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Mineral, fluid and thermal evolution in veins from late orogenic coal basins of the Cantabrian Zone (Variscan, NW Spain) [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Fernando Ayllón

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MINERAL, FLUID AND THERMAL EVOLUTION INVEINS FROM LATE OROGENIC COAL BASINS OF THECANTABRIAN ZONE (VARISCAN, NW SPAIN)INAUGURAL-DISSERTATIONzurErlangung der DoktorwürdederNaturwissenschaftlich-Mathematischen GesamtfakultätderRuprecht-Karls-UniversitätHeidelbergvorgelegt vonLdo. Geología Fernando Ayllónaus Santander (Spanien)-2003-Gutachter 1: Priv. Doz. Dr. Laurence N. WarrGeologisch-Paläontologisches Institut, Ruprecht-Karls-Universität,Im Neunheimer Feld 234, D-69120, Heidelberg, DeutschlandGutachter 2: Univ. Ass. Dr. Ronald J. BakkerInstitut für Geowissenschaften, Abt. Mineralogie und Petrologie, Montan-UniversitätLeoben, Peter-Tunner Str. 5, A-8700, Leoben, ÖsterreichTag der Promotionsprüfung: 2003View to the east of the Ciñera-Matallana coal basin from the summit of Alto La Peña (Llombera)“There is no problem so awful that you can’t add some guilt to it and make it even worse!”Bill Watterson, “Calvin and Hobbes”“It is a popular delusion that the scientific enquirer is under an obligation not to go beyondgeneralisation of observed facts...

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Published 01 January 2003
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Language English
Document size 6 MB

MINERAL, FLUID AND THERMAL EVOLUTION IN
VEINS FROM LATE OROGENIC COAL BASINS OF THE
CANTABRIAN ZONE (VARISCAN, NW SPAIN)
INAUGURAL-DISSERTATION
zur
Erlangung der Doktorwürde
der
Naturwissenschaftlich-Mathematischen Gesamtfakultät
der
Ruprecht-Karls-Universität
Heidelberg
vorgelegt von
Ldo. Geología Fernando Ayllón
aus Santander (Spanien)
-2003-Gutachter 1: Priv. Doz. Dr. Laurence N. Warr
Geologisch-Paläontologisches Institut, Ruprecht-Karls-Universität,
Im Neunheimer Feld 234, D-69120, Heidelberg, Deutschland
Gutachter 2: Univ. Ass. Dr. Ronald J. Bakker
Institut für Geowissenschaften, Abt. Mineralogie und Petrologie, Montan-Universität
Leoben, Peter-Tunner Str. 5, A-8700, Leoben, Österreich
Tag der Promotionsprüfung: 2003View to the east of the Ciñera-Matallana coal basin from the summit of Alto La Peña (Llombera)
“There is no problem so awful that you can’t add some guilt to it and make it even worse!”
Bill Watterson, “Calvin and Hobbes”
“It is a popular delusion that the scientific enquirer is under an obligation not to go beyond
generalisation of observed facts...but anyone who is practically acquainted with scientific
work is aware that those who refuse to go beyond the facts, rarely get as far”
Thomas Henry Huxley
“Truth in science can be defined as the working hypothesis best suited to open the way to
the next better one”
Konrad LorenzPara Ana,
por mantener siempre viva mi ilusiónACKNOWLEDGEMENTS
I would like to thank in these lines all the people who in many different ways have made
this work possible and these four years of life in Heidelberg a wonderful experience.
In first place to my supervisors Laurence Warr and Ronald Bakker for their support,
friendship and interest in this project. Above all for the many interesting discussions in
which I have learnt so much about science and many other things. They have been a
constant example of dedication to work and they are responsible for any good that this
thesis may contain and for none of the mistakes.
To those who have helped in the completion of the work. To Ramón Valle for making
the most fortunate telephone call. To Martin Feely for giving the best recommendation. To
Covadonga Brime, Fernando Álvarez, Susana García and Fernando Bastida for their trust,
help and good advice in the initial stages of the work, always the most difficult ones. To the
DFG Graduierten Kolleg Program 273 “Fluid-Rock Interaction” for the three years of funding.
