Zur Herkunft des Quarzzements. Abschätzung der Quarzauflösung in Silt- und Sandsteinen

ZusammenfassungDie Kieselsäure des Quarzzementes von Sandsteinen stammt wahrscheinlich zum größten Teil von aufgelöstem Quarz, und zwar1.aus den benachbarten Silt- und Tonsteinen. An Sand- und Siltsteinen des Mittelrhät und des Dogger beta aus Bohrungen NE von Hannover sowie an Konkretionen devonischen bis oberkretazischen Alters wurde festgestellt,a)daß die Quarzkörner in Siltlagen flacher und dadurch um ca. 35 % reduziert sind gegenüber gleichgroßen Quarzen im begleitenden Sandstein,b)daß von dem ursprünglichen, nur in Konkretionen konservierten Quarzgehalt 10 bis 50 % in den umgebenden Silt- und Tonsteinen aufgelöst sind.2.aus den Sandsteinen selbst, von Stylolithen. Dies konnte anhand von Glimmeranreicherungen quantifiziert werden. Die Amplitude der Stylolithen ist teufenabhängig.Es ist wahrscheinlich, daß die SiO2-Zufuhr aus tonigen Nebengesteinen in einem früheren Stadium der Diagenese geschah, als noch ein kräftiger Kompaktionsstrom für Transport und gleichmäßige Verteilung der gelösten Kieselsäure sorgte. Eine Abschätzung ergibt, daß durch Tonmineralumwandlungen nur etwa 1/10 der durch Quarzauflösung im Tongestein freigesetzten Kieselsäure bereitgestellt wurde. Die SiO2-Umlagerung im Sandstein selbst geschah später und im wesentlichen durch lokale Diffusion.AbstractThe origin of quartz cement in sandstones can be attributed to supplies (1) from the surrounding shales, and (2) to a lower degree from dissolution of quartz on stylolites within the sandstones. A supply from the surrounding shales, which has been shown by the porosity decrease near the upper and lower surfaces of different sandstones (Füchtbauer, 1974), can be explained by the following observations in Upper Triassic and Middle Jurassic sandstones and siltstones of Northern Germany as well as in concretions of Devonian to Upper Cretaceous age from different localities:a)Quartz grains in silt layers are flattened by dissolution compared with quartz grains of the same size in the adjacent sandstones, the amount of shrinking being about 35 percent (fig. 1).b)Concretions prevent the enclosed insoluble residues from diagenesis. The main difference between the concretions and the adjacent shale of 31 occurrences examined is the quartz content, which is by 10–50 percent lower in the adjacent shale, due to diagenetical dissolution (fig. 2).It is suggested that the dissolved silica was brought to the sandstones by the compaction stream of interstitial water percolating through the rock sequence, and that the sandstones acted as sinks triggering the dissolution. Only a small amount of silica, about 10 percent of the silica from dissolved quartz, is provided by the transition montmorillonite — illite. Both sources together would be able to explain the precipitation of 20 percent quartz cement in a sequence composed of 1/3 sandstones and 2/3 shales.In the sandstones mentioned above stylolites can be observed (fig. 3), the amplitudes of which increase from 0,5–1 mm to 2–5 mm with increasing depth, between 1300 and 2600 metres.The real amount of dissolution on each stylolite — about 4 mm — has been calculated using large mica which were collected by the stylolites from the adjacent sandstone. Using this figure, the decrease of porosity in the sandstones shown in fig. 4 can be quantitatively explained by the frequency of stylolite intercalations. It is suggested that this process, which was due to local diffusion, occurred late in diagenesis, when the compaction stream was already insufficient to move large quantities of silica.RésuméLa silice du ciment des grès provient vraisemblablement en grande partie de la dissolution de quartz, soit1.des argilites voisines ± silteuses. Des analyses de grès et de silts du Rhétien moyen et du Dogger beta — provenant de forages au NE de Hannover — ainsi que de concrétions du Dévonien jusqu'au Crétacé supérieur ont montré que:a.les grains de quartz dans les lits silteux sont plus aplatis que les quartz de mÊme granularité dans les grès voisins. Leur volume a aussi été réduit de 35 %.b.La teneur en quartz a été conservée dans les concrétions, tandis qu'elle a été réduite de 10–50 % dans les argilites voisines.2.La silice proviendrait des grès eux-mÊmes où elle a été libérée le long des stylolites. On a pu évaluer quantitativement cet effet à partir de l'enrichissement en mica. L'amplitude des stylolites augmente avec la profondeur.L'apport de SiO2 á partir de roches argileuses avoisinantes se serait produit lors d'un stade relativement précoce de la diagenèse, quand des solutions de compaction assuraient encore un transport important et une répartion homogène de la silice dissoute. Une évaluation a montré que la transformation des minéraux argileux n′ a donné que 1/10 de la silice libérée dans l'argilite par dissolution de quartz. La redistribution de SiO2 dans les grès eux-mÊmes' est faite plus tard et surtout par diffusion locale.кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕкАк кРЕМНЕВАь кИслОт А, тАк И ЕЕ цЕМЕНт В пЕс ЧАНИкАх ОБРАжОВАлИсь ВЕРОьт НЕЕ ВсЕгО Иж ЧАстИЧНО РАстВОРЕНН ОгО кВАРцА И ИМЕННО:1.Иж сОсЕДНЕгО тОНкОжЕ РНИстОгО пЕскА И тОНш тЕИНОВ. В пЕсЧАНых пОРОДАх И тО НкОжЕРНИстОМ пЕскЕ сРЕДНЕгО РЁтА И ДОггЕРА БЕтА Иж БУРОВ ОИ скВАжИНы НА сЕВЕРО-ВОстОкЕ От гАННОВЕРА И кОНкРЕцИ ьх ДЕВОНскОгО ДО ВЕРх НЕМЕлОгО ВОжРАстА УстАНОВИлИ:А)ЧтО жЕРНА кВАРцА В пР ОслОИкАх тОНкОжЕРНИ стОгО пЕскА УплОЩЕНы И пОЁтОМУ пР ИМЕРНО НА 35 % тОНьшЕ пО сРАВНЕН ИУ с тАкИМИ жЕ жАРНАМИ кВАРцА Иж жАлЕгАУЩЕгО РьДОМ пЕ сЧАНИкА.Б)ЧтО НАЧАльНОЕ, сОхРА НИВшЕЕсь тОлькО В кОН кРЕцИьх кОлИЧЕстВО кВАРцА, РА стВОРЕНО НА 10–50 % В тОНкОжЕРНИЧтО М пЕскЕ И тОНштЕИНАх.2.Иж сАМОгО пЕсЧАНИкА, И ж стИлОлИтОВ. кОлИЧЕс тВЕННыЕ ОпРЕДЕлЕНИь пРОВЕлИ жДЕсь НА ОсНОВАНИИ ОБОгАЩЕ НИь слУДОИ. 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Field of study: Environmental science