feldes und der in ihm stattfindenden Elementmigration bei der Anwendung multivariater Statistiken nicht nur die Spuren- und Nebenelemente der Bachsedimente herangezogen werden, sondern auch die am Oberflächenwasser bestimmten physikochemischen Merkmale wie pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit. Eine schwierige Aufgabe ist die Ermittlung der Anomalieursache bzw. der -Ursachen (mineralisationsbedingt, lithologisch bedingt, milieubedingt, anthropogen bedingt), da, wie

RENTZSCH,

PILLATZKE

SCHULZE & B I R K E

u. a.

(1983)

und

RENTZSCH,

(1985) feststellten, in den meisten Fällen

komplexe Ursachen vorliegen. Die Anomalieursachen werden durch eine Bewertung folgender Fakten ermittelt: Elementassoziation, Intensitäten der Kontrastvektoren, physikochemische Wasserparameter, Geländebeobachtungen (Art der Bodennutzung, anthropogene Beeinflussung), landschaftsgeochemische Zuordnung usw. In der Multielement-Karte

Abb. 3. K a r t e der Faktorwerte des S r — B a - F a k t o r s

Faktorwerte: 1 - 0,25...0,50; 2 - 0,50...0,75; 3 - > 0,75

2 3

Abb. 4. K a r t e der Faktorwerte des Cu—Sn—Zn —Ni—Ag—CrFaktors

Faktorwerte: 1 - 0,25...0,50; 2 - 0,50...0,75 ; 3 - >0,75

werden entweder die vorherrschende Ursache oder die komplexen Ursachen dargestellt. Faktoranalyse und Clusteranalyse können „mit Gewinn" auf ein und dasselbe Datenmaterial angewendet werden, jede von ihnen liefert einen anderen Blickwinkel (LEBART, MOBLNEATR & F E N E L O N 1984). Während mit Hilfe der Clusteranalyse mehr gehaltsdeterminierte Assoziationen ermittelt werden, liegt bei der Faktoranalyse der Schwerpunkt auf den korrelativen Beziehungen. Eine faktorielle Elementassoziation ist durch die Kombination der Elemente, die im betrachteten Faktor die höchsten Faktorladungen 0,5) aufweisen, gegeben. Im Unterschied zur Clusteranalyse mit ihrem diskreten Schollenmodell des geochemischen Feldes ergibt die Faktoranalyse in der kartenmäßigen Darstellung der Faktorwerte ein kontinuierliches Bild der Intensität der gegebenen Elementassoziation (des Faktors) in Isoliniendarstellung. Auf dieser Kartengrundlage kann die Abgrenzung der positiven und negativen Faktorwert-Anomalien vom Untergrund eines gegebenen Faktors durch Vorgabe eines positiven und negativen Schwellenwertes direkt vorgenommen werden. Da modellbedingt die Faktorwerte in N(0,l)-Verteilung vorliegen, ist der Untergrund eines Faktors mit Werten um Null vorgegeben, und die Anomalien aller Faktoren sind bezüglich der Faktorwerte direkt vergleichbar. Die Abb. 3 und 4 zeigen für den Kartenausschnitt von Abb. 1 und 2 die Isolinienkarten des Sr—Ba-Faktors und des Cu — Sn—Zn—Ni—Ag—Cr-Faktors. Clusteranalyse und Faktoranalyse betonen z. T. voneinander abweichende Eigenschaften des geochemischen Feldes. Technogene Dispersionsströme werden bei der Clusteranalyse z. B. auf Grund ihrer erhöhten Elementführung erkannt, aber auch gleichzeitig in Abschnitte (Klassen) unterschiedlicher Gehalte zerlegt. Die Faktoranalyse zeigt hier in stärkerer Bewertung der korrelativen Eigenschaften der technogen bedingten Elementassoziation den Dispersionsstrom als zusammenhängende Einheit und kann diesen weit in den clusteranalytischen Untergrund hinein verfolgen.

Z . angow. G col., 35 ( 1 9 8 9 ) 3

81 Bei orthogonalem Ansatz (Regelfall) sind die F a k t o r e n modellbedingt nicht miteinander korreliert. E i n e indirekte Korrelation ist aber häufig in bezug auf die Lokalisierung der Faktoranomalien in den als mineralisiert anzunehmenden Bereichen durch gemeinsames Auftreten ausgeprägt. Die Herstellung einer synoptischen F a k t o r k a r t e über alle F a k t o r e n , d. h. eine R a y o n i e r u n g des Untersuchungsgebietes in Abhängigkeit von der jeweils typischen faktoriellen Elementassoziation, kann im einfachsten Fall dadurch gewonnen werden, daß jeder P r o b e n p u n k t dem F a k t o r zugeordnet wird, der hier den höchsten F a k t o r w e r t aufweist. Eine komplexere gemeinsame Auswertung ist durch Klassifizierung der F a k t o r werte möglich. In beiden Fällen erhält m a n bei kartenmäßiger Darstellung ein Schollenmodell des geochemischen Feldes.

