The Stollberg ore field - petrography, lithogeochemistry, mineral chemistry, and ore formation

Abstract

The Paleoproterozoic Fe-Pb-Zn-Mn(-Ag) Stollberg deposit is situated in the Bergslagen region of south-central Sweden. 6.65 Mt of sphalerite, galena and manganiferous skarn magnetite ore occur as disseminations and semi-massive to massive ore bodies hosted by volcanogenic sediments and carbonate rocks.



Field relations, mineralogy and geochemistry suggest that the felsic volcanic rocks at Stoll- berg were originally rhyodacitic in composition. The footwall porphyries and the host-rock succes- sion were intensely altered during the mainly exhalative, ore-forming event.



Later, the rocks were tightly folded and meta- morphosed in the amphibolite facies (510-560 oC at c. 3 kbar). In the altered footwall lithologies, gedrite, biotite, and muscovite formed from the original alteration minerals. Preserved chemical variation over short distances in minerals suggests that this prograde metamorphism was largely iso- chemical. The metamorphic alteration assemblages of the host rocks consist of biotite-garnet, amphibole-garnet+/-staurolite+/-cordierite+/- biotite, and olivine+/-pyroxene+/-garnet para- geneses. The variations in alteration assemblage mineralogy are related to the varying proportions of carbonate rock to volcanic debris in the pre- metamorphic assemblage, and to the character of hydrothermal alteration.



Subsequently, the Stollberg rocks were affected by retrograde metamorphism and deformation at 400-500 oC and less than 3.5 kbar. Gedrite was altered to chlorite and lizardite, biotite to chlorite, and plagioclase to epidote. The mineral chemistries and high-resolution transmission electron micro- scopy observations suggest that the retrograde reactions were metasomatic.



The last event to affect the rocks was brittle faulting.



The combined geological and geochemical observa- tions at Stollberg suggest that the Stollberg de- posit is a volcanogenic, exhalative magnetite ore and base metal formation.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Denna studie har gått ut på att relatera litogeo- kemin (= kemin i bergarter) kring Stollbergs järn- och sulfidmalmsfält i Bergslagen till mineralogi och geologisk utveckling.



Bergarterna kring Stollberg, liksom kring nästan alla andra järn- och sulfidmalmer (Cu, Pb, Zn) i Bergslagen, utgörs av vulkaniska bildningar. De vulkaniska bergarterna och tillhörande malmer bil- dades för ca 1900 miljoner år sedan.



Rent empiriskt, och genom studier av heta, metall- förande källor i områden med recent vulkanisk akti- vitet (se t.ex. Lydon, 1988), vet man att det finns ett rumsligt och genetiskt samband mellan vulkanisk aktivitet och vissa typer av sulfid- malmsbildning. Dock innehåller inte alla vul- kaniska bergarter malm. Sulfidmalmer liknande de i Stollberg finns huvudsakligen i vissa vulkaniter som avsatts i havsmiljö. Man har funnit att de faktorer som behövs för att malmer ska bildas är 1) närvaron av fluider (t.ex. baserade på havs- vatten), 2) en värmekälla (t.ex. en magmakammare) och 3) en metallkälla (t.ex. en stor volym vatten- genomsläppliga sediment eller vulkaniska berg- arter). Värmen från magman får havsvatten i de ovanliggande sedimenten/bergarterna att cirkulera. Det uppvärmda vattnet reagerar med mineralkornen i sin väg. Härvid förändras den kemiska samman- sättningen hos både vatten och mineral. Vattnet blir tungmetallhaltigt och om det når havsbotten fälls metallerna ut som sulfider och/eller oxider. En mineralisering eller malm har då bildats. Ber- get genom vilket vattnet strömmat får en kemisk sammansättning som avviker från den som opåverkat berg har. De omvandlade bergartsvolymerna är be- tydligt större än malmkroppen, och följaktligen lättare att hitta.



