Μεταλλογενετικές διεργασίες που συνδέονται με τον σχηματισμό βωξιτικών λατεριτών και Ni–λατεριτών
Authors: Καλαθά Σοφία 
Published: September 2021

Τα μελετήθεντα κοιτάσματα Fe-Ni μεταλλευμάτων στην περιοχή της Λοκρίδας είναι αλλόχθονα κοιτάσματα καρστικού τύπου (δημιουργήθηκαν από μεταφορά και επαναπόθεση υλικού λατεριτικής προέλευσης, πάνω σε καρστικοποιημένους ασβεστολίθους). Τα κοιτάσματα στην περιοχή Νησί, μπορεί να εμφανίζονται είτε μεμονωμένα σαν κοιτάσματα τυπικού ιζηματογενούς σιδηρονικελιούχου μεταλλεύματος ή βωξιτικού λατερίτη, είτε σαν συνύπαρξη νικελιούχου βωξιτικού λατερίτη στο κατώτερο τμήμα του κοιτάσματος που μεταβαίνει σε βωξιτικό λατερίτη στο ανώτερο τμήμα του κοιτάσματος, όπως στο κοίτασμα Πατητήρια που βρίσκεται στο ανατολικό τμήμα της περιοχής Νησί.Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η λεπτομερής oρυκτολογική και γεωχημική διερεύνηση των κοιτασμάτων βωξιτικών λατεριτών και Fe-Ni-λατεριτών στην περιοχή Νησί Λοκρίδας, με σκοπό τον προσδιορισμό: α) των μεταλλογενετικών διεργασιών που συνδέονται με τον σχηματισμό των καρστικού τύπου κοιτασμάτων βωξιτικών λατεριτών και ιζηματογενών σιδηρονικελιούχων μεταλλευμάτων, τον πιθανό ρόλο της οργανικής ύλης και τις βιογεωχημικές διεργασίες, β) των παραγόντων που ελέγχουν την κατανομή των σπανίων γαιών και τον σχετικό εμπλουτισμό τους, γ) της φύσης του αρσενικού, σε ζώνες του μεταλλεύματος με σημαντικές περιεκτικότητες σε As, στο κοίτασμα νικελιούχου βωξιτικού και βωξιτικού λατερίτη στην θέση Πατητήρια. Αν και η σημαντική περιεκτικότητα σε αρσενικό σε Fe-Ni-λατερίτες είναι γνωστή από προηγούμενες δημοσιεύσεις, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά μια λεπτομερής μελέτη της κατανομής και του σθένους του αρσενικού με την χρήση φασματοσκοπικών τεχνικών ακτινοβολίας σύγχροτρον [Synchrotron Radiation (SR)] (micro-XRF & micro-XAFS).Η παρούσα διατριβή εστιάζει σε κατακόρυφες τομές των κοιτασμάτων ιζηματογενούς σιδηρονικελιούχου μεταλλεύματος στην περιοχή Νησί και ιδιαίτερα στις μεταβατικές ζώνες μεταξύ ενός τυπικού ερυθροκαστανού μεταλλεύματος και των υπερκείμενων και υποκείμενων ασβεστολίθων. Η ανώτερη μεταβατική ζώνη χαρακτηρίζεται από μια σύνδεση σιδηροπυρίτη μορφής “framboidal” με οργανική ύλη, και η κατώτερη μεταβατική ζώνη από την παρουσία βακτηριόμορφων οξυ-υδροξειδίων του Fe τύπου γκαιτίτη και συνδέεται με αυξημένες περιεκτικότητες σε οργανική ύλη. Επίσης, μελετήθηκαν δύο κατακόρυφες τομές από το κοίτασμα βωξιτικού λατερίτη στην θέση Πατητήρια, που χαρακτηρίζονται αντίστοιχα από την παρουσία μικροδομών οξυ-υδροξειδίων του Fe τύπου γκαιτίτη και από έναν σημαντικό εμπλουτισμό σε σπάνιες γαίες.