Zusammenfassung Die Methoden der multivariaten Statistik ermöglichen die Ermittlung von Elementassoziationen und die kartenmäßige Darstellung ihrer geographischen Verteilung. Während mit Hilfe der Clusteranalyse gehaltsdeterminierte Assoziationen bestimmt werden, ermöglicht die Faktoranalyse die Ausgliederung primär korrelativ determinierter Elementassoziationen. Die clusteranalytisch ermittelten Multielement-Anomalien werden durch ihre mehrdimensionalen Kontraste zu den Klassen der ihnen entsprechenden regionalen bzw. lokalen geochemischen MultielementUntergründe näher gekennzeichnet. Die Abgrenzung positiver und negativer Faktorwert-Anomalien vom Untergrund eines gegebenen Faktors wird analog der Anomalieabgrenzung bei Monoelement-Verteilungen durch Vorgabe eines Schwellenwertes durchgeführt. Es werden Kartenausschnitte vorgestellt, in denen mit der Clusteranalyse und der Faktoranalyse ermittelte spezifische lithogene, mineralisationsbedingte und technogene MultielementDispersionen im rezenten exogenen geochemischen Feld dargestellt sind.

r p a H M H o r o 3HaneHHH. B p a 6 o i e n p e R C T a B n e u b i B b i p e 3 K H K a p T , Ha KOTopbix npejjCTaBjieHti onpej;ejieiiHtie c n o M o m b i o KJiacTep-

Horo H $aKTopHoro aHann30B cneiiH$HHecKne MyjiTH3JieMeHTHbie flHcnepcHH coBpeMenHoro 3K3oreHHoro reoxHMHnecKoro nona, o ô y c n o B j i e H H b i e jiHTOreiinbiMH, MHHepaJiH3ai^HOHHbiMH reHHbiMH $ a n T o p a M H .

H Texuo-

Summary The methods of the multivariat statistics allow to determine element associations and the illustration of their geographical distribution on maps. With the help of the "Cluster-analysis" there are determined content-determinated associations, whereas the factor-analysis allows to select primary correlatively determined element associations. The "Cluster"-analytical ascertained multielement anomalies are characterized by their multidimensional contrasts to the classes of the appropriate regional, respectively, local geochemical multielement undergrounds. The positive and negative factor-data anomalies are demarcated from the underground analogous to the anomaly demarcation by monoelement distribution stating a threshold. Parts of maps are presented showing specificai lithogenetic, technogenetic multielement dispersions and such depending on mineralizations in the recent exogenous geochemical field, which were found out by "Cluster"- and factor-analysis.

Literatur BAHNET, I . ; ÖURIS, M.; M UNA, F . : Gcocliemikâ prospekce rccistnich sedimentu v Öeskem masivu. Studie 1-86 CSAV. — Praha : Academia 1980 FAUTH, H . ; HINDEL, R . ; S I E V I R S , U . ; ZINNER, J . : G e o c h e m i s c h e r A t l a s B u n d e s -

republik Deutschland 1 : 2 000000. - Hannover: B U G 1985 HOWARTH, R . J . ; GARRETT, R . G. : The Role of Computing in Applied Geochemistry. Applied Geochemistry in the 1980s. — London: Graham & Trotman 1986. S. 1 6 3 - 1 8 4 LEBART, L . ; MORINEAU, A . ; FENELON, J . - P . : S t a t i s t i s c h e D a t e n a n a l y s e . M e t h o d e n

und Programme. — Berlin : Akademie-Verlag 1984 MUCHA, H . - J . : CLUSTER User's Manual. — Berlin: Institut für Mathematik der Akad. Wiss. D D E 1983, unveröff. (frei für Lit.-Tausch) RENTZSCH, J . ; PILLATZKE, L . ; SCHULZE, W . ; B I R K E , M . : D e r A n o m a l i e b e g r i f f in

der geochemischen Prospektion. — Z. angew. Geol., Berlin 29 (1983) 10, S. 509 bis 512

RENTZSCH, J . ; SCHULZE, W . ; B I R K E , M . : G e o c h e m i s c h e P r o s p e k t i o n in a n t h r o p o g e n

beeinflußten Gebieten. - Z. angew. Geol., Berlin 31 (1985) 12, S. 2 9 0 - 2 9 5

Pe3H>Me

ROGERS, P . J . ; BONHAM-CARTER, G . F . ; ELLWOOD, D . J . : A n o m a l y E n h a n c e m e n t

MeTOflbl M y n b T H B a p n a H T H O H CTCLTHCTHKH II03B0JIHI0T BblHBJIHTb a c c o i ^ n a u H H 3J1GM6HTOB h cocTaBJiHTfe K a p T H h i r e o r p a i j > m e c K o r o p a c n p e f l e n e H H H . B TO BpeMH K a u c n o M o m t r o K i r a c / r e p H o r o a H a j i H 3 a BMHBJIHIOTCH a c c o i j H a i i H H , o n p e A e n e H H b i e n o c o f l e p m a H H i o , $ a K T o p H b i i t a H a n n 3 n 0 3 B 0 J i H e T B t i j i e j m T b n e p B H r a o CBH3aHHtie 3jieMeHTHMe a c c o i j H a i t H H . B b i H B J i e H H t i e c n o M o m t i o K J i a c T e p n o r o a n a j i H 3 a M y j i b r a a j i e M e H T H b i e aHOManHH ß o j i e e HOAPOÖHO o x a p a K TepH30BbiBäi0TCfl noepeReTBOM HX M H o r o M e p H H x KOHTpacTOB n o OTHOineHHIO K KJiaCCaM, COOTBeTCTByromHX HM p e r H O H a n b H M X H jiOKa.nbHbix reoxHMHHecKHX MynfeTH3jieMeHTHbix (fiOHOBwx 3 H a i e HHÄ. P a 3 r p a H H q e H H e n o n o j K H T e n b H b i x H O T p i m a T e j i b H b i x aHOMannit $ a K T o p H b i x 3 H a q e H H ö OT (JOHOBHX B e n n q H H c o o T B e T C T B y i o m e r o aKTopa n p o B o u H T C H a n a n o r i H H o p a a r p a m i ' i e H i i K ) anoMaJinii n p n MHKpoaneMeHTHOM p a c n p e n e j i e H H H n o e p e f l e T B O M Bbißopa

