Produkte und Prozesse exogener Fe-Akkumulation: Eisenoolithe und lateritische Eisenkrusten im Sudan

Kontinentale Sedimentbecken des Nordsudan wurden auf ihr Inventar verschiedener Formen exogener Eisenanreicherung (Eisenkrusten, Eisenoolithe) und deren Bildungsumstände hin untersucht. Ziel dieser im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 69 “Geowissenschaftliche Probleme in ariden und semiariden Gebieten" durchgeführten Untersuchung war es, die verschiedenen Eisenkrusten und -bänder zu klassifizieren und genetisch zu deuten, wobei insbesondere die Beteiligung lateritischer Verwitterungsprozesse an der Bildung metermächtiger konkretionärer Eisenkrusten untersucht wurde. Fragen der lateritderivaten Herkunft standen bei der Untersuchung lagerstättenbildender Prozesse kontinentaler oolithischer Eisenerze im Vordergrund. Bearbeitet wurden vorwiegend kretazische fluviatile Sedimente, in denen cm-dünne Eisenbänder und dm-mächtige Eisenoolithe auftreten und die oft von jüngeren m-mächtigen Verwitterungskrusten bedeckt werden. Diese konkretionären Eisenkrusten unterscheiden sich von einfachen Eisensandsteinkrusten, die sich an Hangwasseraustritten bilden, durch ihr Neubildungsgefüge, das von komplexen Bänderungen, Pisoiden, Nodules, pedoturbaten Gefügen und Cutanen geprägt ist. Die konkretionären Krusten ("ferricretes") bestehen überwiegend aus Alreichem Goethit (12 Mol-% A1OOH), Kaolinit, Quarz und Hämatit; Bawdtminerale wurden nicht nachgewiesen. Reliktgefüge treten nicht auf, Reliktminerale, wie Quarz, Ilmenit und Zirkon sind häufig korrodiert, eine Residualanreicherung von Zr und Ti zusammen mit Fe findet nicht statt. Die Krusten wurden vielmehr durch Absolutanreicherung von Fe zusammen mit Mn, P, V, Co, Ni, Cu und Zn gebildet. Lateritische Verwitterungsprozesse dokumentieren sich jedoch unter anderem in den Neubildungsgefügen der im Oligozän bis Miozän entstandenen Krusten. Eisensandsteinkrusten, die sich im Quartär gebildet haben, zeichnen sich neben dem Fehlen von Neubildungsgefügen dadurch aus, daß bei insgesamt ähnlichem Anreicherungsmuster die V-Gehalte deutlich niedriger liegen. Die gleiche Elementassoziation wie in Eisensandsteinkrusten findet sich auch in Eisenbändern, die auch das gleiche quarzkorn-gestützte sedimentäre Reliktgefüge aufweisen und gemeinsam mit diesen als eisenimprägnierte Sedimente angesprochen werden. Die 1-30 cm mächtigen Bänder treten bevorzugt entlang lithologischer Grenzen innerhalb der kretazischen Sedimentabfolge auf, wobei es sich um Grundwasserbildungen hydromorpher Böden handelt, die sich bevorzugt in Alluvialebenen gebildet haben. Neben Al-armem Goethit (<5 Mol-% AlOOH) treten Quarz, Kaolinit und Hämatit sowie untergordnet oft randlich kaolinisierter Muskovit auf. Mit zunehmender Fe-Anreicherung kommt es durch ferrolytische Alterationsprozesse zur Korrosion von Quarz und Muskovit. Das Auftreten von Feldspat beschränkt sich auf wenige Vorkommen meist grobkörniger, liefergebietsnah abgelagerter Sedimente. Marine Eisenoolithe treten bei Wadi Haifa auf, weiter südlich wurden ausgedehnte Vorkommen von Eisenoolithen in kontinentalen Überflutungsebenen-Sedimenten des Alb-Cenoman nachgewiesen, die in ihrem Gefüge identisch mit marinen Eisenoolithen sind, in ihrer geochemischen Zusammensetzung jedoch den konkretionären Eisenkrusten näherstehen. In beiden Gesteinen finden sich ebenso wie in marinen Oolithen deutlich erhöhte V-Gehalte. Die Oolithe bestehen überwiegend aus Al-haltigem Goethit (5-7 Mol-% AlOOH), Hämatit sowie Kaolinit und Quarz. In marinen Oolithen treten untergeordnet Calcit und Apatit auf. Anhand von geochemischen Charakteristika und Gefügemerkmalen können die supergenen Fe-Anreicherungen in eine genetische Entwicklungsreihe gebracht werden, die von einfachem Wüstenlack über eisenimprägnierte Sedimente bis hin zu konkretionären Eisenkrusten und Latenten reicht. In der weiteren Evolution kommt es dann zu einer Umlagerung dieses Stoffbestandes in kontinentale und schließlich in marine Ablagerungsräume. Ein grundsätzlicher Zusammenhang zwischen intensiver Verwitterung und Eisenoolithbildung ergibt sich auch aus dem weitverbreiteten Auftreten ordovizischer Eisenoolithe in Nordafrika in Zusammenhang mit dem Nachweis ausgedehnter Vorkommen böhmitführender Laterite im Nordwestsudan, denen ebenfalls ein ordovizisches Alter zugeschrieben wird. Für die mittelkretazischen kontinentalen Eisenoolithe konnten keine direkten Verwitterungsäquivalente nachgewiesen werden, das weitverbreitete Auftreten kretazischer Verwitterungsprodukte im Nordsudan deuten jedoch auf das einstige Vorhandensein solcher schwer erhaltungsfähigen Verwitterungskrusten. Unter Rohstoffaspekten sind insbesondere die konkretionären Eisenkrusten von Bedeutung, die häufig als Straßenbaumaterial abgebaut werden.

