1. Ziel des Projektes

Das Ziel des Projektes WISTAMERZ bestand in der Entwicklung und Anwendung neuer Verfahren zur Perspektivitätsprognose großer Territorien auf seltene und wirtschaftsstrategische Hochtechnologiemetalle (WHTM, wie z.B. Ga, Ge, In, Li, Sb, Se, Sn, Ta, Te, W) am Beispiel des Erzgebirges. Aufbauend auf einer Kombination von Methoden zur Gewinnung von Neudaten, deren Integration mit vorhandenen Informationen, der Weiterentwicklung von metallogenetischen Modellvorstellungen und der Entwicklung von neuen Auswerteverfahren (neuronale Netze, andere daten- und wissensbasierte Verfahren) sollte eine neue Stufe der Datenintegration und Prognosegenauigkeit erzielt werden. Die Vorstellungen zur Metallogenie des Erzgebirges waren hinsichtlich der stofflichen Inhalte (insbesondere auch WHTM) und der räumlichen Verbreitung der Mineralisationen sowie deren zeitlicher Entwicklung und genetischer Interpretation substanziell zu vertiefen und abschließend in einer neuen metallogenetischen Karte darzustellen. Aufbauend darauf sollten Prospektions- und Bewertungskriterien als Grundlage für die Ausweisung neuer Höffigkeitsflächen ermittelt werden.

Das Projekt wurde im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert (FKZ: 033R133A).

Für die traditionell im Erzgebirge gewonnenen Metalle wie z.B. Sn, W, Pb, Zn liegt eine Großzahl von Untersuchungsergebnissen insbesondere aus der Zeit von 1945 – 1990 vor. Diese meist nicht veröffentlichten Daten sind im Wesentlichen über das Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie verfügbar. Dazu gehören u.a. geologische, geochemische und geophysikalische Karten, Bohrungsdaten, Berichte und Dokumentationen. Über einen weiteren umfangreichen Datenbestand verfügt die Wismut GmbH.

• Laufende Kommunikation zwischen mobilen Komponenten und Serversystem zur Datensicherung
• Verlinkung mit den analytischen Daten,
• Aufbau der GIS-Komponente des Systems mittels ArcGIS

• Veröffentlichung einer vereinfachten Version der Daten auf der Webseite https://rohstoffe-erzgebirge.de/ mittels ArcGIS Server.

• • Darstellung wesentlicher Datengrundlagen und Fakten: Geologie, Geochemie, Geophysik, Tektonik, Rohstoffe,
  • Vermittlung der zeitlichen Abfolge der Entwicklung der Mineralisationen,
  • Darstellung der wichtigsten Metallotekte,
  • Darstellung der perspektiven Flächen ausgewählter Rohstoffe,

• Erstellung des kartographischen Konzeptes: 
  • Übersichtlichkeit des Kartenbildes,
  • Einfache Darstellung,
  • Illustration der metallogenetischen Entwicklung mit einprägsamen Schemata,
  • Darstellung von Datengrundlagen und Zusammenhängen.

Die Zone mit den bevorzugt stratiformen Metallanreicherung zieht sich über eine Entfernung von mehr als 140 km von WSW nach ENE über das Erzgebirge. Dabei wird sie von mehreren Granitintrusionen unterbrochen, welche ihrerseits ein stark lagerstättenbildendes Potenzial haben (Teilplutone des West- und Mittelerzgebirges und des Erzgebirgsnordrandes).

Während des späten Proterozoikums und Kambriums lagerten sich am aktiven Kontinentalrand von Gondwana turbiditische Sedimente mit Einschaltungen von Karbonaten und Vulkaniten ab. Sie wurden im gleichen Zeitraum von granitoiden Batholithen intrudiert. Kohlenstoffhaltige Sedimente wirken in späteren Entwicklungsetappen als geochemische Fallen für die Bildung von Vererzungen der Metalle Ag, Pb, Zn, Sb und U. Möglicherweise gab es bereits erste stratiforme und auch diskordante Metallanreicherungen von Fe, As, Sb, Ag, ±Au, welche später metamorphosiert wurden.

