'Οταν είναι γνωστή η ταυτότητα των σταθερών ορυκτολογικών ειδών και των διαλυτών ιοντικών φάσεων είναι δυνατό να υπολογίσουµε τη σχετική διαλυτότητα

Transcript

1 Γεωχηµική Ευκινησία

2 Ευκινησία κάτω από επιφανειακές συνθήκες Η ευκινησία των στοιχείων στο επιφανειακό περιβάλλον κυριαρχείται από τη µεταφορά σε υδάτινα διαλύµατα. 'Ένας κατά προσέγγιση οδηγός στην ευκινησία σε τέτοια διαλύµατα δίνεται από το ιονικό δυναµικό, που είναι ίσο προς το φορτίο ιόντος διαιρηµένο µε την ιοντική ακτίνα. Στοιχεία µε χαµηλόιονικόδυναµικό (Ca, Na, K) είναι διαλυτά σαν απλά κατιόντα. Στοιχεία µε πολύ υψηλό ιονικό δυναµικό προσελκύουν ιόντα οξυγόνου και σχηµατίζουν διαλυτά οξυ-ανιόντα (PΟ 4 3-, SO 4 2-, MoO 4 2- ). Στοιχεία µε ενδιάµεσο ιονικό δυναµικό είναι γενικά αδιάλυτα διότι έχουν πολύ χαµηλή διαλυτότητα και λόγω ισχυρής προσρόφησης σε επιφάνειες (ΑΙ, Τi, Sn). Μεταβατικά στοιχεία (Fe, Cu, Cr, Ag και άλλα του µέσου περιοδικού πίνακα) τείνουν να είναι λιγότερο διαλυτά και περισσότερο ισχυρά προσροφηµένα απ' ότι τα µη µεταβατικά ιόντα οµοίου φορτίου και ιοντικής ακτίνας. ιαφορές στην κατάσταση σθένους (Fe 2+ vs Fe 3+ ) επίσης καταλήγουν σε διαφορετική ευκινησία.

3 'Οταν είναι γνωστή η ταυτότητα των σταθερών ορυκτολογικών ειδών και των διαλυτών ιοντικών φάσεων είναι δυνατό να υπολογίσουµε τη σχετική διαλυτότητα και έτσι την ευκινησία των µικροστοιχείων στα φυσικά επιφανειακά νερά. 'Ενας ποσοτικός υπολογισµός της σχετικής ευκινησίας κάτω από επιφανειακές συνθήκες είναι δύσκολος, αλλά ένας εµπειρικός υπολογισµός µπορεί να γίνει µε σύγκριση συνυπαρχουσών ευκίνητων και µη ευκινήτων φάσεων. Ιδιαίτερα, µία προσέγγιση µπορεί να γίνει συγκρίνοντας τη σύσταση φυσικών νερών και των πετρωµάτων ή εδαφών µε τα οποία αυτά βρίσκονται σε επαφή. Μία άλλη µέθοδος είναι να συγκρίνουµε τοέδαφοςµε το πέτρωµα απότο οποίο αυτό προέρχεται.

4 Ο Perelman χρησιµοποίησε το συντελεστή υδάτινης µετανάστευσης (Κ) που είναι ίσος µε το περιεχόµενο του στοιχείου στα διαλυµένα στερεά µιας επιφάνειας ή υπόγειου νερού διαιρηµένου µε το περιεχόµενότουστοπέτρωµα: K= 100M/aN όπου Μ είναι η συγκέντρωση του στοιχείου στο νερό (σε mg/liter), a είναι το ολικό ορυκτολογικό υπόλοιπο στο νερό (%) και Ν είναι η συγκέντρωση του στοιχείου στα πετρώµατα (%). Στην κανονική επιφανειακή αποσάθρωση οι συνθήκες είναι οξειδωτικές µε PH 5-8. Κοντά σε ένα οξειδωµένο θειούχο κοίτασµα, οι συνθήκες γίνονται περισσότερο όξινες αλλά εξακολουθούν να είναι οξειδωτικές. Σε έλη και περιβάλλοντα πλούσια σε οργανικό υλικό οι συνθήκες είναι αναγωγικές.

