Die lithofazielle Entwicklung der oberkretazischen Phosphatgesteine Ägyptens - ein Beitrag zur Genese der Tethys-Phosphorite der Ostsahara

In Ägypten sind während der Oberkreide (Obercampan bis Untermaastricht) phosphatführende Sedimente ("Phosphat Formation") abgelagert worden, die der Tethys-Phosphatlagerstättenprovinz angehören. Sie überlagern die vorherrschend fluviatil gebildeten Einheiten der Nubischen Gruppe und markieren das Einsetzen mariner Bedingungen. Bauwürdige Mächtigkeiten und Gehalte der Phosphorite sind nur im mittleren Faziesgürtel entwickelt, einer Zone, die von den Bergbaugebieten am Roten Meer über die des Niltals bis in das New Valley der Westwüste zu verfolgen ist. Nördlich und südlich wird der mittlere Faziesgürtel von zwei Zonen schwächerer Phosphatentwicklung begrenzt. Nach Süden ist ein zunehmender terrestrischer Einfluß nachweisbar. Die Entwicklung des mittleren Phosphatgürtels ist am Roten Meer und am Niltal durch Kalksteine, Austernriffkalke, Cherts und Ölschiefer geprägt, was einer Upwell ing-typi sehen P-C-Si-Assoziation entspricht. Die lithologische Ausbildung ist dort außer von starken Mächtigkeitsschwankungen auch durch schnelle laterale Wechsel gekennzeichnet. Im Niltal sind die Mächtigkeiten stark reduziert. Die Lithologie der Phosphat Formation im New Valley ist durch das Vorherrschen von laminierten Ton- und Kalksteinen und Glaukonitsandsteinen geprägt. Die Faziesentwicklung ist dort durch geringere laterale Schwankungen und Wechsel gekennzeichnet. Zur Analyse der Entstehungsbedingungen der klastischen Phosphatgesteine mußten granulometrische Methoden herangezogen werden. Da die Phosphorite stark zementiert sind, wurde hierfür ein computergestütztes Verfahren zur Korngrößenmessung aus Dünnschliffen entwickelt. Neben den Vertei lungsparametern wurden auch Anteile der verschiedenen Komponententypen ermittelt. Die Phosphorite sind Mittel- bis Grobsandsteine, deren Phosphatkomponenten in regional wechselnden Anteilen aus Peloiden, Kotpillen, skelettärem Material und Lithoklasten bestehen. Die Korngrößenparameter weisen die Phosphorite als reife Reliktsedimente aus, die vielfältigen Aufarbeitungs- und Umlagerungsereignissen ausgesetzt waren. Der hochenergetische, gut durchlüftete Charakter des Ablagerungsmilieus wird durch ein entsprechendes Gefügeinventar (Bioturbation, Schrägschichtung, Erosionsstrukturen) unterstrichen. Francolith ist die vorherrschende Phosphatmineralphase, weitere dominierende Minerale sind Dolomit, Kalzit, Quarz und Tonminerale (bes. Montmorillonit, Hüt). Frische schwarze Phosphorite sind durch Sulfide (überwiegend Pyrit) und erhöhte Corg-Anteile gekennzeichnet, während in gebleichten verwitterten Proben Eisenhydroxidphasen und Sulfate (überwiegend Gips, Anhydrit) auftreten. Die verbreitete lithologische Assoziation von Phosphoriten mit feinlamellierten z.T. extrem Corg-reichen Gesteinen belegt den vorherrschend stagnierenden, reduzierenden Charakter des Ablagerungsmilieus vieler Nebengesteine. Die Wechsellagerungen dieser Gesteine mit den klastischen Phosphoriten ist Ausdruck des Oszillierens des Sedimentationsraumes zwischen Still- und Bewegtwasserbedingungen, der auf Grund dieser energetischen Merkmalsmuster und paläontologischer Hinweise in das obere Subtidal zu stellen ist. Eine reiche Vertebratenfauna wurde durch Funde von Hai- und Saurierzähnen nachgewiesen. Der terrigene Einfluß im Ablagerungsmilieu der Phosphorite ist durch den Anteil fluviatil und brackisch lebender Nektonten neben überwiegend marinen Formen belegt. Auch geochemisch läßt sich der Einfluß terrigener Verwitterungslösungen nachweisen. Auf Grund der regionalen Entwicklung der Komponentenspektren, der granulometrischen Merkmale, der lithologischen und der Mächtigkeitsentwicklung lag der Sedimentationsraum des mittleren Faziesgürtels in einem Schelf gebiet, das nach Norden durch eine Reihe von relativen Hochgebieten gegen die Tethys begrenzt war. Die paläogeographische und -klimatische Situation des ägyptischen Raumes, das Transgressionsgeschehen der Oberkreide und die morphologische Gliederung des Schelfes schufen günstige Voraussetzungen für die Phosphatgenese, da diese Gesamtsituation das Auf strömen von nährstoffreichen Tiefenwässern auf den Schelf begünstigte. Die dadurch ausgelöste hohe Biomasseproduktion führte zur Bildung Corg-reicher Sedimente, in deren Porenwässern sich der Phosphor aus der sich zersetzenden organischen Substanz anreicherte. Das reduzierende Milieu, in dem sich die Phosphatkomponenten durch Phosphatisierung und konkretionäres Wachstum bildeten, wird von deren Chemismus widergespiegelt. Anschließende Aufarbeitungs- und Umlagerungsphasen führten zu einer Konzentration der Phosphatkomponenten, wodurch das bewegtwassertypische Gefügeinventar der Phosphorite entstand. Neben anderen diagenetischen Vorgängen wurden die Phosphorite vorwiegend durch Karbonate, Kieselsäure und Phosphat zementiert. Eine letzte Alterierung erfuhren sie im Zuge von jüngeren warm-humiden Klimaphasen, wobei sich durch Oxidation der Sulfide bevorzugt Eisenoxidhydrat und Ca-Sulfate bildeten. Die komplexen die Geochemie und Mineralogie der Phosphorite beeinflussenden Vorgänge haben wirtschaftliche Bedeutung in bezug auf die Änderungen der Qualitätsmerkmale des Rohstoffs Phosphat.

