GEOCHEMISTRY AND MINERAL ASSEMBLAGES OF THE MEDITER-RANEAN EVAPORITE DEPOSITS

4. EUXINIC DEPOSITION OF HEAVY METAL MINERALS IN THE TUZLA SALT DEPOSIT, 

BOSNIA AND HERCEGOVINA

Goran Kniewald

1*

, Vladimir Bermanec

2

, Joan Carles Melgarejo

3

and Ladislav A. Palinkaš

2

1

Center for Marine and Environmental Research, Rudjer Boskovic Institute, Zagreb, Croatia - * kniewald@rudjer.irb.hr

2

Department of Mineralogy and Petrology, Faculty of Sciences, University of Zagreb, Croatia 

vberman@public.srce.hr, lpalinka@public.srce.hr

3

Departament de Cristal·lografia, Mineralogia i Dipòsits Minerals, Facultat de Geologia, Universitat de Barcelona, 

Spain - joanc@natura.geo.ub.es

Abstract

The evaporite deposit of Tuzla in Bosnia-Hercegovina is the largest rock salt deposit in the Balkan peninsula. In spite of extensive

investigations, there is still no final evidence regarding the depositional environment in which it formed. The evaporite series contains a

suite of accessory and secondary boron containig minerals, while the lateral equivalents of the rock salt series, in the form of layered marls,

contain a suite of heavy metal minerals. Electron microscopic investigations revealed the presence of pyrite and minerals of Hg, Ag, Sb,

Sn and U. These findings are dicussed in terms of the diagenetic and dynamic processes of sulfide precipitation at or near redox fronts of

euxinic depositional environments of the Tuzla deposit.

Keywords: evaporites, heavy metal minerals, euxinic environments

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

41

Introduction

The Tuzla salt deposit is located in the north-eastern part of Bosnia

and Hercegovina and is the largest rock salt reservoir on the Balkan

peninsula. The essentially stratified salt type deposit is of middle

Miocene age, hosted in a sedimentary series of gray marls. In spite of

the rather well known geological setting of the occurrence and

extensive research of the geochemistry of the host rocks (2,3), there is

no unambiguous evidence indicating the depositional environment in

which the evaporites formed. The geochemistry of coexisting brines

and their saturation states imply that the formation environment may

be interpreted in terms of the mixing-zone model, as opposed to the

end-member marine or salt-lake type deposits. However, the close

relationship of the evaporite series and associated dolomitic

limestones, and evidence of progressive dolomitization may account

for their formation under evaporative, non-evaporative or seepage

re?ux conditions (4).

Materials and Methods

The petrographic characteristics of the samples were studied in thin

and polished sections, under the optical microscope, both in

transmitted and re?ected light. Scanning electron microscope images

(backscattered electrons mode) were obtained working at 25 keV in a

Cambridge Stereoscan S-120 instrument. Qualitative chemical

analyses were obtained using a coupled EDS LINK analyser.

Petrographic description of the sulphide-rich marls

The investigated samples of marls contain a suite of sulphides.

Pyrite (FeS

2

) is very common and forms small crystals (less than 50

microns in diameter). These crystals appear in the following positions:

a) rimming euhedral crystals of diagenetic minerals (i.e. northupite),

b) as single crystals or clusters disseminated in the marls, c) as thin

beds (less than 1 mm in thickness) and d) filling thin veins in the

marls, in association with halite and tuzlaite.

All mineral grains are extremely fine, usually lesser than 10

microns, precluding X-ray diffraction identification. They can appear

as disseminations (i.e. Fe-poor sphalerite, which occurs as fine

disseminations among the searlesite aggregates), the most common

occurrence being vein fill-ins. The mineral associations comprise

cinnabar, acanthite, silver sulphosalts (possibly, members of the

proustite-pyrargyrite series), and tin sulphosalts. These minerals are

found included in salt veins, or in cracks into other minerals. They are

usually euhedral. Coffinite is also found in veinlets. Finally, barite has

also been found as fine disseminations in the marls.

It is interesting to note that no other iron sulfide phases could be

identifed. The occurrence of pyrite and barite suggest moderate Eh

values in the environment of deposition, and the absence of marcasite

suggests moderate pH. The presence of heavy metals in lateral

equivalents of the principal rock salt series at Tuzla is an indication of

associated syngenetic and postsedimentary volcanic activity in the

area of the Tuzla salt deposit. The reduction of sulfate and the

formation of an euxinic environment imply the preservation of

organic carbon in the marls, which is consistent with a shallow basin

sedimentation type of these rocks (5,6).

In the Tuzla deposit, sulfate minerals in the evaporites are not

directly responsible for the precipitation of metal sulfides. Euxinic

environment in the brine pools above the water-sediment interface is

not ultimate prerequisite to ensure favorable condition for sulfate

reduction. Sulfate entraining solutions percolating through the marl

sediments are reduced in the presence of organic matter to form H

2

S

by activity of desulfurizing bacteria. High concentration of organics in

the sediment, availabe as food for bacterial digestions, ensures low

redox potential, mobilisation of divalent iron and precipitation of

early diagenetic iron sulfides. Pyrite is the first sulfide phase formed

in the sediment. Presence of As, Sb, Hg sulfides suggests prolonged

circulation of terrestrial, oxidizing water from the surrounding uphills,

probably of lower salinity, leaching base metals and uranium from

pyroclastics and siliciclastic rocks. The underground ?ow is supported

by evaporitic pumping and lowering of water tabel in the evaporitic

pools. Precipitation occurred directly from the aqueous H

2

S species or

metasomatic replacement of the early diagenetic iron sulfides.

Fig.1. Sulphide grains arround big northupite crystals.

References

1-Warren, J., 1999, Evaporites - their evolution and economics.

Blackwell Science Ltd., Oxford, 438 p.

2-Kniewald, G., Bermanec, V., Tibljas, D., 1986. On the origin and type

of the Tuzla salt deposit in Yugoslavia. Rapp. Comm. int. Mer Médit., 30/2:

72.

3-Kniewald, G., Bermanec, V., 2001. Geochemistry and mineral

assemblages of the Mediterranean evaporite deposits. 2. Boron

hydrogeochemistry in the Tuzla deposit in Bosnia-Hercegovina. Rapp.

Comm. int. Mer Médit., 36: 9.

4-Hardie, L.A., Eugster, H.P., 1971. The depositional environment of

marine evaporites: a case for shallow, clastic accumulation.

Sedimentology, 16: 187-220.

5-Canfield, D.E., 1989. Sulfate reduction and oxic respiration in marine

sediments: implications for organic carbon preservation in euxinic

environments. Deep-Sea Res. Part A, 36: 121-138.

6-Canfield, D.E., 1994. Factors in?uencing organic carbon preservation

in marine sediments. Chemical Geology, 114: 315-329.