Κοιτασματολογία Ενότητα 3: Διαδικασίες σχηματισμού, περιεχόμενο και εμφανίσεις κοιτασμάτων Γεώργιος Χαραλαμπίδης Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος & Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Ο φοιτητής με την ολοκλήρωση της 3 ης ενότητας θα πρέπει να γνωρίζει τις διαδικασίες σχηματισμού, το περιεχόμενο και τις εμφανίσεις των πηγματικών και υδροθερμικών κοιτασμάτων αντικατάστασης και πλήρωσης διακένων, όπως επίσης και των κοιτασμάτων μετασωμάτωσης επαφής. 4
Περιεχόμενα ενότητας Πηγματικά κοιτάσματα. Αποθέσεις αέριων ατμίδων. Μετασωμάτωση επαφής. Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων. Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης. 5
Μάθημα 3 ο 6
Πηγματικά κοιτάσματα Έγχυση μαγματικών υπολοίπων στη σύσταση των οποίων συμμετέχουν, εκτός από τα τελευταία πετρογενετικά ορυκτά, διοξείδιο του άνθρακα, συγκεντρώσεις σπάνιων στοιχείων και μέταλλα. 7
Κατηγορίες πηγματιτών Γρανιτικοί. Αλκαλικοί. Υπερβασικοί. 8
Αποθέσεις αέριων ατμίδων (1/2) Απόθεση των πτητικών συστατικών σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας και πίεσης. Απαντώνται σε ατμίδες και ηφαίστεια και οφείλουν τον σχηματισμό τους στην κατευθείαν μετάβαση από την αέρια στη στερεά κατάσταση, χωρίς την παρεμβολή της υγρής φάσης. 9
Αποθέσεις αέριων ατμίδων (2/2) Τέτοιου είδους αποθέσεις είναι συνηθισμένες γύρω από τα ηφαίστεια και τις ατμίδες, αλλά σπάνια απαντώνται σε επαρκείς ποσότητες για να είναι εκμεταλλεύσιμες. Κατά την διάρκεια της κρυστάλλωσης του μάγματος και ιδιαίτερα στα τελευταία του στάδια, τα πτητικά συστατικά που βρισκόταν υπό πίεση διαφεύγουν και αντιδρούν με τα περιβάλλοντα πετρώματα. 10
Μετασωμάτωση επαφής (1/3) Οι επιδράσεις που προκαλούν τα πτητικά συστατικά στα περιβάλλοντα πετρώματα είναι: Θερμική επίδραση, χωρίς αξιοσημείωτη προσθήκη υλικών από το μάγμα : μεταμόρφωση επαφής. Θερμική επίδραση, σε συνδυασμό με προσθήκη υλικών από το μάγμα: μετασωμάτωση επαφής. 11
Μετασωμάτωση επαφής (2/3) Κατά την μεταμόρφωση επαφής εκδηλώνονται φαινόμενα στην περιφέρεια της διείσδυσης και στα περιβάλλοντα πετρώματα. Η επίδραση στην περιφέρεια της διείσδυσης χαρακτηρίζεται ενδογενής. Η επίδραση στα περιβάλλοντα πετρώματα χαρακτηρίζεται εξωγενής. 12
Μετασωμάτωση επαφής (3/3) Πυρομετασωματικά ή πνευματολυτικά κοιτάσματα. Μετασωματικά κοιτάσματα επαφής, τα συστατικά των οποίων προέρχονται από το μάγμα. 13
Σχέση κοιτάσματος μετασωμάτωσης επαφής Σχέση κοιτάσματος μετασωμάτωσης επαφής (μαύρο) μονζονιτικής διείσδυσης και της τεκτονικής του περιβάλλοντος ασβεστόλιθου. (ασ: ασβεστόλιθος, σχ: σχιστόλιθος). Εικόνα 1: Σχέση κοιτάσματος μετασωμάτωσης επαφής. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 14
Υδροθερμικά διαλύματα Τα υδροθερμικά κοιτάσματα σχηματίζονται από την απόθεση των μεταλλικών συστατικών των μεταλλοφόρων διαλυμάτων. Διακρίνονται τέσσερις κατηγορίες υδροθερμικών κοιτασμάτων : α) καταθερμικά. β) μεσοθερμικά. γ) επιθερμικά. δ) ανωθερμικά κοιτάσματα. 15
Υδροθερμικά κοιτάσματα (1/2) Πλήρωσης διακένων: Φλεβών. Διατμητικών ζωνών. Πλέγματος φλεβών. Υφάλων σαμαριού. Αντικατάστασης: Συμπαγή. Σύνθετων φλεβών. Διάσπαρτα. 16
Υδροθερμικά κοιτάσματα (2/2) Εικόνα 2: Υδροθερμικά κοιτάσματα. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 17
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (1/10) Εικόνα 3: Φλέβα με τη δομή κτένας. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 18