8.3 Der passive Kontinentalrand: 470 – 360 Mio Jahre

Im Altpaläozoikum bildete sich nach einer plattentektonischen Umstellung ein back-arc Rift mit passiven Kontinentalrändern aus. Es kam zur Ablagerung von turbiditischen pelitischen Sedimenten mit Einschaltungen von Karbonaten, Quarzsandsteinen und Konglomeraten. am Nordrand Gondwanas abgelagert. Bimodaler Vulkanismus und hydrothermale Aktivitäten führten zur Ablagerung sulfidischer und oxydischer Metallanreicherungen. Möglicherweise existierten auch seifenartige Bildungen. Je nach Bedingungen bildeten sich synsedimentäre Anreicherungen verschiedenster Metalle, wie  Fe, Zn, Cu, Sn, W, Co, Bi, Sb, Ag, Au in durchaus lithologisch differenzierten Nebengesteinen.

8.4 Die varistische Orogenese: 340 – 330 Mio. Jahre

Das varistische Orogen bildete sich durch Kollision von Gondwana und Laurussia. Der Peak der Metamorphose liegt bei 340 Mio. Jahren. Der bei etwa 330 Ma erfolgte Kollaps des Orogens und dessen nachfolgende Exhumierung erzeugten weitestgehend die heute zu beobachtende Stapelung der paläozischen Metasedimente, die ihrerseits einen  wech­selnden Metamorphosegrad aufweisen. Die metallhaltigen Sedimente verwandelten sich in verschiedenste stratiforme Mineralisationen inkl. der metamorphogenen Skarne, der Sulfidlager und der Zinnlager.

8.5  Das Stadium des späten Orogens: 325 – 290 Mio Jahre

Die wichtigste Phase der Intrusion varistischer Granite lag zwischen 325 und 315 Mio Jahre, weniger bedeutende Nachphasen zogen sich bis ca. 290 Mio Jahre hin. Die aufsteigenden fluidreichen granitischen Schmelzen assimilierten die metallreichen Metasedimente und verteilten diese sowohl innerhalb des Intrusivs als auch in seinem Apikalbereich um. Die bekannten hochthermalen Lagerstätten der Metalle Sn, W, Li mit teilweise reichen polymetallischen Komponenten (Fe, Cu, Zn, Pb, Sb, Bi, Co, Au) bildeten sich in geeigneten Strukturen wie Granitaufwölbungen und deren Flanken, in Störungen und Brekzienzonen. Hydrothermal-metasomatische Prozesse überprägten die bereits existierenden stratiformen Lagerstätten und führten zu weiteren Anreicherungen insbesondere in geeigneten Lithologien und Strukturen.

8.6 Das Übergangs- und Plattform-Stadium: 290 – 70 Mio Jahre

Vom Perm bis in die Kreide wird das konsolidierte Gebirge vor allem durch NW-SE streichende regionale Störungssysteme in mehrere tektonische Blöcke gegliedert. Daran gekoppelte Wärmedome initiieren während des Übergangsstadiums die Bildung verschiedener Generationen metallführender Hydrothermalsysteme. Ganggebundene und stratiforme Vorkommen der Rohstoffe Fluorit, U, As, Sn, Cu, Pb, Zn, Au, Ag bilden sich durch die Umlagerung aus bereits vorhandenen Mineralvorkommen in reaktivierten Bruchstrukturen und lithologisch/geochemischen Fallen bei zunehmendem Einfluss gering aufgeheizter Verwitterungslösungen. Die Abnahme der tektonischen und thermischen Aktivitäten führt zum langsamen Ausklingen der endogenen Aktivitäten bis zum Oberen Perm (257 Mio Jahre). Endogene Mineralisationen sind danach erst wieder ab dem beginnenden tertiären Riftstadium nachweisbar. Während des Cenomans und Turons ist das Bearbeitungsgebiet teilweise von fluviatilen und flachmarinen Ablagerungen bedeckt. Bekannt sind einige kretazische Au- und Sn-Seifenvorkommen im Osterzgebirge. 

