Μελέτη θειούχου μεταλλοφορίας περιοχής Επταδένδρου και Ράχης στην Ανατολική Ροδόπη

Abstract

The present thesis deals with the study of the sulphide mineralization of Eptadendro (Aberdeen) and Rachi (Baiko) areas hosted in the Upper Tectonic Unit (U.T.U) of eastern Rhodope. The rocks of U.T.U are separated into four categories: ultrabasics (serpentinites), metabasites (hornblendites, amphibolites, and metagabbros), acidic (granitoids, gneisses, and pegmatites) and marbles. The ultrabasic rocks are metamorphosed harzburgites. The metabasites are of magmatic origin and their protoliths are andesitic- to sub-alkaline-basalts of tholeiitic affinity. The acidic rocks have an igneous origin, a calc-alkaline affinity and their protoliths were trondjemites. The detailed geochemical study of the U.T.U. metabasic rocks and the use of well known empirical discrimination diagrams suggest a formation in a tectonic environment which resembles that of an island arc. The mineralogy and mineral chemistry of the U.T.U. rocks have been studied in some details in order to evaluate the metamorphic conditions. Thus, it was confirmed that the U.T.U. have suffered three successive metamorphic episodes: a high-pressure metamorphism of eclogitic facies in Lower Cretaceous (119 ±3.5 Ma), a Barrow-type amphibolite facies with intermediate pressures in Paleocene (65.4 Ma) and a low pressure of greenschists facies overprint in Eocene to Oligocene. Using mineral indicators for geothermobarometry in amphibolites and granitoids temperatures between 509 and 6240C and pressures between 7 and 8.5 Kb were estimated. The ore occurrences of Eptadendro and Rachi areas are placed in the U.T.U. and are found along the contacts between granitoids and meta-ultrabasic-basic rocks as well as within the ultrabasic-basic rocks. Two stages of mineralization have been identified: an initial stratabound which is considered of volcanosedimentary origin and a later one of vein-type formed during a hydrothermal episode, related to intrusion of trondjemites. The orebodies exhibit a lenticular to tabular morphology and are concordant with host rocks. Their length does not exceed the 30 meters, while their thicknes is less than one meter. On the basis of the textural features three types of mineralization are distinguished: a disseminated, a vein-type and a semimassive. The ore mineral assemblages consist of pyrite and chalcopyrite as main minerals, minor sphalerite, galena, magnetite and hematite, which form also local concentrations, and traces of hessite, bismuthinite, emplectite, tetradymite, aikinite, wittichenite, siegenite, millerite, bornite, pyrrhotite, covellite and goethite. Chlorite, quartz, calcite and sericite are the main gangue minerals. Folding of thin mineralized layers, brittle or ductile deformation, annealing or porphyroblasting of pyrite are typical metamorphic features confirming that mineralization has been affected by a series of metamorphic and deformation events. Lead isotope characteristics confirmed that lead was orogenic and has derived mainly from the crust and to a lesser extend from mantle. Bisides, lead isotopes give an Upper Cretaceous to Eocene age for the ore mineralization. These data confirm a metallogenetic stage which was connected with the intrusion of the trondjemites in the area. The δ34S values of sulphur isotopes for pyrite and chalcopyrite vary between 1.2 and 4.6 ‰ (mean value 2.86‰). The sulphur isotopes give ore formation temperatures of 293±340C and denote that sulphur has probably derived in 90 % from hydrothermal fluids and in 10 % from seawater. From sulphur isotopes data also results a disequilibrium between pyrite and chalcopyrite confirming a two-stages mineralization process. Microthermometric studies revealed the presence of two types of fluid inclusions.