ΓΕΩΧΗΜΙΚΕΣ ΙΑΣΚΟΠΗΣΕΙΣ

Transcript

1

2 ΓΕΩΧΗΜΙΚΕΣ ΙΑΣΚΟΠΗΣΕΙΣ Σκοπός: Η εκτίµηση µιας µεγάλης περιοχής έκτασης εκατοντάδων έως δεκάδων χιλιάδων Km 2 µε ειδικά ευνοϊκά γεωφυσικά ή γεωλογικά χαρακτηριστικά. Η µέθοδος χρησιµοποιείται για την επιλογή µιας περιοχής, αλλά όχι για τον εντοπισµό ειδικών κοιτασµάτων. Πυκνότητα δειγµατοληψίας: ~ 1 δείγµα ανά 1 Km 2 έως 100 Km 2. Λεπτοµερείς διασκοπήσεις : Μικρή περιοχή, µερικά Km 2 έως δεκάδες Km 2, µε αντικειµενικό στόχο τον ακριβή εντοπισµό ιδιαίτερων κοιτασµάτων ορυκτών.

3 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΙΑΣΚΟΠΗΣΕΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΥΛΙΚΟ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ ιασκοπήσεις εδαφών:χρησιµοποιούνται στην εφαρµοσµένη γεωχηµεία µε πολύ επιτυχή αποτελέσµατα. Για να προσδιορίσουµε τον καλύτερο εδαφικό ορίζοντα παίρνονται δείγµατα από τοµές του εδαφικού ορίζοντα. Συνήθως παίρνεται το κοκκοµετρικό κλάσµα 80 mesh (<200µm).

4

5

6 ιασκοπήσεις Ιζηµάτων ρεµάτων (Γεωχηµεία υδρογραφικού δικτύου). Χρησιµοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά για γενικές αναγνωριστικές µελέτες σε περιοχές λεκανών απορροής. Κλάσµα 80 mesh. ιαλυτοποιήσεις για την εξαγωγή µετάλλου, µε ασθενή ψυχρό οξύ έως την πλήρη διαλυτοποίηση. Το σηµείο ανάντη του ρέµατος µε τις µέγιστες τιµές µετάλλων ονοµάζεται cut-off. Αυτό αντιστοιχεί στη θέση όπου το υπόγειο νερό εµπλουτισµένο σε µέταλλα εισέρχεται στη λεκάνη (απορροής) ή τα κλαστικά µεταλλικά ορυκτά εισέρχονται στο ρέµα. Μετά το σηµείο cut-off, επόµενο βήµα εντοπισµός της πηγής ανωµαλίας.

7 Υ ΡΟΧΗΜΙΚΗ ΙΑΣΚΟΠΗΣΗ Α. Υπόγειο νερό. Μεγαλύτερο περιεχόµενο διαλυµένων συστατικών, ειδικότερα κοντά σε οξειδωµένα θειούχα κοιτάσµατα µε χαµηλό ph. Β. Επιφανειακό νερό. ΕΡΕΥΝΕΣ ΒΛΑΣΤΗΣΗΣ ( Γεωβοτανική Βιογεωχηµεία).

8 ΑΤΜΟΓΕΩΧΗΜΙΚΕΣ ΙΑΣΚΟΠΗΣΕΙΣ: ιασκοπήσεις αερίων για τον εντοπισµό καλυµµένων κοιτασµάτων µε την ανίχνευση διοξειδίου του θείου, υδροθείου, υδραργύρου, ραδονίου ή άλλων πτητικών στοιχείων ή ενώσεων. Α. Αερογεωχηµικές έρευνες. Β: ιασκοπήσεις αερίων εδάφους. Το ραδόνιο µετρήθηκε µε επιτυχία στα εδάφη στην έρευνα ουρανίου. Ο υδράργυρος χρησιµοποιήθηκε σαν ιχνηλάτης για κοιτάσµατα Pb- Zn-Hg-Sb κλπ. Παρατηρούνται ανωµαλίες του CO φορές µεγαλύτερες από την τιµή πλαισίου από πολυµεταλλικά κοιτάσµατα καλυµµένα µε παχύ εδαφικό κάλυµµα. SO 2, H 2 S που ελευθερώνονται κατά την οξείδωση θειούχων κοιτασµάτων µπορεί να προσδιοριστούν στο έδαφος, στα νερά ή στον αέρα.

9 ΙΑΣΚΟΠΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Στόχος να προσδιοριστεί: 1. Τύπος της γεωχηµικής διασποράς της περιοχής 2. Καλύτερο µέσο δειγµατοληψίας 3. ιάστηµα δειγµατοληψίας 4. Ζώνη εδάφους για δειγµατοληψία 5. Μέγεθος κλάσµατος που θα αναλυθεί 6. Στοιχείο ή οµάδα στοιχείων που θα αναλυθεί 7. Επιδράσεις τοπογραφίας, υδρογεωλογίας, απορροής κλπ. 8. Ανώτερο όριο τιµής πλαισίου στα πετρώµατα, εδάφη κλπ. 9. Μέθοδος ανάλυσης 10. Πιθανή µόλυνση στην περιοχή.

10 Λιθογεωχηµική ιασκόπηση Ορυκτών Πρότυπα βαθιάς προέλευσης Οι διεργασίες σχηµατισµού κοιτασµάτων στο περιβάλλον βάθους δηµιουργούν τύπους γεωχηµικών προτύπων και ανωµαλιών που είναι χρήσιµοι στην εφαρµοσµένη γεωχηµεία. Aνωµαλίες βαθιάς προέλευσης : Ι. Μεγάλες µάζες πετρωµάτων (από µεµονωµένα πλουτώνια έως ολόκληρες γεωλογικές επαρχίες) αποκτούν το περιεχόµενό τους σε ανώµαλαστοιχείασαµέρος της διεργασίας σχηµατισµού τους. Οι ανωµαλίες αυτές ονοµάζονται συγγενετικές. ΙΙ.Τα ανώµαλα στοιχεία εισχώρησαν στο προ-υπάρχον πέτρωµα ήτο αρχικό πέτρωµα τροποποιήθηκε στην ορυκτολογία ή άλλες ιδιότητες. Οι ανωµαλίες αυτές λέγονται επιγενετικές και δείχνουν µία προέλευση βραδύτερη από το πέτρωµα που τις φιλοξενεί. Οι επιγενετικές ανωµαλίες σχετίζονται µε ρωγµές ή ρήγµατα διότι τέτοιες δοµές συνήθως ελέγχουν την είσοδο υλικού.

11 Ταξινόµηση κοιτασµάτων Α. ιεργασίες σχηµατισµού µεταλλευµάτων Τα µεταλλεύµατα σχηµατίζονται από ποικίλες διεργασίες και αναγνωρίζονται από γεωχηµικές διαφορές σε ιχνηλάτες και στο χαρακτήρα της πρωτογενούς διασποράς. Ι. Κοιτάσµατα που προέρχονται από χηµικές διεργασίες συγκέντρωσης σε υψηλές θερµοκρασίες µέσα στη γη ή στο θαλάσσιο πυθµένα. Α. Σε µαγµατικά κοιτάσµατα. 1. Συγκέvrρωση κρυστάλλων από το µάγµα (χρωµίτης-µαγνητίτης 2. Αποχωρισµός θειούχων από το µάγµα (Cu-Ni Sudbury). Β. Υδροθερµικά κοιτάσµατα. 1. Αποτίθεται µέσα στη γη και συνοδεύονται µε εκρηξιγενήσώµατα διείσδυσης ή ηφαιστειακά κέντρα. (α) ιάχυταθειούχακοντάήµέσα σε εκρηξιγενή σώµατα (κοιτάσµατα πορφυρικού χαλκού-µολυβδένιου). (β) Μετασωµάτωση επαφής ανθρακικών πετρωµάτων (Κοιτάσµατα Skarn). (γ) Κοιτάσµατα φλεβικά και αντικατάστασης. (δ) Στην περιφέρεια γρανιτικών διεισδύσεων. (ε) Συνοδεύονται µε ηφαιστειακά κέντρα και συστήµατα θερµών πηγών στην ξηρά.

