In twee boringen in de buurt van Tilburg is de geochemie van de Neogene afzettingen in beeld gebracht. Deze twee boringen, 50F-530 te Hilvarenbeek en de 50E-689 (de nieuwe pompput D27n) zijn geboord mede ten behoeve van de drinkwatervoorziening van Tilburg in opdracht van de NV TWM.

1.3 Locatie

In figuur 1.2.1 zijn de locaties van de twee boringen weergegeven. De coördinaten (RD-coordinaten) zijn :

Naam

X-coordinaat

[m]

Y-coordinaat

[m]

Maaiveld

[m+NAP]

50E-689

130300

395900

14,0

50F-530

134922

391625

15,8

Voor de lithologiebeschrijving is bij boring 50F-530 tevens gebruik gemaakt van boring 50F-528, 20 meter ten oosten van 50F-530. Reden hiervoor is de iets grotere detaillering in de boorbeschrijving. De boorbeschrijvingen zijn opgenomen in bijlage 1 (bron: DINOLoket TNO).

Figuur 1.3.1 Locatie van de boringen

1.4 Lokale geologie

De regio rond Tilburg wordt gekenmerkt door het voorkomen van breuken die tot op de dag van vandaag tektonisch actief zijn. In figuur 1.4.1. zijn beide boringen ten opzichte van het regionale breukpatroon weergegeven. De breuken maken deel uit van de westelijke rand van de Centrale Slenk. Op basis van de beschikbare gegevens liggen beide boringen op het zelfde tektonische blok.

De diepteligging van de verschillende afzettingen is dan ook vergelijkbaar.

Figuur 1.4.1 Tektoniek rond Tilburg, breuken in rood

1.5 Lithologie

Op het eerste gezicht is de lithologie tussen de 50E-689 en de 50F-528/530 goed te vergelijken, De laatste twee boringen hebben wat meer kleiige trajecten, maar het voorkomen van grovere lagen, met name onderin het profiel komt goed overeen. De boorbeschrijvingen van 50E-689 en 50F-528/530 zijn opgenomen in bijlage 1.

2 Algemeen geochemie

2.1 Inleiding

Met behulp van een XRF analyse (röntgenstraling analyse) zijn in boring 50F0530 gehalten aan mineralen en elementen bepaald. Een overzichtstabel is opgenomen in bijlage 2. Hiernaast zijn korrelgrootteanalyses gemaakt aan de hand van monsters van verschillende niveau’s. Ten slotte is een zware-mineraal analyse gemaakt van verschillende niveau’s.

2.2 Indeling

De elementen kunnen worden opgedeeld in een zevental “bloedgroepen”. Dit zijn

Groep

Korte beschrijving

I SiO₂
Dit is alleen het voorkomen van zuivere SiO2. Dit correleert deels met het voorkomen van zand en deels met het voorkomen van SiO2 in kleimineralen. Er is alleen een flauw verband met Cobalt.

II Kleigerelateerd

Dit zijn de kleimineralen (gekenmerkt door Al₂O₃, TiO₂ en K₂O) en daaraan gerelateerde elementen (Ba, Cr, Cu, Ga, Nb, Ni, Pb, Rb, Th, V, Y, Zn).

III IJzer en Mangaan

IJzer is zeer mobiel onder invloed van grondwaterstroming. Hiermee is de verdeling in de sedimenten grillig te noemen.

IV Na₂O

Dit is een kenmerk van het makkelijk verweerbare mineraal Plagioklaas. Er is weinig correlatie met andere elementen.

V Kalkgroep

Dit zijn de kalkvolgers CaO, MgO, P₂O₅ en Sr. Deze groep is met name een factor in de mariene afzettingen en het oudere deel van de Tegelen afzettingen.

VI Arseen en Zwavel

Deze zijn niet gebonden aan primaire afzettingsprocessen maar vaak te relateren aan secundaire processen, met name pyrietvorming.

VII Restposten

Deze lijkt een Maasinvloed te volgen. Ze lijken vooral veel voor te komen als er veel Maasafvoer uit de Ardennen is en veel Rijnafvoer uit het Rijnlands Massief. Cobalt zou zo een proxy kunnen zijn voor koudere tijden

Weinig voorkomend mineraal. Lijkt de koudere tijden te volgen met verhogingen

Zirkoon, weinig correlatie met wat dan ook

2.3 Aanvullende opmerkingen

Koudere tijden kunnen gekenmerkt zijn door een hogere stroomsnelheid van de rivieren en daarmee door relatief minder klei en dus een kleiner aandeel van groep II. Er komt wel mer onverweerde Plagioklaas met de rivieren mee. Een hoger aandeel Plagioklaas is dan een proxy voor een kouder klimaat, een lager aandeel kan een proxy zijn voor een warmer klimaat met meer verwering.