5

6 ΓΕΩΧΗΜΙΚΕΣ ΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Ορισµένα στοιχεία έχουν την τάση να απαντούν µαζί κάτω από ορισµένες συνθήκες. Αυτήητάσηµπορεί να θεωρηθεί απλά σαν µία εκδήλωση των όµοιων χηµικών ιδιοτήτων τους (π.χ. όµοιας σχετικής ευκινησίας). Υπάρχουν αρκετές οµάδες στοιχείων που µπορεί να χαρακτηριστούν σαν οµάδες συγγενών στοιχείων, όπως K-Rb, Ca-Sr, Al-Ga, Nb- Ta, σπάνιες γαίες, πλατινοειδή. Η γενική παραγένεση στα πλουτώνια εκρηξιγενή πετρώµατα είναι µία µεγάλη οµάδα λιθόφιλων στοιχείων. Μεταξύ αυτών µπορεί να διακριθούν ειδικές παραγενέσεις Π.χ. Si-K-Na για τα αστριούχα εκρηξιγενή πετρώµατα. AI-Na-Zr- Ti-Nb- Ta-P- Th,Re γιατααλκαλικά εκρηξιγενή πετρώµατα, Fe-Mg- Τi γιαταβασικάπετρώµατα και Mg-Fe- Cr-Ni-Co για τα υπερβασικά πετρώµατα.

7 Τα χαλκόφιλα στοιχεία σχηµατίζουν ειδικές κοινωνίες µεταλλευµάτων (θειούχα). Τα κοιτάσµατα αντικατάστασης στους ασβεστόλιθους χαρακτηρίζονται από την οµάδα Zn-Pb-Βa-F-Sr, τα σύνθετα κοιτάσµατα βασικών µετάλλων από Fe-Zn-Pb-Ag-Cu-Se-Sb-Βi. Η απλή κοινωνία πολύτιµων µετάλλων έχει σαν ειδικά στοιχεία Ag, Αu, As, η σύνθετη κοινωνία πολύτιµων µετάλλων έχει Ag- Au-As-Sb-Zn- Cu-Pb-Hg. Η κοινωνία του πορφυρικού χαλκού αποτελείται από Fe-Cu-Mo-Re. Μεταλλεύµατα που συνδέονται µε βασικά εκρηξιγενή πετρώµατα δείχνουν µία οµάδα στοιχείων, όπως Fe-Ni-Co-Pt, κοιτάσµατα µε fumaroles Hg-Sb-As-Se, Κ.λπ.

8 Μεταλλεύµατα οξειδίων σιδήρου σε ιζηµατογενές περιβάλλον χαρακτηρίζονται από Fe-As-Co-Ni-Se, µεταλλεύµατα οξειδίων του µαγγανίου από Mn-As-Βa-Co-Ni-V-Zn, κοιτάσµατα φωσφοριτών από P- Ag-Mo-Pb-F-U και κοιτάσµατα µαύρων αργιλικών σχιστών από Al-Ag- As-Au-Bi-Cd-Mo-Ni- Pb-Sb-V-Zn. Οι γεωχηµικές κοινωνίες χηµικών στοιχείων στα µεταλλεύµατα έχουν οδηγήσει στην έννοια των ιχνηλατών, που είναι αποφασιστικής σηµασίας στην εφαρµοσµένη γεωχηµική έρευνα.

9

10 Ιχνηλάτες Οι ιχνηλάτες ορίζονται σαν τα σχετικώς ευκίνητα στοιχεία που απαντούν σε στενή σχέση µε το στοιχείο προς εντοπισµό αλλά που µπορεί πιο εύκολα να ανιχνευτούν είτε διότι αυτά σχηµατίζουν µία ευρεία διασπορά (άλω) ή διότιµπορεί να ανιχνευτούν πιο εύκολα µε τις παρούσες αναλυτικές µεθόδους. Οι ιχνηλάτες είναι ιδιαίτερα χρήσιµοι στην έρευνα καλυµµένων κοιτασµάτων διότι γενικά σχηµατίζουν µεγάλες διασπορές. Χρησιµοποιούνται στις πρωτογενείς και δευτερογενείς διασπορές.

11

12

13 Πρότυπα γεωχηµικής κατανοµής Γεωχηµικό ανάγλυφο Σε µία δεδοµένη περιοχή, η γεωγραφική κατανοµή ενός στοιχείου στα πετρώµατα, στα εδάφη και στ' άλλα υλικά είναι συνάρτηση στο σύνολο των διεργασιών που αφορούν τη µετακίνηση των γήινων υλικών. Σε πολλές περιπτώσεις, η κατανοµή αυτή αντανακλά απλά την κατανοµή των λιθολογικών σχηµατισµών. Άλλα φαινόµενα του βαθέος περιβάλλοντος, όπως η υδροθερµική εξαλλοίωση, µπορεί να τροποποιήσουν τη βασική σχέση στους τύπους των πετρωµάτων. Η αποσάθρωση, η διάβρωσηκαιµία ποικιλία άλλων διεργασιών στο επιφανειακό περιβάλλον τροποποιεί τα πρότυπα του βαθέος περιβάλλοντος.