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (2/10) Εικόνα 4: Σχηματική παράσταση φλέβας από το Zellerfeld, Harz, Γερμανία με ασύμμετρη πλήρωση κοιλοτήτων από γαληνίτη, σφαλερίτη και ασβεστίτη. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 19
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (3/10) Εικόνα 5: Σχηματική παράσταση φλέβας από το Zellerfeld, Harz, Γερμανία με ασύμμετρη πλήρωση κοιλοτήτων από γαληνίτη, σφαλερίτη και ασβεστίτη. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 20
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (4/10) Εικόνα 6: Κατηγορίες ομάδων ρωγμών: Α) παράλληλες, Β) σχήματος ριπιδίου, Γ) ακτινωτές, Δ) τεμνόμενες συγγενείς,ε) τεμνόμενες διαφορετικής ηλικίας, ΣΤ) συζυγείς. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 21
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (5/10) Εικόνα 7: Ένα παλαιότερο σύστημα φλεβών (α) μετατοπισμένο από ένα μεταγενέστερο (β) με διαφορετική μεταλλοφορία. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 22
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (6/10) Εικόνα 8: Κοίτασμα πλέγματος φλεβών (stockwork) από την περιοχή Altemberg, Γερμανία. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 23
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (7/10) Εικόνα 9: Ανάπτυξη φλεβών σε διάφορες κατηγορίες πετρωμάτων. A. Διάσπαση φλέβας σε πολύπλοκο σύστημα φλεβών. Β. Εμφάνιση ή παραμόρφωση φλέβας όταν συναντήσει αδιαπέρατο υποχωρητικό πέτρωμα. Γ. Μεταβολή του πάχους φλέβας κατά τη διέλευσή της από διαφορετικά πετρώματα. Δ. Διάσπαση φλέβας σε παράλληλο σύστημα φλεβών. Ε. Απόκλιση της διεύθυνσης. ΣΤ. Ισχυρή φλέβα σε σχιστόλιθο διασπάται σε κατακερματισμένο ηφαιστειακό. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 24
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (8/10) Εικόνα 10: Μορφή πλέγματος φλεβών στο κοίτασμα μολυβδαινίτη στο Climax Mine, Η.Π.Α. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 25
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (9/10) Εικόνα 11: Μετάλλευμα χρυσού με χαλαζία σε τυπικό κοίτασμα μορφής σαμαριού από την περιοχή Bendio της Αυστραλίας. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 26
Υδροθερμικά κοιτάσματα πλήρωσης διακένων (10/10) Εικόνα 12: Κοίτασμα κλιμακωτών φλεβών μέσα στο φιλοξενούν πέτρωμα. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 27
Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης (1/8) Γενικοί χαρακτήρες: Όταν τα μεταλλοφόρα διαλύματα συναντούν ορυκτά, τα οποία είναι φυσικοχημικώς ασταθή, αντικατάσταση λαμβάνει χώρα. Η ανταλλαγή της ύλης είναι ταυτόχρονη ενώ το σώμα που προκύπτει καταλαμβάνει τον ίδιο όγκο και σε πολλές περιπτώσεις διατηρεί τα χαρακτηριστικά του αρχικού σώματος. Απαραίτητη προϋπόθεση για να λάβει χώρα η αντικατάσταση => η συνεχής προσφορά υλικών και η απομάκρυνση εκείνων που αντικαθίστανται. 28
Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης (2/8) Γενικοί χαρακτήρες: Τα κοιτάσματα αντικατάστασης προκύπτουν από αέρια ή υγρά διαλύματα, στα οποία επικρατεί το νερό. Τα μεταφερόμενα συστατικά προέρχονται από το μάγμα ή από τα συστατικά των περιβαλλόντων πετρωμάτων. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την εκδήλωση των φαινομένων της αντικατάστασης είναι η θερμοκρασία, η πίεση, η φύση των φιλοξενούντων πετρωμάτων, το ph και η μερική πίεση των συστατικών των διαλυμάτων. 29
Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης (3/8) Εικόνα 13: Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 30
Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης (4/8) Εικόνα 14: Φαινόμενα αντικατάστασης σε παρεμβολές στρωμάτων ασβεστόλιθων (Α), σε επίπεδα στρώσης ασβεστόλιθων (Β), στην επαφή ασβεστόλιθων/ σχιστόλιθων (Γ). Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 31
Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης (5/8) Εικόνα 15: Σύνθετες φλέβες αντικατάστασης κατά μήκος απλής ρωγμής (Α) και κατά μήκος ζώνης διάτμησης (Β). Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 32
Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης (6/8) Εικόνα 16: Υδροθερμική αντικατάσταση με ακανόνιστες μαιανδρικές μορφές επαφής και με υπόλοιπα μη αντικατασταθέντος πετρώματος. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 33
Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης (7/8) Εικόνα 17: Χαρακτηριστικά κριτήρια αντικατάστασης. Α: Διατήρηση υπολοίπων του αρχικού πετρώματος. Β, Γ: Διατήρηση της δομής του αρχικού πετρώματος. Δ. Ε: Παρουσία μεγάλων ιδιόμορφων κρυστάλλων σε ακανόνιστη κατανομή στο πέτρωμα. Ζ: Ακανόνιστα όρια επαφής μεταλλεύματος και πετρώματος, H: Ακανόνιστα όρια στις επαφές αντικατάστασης. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 34
Υδροθερμικά κοιτάσματα αντικατάστασης (8/8) Εικόνα 18: Χαρακτηριστικές μορφές αντικατάστασης. Α: Κατά μήκος ρωγμών και στην επαφή με φωνόλιθο. Β, Γ: Μετάλλευμα με δολομίτες περιοριζόμενο από σχιστόλιθους, Δ: Φλέβα αντικατάστασης, Ε : Μετάλλευμα στην επαφή σχιστόλιθου χαλαζίτη. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 35
Υδροθερμικά Κοιτάσματα Είδος Βάθος (m) Θερμοκρασία ( o C) Ανωθερμικά 0-300 100 Επιθερμικά 300-1400 200 Μεσοθερμικά 1000-2000 300 Καταθερμικά 2000-4000 350-450 Μετασωμάτωσης 1000-10000 450-550 Πηγματικά 1000-10000 500-600 Μαγματικά 1000-10000 600 Μεγάλου βάθους 1000-10000 700-800 Εικόνα 19: Υδροθερμικά κοιτάσματα. Πηγή: Χαραλαμπίδης Γ., 2005, Κοιτασματολογία. 36
Βιβλιογραφία 1. Anderson G.M., 1977 : Thermodynamics and sulfide solubilities. In Greenwood H.J. (ed.), Application of Thermodynamics in Petrology and Ore Deposits. Mineralogical Association of Canada, Torondo. 2. Bethke C.M., 1986 : Hyrologic constraints of the genesis of the Upper Mississippi Valley Mineral District from Illinois Basin brines. Econ. Geol., 81, 233-249. 3. Butler B.S. & Vanderwilt S.W., 1933 : The Climax molybdenum deposit, Colorado. U.S. Geol. Surv. Bull. 846. C. Washington. 4. Cameron, E.M. 1959: Chromite deposits of this classical area. Econ. Geol., 54, 1151-1213...37
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Γεώργιος Χαραλαμπίδης. «Κοιτασματολογία». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: URL.
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 39
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 40
Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες: 1. Anderson G.M., 1977 : Thermodynamics and sulfide solubilities. In Greenwood H.J. (ed.), Application of Thermodynamics in Petrology and Ore Deposits. Mineralogical Association of Canada, Torondo. 2. Bethke C.M., 1986 : Hyrologic constraints of the genesis of the Upper Mississippi Valley Mineral District from Illinois Basin brines. Econ. Geol., 81, 233-249. 3. Butler B.S. & Vanderwilt S.W., 1933 : The Climax molybdenum deposit, Colorado. U.S. Geol. Surv. Bull. 846. C. Washington. 4. Cameron, E.M. 1959: Chromite deposits of this classical area. Econ. Geol., 54, 1151-1213. 41