Abstract

The vein-type copper mineralization in the abandoned Wilhelmine copper mine, Sommerkahl, Spessart, northwestern Bavaria, Germany, is hosted by metamorphic rocks of the Spessart Crystalline Complex. These are overlain by Permo-Triassic sedimentary rocks, including the stratabound base-metal mineralization of the Kupferschiefer. Ore textures in the sulfide veins demonstrate three stages of mineralization: (i) An early stage (I) is characterized by colloform textures, documented by spherical, cockade-like or garland-shaped, monomineralic or polymineralic aggregates of tennantite I, enargite I, pyrite I, chalcopyrite I, bornite I and digenite I. (ii) During a subsequent stage of recrystallization (II), the colloform textures were overgrown by, or enclosed in, anhedral grains of tennantite II, enargite II, bornite II, digenite II, pyrite II and chalcopyrite II. Minimum temperatures of about 175°C for this stage can be estimated from the bulk composition of fine-grained to submicroscopic digenite–bornite intergrowths, exsolved from an initial 1a solid solution with up to 55 mole % of bornite. Conversely, the assemblage pyrite + chalcopyrite + tennantite provides an uppermost temperature limit of ~440°C [at an a(S2) = 10−5]. (iii) A late stage of alteration (III) led to the replacement of the primary sulfides by yarrowite, spionkopite and rare covellite, together with goethite, under decreasing temperatures and rising activity of sulfur. The close spatial association of the Sommerkahl vein-type Cu deposit with the overlying Kupferschiefer suggests that this metal-rich bituminous shale played an important role in the formation of the ore veins. Sulfur isotope analyses yielded negative δ34S of −12.8 to −23.9‰, which indicate that the sulfur was derived from the overlying Kupferschiefer, presumably by hydrothermal leaching. Such a low-temperature mobilization could also be discussed for all or part of the metals forming the Wilhelmine ore, which later on recrystallized in response to hydrothermal activity (modified hydrothermal model). However, we prefer a strictly hydrothermal model, according to which all or most of the metals were derived from deep-seated sources, transported upward by hydrothermal fluids, and precipitated by thermochemical reduction of sulfate due to interaction with the sulfur-bearing organic matter and the pyrite of the Kupferschiefer. Formation of the sulfide ore veins in the former Wilhelmine mine is related to post-Variscan hydrothermal activity that affected the Spessart area in Middle Jurassic to late Early Cretaceous time.

Abstract

La minéralisation cuprifère en veines à la mine abandonnée de Wilhelmine, à Sommerkahl, Spessart, au nord-ouest de la Bavière, en Allemagne, est encaissée dans les roches métamorphiques du complexe cristallin de Spessart. Ces roches sont recouvertes de roches sédimentaires permo-triassiques, dont la séquence stratifiée minéralisée en métaux de base de Kupferschiefer. Les textures du minerai dans ces veines montrent trois stades de minéralisation: (i) un stade précoce (I) a donné des textures colloformes, et des aggrégats sphériques, en cockade ou en guirlandes, soit monominérales ou polyminérales, de tennantite I, énargite I, pyrite I, chalcopyrite I, bornite I et digénite I. (ii) Au cours du stade of recristallisation (II) qui a suivi, les textures colloformes ont été recouvertes par ou incluses dans des grains xénomorphes de tennantite II, énargite II, bornite II, digénite II, pyrite II et chalcopyrite II. Une température minimale d’environ 175°C au stade II découle de la composition globale d’intercroissances à granulométrie fine, voire submicroscopiques, de digénite avec bornite, produits de l’exsolution d’une solution solide originale 1a ayant plus de 55% (base molaire) de bornite. Par contre, l’assemblage pyrite + chalcopyrite + tennantite indique une température maximale d’environ ~440°C [à une valeur de a(S2) égale à 10−5]. (iii) Un stade tardif d’altération (III) a causé le remplacement des sulfures primaires par yarrowite, spionkopite et covellite plus rare, avec la goethite, dans un régime de baisse de températures et d’augmentation de l’activité du soufre. L’étroite association dans l’espace du gisement cuprifère en veines de Sommerkahl avec les horizons argileux minéralisés du Kupferschiefer peut faire penser que cet horizon bitumineux enrichi en métaux a exercé un rôle important dans la formation des veines. Les analyses des isotopes de soufre ont donné des valeurs négatives de δ34S, entre −12.8 et −23.9‰, indication que le soufre est dérivé de la séquence Kupferschiefer par lessivage hydrothermal. Une telle mobilisation à faible température pourrait s’appliquer à toutes les composantes du minerai à la mine Wilhelmine, qui par la suite aurait subi une recristallisation en réponse à une activité hydrothermale (selon le modèle hydrothermal modifié). Toutefois, nous préférons un modèle hydrothermal plus pur, selon lequel tous les métaux, ou la plupart, sont dérivés d’une source profonde, transportés par des fluides hydrothermaux ascendants, et précipités par réduction thermochimique de sulfates suite à une interaction avec la matière organique porteuse de soufre et la pyrite du Kupferschiefer. La formation des veines de sulfures à la mine Wilhelmine est liée au créneau d’activité hydrothermale post-Varisque qui a affecté la région de Spessart du Jurassique moyen jusqu’à la fin du Crétacé précoce.

(Traduit par la Rédaction)

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