Τα ορυκτολογικά και γεωχημικά αποτελέσματα που παρουσιάζονται απεκάλυψαν ότι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των κοιτασμάτων σιδηρονικελιούχου μεταλλεύματος στην περιοχή Νησί είναι η μεταφορά και επαναπόθεση του μεταλλεύματος και οι μετασχηματισμοί των ορυκτών φάσεων σε πολλά στάδια καθώς επίσης και η παρουσία σημαντικής περιεκτικότητας σε θείο (έως 6.8 wt% SO3) και οργανικής ύλης (έως 8.1 wt% Ο.Μ.) σε ορισμένες θέσεις των μελετηθέντων κατακόρυφων τομών. Στα δείγματα από την ανώτερη μεταβατική ζώνη που παρουσιάζουν ορυκτολογικά και γεωχημικά χαρακτηριστικά μεταξύ σιδηρονικελιούχου μεταλλεύματος και ασβεστολίθου, διαδεδομένα ορυκτά του Fe είναι τα πολύ λεπτομερώς διαμερισμένα (περίπου 1μm) σουλφίδια του σιδήρου (πιθανώς σιδηροπυρίτης) που συνήθως συνδέονται με πιθανόν απολιθωμένα βακτήρια και βρίσκονται μεταξύ κρυστάλλων ασβεστίτη, ενώ παρατηρήθηκαν και μίκρο-απολιθώματα που έχουν πληρωθεί με σιδηροπυρίτη. Μεγάλα συσσωματώματα σιδηροπυρίτη μορφής “framboidal” που παρουσιάζουν ιστολογικές ενδείξεις αντικατάστασης βακτηρίων ή δημιουργία κρούστας σιδηροπυρίτη πάνω σε βακτήρια, είναι επίσης συχνά και μπορεί να συνδέονται με συσσωματώματα λεπτομερών νέο - κρυστάλλων σιδηροπυρίτη στην επιφάνεια του. Ο Fe και το S είναι τα χημικά στοιχεία που επικρατούν στα πιθανόν απολιθωμένα βακτήρια. Η ισοτοπική σύσταση του S, εκφρασμένη ως δ34SVCDT σε δείγματα με 3.6 wt% και 6.8 wt% SO3 ήταν -25 και -26.2 (‰) αντίστοιχα.Ο γκαιτίτης εντός του σιδηρονικελιούχου μεταλλεύματος αποτελείται από αποστρογγυλεμένα και γωνιώδη τεμάχια που περιέχουν κλαστικούς κόκκους χαλαζία, χρωμίτη και χλωρίτη. Τα οξυ-υδροξειδία του Fe τύπου γκαιτίτη από την κατώτερη μεταβατική ζώνη μεταξύ του σιδηρονικελιούχου μεταλλεύματος και του ασβεστολίθου του υποβάθρου, διαφέρουν από τον γκαιτίτη εντός του μεταλλεύματος ως προς το (a) το μέγεθος, (b) το σχήμα, και (c) το περιεχόμενο σε ιχνοστοιχεία (π.χ. As). Τα οξυ-υδροξειδία του Fe τύπου γκαιτίτη στην κατώτερη μεταβατική ζώνη εμφανίζονται σε μικρά μεγέθη, που ομοιάζουν με βακτηριακά κύτταρα που έχουν καλυφθεί από βακτηριόμορφα οξυ-υδροξειδία του Fe τύπου και περιέχουν αρσενικό (έως 1.2 wt% As2O3). Επίσης για την ομάδα δειγμάτων του Fe-Ni-μεταλλεύματος δεν παρατηρείται κάποια τάση συσχέτισης ανάμεσα στις περιεκτικότητες As και Fe2O3, ενώ για την ομάδα δειγμάτων από τις μεταβατικές ζώνες η περιεκτικότητα σε As παρουσίαζει μια θετική τάση συσχέτισης με τις περιεκτικότητες σε Fe2O3 και οργανική ύλη (Ο.