De hoogste waarden voor S en daarmee voor As lijkt een correlatie te vertonen met koudere tijdvakken. Mogelijk dat dit iets uitstaande heeft met het voorkomen van veenhoudende lagen, juist in de koudere tijdvakken. Waarom S en veengroei vooral lijken op te treden koudere tijdvakken is onduidelijk.

De Gilze-member (de T4) is gekenmerkt door het ontbreken van elementen en mineralen. Dit heeft tevens zijn weerslag op het gamma-profiel wat een opvallend kenmerkend lage waarde reeks vertoond.

3 Voorkomen elementen

Chemische elementen komen in de Nederlandse ondergrond met name voor als verontreiniging van mineralen. In de volgende tabel staan een aantal mineralen met hun verontreinigingen weergegeven.

3.1 Mineraalgroep

Pyriet

Formule: FeS₂

Elementen: Fe, S

Gewone verontreinigingen Ni, Co, As, Cu, Zn, Ag, Au, Tl, Se, V

Het enige element wat een duidelijk verband heeft met S is As (R²=0,87). De overige bekende elementen scoren onder de R²=0,05

Monaziet

Formule: (Ce,La,Nd,Th)PO₄

Elements: Nd, Ce, La, O, P, Th

Glauconiet

Formule: K,Al, S,O(OH)₂

Elementen Al, H, K, O, S

Gewone verontreinigingen Ti, Ca, P

Sideriet

Formule: FeCO₃

Elementen: Fe, C, O

Gewone verontreinigingen: Mn, Mg, Ca, Zn, Co

Cobalt

Cobalt kan op basis van voorkomen in drie verschillende groepen worden onderverdeeld. Een groep vertegenwoordigt zeer hoge waarden voor Co (>300 mg/kg d.s.) en zou kunnen correleren met lokaal Ardennen of Rijnlands sediment). De tweede groep is gekenmerkt door een gehalte aan Co van 140-200 mg/kg en daarnaast lage waarden aan kleigerelateerde (groep II) mineralen. De derde groep is gekenmerkt door lage waarden aan Co en hoge waarden aan groep II mineralen.

3.2 Zware Mineralen

3.2.1 Instabiele groep

Deze groep zware mineralen wordt door verweringsprocessen relatief gemakkelijk afgebroken. Ze komen daarom relatief veel voor in jonge moedergesteenten.

Granaat

Granaat is een Necosilicaat met als algemene formule A₃B₂(SiO₄)₃ waarbij A en B kunnen bestaan uit:

Groep	Subgroep	A	B
Pyralspiet-groep	Pyroop	Mg (Ca, Fe)	Al
	Almandien	Fe	Al
	Spesartiet	Mn	Al
Ugrandiet	Uvaroviet	Ca	Cr
	Andradiet	Ca	Fe
	Grossulaar	Ca	Al

Epidoot

Epidoot is een Calcium-IJzer-Aluminium silicaat met als chemische formule Ca₂(Fe³⁺,Al)Al₂(SiO₄)(Si₂O₇)O(OH). Ze komt veel voor in contact metamorfe gesteenten, bijvoorbeeld in de Hercynische kernen in Europa of in de Alpen.

Sausuriet

Sausuriet is een samenstelling van Epidoot+Albiet (NaAlSi₃O₈). Het is een omgezette vorm van Plagioklaas.

Alteriet

Alteriet is een verzamelnaam van veranderde mineralen. Als de oorspronkelijke mineraalvorm in de zware mineraalanalyse niet te onderscheiden is maar nog wel determineerbare elementen bevat (denk aan oplichten, kleur etc.) wordt ze in het Nederlandse systeem als Alteriet bestempeld.

Hoornblende

Het mineraal ho(o)rnblende is een Calcium-Magnesium-IJzer-Alunimium-Inosilicaat met de chemische formule Ca₂(Mg,Fe,Al)₅(Al,Si)₈O₂₂(OH)₂. Het is de meest voorkomende van de amfibolen.