8.7 Das Rift-Stadium: 70 – 0 Mio Jahre

Die Hebung des Erzgebirges und die Öffnung des Eger-Rifts werden von der Reaktivierung von Störungen, die Bildung von Wärmedomen und lokalem basisch-alkalischen Vulkanismus begleitet. Diese Prozesse führten zur Bildung neuer Mineralisationen auf meist schon alt angelegten Störungssystemen. Wichtige Rohstoffe dieses Entwicklungsstadiums sind Baryt, Fluorit, U, Co, Ni, Ag, Bi, Sb, Se, Te. Tertiäre fluviatil-klastische Anreicherungen von Sn führten zu lokal bescheidenen Bergbauaktivitäten.

9. Ausweisung von Rohstoffpotenzialflächen

Im Erzgebirge wurden über Jahrhunderte, wenn nicht Jahrtausende, die jeweils verwertbaren Rohstoffe intensiv gewonnen. Die Wurzeln des Bergbaus reichen möglicherweise bis in die Bronzezeit (Zinn für die Himmelsscheibe von Nebra) zurück. Während des Mittelalters und in der Neuzeit wurden in verschiedenen Etappen die jeweils benötigten  Rohstoffe wie Ag, Sn, Cu, Co, Pb, As, Zn, U, Fe, Au und Spate aus den bekannten Lagerstätten und aufbereitbaren Erztypen gewonnen. Aufgrund der zeitlich stark wechselnden Anforderungen und vor allem des erheblichen Erkenntnisfortschrittes wurden neue genetische Lagerstättentypen und Ressourcen in größeren Teufen erkannt, welche das Rohstoffpotenzial erheblich erweitern. So wurde in der Zeit nach 1945 das enorme Ausmaß der Uranlagerstätten, die Bedeutung der tiefreichenden Lagerstätte Gottesberg (Sn, Polymetalle) nachgewiesen und die Bedeutung der polymetallischen Skarne (Sn, In, W, Zn) des Westerzgebirges entdeckt. Auch die Auffindung eines völlig neuen Zinnerztypes nördlich von Freiberg (Felsithorizont/Felsitzone) ist von wesentlicher Bedeutung.

Im Rahmen des Projektes WISTAMERZ wurde das hohe Potenzial der prämetamorphen Metallanreicherungen in Metasedimenten (Sn, W, Cu, Co, Bi, Sb, Au) erkannt. Dementsprechend können Perspektivitätsflächen für die verschiedenen genetischen Lagerstättentypen und Metalle auch unter größerer Bedeckung ausgewiesen werden, wenn die dafür erforderlichen metallogenetischen (stofflichen und geologisch/tektonischen Rahmenbedingungen) gegeben sind. Die Ergebnisse der neuen Bachsedimentprospektion leisten dazu einen erheblichen Beitrag.

Die WHTM konzentrieren sich häufig in Lagerstätten anderer Metalle mit einem wesentlich höheren Lagerstättenbildungspotenzial. Die darauf aufbauende Prospektionsstrategie ist dementsprechend ausgerichtet auf:

• die Suche von Objekten mit hohen Anreicherungen von Fe, Zn, Sn, W, Cu, Pb, Ag,
• in Kombination mit Anreicherungen von Bi, Sb, Se, Li, In.  

Da man davon ausgehen kann, dass sämtliche bedeutenden ausstreichenden Mineralisationen der jeweils bekannten Lagerstättentypen gefunden wurden, sind heute insbesondere folgende Situationen von Interesse:

• ausstreichende kleinere Mineralisationen der historisch bekannten und genutzten Lagerstättentypen mit unbekannter Teufenreichweite (z.B. Greisen im Eibenstocker Granit, Sn-Sulfidgänge des Osterzgebirges),
• Lagerstättentypen, welche bisher nicht als potenziell bauwürdig erkannt wurden  (Zinn- und Sulfidlager in Metasedimenten),  
• Lagerstättentypen, welche aufgrund (heute überholter) metallogenetischer Modelle nicht attraktiv für weitere Untersuchungen waren (z. B. Greisenstöcke in großen Granitintrusionen),  
• Lagerstättentypen, welche der oberflächigen Verwitterung ausgesetzt sind, schnell oxydieren, morphologisch wenig in Erscheinung treten und deshalb  schwer zu erkennen sind (Zinn- und Sulfidlager in Metasedimenten),
• Bereiche über tiefer liegenden verdeckten Intrusionen innerhalb der jetzt bekannten metallogenetischen Zonen (z.B. Erzgebirgsnordrand).