14 Ο σκοπός και η λειτουργία της γεωχηµικής διερεύνησης είναι η αναγνώριση των προτύπων κατανοµής που σχετίζονται µε το µετάλλευµα. Εάν τα φαινόµενα που σχετίζονται µε τοµετάλλευµα είναι έντονα και σχετικά τοπικά, η διάκριση από πιο κανονικά φαινόµενα είναι απλή. Αντίθετα, εάν οι επιδράσεις είναι ασθενείς και σχετίζονται µε το µετάλλευµα κατά έναν πολύπλοκο τρόπο, η ερµηνεία των γεωχηµικών δεδοµένων είναι αντίστοιχα πιο δύσκολη και πολύπλοκη. Για αποτελεσµατική αναγνώριση των προτύπων που συνδέονται µε το µετάλλευµα, είναι αναγκαίο πρώτα να ορίσουµε την τιµή πλαισίου (background) των στοιχείων δεικτών στα υλικά χωρίς µεταλλοφορία.

15 Κανονικές τιµές ή τιµές πλαισίου Η κανονική συγκέντρωση ή τιµή πλαισίου ενός στοιχείου στα γήινα υλικά χωρίς µεταλλοφορία αναφέρεται συνήθως σαν Για ένα οποιοδήποτε ιδιαίτερο στοιχείο, η κανονική τιµή είναι πιθανό να διαφέρει αξιοσηµείωτα από τον ένα τύπο γήινου υλικού στον άλλο. Ακόµη η κατανοµή ενός στοιχείου σε οποιοδήποτε ιδιαίτερο γήινο υλικό σπάνια είναι οµοιόµορφη. 'Έτσι είναι συνήθως πιο ρεαλιστικό να δούµε τηντιµή πλαισίου σαν ένα εύρος τιµών παρά σα µία απόλυτη τιµή, ακόµη καισ' ένα σχετικά οµοιόµορφο περιβάλλον. Εντούτοις, η φύση του περιβάλλοντος µπορεί να έχει µία εµφανή επιρροή στην κατανοµή, διότι κάτω από ορισµένες συνθήκες κάποια στοιχεία µπορεί να εµπλουτισθούν και άλλα να ελαττωθούν. Τα δεδοµένα της σύστασης των µέσων πυριγενών πετρωµάτων είναι χρήσιµα σαν ένας οδηγός στο γενικό επίπεδο των τιµών πλαισίου που αναµένονται στα πετρώµατα. Οι τιµές πλαισίου στα εδάφη υπόκεινται σε µεγάλη µεταβολή, σύµφωνα µε τον τύπο του εδάφους και τον εδαφικό ορίζοντα, ιδιαίτερα σε καλά διαφοροποιηµένα προφίλ εδάφους που χαρακτηρίζονται από µεγάλο εµπλουτισµό κάποιου συστατικού, όπως οξείδια -Fe ή οργανικής ύλης. Για τα περισσότερα στοιχεία, ητιµή πλαισίουπροσεγγίζειτηντιµή τωνµητρικών πετρωµάτων.

16 Ηγεωχηµική ανωµαλία H γεωχηµική ανωµαλία είναι η απόκλιση από τα γεωχηµικά πρότυπα που είναι κανονικά για µία δεδοµένη περιοχή γεωχηµικού περιβάλλοντος. 'Ενα κοίτασµα, που είναι ένα σχετικά σπάνιο ή ασυνήθιστο φαινόµενο, είναι το ίδιο µία γεωχηµική Ακόµα, τα πρότυπα γεωχηµικής διασποράς που σχετίζονται είτε µε τη γένεση είτε τη διάβρωση ενός κοιτάσµατος είναι ανωµαλίες. Ανωµαλίες που σχετίζονται µε το µετάλλευµα και µπορεί να χρησιµοποιηθούν σαν οδηγοί του µεταλλεύµατος ονοµάζονται σηµαντικές ανωµαλίες. Τέτοιες ανωµαλίες συνήθως περιλαµβάνουν τιµές που είναι µεγαλύτερες από την τιµή πλαισίου. Αρνητικές ανωµαλίες είναι σπάνια µόνο χρήσιµες στην ανακάλυψη µεταλλεύµατος. υστυχώς, υψηλά περιεχόµενα των στοιχείων δεικτών µπορεί να προκύψουν από µη-οικονοµική µεταλλοφορία ή από γεωλογικά ή γεωχηµικά φαινόµενα που δε συνδέονται µε µετάλλευµα. Οι ανωµαλίες αυτές ονοµάζονται ασήµαντες.