12 2. Αποτίθενται µέσα στη γη αλλά χωρίς καταφανή σχέση µε εκρηξιγενή δραστηριότητα. (α) Θειούχα κοιτάσµατα Pb-Zn σε ανθρακικά πετρώµατα (Missisippi VaIIey κοιτάσµατα). (β) Κοιτάσµατα U σε ψαµµίτες. (γ) Κοιτάσµατα Cu που συνοδεύονται µε κόκκινα ιζήµατα. 3. Αποτίθενται στο θαλάσσιο πυθµένα από ρευστά θερµών πηγών. (α) Συµπαγή Fe-θειούχα µε βασικά και πολύτιµα µέταλλα, σε σχέση µε ηφαιστειότητα (Kuroko- κοιτάσµατα Ιαπωνίας). (β) Θειούχα βασικών µετάλλων χωρίς σχέση µε ηφαιστειότητα. (γ) Κοιτάσµατα Fe και Μη µε Αυ και άλλα µέταλλα. Γ. Από καθολική ή δυναµική µεταµόρφωση. 1. Από ανακατανοµήχηµικών συστατικών (κοιτάσµατα τάλκη και τρεµολίθου κ.λπ.). 2. Από ανακρυστάλλωση (γρανάτης, κυανίτης).

13 ΙΙ. Κοιτάσµατα από χηµικές διεργασίες συγκέντρωσης στην επιφάνεια της γης σε χαµηλές θερµοκρασίες. Α. Από αποσάθρωση και σχετικές διεργασίες στην ξηρά. 1. Από έκπλυση διαλυτών συστατικών που αφήνουν υπολειµµατικές συγκεντρώσεις (βωξίτες, λατερίτες, Fe-Mn-Ni). 2. Από υπεργενή εµπλουτισµό θειούχων. 3. Από εξάτµιση νερού πόρων εδάφους Β. Από απόθεση σε λίµνες και ωκεανούς. 1. Από εξάτµιση νερού (εβαπορίτες, γύψος, άλας, βορικά). 2. Από χηµικές µεταβολές εν διαλύσει (α) Καθίζηση ασβεστόλιθων και δολοµιτών. (β) Από βιολογικές διεργασίες και διαγένεση. (1) Συγκέντρωση φυτικών τµηµάτων (λιγνίτης). (2) Σχηµατισµός υγρών και αερίων προϊόντων από φυτικά και ζωϊκά τεµάχη (πετρέλαιο και αέρια). (3) Μετατροπή θειικών σε αυτοφυές θείο (κοιτάσµατα θείου). ΙΙΙ. Κοιτάσµατα που σχηµατίζονται από µηχανικές διεργασίες συγκέντρωσης. Α. Συγκέντρωση βαρέων ορυκτών από ρέον νερό (προσχωµατικά κοιτάσµατα Αυ,Pt, Sn, αδάµαντα).

14 Γεωχηµικές τεχνικές στην ταξινόµηση της µεταλλοφορίας. Οι µελέτες ισοτόπων Pb στα µεταλλεύµατα και στα πετρώµατα παρέχουν ένα µέσο αναγνώρισης των τύπων µεταλλεύµατος. Από τα 4 ισότοπα του Pb, ο Pb 206 και Pb 207, Pb 208 σχηµατίζονται από ραδιενεργό διάσπαση U και Th, ενώ ο Pb 204 δεν είναι ραδιογενής. Οι λόγοι των ισοτόπων Pb στο γαληνίτη ή άλλο µετάλλευµα και συνοδά ορυκτά, µπορεί να παρέχουν πληροφορία για το χηµικό περιβάλλον ή την πηγή του Pb στο υλικό. Μεγάλα µεταλλεύµατα βασικών µετάλλων, ειδικά τα ηφαιστειογενή συµπαγή θειούχα, έχουν ισότοπα Pb που προέρχονται από το µέσο πέτρωµα στον κατώτερο φλοιό ή στον ανώτερο µανδύα. Στα κοιτάσµατα Pb-Zn τύπου Mississippi Valley, συναντώνται υψηλές αναλογίες ραδιογενούς Pb (από υ και Th), διότι ο Pb στα κοιτάσµατα αυτά διηθήθηκε από ιζηµατογενή ή εκρηξιγενή πετρώµατα του ανώτερου φλοιού. Το θείο από εκρηξιγενείς πηγές συνήθως έχει περιεχόµενο σε S 34 περίπου το ίδιο µετο θείο των µετεωριτών, που είναι το σταθερό υλικό αναφοράς από το οποίο µετρώνται αποκλίσεις του λόγου 34 S/S 32 (δ 34 S τιµές %ο, ή µέρη ανά χίλια). Τα θειικά του θαλάσσιου νερού έχουν τιµές δ 34 Sµεταξύ +20 έως +25 ή περιέχουν2-2.5% περισσότερο 34 S απ' ό,τι το µετεωριτικό S. Τα θειούχα σε ιζηµατογενή περιβάλλοντα έχουν συνήθως αρνητικές δ 34 S τιµές. Οι τιµές στα υδροθερµικά θειούχα είναι συνήθως 0, αλλά εξαρτώνται από το pη, τη θερµοκρασία του ρευστού και από τα ορυκτά που αποτίθενται.

