Μοντελοποίηση της ροής του μετασωματικού ρευστού και η σύνδεση του με τη δημιουργία σχηματισμών τύπου skarn στην περιοχή της Λαυρεωτικής

• Κύριος συγγραφέας: Σίμος, Ξενοφών
• Άλλοι συγγραφείς: Χατζηπαναγιώτου, Κωνσταντίνος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Πλάκα Λαυρεωτικής; Μοντελοποίηση ροής; Μετασωμάτωση; Λιθότυποι Σκαρν; Skarn; Metasomatic rocks

Τα skarn αποτελούν μετασωματικά πετρώματα, με παραγένεση που αποτελείται κυρίως από ασβεστοπυριτικά ορυκτά. Σχετίζονται με μετασωματικές διεργασίες που οφείλονται σε ρευστά με μαγματική, μεταμορφική ή και μετεωρική προέλευση και αναπτύσσονται κυρίως σε ανθρακικούς σχηματισμούς. Η Λαυρεωτική γη ανήκει γεωτεκτονικά στην Αττικοκυκλαδική ζώνη και διακρίνονται δύο τεκτονοστρωματογραφικές ενότητες. Στην περιοχή της Πλάκας, ένας μετά-αλπικός πλουτωνίτης, με μορφή σωρού και γρανοδιοριτικής ως τοναλιτικής σύστασης, γνωστός ως «Γρανοδιορίτης της Πλάκας», διεισδύει μόνο στην LTU. Ο γρανοδιορίτης συνοδεύεται από πλήθος πορφυριτικών φλεβών ή κοιτών (γνωστές ως ευρίτες) και εκτεταμένη ζώνη μεταμόρφωση επαφής που χαρακτηρίζεται από ασβεστοκερατίτες, skarn και skarnoids. Οι εν λόγω λιθότυποι αναπτύσσονται σε 3 επακόλουθες και αλληλεπικαλυπτόμενες πετρολογικές ζώνες. Ο πλουτωνίτης περιβάλλεται από ένα skarn-μαγνητίτη και ακολουθείται από τον λιθότυπο του skarn-επιδοτίτη (όρος των μεταλλευτών του Λαυρίου). Τα skarn και skarnoids αναπτύσσονται ως φακοί και ως φλέβες αντικατάστασης παράλληλα αλλά και κάθετα στη φολίωση των μαρμάρων και τους σχιστόλιθους της Καισαριανής, καθώς και εντός του γρανοδιορίτη, ως ένδο-skarn. Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην μοντελοποίηση της εξέλιξης του μετασωματικού ρευστού που οδήγησε στον σχηματισμό των μετασωματικών λιθοτύπων skarn και skarnoids στην περιοχή Πλάκας Λαυρεωτικής. Επιμέρους προϋποθέσεις αποτελούν ο ορυκτολογικός και πετρογραφικός χαρακτηρισμός των λιθοτύπων, η αναλυτική ορυκτοχημική μελέτη των κύριων ορυκτών δεικτών (γρανάτης και πυρόξενος), ο ισοτοπικός χαρακτήρας των ορυκτολογικών παραγενέσεων (δ18Ο, δD, δ30Si, δ34S, 207Pb/206Pb/204Pb, 187Re/187Os και U-Pb zircon), η μελέτη ρευστών εγκλεισμάτων για τον προσδιορισμό των παραμέτρων του μετασωματικού ρευστού αλλά και η τεκτονική ανάλυση της περιοχής. Στο πλαίσιο της παρούσας μελέτης συντελέστηκε εργασία υπαίθρου κατά την οποία έγινε δειγματοληψία από τους διαφόρους λιθότυπους της άλω μεταμόρφωσης, των skarn, skarnoids και του πλουτωνίτη της Πλάκας. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα των μεταλλευτικών χαρτών και των γεωτρήσεων της Γαλλικής Εταιρίας των μεταλλείων του Λαυρίου και θέσεις από προηγούμενες δειγματοληψίες. Η χαρτογράφηση έγινε σε κλίμακα 12000, επί καννάβου, στην ανατολική πλευρά του πλουτωνίτη. Κατά την πετρογραφική και ιστολογική εξέταση των skarn και skarnoids επαληθεύτηκαν οι τρεις επακόλουθες και αλληλεπικαλυπτόμενες ζώνες ανάπτυξής τους, γρανάτη-επιδότου (Grt-Ep), γρανάτη-πυρόξενου (Grt-Pyx) και σκαπόλιθου (Scp). Εφαρμόστηκε το μοντέλο του Korzhinskii (1970, 1973) για την αναγνώριση της μετασωμάτωσης βάσει των διεργασιών της διήθησης