by Use of Catchment Basin Analysis on Surficial Geochemical Data from the Cobequid Highlands, Nova Scotia. Prospecting in Areas of Glaciated Terrain 1986. — London: Institution of Mining and Metallurgy 1986 THALMANN, F . : Geochemischer Atlas der Republik Ö s t e r r e i c h 1 : 1 0 0 0 0 0 0 (Böhmische Masse und Zentralzone der Ostalpen). — Wien: Geologische Bundesanstalt 1984 THIERGÄRTNER, H . ; RENTZSCH, J . ; PILLATZKE, J . : Z u r c o m p u t e r g e s t ü t z t e n A n a l y s e

geochemischer Felder. - Z. angew. Geol., Berlin 30 (1984) 4, S. 1 9 4 - 1 9 9 WEBB, J . S.; THORNTON, J . U. a.: The Wolfson Geochemical Atlas of England and Wales. — Oxford: Oxford University Press 1978

WILHELM, E . ; ZEEGERS, H . : L a p r o s p e c t i o n g e o c h i m i q u e a u B R G M . T e c h n i q u e s

opérationelles et recherches méthodologiques. — Geol. J b . , A 75, Hannover (1984) S. 4 9 - 7 5 XIE XUEJING (Hrsg.) : Provisional Geochemical Atlas of Northwestern Jiangxi. — Beijing: Geological Publishing House 1985 XIE, X . ; YAN, M. ; Li, L. ; SHEN, H. : Usable Values for Chinese Standard Reference Samples of Stream Sediments, Soils and Rocks: GSD-9 —12, GSS 1 — 8 and G S R 1 — 6. — Geostandards Newsletter, Vandoevre-les-Nancy : 9 (1985) 2, S. 2 7 7 - 2 8 0

Vergleich der Ergebnisse von Faktoranalyse und Mehrfachkorrelation nach BURKOV bei der geochemischen Auswertung von Erkundungsbohrungen B E R N D Z E R N K E , THOMAS H E R T W I G , F r e i b e r g

Mitteilung aus dem V E B Geologische Forschung und Erkundung Freiberg

Einleitung

kaum

Die Bestimmung von Elementassoziationen ist ein wichtiges Problem in der geochemischen Auswertepraxis, zu dessen Lösung unterschiedliche mathematisch-statistische Methoden herangezogen werden. Oft erfordern diese aber einen großen rechentechnischen Aufwand (z. B. Faktoranalyse). Die Mehrfachkorrelation nach B T T R K O V (nachfolgend als Mehrfachkorrelation bezeichnet) ist eine relativ einfach zu handhabende Methode zur Bestimmung von Elementassoziationen, der in der deutschsprachigen Literatur bisher

Anhand konkreter Beispiele sollen Durchführung und Interpretation der Mehrfachkorrelation demonstriert sowie ihre Ergebnisse mit denen der Faktoranalyse verglichen werden. Dieser Beitrag soll zeigen, daß die Mehrfachkorrelation, obwohl es für sie noch keine exakte mathematische Ableitung gibt, Ergebnisse liefert, die gut mit den Resultaten der Faktoranalyse übereinstimmen. Zur Anwendung der Faktoranalyse für o. g. Ziele gibt es aus-

Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 8. 9.1987

wird.

B e a c h t u n g g e s c h e n k t w u r d e (THIERGÄRTNER,

PILLATZKE

reichend

RENTZSCH &

1984).

Literatur

(TRIPATH

1972;

RÖLLIG

&

STRAAOH

1973;

WEBER 1974), so daß an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen

Z . angow. G col., 35 ( 1 9 8 9 ) 3

81 Bei orthogonalem Ansatz (Regelfall) sind die F a k t o r e n modellbedingt nicht miteinander korreliert. E i n e indirekte Korrelation ist aber häufig in bezug auf die Lokalisierung der Faktoranomalien in den als mineralisiert anzunehmenden Bereichen durch gemeinsames Auftreten ausgeprägt. Die Herstellung einer synoptischen F a k t o r k a r t e über alle F a k t o r e n , d. h. eine R a y o n i e r u n g des Untersuchungsgebietes in Abhängigkeit von der jeweils typischen faktoriellen Elementassoziation, kann im einfachsten Fall dadurch gewonnen werden, daß jeder P r o b e n p u n k t dem F a k t o r zugeordnet wird, der hier den höchsten F a k t o r w e r t aufweist. Eine komplexere gemeinsame Auswertung ist durch Klassifizierung der F a k t o r werte möglich. In beiden Fällen erhält m a n bei kartenmäßiger Darstellung ein Schollenmodell des geochemischen Feldes.

Zusammenfassung Die Methoden der multivariaten Statistik ermöglichen die Ermittlung von Elementassoziationen und die kartenmäßige Darstellung ihrer geographischen Verteilung. Während mit Hilfe der Clusteranalyse gehaltsdeterminierte Assoziationen bestimmt werden, ermöglicht die Faktoranalyse die Ausgliederung primär korrelativ determinierter Elementassoziationen. Die clusteranalytisch ermittelten Multielement-Anomalien werden durch ihre mehrdimensionalen Kontraste zu den Klassen der ihnen entsprechenden regionalen bzw. lokalen geochemischen MultielementUntergründe näher gekennzeichnet. Die Abgrenzung positiver und negativer Faktorwert-Anomalien vom Untergrund eines gegebenen Faktors wird analog der Anomalieabgrenzung bei Monoelement-Verteilungen durch Vorgabe eines Schwellenwertes durchgeführt. Es werden Kartenausschnitte vorgestellt, in denen mit der Clusteranalyse und der Faktoranalyse ermittelte spezifische lithogene, mineralisationsbedingte und technogene MultielementDispersionen im rezenten exogenen geochemischen Feld dargestellt sind.