Chloritoid

Het mineraal chloritoïd is een IJzer-Magnesium-Mangaan-Alumium-Silicaat met de chemische formule (Fe²⁺,Mg,Mn)₂Al₄Si₂O₁₀(OH)₄. Het behoort tot de Nesosilicaten

Vulkanisch

Dit zijn mineralen afkomstig uit vulkanisch gesteente. Met name Augiet is in Nederland hiervan een belangrijke exponent. Augiet is een mafisch mineraal met chemische formule (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Al,Si)₂O₆

3.2.2 Stabiele mineralen

Deze groep zware mineralen is oed bestand tegen verwering.. Ze komen dan ook vaker voor in oudere moedergesteenten, bijvoorbeeld de sterk verweerde Tertiaire afzettingen in Belgie.

Overige groep

Deze groep bestaat uit onder andere Topaas (AI₂SiO₄(OH,F)₂), Rutiel/Anataas (TiO₂), Zirkoon (ZrSiO₄)en Stauroliet ((Fe²⁺,Mg)₂Al₉(Si,Al)₄O₂₀(O,OH)₄). Ze zijn zeer resistent tegen verwering.

Metamorfe groep

Deze groep bestaat uit metamorfe mineralen zoals Distheen/Kyaniet, Andalusiet en Sillimaniet. Deze mineralen zijn verschijningsvormen van Aluminium-Silicaten (Al₂SiO₅).

Tourmalijn

Tourmalijn (Toermalijn) is een verzamelnaam van verschillende Cyclosilicaten met als chemische verzamelformule AX₃Z₆(BO₃)₃ Si₆O₁₈(O, OH, F)₄. De A kan Calcium of Natrium bevatten. De X kan bestaan uit Aluminium, IJzer, Lithium of Magnesium. De Z is normaal gesproken Aluminium, maar kan ook Chroom of IJzer zijn. Op de positie van A kan wat Kalium zitten, Mangaan kan in X zitten en Vanadium kan in Z gevonden worden, maar deze elementen komen zelden voor in de formules van de Tourmalijngroep.

4 Gegevens

4.1 Gamma log registratie

Met behulp van een spectraal gammalog is in de D27n (zie bijlage 3) een registratie gemaakt van het verloop van het gehalte aan Kalium (Potassium), Uranium en Thorium. Opvallend is het gedeelte tussen 45 en 50 meter onder maaiveld wat in de D27n de Gilzemember representeert met zeer stralingsarme zanden. Te Klooster is dit het gedeelte tussen 46 en 50 meter onder maaiveld waar fijne zanden voorkomen met lage gehalten aan verontreinigingen. Deze vrij steriele laag is of volledig uitgeloogd en/of van nature al arm daar het oorsprongsgebied (de Tertiaire afzettingen in Belgie) ook al van nature zeer arm zijn. Opvallend is verder de Uraniumpiek op 71 meter onder maaiveld. Te Klooster is deze niet terug te vinden. In de D27n is dit mogelijk een bodemvormende laag (zie de boorbeschrijving van de D27n, bijlage 1).

In bijlage 5 is een vergelijk tussen beide boringen weergegeven met de daarbij geinterpreteerde afzettingen. De laag die te Gilzerbaan veel microresten bevat (op-101 [m+NAP]) heeft te Hilvarenbeek een grote hoeveelheid zwarte glimmers. Ze zou een Condensed Section kunnen zijn in de theorie van de Sequence Stratigraphy. Of een Maximum Flooding Surface. Deze laag, gelegen in beide boringen op 100-101 [m-NAP], is ook te Hilvarenbeek rijk aan zeldzame aarden.

4.2 Gemeten waarden

In bijlage 2 staan de gemeten waarden in de boring bij Klooster opgenomen.

5 Correlatie

Een methode om verbanden tussen het voorkomen van mineralen inzichtelijk te maken is een tabel te maken waarin de verbanden (de R²) tussen twee elementen te berekenen. Deze tabel is voor de afzettingen te Klooster weergegeven in bijlage 4. Hierin zijn in blauw de waarden boven 0,70 weergegeven.

Opvallende zaken:

- De correlatie tussen de meest voorkomende kleimineralen (geklasseerd door Al₂O₃, TiO₂ en K2O) enerzijds en de afzonderlijke elementen (Cr, Cu, Ni, Pb, V, Zn, Ba, Ga, Nb, Rb, Th, Y) anderzijds is groter dan door Huisman (Huisman, 1998) is gegeven. Dit houdt waarschijnlijk verband met de beperktere range aan formaties in voorliggende notitie. Hier zijn alleen de vroeg-Pleistocene Tegelen en Maassluis afzettingen bemonsterd naast de Sterksel afzettingen. Deze elementen zijn waarschijnlijk gelieerd aan het voorkomen van klei.

- Er is een tweede correlatiegroep tussen CaO, P₂O₅en Sr. Dit wijst op mariene, althans kalkhoudende afzettingen.