Μ.), ενώ παρατηρείται επίσης μια θετική τάση συσχέστισης, ανάμεσα στις περιεκτικότητες σε οργανική ύλη (Ο.Μ.) και Fe2O3.Η παρουσία και η σύνδεση συσσωματωμάτων Fe-ορυκτών (σουλφίδια και οξυ-υδροξειδία του Fe τύπου γκαιτίτη) με πιθανώς απολιθωμένους μικροοργανισμούς και οι αρνητικές τιμές δ34SVCDT για δείγματα που περιέχουν σουλφίδια, είναι ενδεικτικά για την συμμετοχή της οργανικής ύλης στον κύκλο των μετάλλων και των μεταλλοειδών.Tο κοίτασμα στην θέση Πατητήρια σε ορισμένες θέσεις παρουσιάζει σημαντικό εμπλουτισμό σε REE, ιδιαίτερα στο κατώτερο τμήμα και πλησίον της επαφής με τον υποκείμενο ασβεστόλιθο όπου REEtotal είναι 5200 ppm. Εκτός από τους hydroxyl-bastnaesites που είχαν αναφερθεί σε προηγούμενες μελέτες, στην παρούσα έρευνα προσδιορίστηκε ένα (La,Nd,Y)(CO3)F μέλος της ομάδας του bastnaesite συνδεόμενο με Al-Ni-πυριτικά, η σταθερότητα του οποίου μπορεί να εκφράζει την εξάρτηση από τις τοπικές μεταβολές pH-Eh. Ο εμπλουτισμός σε REE συγκεντρωμένες σε ορυκτά της ομάδας του bastnaesite, οι συμφύσεις μεταξύ REE-ορυκτών και Al-Ni-πυριτικών με σημαντική περιεκτικότητα σε θείο και η σύνδεση τους με μικροδομές βακτηριόμορφων οξυ-υδροξειδίων του Fe τύπου γκαιτίτη, υποδεικνύουν την κινητοποίηση των REE μαζί με την έκπλυση του σιδήρου και την επαναπόθεση επί καρστικοποιήμενου ασβεστολίθου. Η αλληλεπίδραση, μεταξύ κατεισδύοντος νερού και των ανθρακικών πετρωμάτων φαίνεται να είναι ένας πολύ δραστικός μηχανισμός για την απόθεση REE-φθοριοανθρακικών κάτω από αλκαλικές και αναγωγικές συνθήκες.Επιπλέον, στα μελετηθέντα κοιτάσματα, προσδιορίστηκαν σημαντικές περιεκτικότητες Sc έως 74ppm για τα Fe – Ni μεταλλεύματα και έως 104ppm για τους βωξιτικούς λατερίτες. Η παρουσία Sc στα μελετηθέντα κοιτάσματα ίσως είναι ενδεικτική της συνεισφοράς από τα υπερβασικά – βασικά πετρώματα.Επίσης, ο νικελιούχος βωξιτικός λατερίτης από το κατώτερο τμήμα του κοιτάσματος Πατητήρια περιέχει συσσωματώματα βακτηριόμορφων όξυ-υδροξειδίων του Fe τύπου γκαιτίτη που περιέχουν As σε δείγματα με σημαντική οργανική ύλη. Η μελέτη SR micro-XRF επιβεβαίωσε την ύπαρξη αρσενικού και την συσχέτιση του με Fe, ενώ η μελέτη As K-edge micro-XANES απέδειξε την παρουσία πεντασθενούς As στα πλούσια σε αρσενικό βακτηριόμορφα όξυ-υδροξειδία του Fe τύπου γκαιτίτη.Η έλλειψη As και REE στo τυπικό Fe – Ni μετάλλευμα και η παρουσία REE-ορυκτών μαζί με Ni, Co και Mn (ασβολάνη και Al-Ni πυριτικών ορυκτών) προς το κατώτερο τμήμα του μεταλλεύματος λατερίτη, υποδηλώνει ότι η απόθεση τους ελέγχθηκε από τις φυσικοχημικές συνθήκες παρά από τα προϋπάρχοντα πετρώματα.