Reaktive Transportmodellierung von Lagerstättenbildungen in Sedimentbecken

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Wagner; Privatdozent Dr. Philipp Weis
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521628408

Sedimentgebundene Erzlagerstätten sind wesentliche Ressourcen für Zn, Pb, Cu und kritische Metalle (z.B. In, Ge, Ga), die von strategischer Bedeutung für die Energiewende sind. Metallanreicherungen durch hydrothermale Systeme in Sedimentbecken entstehen durch das perfekte Zusammenspiel von chemischen und physikalischen Prozessen auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen, welche quantitativ nur mit Untersuchungen erklärt werden können, die über die Größe einer Lagerstätte hinausgehen. Numerische Prozessmodelle bieten die Möglichkeit, entscheidende Faktoren der Lagerstättenbildung zu identifizieren und physikalische und chemische Grundvoraussetzungen für die Bildung von weltweit bedeutenden Lagerstätten zu untersuchen, welche für die Exploration hilfreich sein könnten. Maßgebliche Modellentwicklungen der letzten Jahre konzentrierten sich entweder auf thermodynamisch-geochemische Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen oder auf die physische Hydrologie, während sich gekoppelte reaktive Transportmodelle eher auf relativ einfache Systeme beschränkten. In dem vorgestellten Projekt werden wir ein reaktives Transportmodell für Erzlagerstättenbildung in Sedimentbecken entwickeln, welches das geochemische Modell GEMS3 und das Fluidflussmodel CSMP++ nutzt. Dieses gekoppelte Modell wird 1) die Wechselwirkungen zwischen chemischen und physikalischen Prozessen während der Mobilisierung, des Transports und der Ausfällung von Metallen, und 2) die relevanten räumlichen und zeitlichen Skalen für die wirtschaftliche Anreichung von Metallen abbilden können. Dadurch werden wir den Einfluss von Parametern wie Fluidsalinität, Oxidationszustand, pH, Verfügbarkeit von Metallen und Schwefel, Wärmefluss im Sedimentbecken, Topographie, Lithologie, Porenraum und permeable Fließwege auf die Dynamik der Metallanreicherung quantitativ untersuchen. Das Projekt wird mit vereinfachten Konfigurationen beginnen und dann schrittweise die geologische Komplexität erhöhen. Das geochemische Modell GEMS3 kann intern-konsistente Datenbanken für die wichtigsten gesteinsbildenden und metallischen Elemente nutzen. Das Fließmodell CSMP++ kann von einem geodynamischen Modell bereitgestellte, realistische Wärmeflussraten, Gesteinseinheiten und Störungsbahnen abbilden. Wir werden uns primär mit den grundlegenden Bildungsprozessen von sedimentgebundenen Pb-Zb Lagerstätten beschäftigen, aber das Modell wird ein viel weitreichenderes Potenzial für Anwendungen bieten. Das Projekt wird zu den allgemeinen Zielen des Schwerpunktprogramms DOME beitragen, indem es grundlegende Mechanismen der Lagerstättenbildung in einem transdisziplinären Ansatz untersucht, bei dem numerische Methoden weiterentwickelt werden, die unter Verwendung experimentell bestimmter Fluid- und Gesteinseigenschaften die wesentlichen Charakteristika wichtiger Pb-Zn-Lagerstätten erklären werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung - DOME
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. George Miron; Dr. Alina Yapparova