15 Kοινωνίες στοιχείων µπορεί να είναι χρήσιµες στην αναγνώριση του τύπου του µεταλλεύµατος. Πολλά στοιχεία σχετίζονται µε µία µεγάλη ποικιλία τύπων µεταλλεύµατος όταν όµως χρησιµοποιούνται µαζί µε γεωλογικά και ορυκτολογικά δεδοµένα, οι κοινωνίες των ιχνοστοιχείων µπορεί να οδηγήσουν µονοσήµαντα στην αναγνώριση των τύπων του κοιτάσµατος. Το περιεχόµενο ή οι λόγοι των περιεχοµένων των στοιχείων στα ορυκτά µπορεί επίσης να χρησιµοποιηθεί στην αναγνώριση τύπων µεταλλευµάτων, Π.χ. το περιεχόµενο Re στους µολυβδενίτες από κοιτάσµατα πορφυρικού χαλκού είναι πολύ µεγαλύτερο από ότι σε άλλους τύπους κοιτασµάτων που φέρουν Μο. Ο ιζηµατογενής σιδηροπυρίτης έχει Co < Νί σε αντίθεση µε πολλούς πυρίτες υδροθερµικής προέλευσης, που γενικά έχουν Co > Νί και συνήθως Co > 100 ppm. Ο Αυ επίσης σε διάφορους τύπους κοιτασµάτων έχει συγκεκριµένα περιεχόµενα Ag, Cu και άλλων στοιχείων και οι λόγοι στον προσχωµατικό χρυσό µπορεί να χρησιµοποιηθούν στην αναγνώριση των διαφόρων τύπων προέλευσης.

16

17 Παραγωγικά περιβάλλοντα βαθιάς προέλευσης Συγγενετικές ανωµαλίες πετρωµάτων Σύνδεση ορισµένων ειδών κοιτασµάτων µε ειδικούς τύπους πλουτωνίου πετρώµατος. Τέτοια παραδείγµατα είναι η σύνδεση κασσιτερίτη µε καλιούχους γρανίτες. ιλµενίτη µε ανορθοσίτες, χρωµίτη µε υπερβασικά, και νικελιούχα θειούχα µε υπερβασικά και βασικά πετρώµατα. Οι περιοχές ή οι τύποι πετρώµατος µε τα οποία συνδέονται κατά προτίµηση τα µεταλλεύµατα µπορεί να ονοµαστούν παραγωγικοί, µετην έννοια ότι η έρευνα σ' αυτά είναι πιθανό να είναι πιο παραγωγική για τον εντοπισµό νέουµεταλλεύµατος. Αν και τα παραγωγικά περιβάλλοντα µπορεί να αναγνωριστούν µε απλή εξέταση της ορυκτολογίας ή της κατανοµής παραγωγικών κοιτασµάτων, άλλα παραγωγικά περιβάλλοντα µπορεί ν' ανιχνευθούν µόνο µε συστηµατική δειγµατοληψία και χηµικές αναλύσεις πετρωµάτων ή άλλων τύπων υλικών.