17

18 Το κατώφλιο (τιµή Βάσης, threshold) είναι η συγκέντρωση ενός στοιχείου δείκτη υπεράνω της οποίας η συγκέντρωση των δειγµάτων θεωρείται ανώµαλη. Στην απλούστερη περίπτωση το κατώφλιο είναι το ανώτερο όριο των διακυµάνσεων των τιµών πλαισίου. Οποιεσδήποτε τιµές υψηλότερες από την τιµή του κατωφλίου είναι ανώµαλες, ενώ οι χαµηλότερες τιµές θεωρούνται τιµές πλαισίου.

19 Ερµηνεία Η ερµηνεία των αποτελεσµάτων περιλαµβάνει την εξέταση πολλαπλών πληθυσµών των δεδοµένων. Ένας πληθυσµός δειγµάτων µε τιµές πλαισίου µπορεί να αποτελεί ένα πληθυσµό. είγµατα κοντά στο µετάλλευµα και επηρεασµένα από τη διασπορά που περιλαµβάνει το µετάλλευµα µπορεί να θεωρηθεί σαν ένας δεύτερος πληθυσµός. Συνήθως, τα δείγµατα που σχετίζονται µε το µετάλλευµα παρουσιάζουν µία κατά προσέγγιση λογαριθµική κανονική κατανοµή των συχνοτήτων αλλά µ' ένα υψηλότερο µέσο και διαφορετική σταθερή απόκλιση απ' ότι τα δείγµατα µε τιµές Για να είναι µία έρευνα αποτελεσµατική, τουλάχιστον µερικά από τα δείγµατα κοντά στο µετάλλευµα πρέπει να περιέχουν ανώµαλες τιµές που µπορεί να διακριθούν από το κανονικό πληθυσµό µε µέση έως υψηλή πιθανότητα.

20 Γιαναχωρίσουµε ανώµαλα δείγµατα από δείγµατα τιµών πλαισίου χρησιµοποιείται ένας αριθµός µεθόδων που εξαρτάται από το ποσοστό των δεδοµένων, το σκοπό της έρευνας, τη γνώση της περιοχής και τις οικονοµικές συνέπειες της επιλογής. Οι µέθοδοι για την επιλογή ενός κατωφλίου περιλαµβάνουν (ί) σύγκριση µε δεδοµένα από τη βιβλιογραφία, (ίί) γραφική διάκριση των πολυάριθµων κανονικών τιµών από το µικρότερο τµήµα των ανώµαλων τιµών σ' ένα ιστόγραµµα δεδοµένων, (ίιί) υπολογισµό του κατωφλίου από το µέσο συν 2 (ή 3) σταθερές αποκλίσεις, (ίν) σχεδίαση της αθροιστικής συχνότητας επί ενός λογαριθµικού χάρτη πιθανοτήτων και διαχωρισµό σε ανώµαλους και κανονικούς πληθυσµούς, (ν) αναγνώριση ενός συµπλέγµατος ανώµαλων δειγµάτων, όταν τα δεδοµένα σχεδιάζονται σ' ένα χάρτη και (νί) σύγκριση µε τα αποτελέσµατα µιας προσανατολιστικής έρευνας.

21 (Ι) Η απλούστερη µέθοδος, που είναι χρήσιµη εάν είναι διαθέσιµες λίγες αναλύσεις από µία νέα περιοχή, είναι µία απλή σύγκριση του περιεχοµένου του στοιχείου "δείκτη" µε δεδοµένα από τη βιβλιογραφία για όµοιο υλικό. Τα συµπεράσµατα από την απλή αυτή διεργασία πρέπει να θεωρηθούν προκαταρκτικά και πολύ δοκιµαστικά.