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H Texuo-

Summary The methods of the multivariat statistics allow to determine element associations and the illustration of their geographical distribution on maps. With the help of the "Cluster-analysis" there are determined content-determinated associations, whereas the factor-analysis allows to select primary correlatively determined element associations. The "Cluster"-analytical ascertained multielement anomalies are characterized by their multidimensional contrasts to the classes of the appropriate regional, respectively, local geochemical multielement undergrounds. The positive and negative factor-data anomalies are demarcated from the underground analogous to the anomaly demarcation by monoelement distribution stating a threshold. Parts of maps are presented showing specificai lithogenetic, technogenetic multielement dispersions and such depending on mineralizations in the recent exogenous geochemical field, which were found out by "Cluster"- and factor-analysis.

Literatur BAHNET, I . ; ÖURIS, M.; M UNA, F . : Gcocliemikâ prospekce rccistnich sedimentu v Öeskem masivu. Studie 1-86 CSAV. — Praha : Academia 1980 FAUTH, H . ; HINDEL, R . ; S I E V I R S , U . ; ZINNER, J . : G e o c h e m i s c h e r A t l a s B u n d e s -

republik Deutschland 1 : 2 000000. - Hannover: B U G 1985 HOWARTH, R . J . ; GARRETT, R . G. : The Role of Computing in Applied Geochemistry. Applied Geochemistry in the 1980s. — London: Graham & Trotman 1986. S. 1 6 3 - 1 8 4 LEBART, L . ; MORINEAU, A . ; FENELON, J . - P . : S t a t i s t i s c h e D a t e n a n a l y s e . M e t h o d e n

und Programme. — Berlin : Akademie-Verlag 1984 MUCHA, H . - J . : CLUSTER User's Manual. — Berlin: Institut für Mathematik der Akad. Wiss. D D E 1983, unveröff. (frei für Lit.-Tausch) RENTZSCH, J . ; PILLATZKE, L . ; SCHULZE, W . ; B I R K E , M . : D e r A n o m a l i e b e g r i f f in

der geochemischen Prospektion. — Z. angew. Geol., Berlin 29 (1983) 10, S. 509 bis 512

RENTZSCH, J . ; SCHULZE, W . ; B I R K E , M . : G e o c h e m i s c h e P r o s p e k t i o n in a n t h r o p o g e n

beeinflußten Gebieten. - Z. angew. Geol., Berlin 31 (1985) 12, S. 2 9 0 - 2 9 5

Pe3H>Me

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by Use of Catchment Basin Analysis on Surficial Geochemical Data from the Cobequid Highlands, Nova Scotia. Prospecting in Areas of Glaciated Terrain 1986. — London: Institution of Mining and Metallurgy 1986 THALMANN, F . : Geochemischer Atlas der Republik Ö s t e r r e i c h 1 : 1 0 0 0 0 0 0 (Böhmische Masse und Zentralzone der Ostalpen). — Wien: Geologische Bundesanstalt 1984 THIERGÄRTNER, H . ; RENTZSCH, J . ; PILLATZKE, J . : Z u r c o m p u t e r g e s t ü t z t e n A n a l y s e

geochemischer Felder. - Z. angew. Geol., Berlin 30 (1984) 4, S. 1 9 4 - 1 9 9 WEBB, J . S.; THORNTON, J . U. a.: The Wolfson Geochemical Atlas of England and Wales. — Oxford: Oxford University Press 1978

WILHELM, E . ; ZEEGERS, H . : L a p r o s p e c t i o n g e o c h i m i q u e a u B R G M . T e c h n i q u e s

opérationelles et recherches méthodologiques. — Geol. J b . , A 75, Hannover (1984) S. 4 9 - 7 5 XIE XUEJING (Hrsg.) : Provisional Geochemical Atlas of Northwestern Jiangxi. — Beijing: Geological Publishing House 1985 XIE, X . ; YAN, M. ; Li, L. ; SHEN, H. : Usable Values for Chinese Standard Reference Samples of Stream Sediments, Soils and Rocks: GSD-9 —12, GSS 1 — 8 and G S R 1 — 6. — Geostandards Newsletter, Vandoevre-les-Nancy : 9 (1985) 2, S. 2 7 7 - 2 8 0

Vergleich der Ergebnisse von Faktoranalyse und Mehrfachkorrelation nach BURKOV bei der geochemischen Auswertung von Erkundungsbohrungen B E R N D Z E R N K E , THOMAS H E R T W I G , F r e i b e r g

Mitteilung aus dem V E B Geologische Forschung und Erkundung Freiberg

Einleitung

kaum

Die Bestimmung von Elementassoziationen ist ein wichtiges Problem in der geochemischen Auswertepraxis, zu dessen Lösung unterschiedliche mathematisch-statistische Methoden herangezogen werden. Oft erfordern diese aber einen großen rechentechnischen Aufwand (z. B. Faktoranalyse). Die Mehrfachkorrelation nach B T T R K O V (nachfolgend als Mehrfachkorrelation bezeichnet) ist eine relativ einfach zu handhabende Methode zur Bestimmung von Elementassoziationen, der in der deutschsprachigen Literatur bisher

Anhand konkreter Beispiele sollen Durchführung und Interpretation der Mehrfachkorrelation demonstriert sowie ihre Ergebnisse mit denen der Faktoranalyse verglichen werden. Dieser Beitrag soll zeigen, daß die Mehrfachkorrelation, obwohl es für sie noch keine exakte mathematische Ableitung gibt, Ergebnisse liefert, die gut mit den Resultaten der Faktoranalyse übereinstimmen. Zur Anwendung der Faktoranalyse für o. g. Ziele gibt es aus-

Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 8. 9.1987

wird.