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της θειούχου μεταλλοφορίας των περιοχών Επταδένδρου (Aberdeen) και Ράχης (Μπάϊκο) που φιλοξενείται στην Ανώτερη Τεκτονική Ενότητα (Α.Τ.Ε.) της ανατολικής Ροδόπης. Τα πετρώματα της Α.Τ.Ε χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: υπερβασικά (σερπεντινίτες), μεταβασίτες (κεροστιλβίτες, αμφιβολίτες και μεταγάββροι), όξινα (γρανιτοειδή, γνεύσιοι και πηγματίτες) και μάρμαρα. Τα υπερβασικά πετρώματα είναι μεταμορφωμένοι χαρτσβουργίτες. Οι μεταβασίτες είναι ορθο-πετρώματα, που προέκυψαν από αρχικούς πρωτόλιθους ανδεσιτοβασάλτες και υπο-αλκαλικούς βασάλτες θολεϊτικής σύστασης. Τα όξινα πετρώματα έχουν πυριγενή προέλευση, είναι ασβεσταλκαλικού χαρακτήρα και οι πρωτόλιθοί τους είναι τροντγεμίτες. Από τη λεπτομερή γεωχημική μελέτη των μεταβασικών πετρωμάτων της Α.Τ.Ε. και με τη χρήση γνωστών διακριτικών διαγραμμάτων προέκυψε ότι το γεωτεκτονικό περιβάλλον σχηματισμού τους προσομοιάζει με εκείνο νησιώτικου τόξου. Μελετήθηκαν λεπτομερώς η ορυκτολογία και η ορυκτοχημεία των πετρωμάτων της Α.Τ.Ε. με σκοπό να διαπιστωθούν οι συνθήκες μεταμόρφωσής της. Έτσι διαπιστώσαμε ότι η Α.Τ.Ε. έχει υποστεί τρεις φάσεις μεταμόρφωσης: μία μεταμόρφωση υψηλής πίεσης της εκλογιτικής φάσης στο Κατώτερο Κρητιδικό (119±3.5 εκ. χρ.), μία των μέσων πιέσεων αμφιβολιτικής φάσης τύπου Barrow στο Παλαιόκαινο (65.4 εκ. χρ.) και μία χαμηλών πιέσεων πρασινοσχιστολιθικής φάσης από το Ηώκαινο μέχρι το Ολιγόκαινο. Χρησιμοποιώντας ορυκτά δείκτες για τη γεωθερμοβαρομετρία σε αμφιβολίτες και γρανιτοειδή προέκυψαν θερμοκρασίες από 509 έως 6240 C και πιέσεις από 7 έως 8.5 Kb. Οι μεταλλοφόρες εμφανίσεις των περιοχών Επταδένδρου και Ράχης είναι τοποθετημένες στην Α. Τ. Ε. και βρίσκονται στην επαφή μεταξύ των γρανιτοειδών και μετα-υπερβασικών-βασικών πετρωμάτων, καθώς και μέσα στα υπερβασικά-βασικά πετρώματα. Παρατηρούνται δύο γενεές της μεταλλοφορίας: μία αρχική στρωματόμορφη που θεωρείται ηφαιστειοϊζηματογενούς προέλευσης και μία μεταγενέστερη φλεβικού-τύπου που σχηματίσθηκε κατά τη διάρκεια ενός υδροθερμικού επεισοδίου, συνδεδεμένου με τη διείσδυση των τροντγεμιτών. Τα μεταλλοφόρα σώματα έχουν φακοειδή μέχρι πλακώδη μορφή και βρίσκονται σε συμφωνία με τα πετρώματα ξενιστές. Το μήκος τους δεν ξεπερνά τα 30 μέτρα και το πάχος τους το ένα μέτρο. Με βάση τα ιστολογικά χαρακτηριστικά διακρίνουμε τρεις τύπους μεταλλοφορίας: τη διάσπαρτη, τη φλεβική και την ημισυμπαγή. Η ορυκτολογική σύσταση της μεταλλοφορίας περιλαμβάνει σιδηροπυρίτη και χαλκοπυρίτη ως κύρια ορυκτά, σφαλερίτη, γαληνίτη, μαγνητίτη και αιματίτη ως επουσιώδη ορυκτά ή ορυκτά που δημιουργούν τοπικές συγκεντρώσεις και εσσίτη, βισμουθινίτη, εμπλεκτίτη, τετραδυμίτη, αϊκινίτη, βιττισενίτης, σιεγκενίτη, μιλλερίτη, βορνίτη, μαγνητοπυρίτη, κοβελλίνη και γκαιτίτη σε ίχνη. Ως μη μεταλλικά ορυκτά έχουν παρατηρηθεί κυρίως χλωρίτης, χαλαζίας, ασβεστίτης και σερικίτης. Χαρακτηριστικά της μεταλλοφορίας όπως η πτύχωση λεπτών στρωμάτων, κατακλαστική υφή, πλαστική παραμόρφωση, ανόπτηση ή δημιουργία πορφυροβλαστών σιδηροπυρίτη αποτελούν τυπικές ενδείξεις μεταμόρφωσης και επιβεβαιώνουν την παραδοχή ότι η μεταλλοφορία έχει επηρεασθεί από μια σειρά μεταμορφικών και παραμορφωτικών γεγονότων.