18 Επιγενετικές ανωµαλίες πετρωµάτων Κατά τη διάρκεια των µεταλλοφόρων διεργασιών βάθους, ηδιαφυγή και η διαρροή στοιχείων από το µεταλλοφόρο σώµα και τις διόδους που κυκλοφορούν τα µεταλλοφόρα ρευστά δηµιουργείται µεγάλη ποικιλία χηµικών, ορυκτολογικών και ισοτοπικών διασπορών στα γειτονικά πετρώµατα, Οι ανωµαλίες αυτές λέγονται επιγενετικές διότι υπερτίθενται στα προϋπάρχοντα πετρώµατα. Τέτοιες ανωµαλίες αναπτύσσονται έντονα κοντά σε υδροθερµικά κοιτάσµατα διότι το χαµηλό ιξώδες των υδροθερµικών ρευστών επιτρέπει τη διείσδυσή τους κατά µήκος σχισµών και πόρων στο γειτονικό πέτρωµα. Τα αποτελέσµατα περιλαµβάνουν προσθήκη ανώµαλων ποσοστών στοιχείων κοντά στα υδροθερµικά κανάλια, υδροθερµική εξαλλοίωση ορυκτών στο περιβάλλον πέτρωµα και διαρροή στοιχείων κατά µήκος ορισµένων θέσεων ρηγµάτων. Οι χηµικές και ορυκτολογικές αυτές διασπορές γύρω από το µετάλλευµα και τα υδροθερµικά κανάλια παρέχουν ένα µεγάλο στόχο στην έρευνα.

19 Για την επιγενετική απόθεση καθοδηγητικών στοιχείων µπορεί να διακριθούν δύο µηχανισµοί: 1. ιάχυση των διαλυµένων µετάλλων διαµέσου στάσιµου ρευστού των πόρων στο γειτονικό πέτρωµα κοντάστηφλέβαήσ' άλλες ζώνες µε υψηλό περιεχόµενο µετάλλων, µε ακόλουθη απόθεση και προσρόφηση στο γειτονικό πέτρωµα. Οι διασπορές που σχηµατίζονται ονοµάζονται άλω διάχυσης.

20 2. Ροή ρευστού διαµέσου φλεβών, ρωγµών, και κενών πόρων µέσα στο πέτρωµα µε ακόλουθο απόθεση ή προσρόφηση µετάλλων. Οι ανωµαλίες που σχηµατίζονται ονοµάζονται ανωµαλίες διαρροής. α) Σχηµατισµός των άλω διάχυσης Τα ιόντα και άλλα διαλυµένα συστατικά του διαλύµατος υφίστανται άτακτες κινήσεις και τείνουν να διαχυθούν διαµέσου του διαλύµατος προς περιοχές χαµηλότερης συγκέντρωσης. Ο ρυθµός της διάχυσης είναι πολύ αργός, έτσι ώστε εάν ένα ρευστό ρέει µε ταχύτητα0.01 mm/s (32 m/έτος), τα αποτελέσµατα της διάχυσης είναι ασήµαντα συγκρινόµενα µε τα αποτελέσµατα µεταφοράς από ροή. Σε χιλιάδες ή εκατοµµύρια χρόνια, η προκύπτουσα διασπορά από διάχυση µπορεί να είναι σηµαντική.

21 β) Σχηµατισµός ανωµαλιών διαρροών Το υλικό µεταλλεύµατος µπορεί να διασπαρεί σε συµπαγή πετρώµατα και σε διαρρηγµένες ζώνες υπεράνω, κάτω και κοντά σε υδροθερµικά κοιτάσµατα. Στη βιβλιογραφία της εφαρµοσµένης γεωχηµείας, η διασπορά του τύπου αυτού ονοµάζεται διαρροή (Leakage) µε την έννοια ότι µέροςαπότορευστόκαιτοµέταλλο έχει κινηθεί προς τα πάνω ή έξω από το µετάλλευµα ή το κύριο κανάλι του µεταλλοφόρου ρευστού. Μερικές ανωµαλίες διαρροών µπορεί να παριστούν καθιζήµατα από µεταλλοφόρα ρευστά που κινούνται προς τα πάνω αφού το µεγαλύτερο µέρος του µεταλλικού φορτίου τους έχει αποτεθεί αλλού. Εάν το κοίτασµα είναιτυφλό(καλύπτεται) οτύποςαυτόςανωµαλίας µπορεί να αποτελέσει έναν άριστο οδηγό στον εντοπισµό τουµεταλλεύµατος. Ανωµαλίες διαρροών σχεδόν όµοιες µ' εκείνες που σχετίζονται µε το µετάλλευµα µπορεί επίσης να σηµειώνουν το πέρασµα µη-παραγωγικών υδροθερµικών διαλυµάτων που είτε έχασαν την ευκαιρία ή δεν είχαν το δυναµικό να αποθέσουν µεγάλες συγκεντρώσεις µετάλλου.