και της διάχυσης, μεταξύ της ορυκτοχημικής σύστασης και της απόστασης (για αποστάσεις D ≤ 150m, 150 < D < 300m και 300 < D < 450m). Σε αποστάσεις d ≤ 300m η κυρίαρχη διεργασία κατά τη μετασωμάτωση είναι η διήθηση, ενώ σε αποστάσεις d ≥ 300m η κυρίαρχη διεργασία από διήθηση μετατρέπεται σε διάχυση. Καταγράφονται διακυμάνσεις στο περιεχόμενο σε Fe, και Ca του μετασωματικού ρευστού, και με την απόσταση, που σχετίζονται με την πτώση της θερμοκρασίας και την μείωση της διαφυγότητας οξυγόνου. Σε κοντινές αποστάσεις στον γρανοδιορίτη της Πλάκας ≤ 150 m, η μετασωμάτωση ακολουθεί τις φολιώσεις με μια Α-ΝΑ κατεύθυνση. Μετά τα ≥ 300 m ακολουθεί την νέα φολίωση, κατεύθυνσης Β έως ΒΑ που σχετίζεται με την παρουσία ενός αντίκλινου στην Πλάκα, οπού τα skarn και skarnoids αναπτύσσονται κυρίως με φλεβική μορφή κάθετα στην εν λόγω φολίωση. Τα μικροθερμομετρικά δεδομένα από κρυστάλλους χαλαζία της κυρίαρχης ζώνης Ep-Grt των skarn και skarnoids υποδεικνύουν θερμοκρασίες από 177-402C, ενώ οι αλατότητες του μετασωματικού ρευστού κυμαίνονταν από 4,2 έως 19,5 wt.% equivalent NaCl. Η επικρατούσα πίεση ήταν υδροστατική με τιμή ~ 250 bars και αποτέθηκαν σε βάθος ~ 2,5 km. Η μεταβολή των τιμών δ18OΗ2Ο κατά 4,5‰, σε απόσταση ≈ 300 m από τον γρανοδιορίτη και οι περισσότερο αρνητικές τιμές δ30Si ≤ -0,30‰ που παρατηρούνται, αποδίδονται στην αντίδραση του μετασωματικού ρευστού με τα περιβάλλοντα πετρώματα. Η μεταβολή στις υπολογιζόμενες τιμές δ34SΗ2S του μεταλλοφόρου διαλύματος κατά ~ 8‰ με την απόσταση κατά 150 έως 450 m, δηλαδή κατά 300 m, είναι πιθανό να συνδέεται με τη συνεχή απώλεια αέριας φάσης κατά τη διάρκεια φαινομένων βρασμού ή τις αντιδράσεις σουλφοποίησης-αναγωγής με τα περιβάλλοντα-πετρώματα. Η ταχύτητα του μάγματος στην περιοχή της Πλάκας υπολογίστηκε ότι κυμαίνονταν από 2,5.10-5 έως 1,8.10-4 mm/s. Η θεωρητική ταχύτητα (VDarcy) και η πραγματική ταχύτητα (VTrue) είχαν τιμές που κυμαίνονται από 5 .10-2 έως 3,5 mm/s και 5,5.10-2 έως 3,3 mm/s, αντίστοιχα. Ο ρυθμός διάχυσης κυμαίνεται από 0,42 - 0,48. Οι τιμές κυριότερων παραμέτρων του μετασωματικού διαλύματος ήταν: (i). διαφυγότητα S2: 10-8,4-10-11,5, (ii). διαφυγότητα Ο2: 10-31,4-10-34,8, (iii). διαφυγότητα CΟ2: 10-0,3-10-0,09, (iv). ενεργότητα Η2S: 10-1,2-10-1,7, (v). διαφυγότητα H2S: 10-0,75-10-0,63 και (vi). pH: 3,8-5,1. Τέλος, βάσει των φυσικοχημικών συνθηκών δημιουργίας τους, σε συνδυασμό με τα στοιχεία υπαίθρου, το μοντέλο ροής του μετασωματικού ρευστού με τη βοήθεια του Hydrotherm Interactive 3.2.0 (USGS), έδειξε ότι το μετασωματικό ρευστό κινήθηκε ανοδικά χρησιμοποιώντας τις τεκτονικές ασυνέχειες. Την χρονική στιγμή t1 = 100 Ka ή ≈ 8,2 Ma έχει αναπτυχθεί το μετασωματικό-υδροθερμικό σύστημα στην Πλάκα. Την t2 = 500 Ka ή ≈ 7,9 Ma, εμφανίζεται μια έντονη παραμόρφωση των ισόθερμων καμπυλών, με καμπύλωσή τους προς την κατεύθυνση του ανωτέρου μάρμαρου, και την t3 = 1 Ma ή ≈ 7,4 Ma, η παραμόρφωση των ισόθερμων καμπυλών και εμφανίζεται μια επιφάνεια, αυτή του ανωτέρου μάρμαρου, στην οποία ανακλάται η θερμότητα και επιστρέφει προς τον γρανοδιορίτη. Ο ρυθμός σκαρνοποίησης στην Πλάκα ήταν ~ 0,3mm/y.