Κοιτασματολογία και περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την εκμετάλλευση του κοιτάσματος απλικίου της μεταλλευτικής περιοχής σκουριώτισσας Κύπρου

Abstract

The Apliki copper deposit in Cyprus is part of the Skouriotissa mining district, which constitutes the sole exploitation and processing site for copper production on the island. Mining activity at Apliki, from 1960 to 1974, has resulted to the production of 1,650,000 tons of copper ore. An acidic pit lake was created as a result of open pit mining and the subsequent supergene alteration of sulphide ore.The focus of the present dissertation is the study of the geology of the Apliki deposit and the environmental impact of its past exploitation. It also aims to contribute to the synthesis of a geo-environmental model for Cyprus–type massive sulphide deposits.In order to achieve these objectives a sampling from the mineralization zone, efflorescence salts and waters from acidic open pit lake were undertaken followed by laboratory testing using techniques of AAS, ICP–MS, ICP-AES, XRD, SEM, RAMAN, EPMA and sulfur isotope analysis.The mineralization is hosted within the sequence of lower pillow lavas of the Troodos ophiolite complex. The mineralization zone is bounded by two N-S striking sub–parallel faults. The pillow lavas at Apliki possess the same argillic alteration as the sequence of lower pillow lavas of the Troodos ophiolite. The following sectors are identified in the mineralization zone:(a)A stockwork zone(b)Veins of amorphous silica(c)Late–stage veins of gypsumThe stockwork ore is hosted within brecciated chloritized lavas. Weak silicification is observed in the upper parts of the brecciated lavas. Pyrite, marcasite, chalcopyrite, sphalerite and pyrrhotite are the main mineral constituents with quartz as the main gangue. Copper grades range between 0,01 to 3,5% and S between 0,1 to 16%. Open–space filling jasper is observed all along the mineralization zone.The main mineralogical components of the amorphous silica zone are kaolinite, Na-, Na–Mg- and Mg-sulphates. The amorphous silica of the Apliki deposit may be correlated with silica deposits found in the submarine hydrothermal vent systems of Galapagos Rift and Southwest Pacific Ocean.Sheeted veins of gypsum, develop on a N–S direction and occur in the western part of the mineralized zone, with a thickness ranging between a few centimeters to half a meter. The δ34S values of gypsum sulphur (5,40‰ to 6,90‰) are within the δ34S range (δ34S between -1,1‰ to +8,20‰) of sulphides of Cyprus-type ore deposits range indicating that sulphur is derived from a late stage hydrothermal fluid and not from Cretaceous water.Weathering of the sulphide ore has generated extensive efflorescence salts all along the mineralization zone, mainly as a mixture of various mineralogical phases, and intense acid mine drainage. Iron, copper, magnesium and aluminum sulphates were identified by combined XRD, SEM and RAMAN techniques. The predominant minerals amongst the sulphates are melanterite, copiapite, chalcanthite, langite, epsomite and alunogen. Calcium, sodium and magnesium sulphates (e.g. gypsum, thenardite, bloedite, epsomite) are the main mineral constituents of efflorescence occurring at the lower levels of the open pit. The chemistry of the open pit lake waters demonstrates low pH values (pH 2,6 -3,3) with high concentration of sulphates (16330 to 18850 mg/L) and metals, which exceed substantially the regulatory limits for irrigation and potable water.Laboratory treatment tests were carried out using ground limestone as a neutralizing agent. The ground limestone is used for building construction at the Mitsero and Latouros quarries. The water pH increased from 3 to 9, while the concentration of heavy metals decreased to acceptable limits for irrigation water, with the notable exception of Mn and sulphates.