The Upper Cretaceous phosphate bearing sequence of Egypt (Phosphate Formation, Upper Campanian to Lower Maastricht! an) topping the Nubian Group sediments of predominantly fluvial origin, marks the onset of marine conditions in this area. Economic development of phosphorite is only encountered in the middle facies zone, which can be traced from the mining areas of the Red Sea, to those of the Nile Valley and further west into the New Valley of the Western Desert. The paralleling northern and southern zones are only weakly phosphate bearing. Towards the south an increasing terrestric influence is observable. The lithologic development of the middle facies zone is, besides of the phosphorites, distinguished by limestones, reef al oyster-limestones, cherts and black shales, which corresponds to an upwelling generated P-C-Si-association. Small scale lateral lithofacial and thickness changes are typical attributes. The Nile Valley is characterised by a marked decrease in the Phosphate Formation's thickness. In the New Valley laminated limestones, mudstones and glauconitic sandstones are developed, the lithofacial appearance being less disturbed by lateral changes. For the genetic interpretation of the clastic phosphorites granulometric methodes had to be applied. Because of the strong cementation a computer-based method for the grainsize determination from thinsections had to be developed. Besides of the grainsize-distribution parameters the ratios of the different particle types have been evaluated. Phosphorites are fine to very coarse sandstones, their phosphate-components spectra show regional varying portions of peloids, fecal pellets, skeletal material and lithoclasts. The granulometric maturity of the repeatedly reworked phosphorites is expressed by their grainsize-distribution parameters. The agitated well aerated sedimentational environment is also witnessed by textural features (bioturbation, cross-bedding, channel-structures). Francolite is the predominant phosphate phase, other important mineral phases are dolomite, calcite, quartz and clay minerals (smectite, illite), llnweathered black phosphorites are characterised by the presence of sulfides (mainly pyrite) and an enrichment in organic matter, weathered ones are bleached and bear ironoxides and sulfates (mainly gypsum, anhydrite). The association of phosphates with laminated rocks, in parts extremely enriched in Corg (black shales), gives evidence of the prevailing stagnant to reducing depositional environment of the phosphorites' country rocks. The intercalation of these rocks reflects the repeated energetic changes within this sedimentary realm, which belonged by paleontologic evidence, to the upper subtidal zone. Frequent teeth finds (predominantly sharks) make it possible to reconstruct a faunal assemblage of predominant marine nektonic vertebrates, but with evidence of fluvial influence proved by fresh and brackish water dwellers. The input of terrigenous weathering solutions was also corroborated geochemically. The regional development of component spectra, granulometric parameters, lithofacies and thickness changes give hints to the reconstruction of uplifted areas, which lay north of the middle facies belt sheltering it against the open Tethyan sea. The paleogeographic and -climatic situation and the paleomorphology of the shelf rendered favorable conditions for phosphogenesis by inducing the upwelling of deeper nutrient-rich waters. As a consequence an enormous biogenic production could occur, which in turn was the cause for the deposition of organicrich sediments. The interstitial waters of these sediments became enriched by phosphorus, which was set free from the decaying organic material. This reducing environment led by phosphatisation and concretionary growth to the genesis of the phosphatic components. Their geochemical characteristics still reflect these primary reducing conditions. Subsequent phases of winnowing and reworking resulted in a mechanical concentration of the heavy phosphate particles and led to their high-energy depositional fabric. Besides of other diagenetic processes cementation by carbonates, silica and phosphate occurred. The last alterations of these rocks took place during younger warm-humid climatic phases by weathering, which led to the bleaching of the rock resulting from oxidation of the sulfides and organic carbon. The complex history of geochemical and lithological alterations bears direct importance onto the economic evaluation of the phosphate raw material by affecting its quality factors and hence possible usage.