- Het verband tussen As en S is duidelijk, Deze twee elementen correleren voor de rest met weinig andere.

- SiO2 correleert negatief (afnemende waarden met grotere hoeveelheden SiO₂ (lees: meer en vaak grover zand) met vrijwel alles. (met name de klei geassocieerde elementen) behoudens Co. Cobalt heeft voorts mogelijk iets te maken met korrelgrootte en/of gewicht, Co is een zwaar mineraal). Mogelijk vertegenwoordigt de Co een indicatie voor het voorkomen van Cobalthoudende mineralen. Meer specifiek: het voorkomen van Siegeniet, een Nikkel-Cobalt mineraal wat veel voorkomt in de omgeving van Siegen in het Rijnlands Gebergte.

- Th komt voor in Monaziet wat weer gevonden wordt in het Zwarte Woud.

- Zr en Na₂O hebben geen significante correlaties met andere.

- U heeft zwakke correlaties, met name met kleimineralen.

Voor deze notitie zijn de zware mineraaltellingen voor de Kloosterboring opgenomen in bijlage 6.

De verdeling naar de diepte per element is opgenomen in bijlage 7.

6 Opmerkingen bij enkele elementvoorkomens

Gallium (Ga)

Dit element komt bijna exclusief voor in de kleiige delen van boring 50F0530. De hoogste concentraties komen voor in de top van de T3 en de T4. Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald. Het grootste verband bestaat tussen Al₂O₃ en TiO₂ als kleimineraal en Vanadium. Zink, Lood, Nikkel en Chroom worden eveneens vaak in combinatie met Gallium aangetroffen. Deze combinatie zou op het voorkomen van Bauxiet kunnen wijzen. De verhoogde gehalten aan Gallium in de Boxtel afzettingen wijzen mogelijk op een antropogene verontreiniging. Volgens de Geochemische atlas van Europa (http://www.gsf.fi/publ/foregsatlas/) zou Gallium mogelijk kalkvolgend kunnen zijn, maar daar is in de afzettingen bij Klooster geen correlatie van bekend. Gallium is het meest mobiel in de aanwezigheid van zuur grondwater. Onder normale pH waarden is ze relatief inmobiel.

Rubidium (Rb)

Dit element komt in hoge gehaltes voor in de kleiige delen van boring 50F0530 en in minder hoge maar wel constante gehaltes voor in de meer zandige delen . De hoogste concentraties komen voor in de top van de T3 en de T4. Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald. Het grootste verband bestaat tussen Zink, Gallium en Lood. Als kleimineraal is het verband groot met K₂O en Al₂O₃

Deze combinatie zou op het voorkomen van het mica-mineraal Leuciet kunnen wijzen.

Niobium (Nb)

Dit element komt bijna exclusief voor in de kleiige delen van boring 50F0530. De hoogste concentraties komen voor in de top van de T2, de T3 en de T4. Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald, deze zijn opgenomen in de naastliggende kolom. Het grootste verband bestaat tussen Al₂O₃ en TiO₂ als kleimineraal en Vanadium, Gallium en Chroom. In de praktijk hebben mineralen die Niobium bevatten eveneens aantoonbare gehaltes aan Tantalium (Ta) in zich. In combinatie met Al₂O₃ kan Niobium wijzen op het voorkomen van Bauxiet.

Vanadium (V)

Dit element komt in hoge gehaltes voornamelijk voor in de kleiige delen van boring 50F0530 en in hoge gehaltes voor in (waarschijnlijk) Maximum Flooding Surfaces in de mariene delen . De hoogste concentraties komen voor in de top van de T3 en de T4. Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald. Het grootste verband bestaat tussen Al₂O₃ en TiO₂ als kleimineraal en Rubidium, Lood, Nikkel, Zink, Gallium en Chroom. Deze combinatie zou kunnen wijzen op het voorkomen van Bauxiet. Het grote verband met Lood kan wijzen op afbraak-produkten van loodertsen (uit het Maasgebied). Vanadium is gevoelig voor een redoxomgeving. Ze is mobiel onder geoxydeerde omstandigheden en slaat neer net boven de sulfaatreductiegrens (mits de pH daar tussen 5,0 en 8,0 ligt, i.e. de normale grondwaterzuurgraad). Vanadium kan hiermee een paleo-hydrologische indicator zijn.