22 ΙΙ. Εάν είναι διαθέσιµος περιορισµένος αριθµός αναλύσεων από µία περιοχή, το πρώτο βήµα είναι να σχεδιάσουµε ένα ιστόγραµµα που δείχνει τη συχνότητα των τιµών σε διαδοχικές κλάσεις. Το διάστηµα των κλάσεων πρέπει να επιλεγεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να δώσει κλάσεις. Η εξέταση του ιστογράµµατος συνήθως δείχνει ένα µεγάλο peak που παριστά την τιµή πλαισίου.

23

24

25 Πιο συµµετρικά peak µπορεί να παραχθούν µε τη µετατροπή των δεδοµένων σε λογάριθµους. Μία τιµή κοντά στο ανώτερο άκρο του ιστογράµµατος κανονικών τιµών µπορεί να είναι χρήσιµη σα µία πρώτη προσέγγιση στο κατώφλιο.

26 (ΙΙΙ) Μια τροποποίηση της διεργασίας αυτής είναι να υποθέσουµε ένα κατώφλιο που ορίζεται σαν η µέση τιµή συν ένας ειδικός αριθµός σταθερών αποκλίσεων. Αυτή η µέθοδος είναι πιο χρήσιµη στα πρώτα στάδια για µεγάλες έρευνες, για οµάδα δεδοµένων που είναι κατά προσέγγιση κανονικά ταξινοµηµένα και φαίνονται να περιέχουν λίγες σηµαντικές ανωµαλίες, Π.χ. για αναγνωριστικές γεωχηµικές έρευνες. Για ένα κανονικά κατανεµηµένο πληθυσµό αυτού του τύπου, το 2.5% των δειγµάτων µε συγκεντρώσεις µεγαλύτερες από το µέσο συν 2 σταθερές αποκλίσεις περιλαµβάνουν τις περισσότερες από τις σηµαντικές ανωµαλίες και ένα µικρό µέρος του κανονικού πληθυσµού τιµών πλαισίου.

27 ΙV. Ουπολογισµός του κατωφλίου µπορεί να γίνει µετησχεδίασητης αθροιστικής συχνότητας κατανοµής σε χάρτη πιθανοτήτων ή λογαριθµικό χάρτη πιθανοτήτων. Η προκύπτουσα γραφική παράσταση χωρίζεται σε δύο ή περισσότερους πληθυσµούς που παριστούν τιµές πλαισίου. ανωµαλίες, και άλλες γεωχηµικές επιδράσεις. Ηκλίµακα % (αθροιστική) στο χάρτη πιθανοτήτων είναι βαθµολογηµένη κατά τέτοιο τρόπο ώστε µία κανονική κατανοµή σχεδιάζεται σα µία ευθεία γραµµή.

28 V. Μία άλλη µέθοδος επιλογής ενός κατωφλίου περιλαµβάνει τη σχεδίαση των δεδοµένων σ' ένα χάρτη και τη διάκριση των υψηλότερων τιµών από τις χαµηλές. Ένα σύµπλεγµα υψηλών τιµών έχει µικρή πιθανότητα να συµβαίνει από τύχη και µπορεί να ανακλά µία µεταλλοφόρο περιοχή. Το κατώφλιο επιλέγεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να δίνει τα µεγαλύτερα πιθανά συµπλέγµατα χωρίς να παράγει µεγάλο αριθµό αποµεµονωµένων τιµών. VI. Μία έκτη µέθοδος υπολογισµού του κατωφλίου είναι εφαρµόσιµη εάν έχει διεξαχθεί µία προσανατολιστική έρευνα σε γνωστές ορυκτολογικές εµφανίσεις σ' ένα οµοιόµορφο γεωχηµικό και γεωλογικό περιβάλλον. Το κατώφλιο πρέπει να επιλεγεί κατά τέτοιο τρόπο ώστε η τιµή του να είναι µικρότερη από τις τιµές των δειγµάτων που σχετίζονται µε τοµετάλλευµα.

29 Ένα µείγµα δύο κανονικών πληθυσµών σχεδιάζεται υπό τη µορφή σχεδόν γραµµικών τµηµάτων που χωρίζονται από καµπύλα τµήµατα που περιέχουν ένα σηµείο κλίσης. Το αποτέλεσµα του συνδυασµού δύο λογαριθµικών κανονικών πληθυσµών είναι µία καµπύλη σχήµατος S. Η καµπύλη µπορεί τότε να καθοριστεί σε δύο καµπύλες σύµφωνα µε τη µέθοδο Sinclair.