B e a c h t u n g g e s c h e n k t w u r d e (THIERGÄRTNER,

PILLATZKE

reichend

RENTZSCH &

1984).

Literatur

(TRIPATH

1972;

RÖLLIG

&

STRAAOH

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WEBER 1974), so daß an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen

Z. angew. Geol., 35 (1980) ä

82

ZERNKE U. a. / F a k t o r a n a l y s e u n d M e h r f a c h k o r r e l a t i o n n a c h ßüBKOV

Verwendetes Datenmaterial In allen dargelegten Beispielen wurden Spektralanalysenergebnisse von Sammelsplitterproben aus Bohrungen der Zinn- und Spaterkundung verwendet. Die Beprobungsintervalle schwanken zwischen 2 und 10 m. Auf Grund unterschiedlicher Aufgaben wurden z. T. verschiedene Elementspektren analysiert. Die Berechnung der Faktoranalysen und Mehrfachkorrelationen erfolgte für ausgewählte Anomaliebereiche, bestimmte Struktureinheiten sowie verschiedene Mineralisationsbereiche. Auf nähere Angaben zur Herkunft der Proben wird hier verzichtet, da dies für die Erläuterung der Mehrfachkorrelation als Methode zur Bestimmung von Elementassoziationen ohne Bedeutung ist.

Methode der Mehrfachkorrelation Die Grundlage für eine Berechnung der Mehrfachkorrelation ist die Matrix der linearen binären Korrelationskoeffizienten, die nach den üblichen Formeln (SCHROLL 1975) ermittelt werden.

Nach

BTJKKOV ( B U R K O V

1977;

SMEISLOV,

RUDNIK

u. a. 1979) werden oft Elementpaare, die untereinander negativ korrelieren, in ein und demselben Mineral (besonders in isomorphen Reihen), genetisch einphasigen Erzkörpern usw. angetroffen. Betrachtet man die Korrelationsbeziehungen jedes Elementes eines solchen Paares zu anderen im entsprechenden Mineral bzw. Erzkörper vorkommenden Elementen, ist festzustellen, daß sich beide Elemente in der Regel analog verhalten (z. B. korrelieren beide positiv mit einem dritten Element und negativ mit einem vierten). Daraus -schließt BURKOV, daß solche Elementpaare (obwohl sie untereinander negativ korrelieren), gemeinsam mit den Elementen, zu denen beide positive Korrelationsbeziehungen haben, ein und derselben Assoziation zuzuordnen sind. Auch treten Fälle auf, wo positiv korrelierende Elemente verschiedenen Assoziationen zugeordnet werden müssen. Somit

k o m m t B U R K O V (SMEISLOV, R U D N I K U. a . 1 9 7 9 ) z u d e m S c h l u ß ,

daß eine begründete Ableitung von Elementassoziationen nur dann möglich ist, wenn sowohl die binären Korrelationskoeffizienten zwischen den einzelnen Elementen als auch die Beziehungen jedes Elementpaares zu allen anderen Elementen berücksichtigt werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß aus den binären Korrelationskoeffizienten durch zeilenweise Korrelation der entsprechenden Matrix neue, sogenannte „Paarkorrelationskoeffizienten"

(BURKOV

1977,

S.

185;

SMEISLOV,

RUDNIK

u. a. 1979) berechnet werden. Man nimmt an, daß diese neuen Koeffizienten quantitativ die Beziehungen zweier Elemente zu allen anderen sowie ihre Zuordnung zu einer oder verschiedenen Elementassoziationen widerspiegeln. Verhält sich ein Elementpaar analog zu anderen Elementen (Zugehörigkeit zu einer Assoziation), so erhöht sich ihr „Paarkorrelationskoeffizient" gegenüber dem binären, anderenfalls verringert er sich. Diese Korrelation wird so lange wiederholt (eine Wiederholung A. einem Durchlauf), bis alle Koeffizienten den Wert 1,00 bzw. —1,00 angenommen haben. Somit sind im Ergebnis alle Elemente zwei antagonistischen Assoziationen zugeordnet.