To Odile Wallerath for preparing all my samples. To Michael Joachimski for measuring the
stable isotopes of my carbonates and showing me Erlangen. To all the people of the
Mineralogy Department at the University of Leoben for their friendliness, interest and fruitful
discussions during my three long stays in Austria: Larryn, Johann, Oskar, Eugen, Harry,
Paolo, Alistair and Kreshimir. To Roswitha Marioth for reading and correcting the final
version of the manuscript.
To all the personal, undergraduates and PhD students at the Geological Institute
for all those shared happy moments. My roommates: Kai, Karsten and Thomas. And Hei-
ko, Anja, Michael, Axel, Jana, Birgit, Gesine, Christina, Fabio, Jochen, Bernd, Agnes,
Helga, Rainer, Edilma, Jens, Oliver, Claudia, Rike, Utz, Joe, Frank, Marcelo, Gerson,
Martin, Aung Moe, Jörn and Peter. Zbynek, Marta, Francis and Juan deserve special
mention, simply for being so great.
To my flatmates Christian and Myriel for making my life at home easy and pleasant.
To the “football gang”: Andreas, Eichkorn, Martin, Mathias, Alex, Sven, Gayus, Gregor and
many others... for reminding me each Monday that there is more to life than just work. To
other friends who have helped in different moments: Verena, Nils, Carlo, Oliver, Pedro,
Heiko and Karine, Oscar, Bet, Berta and Rocío. To the best brotherhood of old friends
from Santander, who always kept in touch and never doubted that I would get it finished:
Javier, Ángel, Roberto, Saúl y Jose Antonio.
And last but not least to my parents, Fernando and Amparo, and my sister Sarito for
their unconditional support, for phoning everyday and for always being there when I needed
them most.AGRADECIMIENTOS
Quisiera en estas líneas agradecer a todos aquellos que de muy diversas maneras han
contribuido a hacer posible este trabajo y a que mis cuatro años de vida en Heidelberg
hayan sido una experiencia inolvidable.
En primer lugar a mis supervisores Laurence Warr y Ronald Bakker por su apoyo,
amistad e interés en este proyecto. Sobre todo por las muchas discusiones en las que
tanto he aprendido sobre ciencia y otras muchas cosas. Ellos han sido un constante
ejemplo de dedicación al trabajo y son responsables de los aciertos que esta tesis pueda
contener y de ninguno de sus errores.
A la gente que ha ayudado en la consecución del trabajo. A Ramón Valle por hacer
la llamada telefónica más oportuna. A Martin Feely por dar la mejor recomendación. A
Covadonga Brime, Fernando Álvarez, Susana García y Fernando Bastida por su confianza,
ayuda y consejos en las etapas iniciales de este trabajo, siempre las más difíciles. Al
Programa del DFG, Graduiertenkolleg 273 “Fluid-Rock Interaction” por los tres años de
beca y financiación. A Odile Walerath por preparar todas mis muestras. A Michael M.
Joachimski por medir los isótopos de mis carbonatos y mostrarme Erlangen. A la gente
del departamento de Mineralogía de la Universidad de Leoben, por su simpatía, interés y
fructíferas discusiones durante mis tres largas estancias en Austria: Larryn, Johann, Os-
kar, Eugen, Harry, Paolo, Alistair y Kreshimir. A Roswitha Marioth por leer y corregir la
versión final del manuscrito.
A todo el personal, estudiantes y doctorandos del Instituto de Geología por todos
los buenos momentos compartidos. Cada uno sabe lo que le toca. Mis compañeros de
despacho: Kai, Karsten y Thomas. Y Heiko, Anja, Michael, Axel, Jana, Birgit, Gesine,
Christina, Fabio, Jochen, Bernd, Agnes, Helga, Edilma, Jens, Oliver, Claudia, Rike, Utz,
Joe, Frank, Marcelo, Gerson, Martin, Aung Moe, Jörn y Peter. Zbynek, Marta, Francis y
Juan merecen mención aparte simplemente por ser así de geniales.