Yttrium (Y)

Dit element komt in hoge gehaltes voornamelijk voor in de kleiige delen van boring 50F0530 en in hoge gehaltes voor in (waarschijnlijk) Maximum Flooding Surfaces in de mariene delen. In de zandige delen komt ze in constante mate voor. De hoogste concentraties komen voor in de top van de T3 en de T4. Zeer hoge gehaltes lijken voor te komen in erosieve lagen. Dit kan wijzen op een mineraaltype met een hoog soortelijk gewicht.

Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald. Het grootste verband met TiO₂ als kleimineraal en Niobium, Chroom en Barium. De relatief hoge correlatie met Uranium kan wijzen op het voorkomen van het mineraal Monaziet. Yttrium bevattende mineralen bevatten gewoonlijk ook andere Lanthaniden. Yttrium komt vaak voor samen met granaat, en daarmee in de Tegelen afzettingen. Verder is Yttrium geassocieerd met loess in de Boxtel afzettingen.

Thorium (Th)

Dit element (een van de actiniden) komt in verhoogde gehaltes voor in de kleiige delen van boring 50F0530 en in hoge gehaltes voor in (waarschijnlijk) Maximum Flooding Surfaces in de mariene delen. In de zandige delen komt ze in constante mate voor. De hoogste concentraties komen voor in de top van de T3 en de T4. Zeer hoge gehaltes lijken voor te komen in erosieve lagen. Dit kan wijzen op een mineraaltype met een hoog soortelijk gewicht.

Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald. Het grootste verband met Al₂O₃ en TiO₂ als kleimineraal en Lood, Nikkel, Vanadium, Zink en Gallium.

De relatief hoge correlatie met Yttrium en Uranium wijst voor Thorium op het voorkomen van het mineraal Monaziet.

Uranium (U)

Dit element (een van de actiniden) komt voornamelijk in verhoogde gehaltes voor in de kleiige delen van boring 50F0530 en in hoge gehaltes voor in (waarschijnlijk) Maximum Flooding Surfaces in de mariene delen. In de zandige delen komt ze vrijwel niet voor. De hoogste concentraties komen voor in de top van de T3 en de T4. Zeer hoge gehaltes lijken voor te komen in erosieve lagen. Dit kan wijzen op een mineraaltype met een hoog soortelijk gewicht.

Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald, deze zijn opgenomen in de naastliggende kolom. Het grootste verband met Al₂O₃ en TiO₂ als kleimineraal en Yttrium, Niobium en Thorium. Dit wijst mogelijk op het voorkomen van Monaziet. De verbanden zijn overigens erg klein. Hiernaast ontbreekt Uranium vrijwel geheel in de zandige delen, waar Thorium (uit Monaziet) wel voorkomt. Dit kan pleiten voor een andere Uranium bron, bijvoorbeeld Ligniet, in de kleiige bestanddelen. Het Uranium is dan vaak neergeslagen in de kleimatrix. Uranium(IV) is in combinatie met carbonaten sterk oplosbaar, ze slaat neer na omvorming tot Uranium(VI), een reductie-oxydatie reactie. Hiermee heeft Uranium mogelijk een paleohydrologische indicator functie.

Zirkonium (Zr)

Dit element komt in toenemende gehaltes voor in Tegelen afzettingen van boring 50F0530 en in lagere gehaltes voor in de Sterksel afzettingen. De hoogste concentraties komen voor in de top van de T4. Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald. Het grootste verband met Al₂O₃ en TiO₂ als kleimineraal en Yttrium, Niobium en Chroom. De verbanden zijn overigens erg klein. Mogelijk dat het verband met TiO₂ wijst op het voorkomen van Ilmeniet en/of Rutiel. Deze laatste zou op de aanwezigheid van strandzand facies kunnen wijzen. Zr komt in verhoogde waarden voor in de Boxtel afzettingen (loess)

Strontium (Sr)

Dit element komt in hoge gehaltes voor in Maassluis afzettingen van boring 50F0530 en in lagere gehaltes voor in de Tegelen afzettingen. De hoogste concentraties komen voor in de top van de M2. Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald. Het grootste verband bestaat als typische kalkvolger.

Chroom (Cr)

Dit element komt voornamelijk in verhoogde gehaltes voor in de kleiige delen van boring 50F0530 en in hoge gehaltes voor in (waarschijnlijk) Maximum Flooding Surfaces in de mariene delen. In de zandige delen komt ze vrijwel niet voor. De hoogste concentraties komen voor in de top van de T3 en de T4. Op basis van de metingen zijn de regressiecoefficienten met de andere elementen bepaald. Het grootste verband is met de kleimineralen TiO₂ en Al₂O₃ en met Vanadium, Niobium en Gallium. Mogelijk dat deze combinatie wijst op Monaziet.