Η παρούσα διατριβή εστιάζεται στο κοίτασμα Απλίκι, το οποίο αποτελεί τμήμα της μεταλλευτικής περιοχής της Σκουριώτισσας της Κύπρου, η οποία είναι σήμερα η μοναδική περιοχή εξόρυξης μεταλλεύματος και παραγωγής χαλκού στη νήσο. Η εξορυκτική δραστηριότητα στο Απλίκι, από την δεκαετία του 1960 έως το 1974, είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή 1.650.000 τόνων μεταλλεύματος χαλκού. Λόγω του τρόπου εκμετάλλευσης και της υπεργενετικής αλλοίωσης του μεταλλεύματος δημιουργήθηκε λίμνη όξινων υδάτων. Στόχος της διατριβής αυτής είναι η κοιτασματολογική και περιβαλλοντική μελέτη του κοιτάσματος και η σύνθεση ενός γεωπεριβαλλοντικού μοντέλου, μέσω της μελέτης του συστήματος «πέτρωμα-μετάλλευμα-υπεργενετικές αλλοιώσεις-ύδατα της λίμνης-περιβαλλοντικές επιπτώσεις», το οποίο θα είναι εφαρμόσιμο όχι μόνο για το Απλίκι αλλά και για παρόμοια με αυτό περιβάλλοντα.Για την επίτευξη των ερευνητικών αυτών στόχων έγινε ευρεία δειγματοληψία από τη μεταλλοφόρο ζώνη, τα επανθήματα και τα όξινα ύδατα της λίμνης και εργαστηριακή εξέταση με εφαρμογές τεχνικών AAS, ICP-MS, ICP-AES, XRD, SEM, RAMAN, EPMA, και ανάλυσης ισοτόπων θείου.Το μετάλλευμα του κοιτάσματος του Απλικίου φιλοξενείται εντός των κατωτέρων pillow λαβών του οφιολιθικού συμπλέγματος του Τροόδους. Οι λάβες χαρακτηρίζονται από αργιλική εξαλλοίωση, όμοια με αυτήν που επικρατεί στις αντίστοιχες λάβες όλου του Τροόδους. Η μεταλλοφορία βρίσκεται υπό τεκτονικό έλεγχο και οριοθετείται από δύο υποπαράλληλα ρήγματα διευθύνσεως περίπου Β–Ν. Στη μεταλλοφόρο ζώνη παρατηρούνται:(α) ζώνη stockwork(β) συγκεντρώσεις άμορφου πυριτίου φλεβοειδούς μορφής(γ) οξειδωμένη φλέβα συμπαγούς μεταλλοφορίας («ερυθρά ζώνη»)(δ) φλέβες γύψουΟι λάβες εντός της μεταλλοφόρου ζώνης έχουν λατυποπαγοειδή μορφή. Το μετάλλευμα εμφανίζει τυπικά χαρακτηριστικά πλέγματος φλεβιδίων (stockwork), με παρουσία χαλαζιακών φλεβιδίων και ίασπι. Στη μεταλλοφόρο ζώνη παρατηρείται ολοσχερής χλωριτίωση των λαβών, ενώ στα ανώτερα τμήματά της ασθενής πυριτίωση. Το μετάλλευμα είναι ημισυμπαγές έως διάσπαρτο με κύρια ορυκτολογικά συστατικά τον σιδηροπυρίτη, μαρκασίτη και χαλκοπυρίτη και με μικρότερη συμμετοχή σφαλερίτη και πυρροτίτη. Ο Cu κυμαίνεται μεταξύ 0,01 και 3,5% και το S μεταξύ 0,1 και 16%. Η περιεκτικότητα του μεταλλεύματος σε Au είναι από τις μικρότερες παρατηρούμενες παγκοσμίως σε σχέση με αντίστοιχες μεταλλοφορίες, με μέγιστη τιμή 0,1 g/t. Ίασπις απαντάται με μορφή φλεβιδίων ή κατακερματισμένων φλεβιδίων σε όλη την έκταση της μεταλλοφόρου ζώνης, πληρώνοντας κενούς χώρους. Η ζώνη άμορφου πυριτίου αναπτύσσεται πλησίον του δυτικού ρήγματος, μεταξύ των χλωριτιωμένων λαβών τύπου breccia και των pillow λαβών. Τα κύρια ορυκτολογικά συστατικά της ζώνης-εκτός του αμόρφου πυριτίου-είναι καολινίτης, θειϊκά ορυκτά του Na, Na-Mg και Mg. Παρόμοια εμφάνιση αμόρφου πυριτίου δεν έχει αναφερθεί σε κοιτάσματα αντίστοιχα προς αυτά της Κύπρου ή του Ομάν. Η ζώνη αυτή σχετίζεται με αντίστοιχες εμφανίσεις στο Galapagos Rift και τον ΝΔ Ειρηνικό ωκεανό. Εκτιμάται ότι σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια ενός ύστερου υδροθερμικού επεισοδίου, σχετικά χαμηλών θερμοκρασιών (~30-50οC), που οδήγησε στην έκπλυση των υφιστάμενων χλωριτιωμένων λαβών.