Geochemistry of magnesites and dolomites at the Oberdorf/Laming (Austria) deposit and implications for their origin

Zusammenfassung

Die Haupt- und Spurenelementgeochemie von Magnesit- und Dolomitproben, die aus alternierenden Gesteinsstöcken in der Magnesitmine von Oberdorf/Laming (Steiermark, Österreich) stammen, wurde untersucht. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Geochemie der Seltenen Erdelemente (REE) gelegt, da diese für Aussagen über die Entstehung der Magnesitlagerstätten von besonderer Bedeutung sind. Eine positive Korrelation zwischen den Al und REE-Gehalten deutet darauf hin, daß der Hauptteil der REE einer Tonkomponente entstammt. Die Daten unterstützen eine metasomatische Entstehung der Spatmagnesite der Oberdorfer Lagerstätte und anderer Ostalpiner Lagerstätten. Sedimentär angelegter Kalzit wird dabei über Dolomit mit Mg-reichen Lösungen in Magnesit umgewandelt.

Während der Metasomatose bleiben die chondritnormierten REE-Verteilungen der Ausgangskarbonate relativ unverändert erhalten. Die so entstandenen Spatmagnesite weisen Verteilungsmuster auf, die jenen der sedimentären Karbonate, aus denen sie entstanden sind, entsprechen. Rein sedimentär entstandene Magnesite werden praktisch nur in evaporitischem Milieu gebildet und sollten infolge der kurzen Verweilzeit dieser Elemente im Meerwasser wesentlich niedrigere REE-Gehalte und andere Verteilungsmuster aufweisen. Analysen einer Talkpseudomorphose zeigen, daß sich die REE-Verteilungsmuster auch bei der metasomatischen Talk-bildung nicht wesentlich ändern. Die Mg-reichen Lösungen, die zur Bildung der Magnesite notwendig waren, entstammen vermutlich tiefliegenden Sepentiniten, auf die es Hinweise im Untergrund der oststeirischen Gneisskomplexe und des südpenninischen Tauernfensters gibt.

Abstract

The major and trace element geochemistry of magnesite and dolomite samples from alternating rock masses at the Oberdorf/Laming (Styria, Austria) mineralization has been studied. The rare earth elements (REE) are considered to be of importance for the discussion of the origin of sparry magnesite deposits. The Al and REE contents are positively correlated, indicating a clay component as the main source for REE in the magnesites and their precursor rocks. Our data support the view that the Oberdorf and probably other magnesite mineralizations in the Eastern Alps have been formed by metasomatism. Through this process calcite (which was deposited by sedimentation in a marine environment) underwent dolomitization. Subsequently, Mg-rich solutions circulating through the rock masses formed the magnesite bodies.

During the formation of the dolomites and the conversion to magnesites, the REE patterns of the original carbonates remained unchanged. The magnesites exhibit patterns that are very similar to sedimentary carbonates (which contain a REE-bearing clay component). Magnesites of purely sedimentary origin, formed in a predominantly evaporitic environment, should have lower total REE contents and different patterns due to the short residence times of these elements in seawater. Analyses of talc pseduomorphs after magnesite indicate as well that the REE patterns are not significantly altered during the talcification. The Mg-rich solutions that led to the formation of the magnesites have probably been derived from serpentinites below the gneiss complexes of eastern Styria and the South Penninic units of the Tauern window.

Résumé

Cette note présente les résultats d'une étude géochimique des éléments majeurs et en trace d'échantillons de magnésite et de dolomite qui se présentent en masses alternées dans la mine de magnésite de Oberdorf/Laming (Steiermark, Autriche). Une attention particulière a été apportée aux terres rares, considérées comme fournissant des arguments importants dans la discussion de l'origine des gisements. Les teneurs en Al et en terres rares montrent une corrélation positive, ce qui permet de rapporter à un composant argileux la source principale des terres rares. Les résultats obtenus plaident en faveur d'une origine métasomatique des minéralisations en magnésite d'Oberdorf et d'autres endroits des Alpes orientales. Au cours de ce processus, la calcite, d'origine sédimentaire marine, a été le siège d'une dolomitisation avec, subséquemment, formation de corps de magnésite grâce à la circulation de solutions riches en Mg.

Au cours de la métasomatose, la distribution des terres rares des carbonates originels n'est pas modifiée: les magnésites montrent des répartitions très semblables à celles des carbonates sédimentaires (lesquels renferment un constituant argileux porteur des terres rares). Des magnésites d'origine purement sédimentaires, formées en milieu évoporitique, doivent présenter un contenu total en terres rares moins élevé et une distribution différente de ces éléments, eu égard à la brièveté de leur séjour dans l'eau de mer. Des analyses de pseudomorphoses de magnésite en talc montrent de même que la distribution des terres rares n'est pas modifiée de manière significative au cours de la talcification. Les solutions riches en Mg responsables de la formation de la magnésite sont probablement dérivées de serpentines situées sous les complexes gneissiques de Styrie et les unités penniques méridionales de la fenêtre des Tauern.

Краткое содержание

В пробах магнезита и д оломита из штоков гор ных пород месторождения магнезита и доломита у ОЬегdorf/Laming'a (Штирия, Австрия) опред елили главные и рассеянные элемент ы. Особое внимание уде лили ео химии Редких Земель, п отому что им приписыв ают особое значение при р ешении вопроса о прои схождении магнезитовых местор ождений. Положительн ая корреляция между сод ержанием алюминия и Р едких Земель указывает на т о, что основная часть Р едких Земель находится в гл инистых отложениях. П олученные данные говорят, что ка к обердорфское, так и другие восточно-альп ийские месторождени я образовались метасоматически. Оса дочный кальцит при этом преобразуется ч ерез стадию доломита под воздействием богатых магнием раст воров в магнезит. Во время процесса мет асоматиза хондровое распределение Редких Земель исходн ых карбонатов остает ся сравнительно неизме нным. Образовавшиеся т.о. поздние магнезиты со здают схему распреде ления Редких Земель, соотве тствующую таковой ос адочных карбонатов, из которы х они образовались. Ма гнезиты, образовавшиеся искл ючительно осадочным путем, возникают прак тически только при эв апоритных условиях и, в результа те очень непродолжит ельного пребывания этих элем ентов в морской воде, характеризуются бол ее низким содержание м Редких Земель; распределени е их здесь дает иную ка ртину. Результаты анализа т альковых псевдоморф озов указывают на то, что и при образов ании талька путем мет асоматоза картина распределен ия Редких Земель в нем не претерпевает з начительных изменен ий. Богатые магнием растворы, нео бходимые для образов ания магнезитов, происход ят, вероятно, из подсти лающих серпентинитов, котор ые залегают в фундаме нте восточно-штирийских комплексов гнейсов и южно-пеннинских окнах Тауерна.