lichen Korrelationsmatrizen (Abb. 1 u. 2) berechnet. Abb. 2 macht deutlich, daß diese Matrizen als Ergebnisdokumentation recht unübersichtlich sind. Wesentlich anschaulicher sind entsprechende Dendrogramme (Abb. 3), die folgendermaßen konstruiert werden. In Abb. 2 werden zunächst alle Koeffizienten, die im ersten Durchlauf gleich 1,00 sind (Ag—Cu), gekennzeichnet und im Dendrogramm (Abb. 3) entsprechend eingetragen. Um die weitere Interpretation übersichtlicher zu gestalten, werden diese Koeffizienten in allen weiteren Durchläufen besonders gekennzeichnet (Abb. 2). Danach wiederholt sich diese Prozedur für jeden weiteren Durchlauf. Im Ergebnis des zweiten Durchlaufs können Wismut und Niob der Assoziation Ag—Cu zugeordnet werden, da alle ihre „Paarkorrelationskoeffizienten" 1,00 betragen. Blei weist dagegen nur mit Silber und Kupfer Koeffizienten von 1,00 auf, während diese mit Wismut und Niob erst im dritten Durchlauf erreicht werden. Dadurch nimmt Blei eine gewisse Sonderstellung ein, die, falls erforderlich, durch eine Eintragung im Dendrogramm bei 2,5 dokumentiert werden kann. In unserem Beispiel wurde aber darauf verzichtet. Bereits im dritten Durchlauf lassen sich alle Elemente einer der beiden Assoziationen zuordnen. J e mehr Durchläufe bis zum Erhalt der Korrelationskoeffizienten (1,00) erforderlich sind, desto schwächer sind die Beziehungen zwischen den Elementen. In den meisten Fällen werden dazu 5 bis 6 Durchläufe benötigt. Nach unseren Erfahrungen sind Koeffizienten, die nach 7 bis 8 Durchläufen noch nicht 1,00 bzw. —1,00 geworden sind, nicht genetisch interpretierbar. Sie sind lediglich rechnerisch bedingt. Treten solche Fälle auf, so sollte man die Homogenität der verwendeten Probenserie untersuchen. Ein Blick auf die Korrelationsmatrix des dritten Durchlaufes (Abb. 2) macht deutlich, daß alle „Paarkorrelationskoeffizienten", die Elemente aus beiden im Dendrogramm (Abb. 3) dargestellten Elementassoziationen verknüpfen, den Wert —1,00 besitzen. Darum brauchen die negativen Werte bei der Interpretation nicht berücksichtigt zu werden. Das so konstruierte Dendrogramm ist sehr anschaulich und gibt einen raschen Uberblick über die vorliegenden Elementassoziationen. Die Stärke der Bindung einzelner Elemente aneinander ist gut ablesbar und entspricht den Anforderungen der Erkundung. An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß diese Dendrogramm-Darstellung nicht mit der bei der Clusteranalyse verwendeten identisch ist. Vergleich der Ergebnisse der Mehrlachkorrelation und der Faktoranalyse Beide Methoden haben eine Merkmalsklassifizierung zum Ziel. Um ihre Ergebnisse miteinander vergleichen zu können, wurden sie parallel für die entsprechenden Probenkollektive angewandt. Die Ergebnisse wurden gemäß Abb. 3 dargestellt, wobei die Darstellung der Ergebnisse der Faktoranalyse Empfehlungen

sowjetischer

Beispiel A n = 159

Interpretation der Mehrlachkorrelation Nachfolgend soll die Interpretation und graphische Darstellung einer Mehrfachkorrelation an einem konkreten Beispiel erläutert werden. Mit einem entsprechenden Programm werden auf einem Büro- oder Personalcomputer die erforder-

Autoren

(PITULKO,

REZNIKOV

& UL'JANOV 1985) entspricht. Die Elemente sind jeweils nach fallender Faktorladung geordnet, wobei mit dem entsprechenden Faktor negativ verbundene Elemente als Nenner dargestellt werden. \

CuAg Bi NbPbSnMo Mit B Li f 1.11 TC^bgo Bi61 AgJ7 Cu 3133 2 20 Cu,0Ag73Pb53Bi33 3. 10 Mn67 B34 Li3,

A b b . 3. G r a p h i s c h e D a r s t e l l u n g des E r g e b n i s s e s einer M e h r f a c h k o r r e l a t i o n als D e n d r o g r a m m u n d Vergleich mit den Ergebnissen der F a k t o r a n a l y s e 1. Nummer des Faktors (erfolgt fortlaufend nach fallendem Eigenwert); 2. Eigenwert des Faktors in %; 3. Faktorladung des jeweiligen Elementes multipliziert mit 100; n — Anzahl der berechneten Proben

Z. angew. Geol., 35 (1989) 3

83

Z e r n k e u. a. I Faktoranalyse und Mehrfachkorrelation nach B t j r k o v

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I I I» ift N CO O © rH «O ©COCO 00 C-3 I> H N CO CO I I rt ifl ÎJ H 9 0 % Kassiterit anzureichern und aus diesem Grund i m Lieferzustand stofflich zu analysieren, ehe weitere Aufbereitungsschritte festgelegt werden konnten. Lagerstättenkundliche Charakteristik Die L a g e r s t ä t t e Cinovec wird seit dem 16. J a h r h u n d e r t mit Unterbrechungen auf verschiedene Wertkomponenten, insbesondere auf Zinn und W o l f r a m bebaut. Bis auf geringe Ausnahmen beschränkt sich der wirtschaftlich bedeutende Teil der L a g e r s t ä t t e auf einen petrographisch sehr differenzierten Granitstock, der in den aus zwei Varietäten bestehenden R h y o l i t h von Teplice eindrang. Nach Form und Stoffbestand ist bei der Vererzung zwischen Gängen (gegenwärtig Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 1 0 . 1 2 . 1 9 8 7

von untergeordneter Bedeutung) und metasomatischen Bildungen (Greisen) zu unterscheiden (OELSNER 1952; STEMPROK 1 9 6 0 ; BOLDUAN, LÄCHELT 1973).