Different forms of supergene iron accumulations (ferricretes, oolitic ironstones) in continental sedimentary basins of the northern Sudan have been investigated within the scope of the Special Research Project 69 "Geoscientific Problems in Arid and Semiarid Areas". Besides the lithologic classification of the different types of ferricretes and ferruginous sediments it is the aim of this study to reveal ore forming processes and to inquire into a possible involvement of lateritic weathering processes. The interest in the newly discovered occurrences of oolitic ironstones within continental sediments focusses on the question of their possible origin in lateritic weathering crusts. Within the investigated fluvial sediments of predominantly mid-Cretaceous age, thin bands of iron-impregnated sediments (“ferribands") and seams of oolitic ironstones occur. On top of the sediments, ferruginous weathering crusts (ferricretes) are abundant. These concretionary ferricretes are different from iron-impregnated sandstones (ferricrete sandstone) which both attain thicknesses of several meters. The latter form by simple oxidation of iron-rich waters on hillslopes. They do not display neoformed textures like concretions, pisoids, nodules, pedoturbation textures or cutanés which are characteristic of concretionary ferricretes, however. These consist of Al-rich goethite (average content 12 mole-% A1OOH), kaolinite, quartz and hematite. Bauxite minerals like gibbsite or boehmite have not been detected. Relic textures are missing, relic detrital grains such as quartz, ilmenite, or zircon are often corroded. No residual enrichment of Zr or Ti together with iron is observed. Ferricretes instead have been formed by absolute enrichment of Fe together with Mn, P, V, Co, Ni, Cu, and Zn. Lateritic weathering processes, however, are well documented by neoformation textures of ferricretes which according to their lithostratigraphic and tectonic position developed during Oligocène and Miocene. Ferricrete sandstones which formed during Quaternary are devoid of neoformation textures and, despite a similar enrichment mode, show markedly lower V-contents. In ferribands the enrichment mode of elements is similar to that of ferricrete sandstones. They occur predominantly along lithological permeability boundaries and attain a thickness of 1-30 cm. They have been formed in hydromorphic soils of alluvial plains. Besides Al-poor goethite (<5 mole-% AlOOH), quartz, kaolinite, and hematite are the main minerals together with minor amounts of muscovite. Alteration by ferrolysis in the course of iron enrichment leads to the corrosion of quartz and muscovite. Unweathered feldspar is rarely preserved and occurs only in some coarse-grained proximal sediments. Oolitic ironstones in mid-Cretaceous marine sediments occur at Wadi Haifa, while southwards continental floodplain sediments were deposited which yield widespread deposits of oolitic ironstones, too. Texturally these are identical with marine oolites while in their geochemical composition they closely resemble concretionary ferricretes. Both rocks have high V-contents which are characteristic also of marine oolites. The continental oolites consist of Al-goethite (5-7 mole-% A1OOH), hematite, kaolinite, and quartz. The marine oolites have a similar composition but additionally contain minor amounts of calcite and apatite. By means of geochemical and textural characteristics all the investigated products of supergene iron accumulation can be put into a sequence which ranges from thin desert varnish and ferribands to concretionary ferricrete and laterite. In addition to this in-situ development, the redeposition of weathering crusts has lead to a sedimentary iron accumulation both in continental and marine depositional environments. The genetic relation between chemical weathering and the formation of oolitic ironstones is furthermore emphasized by the widespread occurrence of Ordovician oolites in North Africa in connection with newly discovered bauxitic laterites in northwest Sudan which presumably are also of Ordovician age. In case of the mid-Cretaceous continental iron oolites no equivalent weathering crusts have been found. This fact, however, may be due to their complete erosion because in other parts of north-east Africa lateritic weathering products of the Cretaceous are well documented. Under economic aspects none of the described iron accumulations is suitable as an iron ore. Ferricretes, however, are being mined at several localities as a construction material for road bases. A fist with english translations of all captions in this work is provided on page 181.