Die Ausweisung von Rohstoffpotenzialflächen erfolgte mittels des Verfahrens der künstlichen neuronalen Netze implementiert in der advangeo® Prediction Software. Der Workflow ist in der folgenden Abbildung dargestellt. 

Dabei werden bekannte Mineralisationen des entsprechenden Typs (abhängige Variable) als Trainingsdaten verwendet und im Kontext der flächenhaft verfügbaren geologischen, geochemischen und geophysikalischen Daten analysiert. Im Ergebnis entstehen Prognosekarten, welche das Rohstoffpotenzial in einer Farbskala visualisieren.

Die lithologisch kontrollierten Sn-Vorkommen beinhalten insbesondere noch folgende Rohstoffe: Fe, Zn, In, Ag, W. Sie haben im Erzgebirge eine sehr weite Verbreitung und erstrecken sich offensichtlich über der verdeckten Granitintrusion des Erzgebirgsnordrands bis nördlich Freiberg. Möglicherweise steht der Felsithorizont im Zusammenhang mit diesen Bildungen.

Die strukturell kontrollierten Sn-Vorkommen beinhalten insbesondere alle granitkontrollierten Greisenvorkommen (z.B. in Aplit- und Porphyrgängen, Explosionsbrekzien, Gängen) und sind im Dach von Intrusionen und Kleinintrusionen sehr weit verbreitet. Das Potenzial kann insbesondere im Bereich der vererzten Explosionsbrekzien (z.B. Gottesberg) beträchtlich sein. Lagerstätten diesen Typs können eine große Vielfalt anderer Metalle beinhalten (Cu, Bi, Pb, Zn, Ag, In).

Die Lage der bedeutenden Flussspatvorkommen ist ausschließlich bruchtektonisch kontrolliert. Die entsprechenden Vorkommen sind fast ausschließlich an bedeutende, mehr oder weniger NW-SE verlaufende Bruchstrukturen gebunden.

Diejenigen Mikroelemente mit den größten Unterschieden (arithmetischer Mittelwert/ Medianwert>1,5), wie z.B. W, Bi, Sn, Au, Ag, In, U, As, Rb, Cs, Cd, Sb, Mo, Ba, Hg weisen die deutlich höchsten Potenziale für die Lagerstättenbildung aus, während Elemente mit einem entsprechenden Verhältnis nahe 1 kein Lagerstättenpotenzial besitzen, wie z.B. Ga, Ge, seltene Erden.

Auch unter Berücksichtigung der ermittelten absoluten Gehalte der Elemente in Bachsedimenten und Erzen, besteht im Untersuchungsgebiet ein deutliches Potenzial für die Lokalisierung von Vorkommen der Metalle Bi, In, Li, Sb meist im Verbund mit anderen Metallen (meist Fe, Zn, Sn, W). Die entsprechenden Metallanreicherungen finden sich in sehr unterschiedlichen genetischen Lagerstättentypen: Greisen und hochthermale Bildungen, stratiforme metamorphosierte/metamorphogene/kontaktmetamorphe Mineralisationen in Metasedimenten.

Die geochemischen Daten zum Ta weisen darauf hin, dass dieses Metall offensichtlich als Nebenkomponente in einigen Sn-Li-Lagerstätten des Osterzgebirges auftreten kann.

Für das Auffinden nennenswerter Mineralisationen der Metalle Ga, Ge und SEE besteht dagegen kein Potenzial.

Größere Vorkommen der WHTM Sn, W, In, Cu, Co, Bi, Sb, Au werden sich vor allem im Bereich der stratiformen Metallanreicherungen (Abbildung 41) und der größeren Stockwerklagerstätten (Gottesberg, Lagestätten des Osterzgebirges) mit dem entsprechenden Ressourcenpotenzial finden.

Das Ressourcenpotenzial der vergleichsweise kleinen, aber häufig hochgradigen und leicht aufbereitbaren hydrothermalen Gangmineralisationen dürfte eher gering sein. Auch waren diese Minera­lisationen in der Vergangenheit Gegenstand intensiven Bergbaus und sind deshalb im oberflächennahen Bereich bereits weitestgehend abgebaut.