&

MALASEK

1967;

SCHRÖCKE

Wesentliche Gangarten der Gangvererzungen sind Quarz und Zinnwaldit sowie Topas (Pyknit), Fluorit und Tonminerale. Bei den Erzen dominieren Kassiterit, W o l f r a m i t und Scheelit, Sporadisch lassen sich neben Sulfiden mit Pb, Zn und Cu weitere Minerale mit As, Bi sowie sekundäre Bildungen nachweisen. Unter den verschiedenen Greisenarten sind solche mit Quarzbzw. Quarz-Glimmer-Vormacht die häufigsten. Ihr Artenreichtum an Glimmern ist bisweilen bedeutend. Die in den Gängen nachgewiesene Erzmineralparagenese ist mit Einschränkungen auf die Greisen übertragbar. Bestimmend für die W a h l von Cinovec vor anderen Sn-Lagerstätten w a r das relativ gehäufte Auftreten seltener Elemente, bei denen neben Nb, Ta, As und Bi auch Cs, Zr, Sc und R E E zu nennen sind.

Kassiterit-Reichkonzentrat und seine Aufbereitung Mineralogische, chemische und aufbereitungstechnische Untersuchungen an einer unklassierten Teilprobe des Ausgangsmaterials (Kassiterit-Reichkonzentrat) sowie an Siebklassen einer Teilprobe führten zu dem in der Abbildung angeführten S t a m m b a u m . Seine Konzeption basiert auf den Ergebnissen der im folgenden beschriebenen Untersuchungen. Die Bestimmung des Mineralbestandes am Ausgangsmaterial ergab die in Tab. 1 ausgewiesenen Daten und deckt sich q u a l i t a t i v mit den zitierten L i t e r a t u r a n g a b e n . Gewisse q u a n t i t a t i v e Unterschiede sind technologischer Natur, entstanden durch die Sortierprozesse im Gewinnungsbetrieb. Verwachsungen (bevorzugt i m Bereich > 0,5 mm) und das breite Dichtespektrum verschiedener Phasen standen der Gewinnung reiner Fraktionen bei der mechanischen Phasenanalyse entgegen. Trotz dieser Einschränkung gelang eine aufgabengerechte Quantifizierung durch Ergänzung von chemischen und spektralanalytischen Untersuchungen (Tab. 2). Ein wesentliches Anliegen der stofflichen Untersuchungen bestand im Nachweis der im H a u f w e r k vertretenen Minerale, von denen bestimmende Einflüsse auf die spezifische Spurenelementparagenese ausgehen. In diesem Sinne galt dem Auftreten des Kassiterits besonderes Augenmerk. Von ihm ließen sich durch Auslesen unter dem Stereomikroskop und durch magnetische Sortierung (Frantz Isodynamic-Separator) sechs farblich unterscheidbare Varietäten (weißgelblich, honigbraun, Kandis, verschiedenfarbig zonar bis fleckig, dunkelbraun,

Z. angcw. Geni., 39 (1989) 3

87

SCHRÖN il. a. / K a s s i t e r i t

KC-1

Verarbeitungsschritte

Untersuchungen, Kennzeichnung — Herdkonzentrat, magnetgeschieden — Prüfsiebanalyse, trocken, > I... < 0,063 mm (7 Fraktionen) — chemische und Spektralanalyse — mechanische Phasenanalyse — magnetische Fraktionierung — chemische Analyse —

— Siebschnitte analog Teilprobe Fraktionen < 0,1 mm, rückstellen „ 0 , 1 - 0 , 3 1 5 mm, „ 0 , 3 1 5 - 0 , 5 mm, Aufgabe: > 0,5 mm Bronze-Siebgewebe, C-legierte Stahlkugelr,

—

— Produkt < 0,1 mm, rückStellen Aufgabe: 0,5 — 0,1 mm Bandringscheider (Induktion 1,4 Tesla bei 4,8 mm Spaltweite) magnetischen Anteil rücksteilen Herd mit Betonplatte 1,5 x 3,0 m Hubzahl 280/min Berge rücksteilen 110°C < 0,1 mm anteilig zu den Chargen

Angaben zum Endprodukt BAF-Kassiterit IiC -1

Chargen 4 8 kg; Mahlung in Porzellankugelmühle 101, 3 h (Gattierung: 50% 32 mm 0 , 50% 10 mm 0 Hartporzellankugeln) Trommelmühle 750 mm 0 mit Hebeleisten; 30 U/min, Homogenisierungsdauer 2 h Kiffelteiler Einzelprobenmasse ca. 50 g

Abbildung. Stammbaum zur Gewinnung des BAF-Kassiterit KC-1

Referenzmaterials

Tab. 1. Dichteaufbau und Mineralbestand des Ausgangsmaterials (unklassiert) Dichtefraktionen1), in g/cm3 2,96-3,333) < 2,96») 2,7% 0,5% Mineralbestand, in % Quarz Zinnwaldit

60 5

sonstige Glimmer Feldspätc

5 10

Verwachsungen5) 20

3,33 - 3,8") 1,7%

20 5

Zinnwaldit sonstige Glimmer Fluorit

60

Verwachsungen1)

*) Sortierung mit Zentrifugen ! ) Tetrabromethan a ) Dijodmethan

Topas Verwachsungen

15

60

Kassiterit Wolframit

> 80

2

Tab. 3. Ergebnisse des Homogenitätstests

Scheelit

1

Probe Nr.

