Technical Report NTB 90-22

Dieser Bericht behandelt die Isotopendaten der Untersuchungen über hydrothermale Effekte des natürlichen Analogprojektes von Poços de Caldas. Diese Untersuchung soll den Massentransport geeigneter Elemente und Isotope aufgrund der hydrothermalen Mineralisationen und Veränderungen in der Osamu Utsumi-Uranmine erklären, insbesondere im Hinblick auf die Isolation radioaktiven Abfalls im Rahmen des Programms der Vereinigten Staaten für die Entsorgung radioaktiver Abfälle.

Die Untersuchungen konzentrieren sich auf thermische, chemische und hydrologische Eigenschaften des palaeohydrothermalen Systems in einer Schlotbrekzie der Osamu Utsumi-Mine und wurden mit den geochemischen, geochronologischen und petrologischen Untersuchungen an unveränderten Syeniten und Phonoliten der Region verglichen.

Die untersuchten Gesteine der Region haben ein vertikal verlängertes δD-δ¹⁸O-Muster, das möglicherweise auf meteorische Wasser/Gesteins-Wechselwirkungen hinweist. Die Regression von Rb-Sr-Daten im Gesamtgestein der Nephelin-Syenit- und Phonolitproben der Region erbrachten keine Isochrone. Eine interne Isochronen-Regression an abgetrennten Mineralien einer Nephelin-Syenitprobe, die das unveränderte Gestein des Poços de Caldas-Plateaus repräsentieren könnte, lieferte ein Alter von 78 Ma und ein ursprüngliches ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis von 0.70511. Solche mässigen 87Sr/86Sr-Verhältnisse deuten möglicherweise auf einen Ursprung des alkalischen Magmatismus im Mantel unter Einschluss von altem Krustenmaterial mit hohen Rb/Sr-Werten. Die Mantelwerte, die δ¹⁸O­-Werte, welche diejenigen im Mantel übersteigen, scheinen, sofern nicht einzig durch Oberflächenvorgänge bedingt, ebenfalls eine Assimilation von Krustengestein zu erfordern. Sm-Nd-Daten für die regionalen Gesteine definieren keine Isochrone, obwohl die Nephelin-Syenitproben sehr gut mit einer berechneten Modell-Isochrone mit 78 Ma und einem anfänglichen ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-Wert von 0.512359 übereinstimmen. Die regionalen Phonolitproben weichen deutlich von dieser Isochrone ab. Dieses offene Systemverhalten ist wahrscheinlich darin begründet, dass die Phonolitproben ursprünglich unterschiedliche ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-Werte aufwiesen. Aber auch so liegen alle Proben der Region im Trend der Mantel-Charakteristik. Die Lage innerhalb des ε_Nd-ε_Sr­Gebietes deutet auf ein astenosphärisches Quellenmagma vom Typ MORB hin, das auch durch kontinentales eruptives und metamorphes Gestein (z. B. dem präkambrischen Schiefer, der das Poços de Caldas-Plateau umgibt) verunreinigt ist.

Das untersuchte Gestein der Osamu Utsumi-Mine vom F4-Bohrkern zeigt unterschiedliche Grade von hydrothermaler Mineralisation und Metasomatose und von tiefer Verwitterung. Das hydrothermal veränderte Gestein hat eine ziemlich deutliche δD­Verschiebung mit einer nur leichten δ¹⁸O Verschiebung.

Die δD-δ¹⁸O-Tendenz der veränderten Proben von F4, widerspiegelt höchstwahrscheinlich die Variabilität von Temperatur und Wasserdurchfluss und somit von Wasser/Gesteins-Wechselwirkung und Isotopenaustausch im paläohydrothermalen System.

Die Regression von Rb-Sr-Gesamtgesteinsdaten für Teilproben einer Nephelin-Syenit­Xenolith-Probe ergibt ein Alter von 76 Ma und ein ursprüngliches ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis von 0.70530. Aufgrund der deutlichen hydrothermalen und metasomatischen Veränderungen dieser Probe wird das Rb-Sr-Isotopensystem als wieder ausgeglichen angesehen, woraus folgt, dass das Regressionsalter das Alter des hydrothermalen Ereignisses ist. Anhand eines (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)i gegen 1/Sr-Mischdiagrammes sind deutliche Tendenzen für hydrothermale Veränderungen, Mineralisationen und Verwitterung zu erkennen.

Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass die Nephelin-Syenit-Teilproben keine Sm-Nd-Isochrone ergeben, dass sie jedoch sehr gut mit den Berechnungsmodellen für Isochronen von 78 Ma und einem ursprünglichen 143Nd/144Nd-Wert von 0.512365 übereinstimmen. Die Sm-Nd-Isotopendaten zeigen auch eine wahrscheinliche Störung durch hydrothermale, metasomatische Veränderung.

Ein Lamproitgang, der die Zone der hydrothermalen Veränderung in der Osamu Utsumi-Mine durchschneidet, ergibt ein Alter von 76 Ma, also im Wesentlichen das gleiche wie das Rb-Sr-Alter der Nephelin-Syenit-Teilproben.