A mis compañeros de piso Christian y Myriel, por hacerme fácil y agradable la vida
en casa. A la entrañable “banda del futbol”: Andreas, Eichkorn, Martin, Mathias, Alex,
Sven, Gayus, Gregor y otros muchos..., por recordarme cada lunes que la vida consiste
en mucho más que el trabajo. A otros amigos que también han ayudado en distintos
momentos: Verena, Nils, Carlo, Oliver, Heiko y Karine, Pedro, Oscar, Bet, Berta y Rocío.
A la mejor cofradía de amigos de Santander, que mantuvieron el contacto y nunca dudaron
de que conseguiría terminar: Javier, Ángel, Roberto, Saúl y Jose Antonio.
Y por último a mis padres, Fernando y Amparo, y a mi hermana Sarito por su apoyo
incondicional, por llamar cada día y por estar siempre ahí cuando lo he necesitado.DANKSAGUNG
An dieser Stelle möchte ich allen danken, die auf verschiedenen Wegen diese Arbeit
ermöglicht haben und mir die vier Jahre in Heidelberg unvergesslich machten.
In erster Linie meinen Betreuern Laurence Warr und Ronald Bakker für ihren Rück-
halt, ihre Freundschaft und ihr Interesse an diesem Projekt. Vor allem für die vielen Dis-
kussionen, durch die ich so viel über Wissenschaft und vieles mehr gelernt habe. Sie sind
für den Erfolg und nicht für die Fehler dieser Arbeit verantwortlich.
An alle, die zum direkten Erfolg dieser Arbeit beigetragen haben. Ramón Valle, der
den wichtigsten Telefonanruf tätigte und Martin Feely für die beste Empfehlung. Covadonga
Brime, Fernando Álvarez, Susana García und Fernando Bastida für ihr Vertrauen, Hilfe
und Ratschläge während der Anfänge dieser Arbeit, die immer am schwierigsten sind.
Dem DFG Graduiertenkolleg Programm 273 “Einwirkung fluider Phasen auf Locker- und
Festgesteine” für die dreijährige Finanzierung meiner Arbeit. Odile Wallerath für die Anfer-
tigung aller meiner Proben. Michael M. Joachimski für die Isotopenmessungen der
Karbonatproben und die Führung durch Erlangen. Den Mitarbeitern der Abteilung Minera-
logie und Petrologie der Montan Universität Leoben für ihre Sympathie, Interesse und
fruchtbaren Diskussionen während meiner drei langen Aufenthalte in Österreich: Larryn,
Johann, Oskar, Eugen, Harry, Paolo, Alistair y Kreshimir. Roswitha Marioth für die Durch-
sicht meiner Arbeit.
An das ganze Personal, den Studenten und Doktoranden des Geologisch-Paläon-
tologischen Institutes für die schöne gemeinsame Zeit. Meinen Zimmerkollegen: Kai, Car-
sten und Thomas. Heiko, Anja, Michael, Axel, Jana, Birgit, Gesine, Christina, Fabio, Jo-
chen, Bernd, Agnes, Helga, Edilma, Jens, Oliver, Claudia, Rike, Utz, Joe, Frank, Marcelo,
Gerson, Martin, Aung Moe, Jörn und Peter. Zbynek, Marta, Francis und Juan möchte ich
erwähnen, da sie so genial sind.
Meinen Mitbewohnern Christian und Myriel, weil sie mir das Leben zuHause ein-
fach und bequem gemacht haben. Der Fussballgang: Andreas, Eichkorn, Martin, Matthi-
as, Alex, Sven, Gayus, Gregor und vielen anderen, die mich jeden Montag daran erinnert
haben, dass es im Leben noch mehr gibt, als nur Arbeit. Den Freunden, die mir in ver-
schiedensten Momenten geholfen haben: Verena, Nils, Carlo, Oliver, Heiko und Karine,
Pedro, Oscar, Bet, Berta und Rocío.Meinen besten Freunden in Santander, die mit mir in
Verbindung blieben und nie daran zweifelten, dass ich jemals fertig werde: Javier, Ángel,
Roberto, Saúl y Jose Antonio.