Geokemiska och mineralogiska undersökningar i Bergslagen har visat att de flesta vulkaniter i malmförande områden bär spår av kemisk omvandling. Genom att dessa omvandlingar i mindre utsträckning förekommer i områden utan malm, har man antagit att omvandlingarna varit relaterade till malmbil- dningen (se t.ex. Frietsch, 1982). I Stollberg bär de kringliggande vulkaniterna spår av flera typer av kemisk omvandling. Genom att vulkaniterna, som en gång avsattes som mer eller mindre horisontella lager, p.g.a. deformation nu står på högkant, kan man längs markytan förflytta sig upp och ner, och åt sidan, i den vulkaniska lagerföljden. Härvid kan man se hur de kemiska omvandlingarna varierat på olika avstånd från själva malmerna. Längst ner i den lokala lagerföljden, på den s.k. liggsidan (footwall rocks), finns porfyriska ryodaciter. Dessa karakteriseras av Na-anrikning i de lägsta och K-anrikning i de övre delarna av stratigrafin. De porfyriska liggsidsvulkaniterna har dessutom genomgående utsatts för Fe-, Mg- och Mn-anrikning. De mest omvandlade delarna är huvudsakligen starkt Mg-anrikade. I samband med Mg-anrikningen blev bergarterna också tillförda bl.a. Zn och Pb. Berg- arterna stratigrafiskt över liggsidans porfyrer utgörs av skiktade sediment av vulkaniskt ursprung och kalkstenar som är värdbergarter (host rocks) för malmerna. I samband med att malmerna fällts ut omvandlades dessa bergarter delvis till s.k. skarn. De malmförande skarnbergarterna är anrikade på Si, Fe, Mg, Ca, Mn, Pb och Zn jämfört med o- omvandlade vulkaniter. Kalciumet härör från kalk- stenarna, medan övriga element tillförts av de malmbildande lösningarna.



Liggsidans bergarter och den malmförande nivån överlagrades efter malmbildningen av en mäktig packe nya vulkaniter på hängsidan (hanging-wall rocks). Bergarterna veckades så att de kom att stå på högkant och utsattes härvid för förändri- ngar under inflytande av höga tryck och tempera- turer, s.k. metamorfos. Vid metamorfosen omvand- lades dels de primära, vulkaniska mineralen och dels de mineral som bildats eller kemiskt förän- drats vid malmbildningen till delvis nya mineral. Sålunda karakteriseras den Na-rika delen av ligg- sidans vulkaniter av gedrit, den K-rika delen av biotit, muskovit och enstaka granater, samt de malmförande skarnbergarterna av framför allt amfi- boler och granater. Förutom biotiten och musko- viten förekommer inte något av dessa mineral i o- omvandlade vulkaniter eller kalkstenar. Senare ut- sattes bergarterna för ytterligare en fas av meta- morfos, två faser av deformation och slutligen av vittring och erosion.



Omvandlingen av liggsidans bergarter stämmer över- ens med de teorier för sulfidmalmsbildning som beskrivits inledningsvis. Na- och K-omvandlingen är relaterad till bergarternas reaktioner med havsvatten vid olika temperaturer. Fe- och Mn- omvandlingen orsakades av ytterligare reaktioner mellan mineral och metallrikt havsvatten. Mg- anrikningen orsakades av att sekundära strömmar av färskt, tungmetallfattigt och relativt Mg-rikt havsvatten kunde cirkulera in i vulkaniterna nära havsbotten. Inströmningen av färskt havsvatten som blandades med tungmetallhaltiga, på havsvatten baserade lösningar, kan ha varit kritisk för malm- bildningen. Det färska havsvattnet höjde pH-värdet i det metallrika havsvattnet och blandningens för- måga att hålla metaller i lösning minskade därför.



Den omständigheten att omvandlingarna drabbat bara liggsidan av malmerna, att de mest Mg-rika om- vandlingszonerna ligger nära det område där metallsulfiderna (d.v.s. malmerna) fällts ut, och att omvandlingszonerna volymsmässigt är väsentligt större än själva malmerna är viktig vid prospek- teringen efter nya sulfidmalmer.

• author: Ripa, Magnus
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Öhlander, Björn, Högskolan i Luleå
• publishing date: 1996
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Geology
• keywords: metamorphic, exhalative, hydrothermal, volcanogenic, skarn, magnetite, galena, sphalerite, Sweden, Bergslagen, Paleoproterozoic, deposit, mineralogy, geochemistry, Petrology, Petrologi, mineralogi, geokemi
• pages: 23 pages
• defense location: Naturgeografiska inst. föreläsningssal, Sölveg. 13
• defense date: 1996-04-26 13:00:00
• external identifiers: other:ISRN: SE-LUNBDS/NBGM:96/1022+23S
• ISBN: 91-86746-20-0
• language: English
• LU publication?: no
• id: aedf8865-f9cd-4563-9c03-10edd2115410 (old id 28371)
• date added to LUP: 2016-04-04 13:53:43
• date last changed: 2018-11-21 21:17:01