Η «ερυθρά ζώνη» κυριαρχείται από γκαιτίτη, γιαροσίτη και νατρογιαροσίτη, με μικρότερη συμμετοχή οξειδίων του Fe-Ti, Pb, Cu και Zn. Θειούχα ορυκτά απαντώνται σε ίχνη. Πιθανότατα αντιπροσωπεύει μία συμπαγή φλέβα σιδηροπυρίτη-χαλκοπυρίτη, η οποία οξειδώθηκε. Η οξείδωση δεν είναι ικανή να «καταστρέψει» πλήρως το πυριτικό δίκτυο φλεβιδίων, γεγονός το οποίο αποτυπώνεται στην περιεκτικότητα του πυριτίου που κυμαίνεται μεταξύ 0,1 και 58%. Η παραδοχή της ύπαρξης συμπαγούς φλέβας θειούχων ενισχύεται και από τις υψηλές συγκεντρώσεις στοιχείων, όπως του Cu (134 έως >10000 mg/kg), Zn (12 έως 2070 mg/kg) και As (4 έως 1060 mg/kg), που συνδέονται άμεσα με θειούχα ορυκτά.Φλέβες γύψου πάχους από λίγα εκατοστά έως μισό μέτρο αναπτύσσονται με διεύθυνση περίπου Β–Ν. Οι τιμές δ34S της γύψου (από 5,40 έως 6,90‰) εμπίπτουν στο πεδίο των θειούχων ορυκτών των κοιτασμάτων τύπου Κύπρου (δ34S -1,1 έως +8,20‰). Συμπεραίνεται ότι το θείο δεν προέρχεται από το Κρητιδικό θαλασσινό νερό και εκτιμάται ότι η γύψος στο Απλίκι είναι αποτέλεσμα κυκλοφορίας ύστερου υδροθερμικού ρευστού, που προκάλεσε την έκπλυση των παρακείμενων θειούχων ορυκτών.Η οξείδωση του θειούχου μεταλλεύματος είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία επανθημάτων (efflorescence), κυρίως ως μίγματος διαφορετικών ορυκτολογικών φάσεων και την ανάπτυξη όξινης απορροής. Τα υπεργενετικά ορυκτά που σχηματίζονται στην μεταλλοφόρο ζώνη είναι κυρίως θειϊκά του σιδήρου (π.χ. μελαντερίτης και κοπιαπίτης), χαλκού (π.χ. χαλκανθίτης και λανγκίτης), μαγνησίου (π.χ. επσομίτης) και αργιλίου (π.χ. αλουνογενής), ενώ στη βάση της ανοικτής εκσκαφής κυρίαρχα είναι τα θειϊκά ορυκτά του ασβεστίου, νατρίου και μαγνησίου (π.χ. γύψος, θεναρδίτης, βλοντίτης, επσομίτης). Η μελέτη του χημισμού των υδάτων της λίμνης της ανοικτής εκσκαφής (στο επιλίμνιο τμήμα) καταδεικνύει υψηλής οξύτητας ύδατα (pH 2,6-3,3), με υψηλές συγκεντρώσεις θειϊκών (από 16330 έως 18850 mg/L) και μετάλλων, που υπερβαίνουν κατά πολύ τα επιτρεπτά όρια ύδρευσης και άρδευσης. Τα ύδατα της λίμνης εμφανίζουν τις υψηλότερες συγκεντρώσεις Cu (~284 mg/L) σε σχέση με λίμνες αντίστοιχων κοιτασμάτων στην Κύπρο. Για την επεξεργασία των όξινων νερών χρησιμοποιήθηκε λειοτριβημένο υλικό ασβεστολιθικών πετρωμάτων από γνωστές λατομικές μονάδες της νήσου. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων κρίνονται ως θετικά και η χρήση υδρασβέστου της Ελληνικής Μεταλλευτικής Εταιρείας (ΕΜΕ) αποτελεί το αποτελεσματικότερο μέσο εξουδετέρωσης. Το pH των υδάτων μεταβλήθηκε από ~3 σε 9, ενώ παράλληλα οι συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων στην πλειονότητα τους μειώθηκαν σε τιμές εντός των επιτρεπτών ορίων, πλην Mn και θειϊκών.