Zuletzt möchte ich meinen Eltern, Fernando und Amparo, sowie meiner Schwester
Sarito für ihre bedingungslose Unterstützung und ihre täglichen Anrufe danken und dafür,
dass sie immer für mich da waren.a) ich erkläre hiermit, daß ich die vorgelegte Dissertation selbst verfaßt und mich dabei
keiner anderen als der von mir ausdrücklich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient
habe,
b) ich erkläre hiermit, daß ich keiner anderen Stelle ein Prufüngsverfahren beantragt
bzw. die Dissertation in dieser oder anderer Form bereits anderweitig als Prüfungsarbeit
verwendet oder einer anderen Fakultät als Dissertation vorgelegt habe.
Heidelberg, den 17/02/2003Contents
CONTENTS
ABSTRACT
LIST OF ABBREVIATIONS
CHAPTER 1: INTRODUCTION
1.1. THEME, OBJECTIVES AND STRUCTURE OF THE WORK 1
1.2. FLUID-ROCK INTERACTION AND STEPHANIAN BASINS IN THE
CANTABRIAN ZONE 4
1.2.1. Geology and thermal evolution of the Cantabrian Zone 4
1.2.2. Thermal “anomalies” in Stephanian rocks 6
1.2.3. Significance of fluids in the thermal evolution of the
Cantabrian Zone 6
1.2.4. Associated projects at the University of Heidelberg 8
CHAPTER 2: GEOLOGICAL SETTING AND FIELD RELATIONS
2.1. INTRODUCTION 9
2.2. SABERO BASIN 9
Stratigraphy 9
Structural outline 10
2.3. CIÑERA-MATALLANA BASIN 12
Stratigraphy 12
Structural outline 13
2.4. IGNEOUS ROCKS 15
2.4.1. Diorite intrusions 15
2.4.2. Pyroclastic tonsteins 16
2.5. PALAEOTHERMAL CONDITIONS 17
2.6. VEIN OCCURRENCE IN THE STEPHANIAN ROCKS 18
CHAPTER 3: ANALYTICAL METHODS
3.1. PETROGRAPHY 25
3.1.1. Transmitted and reflected light microscopy 25
3.1.2. Carbonate staining 25
3.1.3. Cathodoluminescence 26Contents
3.1.4. SEM imaging and EDX identification 26
3.2. FLUID INCLUSIONS 28
3.2.1. Microthermometry 28
3.2.2. Raman Microspectrometry 31
3.2.3. Combined Raman and microthermometry 32
3.2.4. Thermodynamic calculations and computer programs 32
3.3. X-RAY DIFFRACTION (XRD) 33
Powder preparates 33
Texture preparates 34
Kaolin polytype identification 34
3.4. STABLE ISOTOPE ANALYSIS 34
Principles 34
Analytical procedure 35
CHAPTER 4: VEIN MINERALOGY AND TEXTURAL RELATIONS
4.1. VEINS IN CLASTIC SEDIMENTARY ROCKS 37
4.1.1.Mineral phases 37
Quartz (qtz1) 37
Saddle dolomite (dolm) 37
Ferroan blocky calcite (cal2) 42
Sulphides (py) 42
Late calcite (cal3) 43
Authigenic clay minerals (kln) 43
4.1.2. Mineralisation history 47
4.1.3. Features of mineral growth48
4.2. VEINS IN DIORITES 49
CHAPTER 5: FLUID INCLUSION ANALYSIS
5.1. FLUID INCLUSIONS IN VEINS FROM THE CLASTIC SEDIMENTARY
ROCKS 51
5.1.1. Relict calcite (cal1) inclusions 52
5.1.2. Vein quartz (qtz1 52
5.1.3. Blocky calcite (cal2) inclusions 64
5.2. FLUID INCLUSIONS IN VEINS FROM THE DIORITES 68
5.3. FLUID SYSTEMS AND TRAPPING CONDITIONS (P-T-V-X) 71
5.3.1. Primary H O-CH -CO -NaCl system in vein quartz (qtz1)72
2 4 2
Aqueous-rich inclusions 72
Vapour-rich inclusions 72

)