relative Standardabweichung Pb Zn

Cu

Fe

Galenit

5

Sphalerit

1

2 4 6 10 12 14 16 18 20 22

2,35 1,37 2,07 1,37 1,3 1,52 1,79 0,84 2,35 1,22

1,04 1,29 1,64 2,0 1,58 1,58 1,64 1,22 1,52 1,60

2,88 3,91 1,87 4,8 3,83 3,03 2,97 3,97 3,05 2,07

2,05 1,52 0,84 1,14 2,68 0,45 1,82 2,0 0,71 2,86

x der Stichproben

1,70

2,08

1,95

1,84

sonstige Sulfide < 1 Verwachsungen1) < 10 ) Clericl-Xösung ' ) grob, zwischen Phasen < 3,33 g/cm3 •) grob, vorwiegend zwischen Phasen > 3,8 g/cms

4

Tab. 2. Chemische Zusammensetzung des Ausgangsmaterials, in % 1 ) Sn Pb WO, Si0 2 A1,0, CaO S Fe Cn Zn Mn

64,13 3,75 2,98 2,88 1,39 1,18 0,98 0,91 0,55 0,48 0,39

F Bi Ti As Nb Sc Ta Ag In Zr Mo

Zur Charakterisierung des Endproduktes der oben beschriebenen Aufbereitung sind neben dem Endhomogenitätstest und der Korngrößen-Verteilungsanalyse insbesondere komplexe chemische und mineralogische Untersuchungen auf möglichst zahlreiche Komponenten durchgeführt worden. Der Homogenitätstest mittels Röntgenfluoreszenzanalyse an 10 Stichproben mit den Elementen Pb, Zn, Cu und Fe führte zu den in Tab. 3 dargestellten Durchschnittswerten aus je 5 Einzelmessungen. Die verfahrensbedingten Streuungen der 5 Einzelwerte sind als Mittelwerte x in dieser Tabelle angegeben. Nur für Zn lag die Abweichung der Mittelwerte über der verfalyensbedingten Streuung. Mittels einfacher Varianzanalyse konnte Homogenität mit einem Aussagerisiko von 1 % ermittelt werden. Die Korngrößenverteilung wurde durch Siebanalyse und Sedimentationswaage nach SARTOKITJS ermittelt und führte zu den Ergebnissen in Tab. 4.

> 3,8 95,1%

40

schwarz) und verschiedene Verwachsungen aushalten. Zwischen der Farbe bzw. dem magnetischen Verhalten und der Elementführung ergaben, sich Korrelationen. Aus den Untersuchungen war abzuleiten, daß sich durch Nachmahlen der Fraktionen > 0,5 mm (s. Abbildung) nicht nur der Kassiterit aufschluß verbessert, sondern daß die anschließende Nachklassierung außerdem zu einem Sortiereffekt zugunsten des Kassiterits führt. Der Mahlrückstand > 0,1 mm wurde deshalb mit der Fraktion 0,5—0,315 mm vereinigt und magnetisch getrennt. Mit dem unmagnetischen Austrag erfolgte eine Herdsortierung. In das schmal abgezogene Konzentrat gelangten neben dem Kassiterit spezifisch schwere Akzessorien (Sulfide u. a.) sowie Spuren von Verwachsungen. Das Herdkonzentrat wurde schließlich chargenweise in einer Porzellankugelmühle (vgl. Abbildung) auf Rückstandskennwerte von < 1 % bei 63 ¡im gemahlen. Aus der für alle Chargen resultierenden Mahldauer ergab sich ein Kugelabrieb von 80 g Hartporzellan pro t Konzentrat. Homogenisierung und Teilung der Probe erfolgten unter sorgfältiger Einhaltung einschlägiger Standards bzw. Erfahrungswerte für Proben mit hohen Merkmalszahlen.

0,33 0,34 0,17 0,12 0,12 0,12 0,09 0,08 0,05 0,04 0,02

l ) Angaben zur spektralanalytischen Methodik siehe SCHRÖN, KAISER & BOMBACH 1983

Tab. 4. Korngrößenverteilung des Referenzmaterials BAF-Kassiterit KC-1 (Sedimentationsmedium: Wasser) Korngrößenklasse, in [zm

Bückstand, in %

Klassenanteile in %

> 63 63-30 30-20 20-6,3 6,3-2 < 2

1 13,5 31 63,5 89,5 100

1 12,5 17,5 32,5 26 10,5

Z. angew. Gcol., 35 (1989) 3

88

S c h r ö n u. a. / Kassiterit KC-1

Tab. 5. Ergebnisse der Analysierung der geochemischen Referenzprobe B A F - K a s s i t e r i t KC-1 Element

Gehalt, in %

Analysenmethode

Element

Gehalt, in %

Ag

0,00029 0,000085 0,00020 0,00012 0,00020

AAS AAS AES AES MS

Gd

0,0024

0,29 0,120 0,26

AES MS UFA

0,0038 < 0,0001 0,0068 . 0,00453 0,0060

AAS AAS AES INAA MS

< 0,0003 0,00007

AES MS

AI

As

B Ba

0,0078

MS

Be

< 0,0003 0,0002

AES AES

Bi

0,0050 0,0044 0,0095 0,0064 0,0120 0,0037

AAS AAS AES AES MS P

0,0931 0,0951 0,1201 0,2601 0,2074

AAS AAS AES MS UFA

Cd

0,00014

AAS

Ce

0,0479 0,0690

INAA MS

C1

0,0150

MS

Co

0,00031

Cr

0,0010 < 0,0003 0,00045

Ca

Analysenmethode

Element

Gehalt, in %

Analysenmethode

INAA

Sm

0,00238

INAA

AES

Sn

Ge