22

23 Η θέση, οι διαστάσεις και η ένταση των ανωµαλιών διαρροών εξαρτώνται από τους ακόλουθους παράγοντες: 1. Το µονοπάτι ροής του µεταλλοφόρου ρευστού. 2. Τα ποσοστά των ιχνηλατών στο µεταλλοφόρο ρευστό. 3. Τους ελέγχους απόθεσης, προσρόφησης και άλλων διεργασιών µεταφοράς στο πέτρωµα. Το µονοπάτι ροής ενός υδροθερµικού ρευστού συνήθως προσδιορίζεται από τις ζώνες διάρρηξης ή τους πόρους του πετρώµατος, διότι η ροή είναι πιο γρήγορη κατά µήκος των ζωνών αυτών απ' ό,τι κατά µήκος ορίωνκόκκωνήπόρωνστασυµπαγή πετρώµατα. Τα περισσότερα υδροθερµικά ρευστά φαινοµενικά ρέουν κατά µία ανοδική διεύθυνση σαν αποτέλεσµα της χαµηλότερης πυκνότητας των ζεστών ρευστών, σε σύγκριση µ' εκείνη των κανονικών υπόγειων νερών, και των υψηλών πιέσεων στο βάθος. Τα ρευστά που αποθέτουν τα συνήθη µεταλλεύµατα βασικών µετάλλων γενικά θεωρούνται ότι περιέχουν µεταξύ 1 και 1000 ppm µέταλλα. Για σύγκριση, τα κανονικά επιφανειακά και υπόγεια νερά περιέχουν µόνο 0.01 ppm Cu, Pb και Ζn.

24 Η καθίζηση από το διάλυµα µπορεί να γίνει από αλλαγές στη θερµοκρασία, στην πίεση, στο PΗ, στην κατάσταση οξείδωσης και σ' άλλες χηµικές διαταραχές που προκύπτουν από αλληλοαντίδραση µε το περιβάλλον πέτρωµα, βρασµό καιµείξη µε υπόγειο νερό ή άλλα ρευστά. Οι ανωµαλίες διαρροών διαφέρουν από την άλω διάχυσης κατά την έκταση, τον έλεγχο από τη διάρρηξη και τη διαπερατότητα και το πρότυπο της εξασθένησης µακριά από την πηγή του ρευστού. Οι ανωµαλίες διαρροών µπορεί να εκτείνονται εκατοντάδες µέτρα από το µετάλλευµα, ενώ οι άλω διάχυσης περιορίζονται περίπου στα 30 µ.

25 ΓΕΩΧΗΜΙΚΕΣ ΙΑΣΚΟΠΗΣΕΙΣ Σκοπός: Η εκτίµηση µιας µεγάλης περιοχής έκτασης εκατοντάδων έως δεκάδων χιλιάδων Km 2 µε ειδικά ευνοϊκά γεωφυσικά ή γεωλογικά χαρακτηριστικά. Η µέθοδος χρησιµοποιείται για την επιλογή µιας περιοχής, αλλά όχι για τον εντοπισµό ειδικών κοιτασµάτων. Πυκνότητα δειγµατοληψίας: ~ 1 δείγµα ανά 1 Km 2 έως 100 Km 2. Λεπτοµερείς διασκοπήσεις : Μικρή περιοχή, µερικά Km 2 έως δεκάδες Km 2, µε αντικειµενικό στόχο τον ακριβή εντοπισµό ιδιαίτερων κοιτασµάτων ορυκτών.