Biomarker: Schlüssel für Lagerstättenbildende Prozesse

Biomarker-Analyse von Bitumen in schichtgebundenen Kupferlagerstätten Nordchiles

In der Nähe von der Stadt Copiapó, Nordchile, gibt es mehrere kleine schichtgebundene Kupferlagerstätten in basaltischen Andesiten, in denen Blasenhohlräume und Spalten mit Bitumen verfüllt sind. Cu-Fe-Sulfidminerale stehen in direktem Zusammenhang mit Bitumen, das noch Biomarker enthält.

Studien an azyklischen und zyklischen Kohlenwasserstoffen zeigen, dass das Bitumen in den Lagerstätten seinen Ursprung hauptsächlich Bakterien, untergeordnet auch Phytoplankton und höheren Pflanzen verdankt. Die organischen Stoffe wurden in einem flachmarinen Milieu abgelagert. Während der Diagenese wandelte sich das marine organische Material unter Einfluss bakterieller Aktivität zu Kerogen (Typ-II) um. Zu Anfang der Katagenese erreichte das Kerogen den für eine Ölfreisetzung mindestnötigen Reifegrad (Vitrinitreflexions-Äquivalent Rc zwischen 0,58 und 0,60%; Freisetzungstemperaturen zwischen 64 und 87 °C). Dieses gering reife Öl verließ das Muttergestein und migrierte mit zusammen mit wässrigen Lösungen (basinal brines) zu den basaltischen Andesiten.

Während der Migration kam es zu Reaktionen bei denen sich azyklische Kohlenwasserstoffe zu einfachen, teilweise schwefelhaltigen, zyklischen Kohlenwasserstoffen umwandelten. Diese Aromatisierung verursachte eine Zunahme der Viskosität des Öls.

In den andesitischen Laven füllte das viskose Öl die primäre (Blasen, alterierte Mineralien) und sekundäre (Gängchen) Porosität der Gesteine und wandelte sich im Laufe der folgenden hydrothermalen Aktivität in Bitumen um.

Ein lokales Cu-Fe-Mineralisationsevent (130-400 °C) verursachte schließlich die thermische Alteration des Bitumens. Die thermische Evaporationsverluste im Bitumen verursachten eine weitere Abnahme der leichten n-Alkane. Eine hohe Schwefelaktivität während der Mineralisation führte zu einer komplexen Aromatisierung der organischen Moleküle und der Bildung von Dibenzothiophenen, Naphthobenzothiophenen und Dinaphthothiophenen.

Schließlich spielte das Bitumen eine aktive Rolle in der Mineralisation. Die Interaktion zwischen den metallhaltigen Fluiden und dem Bitumen verursachte die Ausfällung der Cu-Fe-Sulfide. Dabei wirkte das Bitumen nun als Reduktionsmittel und wurde oxidiert.

Foto: Handstück von bitumenhaltigem basaltischem Andesit aus der Mine „La Culebra“ bei Copiapó, Nordchile. Bitumen füllt Bläschen (1) und Gängchen (2).