Συγκριτική μελέτη της γεωχημείας ιχνοστοιχείων και στοιχείων της ομάδας των σπάνιων γαιών (REE), τριτογενών γρανιτικών σωμάτων της Κεντρικής Μακεδονίας, που σχετίζονται ή μη, με γνωστή μεταλλοφορία: προσδιορισμός του γεωτεκτονικού περιβάλλοντος γένεσης των γρανιτικών σωμάτων

Abstract

The present thesis deals with a comparative study in the geochemistry of the trace and the rare earthelements in tertiary granitoids in central Macedonia, related or not with known mineralizations andthe definition of the geotectonic environment of the granite magma genesis.The objective of the thesis is the study of the trace and the rare earth elements’ geochemistry of• the Stratoni granodiorite and the Stratoni – Olympias aplites and pegmatites that are relatedwith the notorious mass sulfide and precious metal mineralizations,• the Megali Panagia’s granitoids that include the diorite to granite porphyries of Tsikara andSkouries which is associated with the homonym Cu-Au ore deposit and• the Jerissos’, Mesada’s, Stefanina’s and Mesolakkia’s plutons which are not related with anyknown mineralizations.This study aims to give a comprehensive account on the determination of the granites of the studyarea, which, even if are not related with any known ore deposits, they have common geochemicalcharacteristics of the Large Ion Lithophile Elements (LILE), the High Field Strength Elements(HFSE) and the Rare Earth Elements (REE) with those that are related.Specifically, the study is focused on:• the definition of the geochemical characteristics of each pluton,• the determination of the geotectonic environment in which the granite magma has been formed,• the determination of the common geochemical characteristics of the granites that are associatedwith known mineralization,• the comparison of the above geochemical characteristics, with those of the granites’ that are notassociated with any known ore deposits.The studied granites presented petrographic variety, that included diorites, monzodiorites, quartzdiorites, quartz monzodiorites, tonalites granodiorites, granites, pegmatites and aplites.The Jerissos granite is of Mid Eocene age, which till now It hasn’t been associated with anymineralization and has the same age with the Sithonia and Ouranoupolis Plutons in SE Chalkidikipeninsula. It is consisted by different petrographic types, biotite granite, two mica granite and biotiegranodiorite.The Stratoni plouton is a fine to coarse grained magmatic intrusion composed by quartz diorite,quartz monzodiorite, tonalite and granodiorite to granitite petrographic types, but the granodioritetype is the dominant. In Stratoni – Olympias area there exist a wide network of aplitic andpegmatitic dykes that usually have been identified as aplite-pegmaties.The Skouries porphyry close to the Megali Panagia village is a granodiorite to tonalite porphyryintrusion. South-eastern of the Skouries porphyry, the great porphyry intusion that occupies thecentral part of the Tsikara mountain is a granodioritic to tonalitic porphyry. That porphyry issurrounded by a more mafic igneous rock, partly porphyritic, mainly of quartz monzodioritecomposition.The Mesolakkia granite is a coarse grained, partly porphyritic pluton of monzodiorite granodioriteand granite composition. During the fieldwork, a gossan formation of some tens of square meters,has been identified in the southern edge of the pluton.The pluton of the Mesada region is a mid to coarse grained mafic magmatic intrusion of dioriteand quartz diorite to tonalite and granodiorite composition. The Stefanina pluton is a mid-grained pluton of monzodiorite to diorite composition. Occasionallyit is being crosscut by pegmatite dykes. At the western part of the pluton, close to the border withthe ultrabasic rocks, a highly altered rock with porphyritic texture, presenting evidence of coppermineralization, has been identified during the fieldwork.Sampling was carried out during fieldwork, taking care to include fresh rock samples from anydifferent petrographic types of its pluton. The bulk rock chemical analyses were implemented bythe X-ray Fluorescence analytical method (XRF) in the Laboratory of the Department of Geology,University of Leicester, UK. The major elements analyses were performed in fussed beads whilethe trace elements analyses’ were performed in pressed pellets. The chemical analyses of selectedsamples, for the REE and for the U, Ta, Hf and Cs as well, were carried out by the instrumentalneutron activation method in the Institute of Nuclear Technology and Radio Safety, National Centrefor Scientific Research “DEMOKRITOS”. The microprobe analyses for the determination of themineral chemistry were obtained by E.M.P.A. equipped with a WD system in the Laboratory of theDepartment of Geology, University of Leicester, UK.The variety in petrography presented by the studied plutons reflects their chemicalinhomogeneousness in major elements. In any case, the Stratoni, Megali Panagia, MesolakkiaStefanina intrusions the Stratoni – Olympias aplite-pegmaties and at least parts of Jerissos andMesada plutons, have many common geochemical characteristics. They have been formed by calcalkalineto high K calc-alkaline to magmas and they are characterized by high LILE/HFSE καιLREE/HREE ratios. Their primitive mantle normalized spidergrams present negative anomalies atNb and Ti. These characteristics indicate that these plutons that have been crystallized from calkalkalinemagmas, produced in a volcanic arc geotectonic environment, by the partial meltingof crustal, lithospheric mantle and asthenospheric mantle components.The Stratoni pluton, the Megali Panagia intrusions, the Mesolakkia granitoid, the granite andgranodiorite parts of the Jerissos pluton and the granodiorite parts of the Mesada pluton, havecommon geochemical characteristics with the pre-plate collision granites (that means VolcanicArc Granites) and with the post- collision granites (post-COLG). The commonalities in theirnormalized trace elements’ spidergrams are so strong that even a common origin for the granitemagma could be suggested. As long the tertiary magmatism is related with massive sulphide andporphyry copper ore deposits, the Mesolakkia pluton and the granodiorite parts of the Mesadapluton can be related to mineralization just similar to the Stratoni and Megali Panagia graniticintrusions.Moreover, the Stefanina pluton exhibits also common geochemical characteristics, presenting, highLILE/HFSE and LREE/HREE rations and negative Nb and Ti anomalies, that indicate a highcrust/mantle ratio in the formation of its parental magma. The geotectonic environment for themagma formation was a volcanic arc environment. As there is a significant number of commongeochemical characteristics in trace and rare earth elements of the Stefanina pluton with the abovementioned calk-alkaline plutons the possibility that this pluton can be related to mineralization, likethe above mentioned granitic intrusions could be suggested.The Stratoni – Olympias aplite-pegmaties and Stefanina pegmaties are characterized, at least partly,either as syn-collisional (syn-COLG), or as post collisional (post-COLG), or as volcanic arcgranites (VAG). Whereas the unaltered Stratoni aplite-pegmaties and the Stefanina graniticpegmatites are presenting geochemical characteristics of syn-collisonal granites, thesecharacteristics could also be attributed to their formation during the late stages of a granitemagma fractional crystallization process. The later suggestion is the most favourable as theStratoni aplite-pegmaties have been considered, geochemicaly, to be formed at the latest stages ofthe granite magma crystallization. Due to the fact that, Stefanina pegmatites have similargeochemical characteristics with the former, it is suggested that they could also had been formed atthe latest stages of the magma crystallization process. Different parts of Jerissos granite have been formed by sequential intrusions of diverse types ofgranite magmas. Even though its parts of granite and granodiorite composition have been formed ina post- collision geotectonic environment, the parts of adamellite composition have been formed bymagma in a syn-collision environment.Moreover, parts of Mesada pluton have been formed by different types of magmatic intrusions thathave been produced in a diverse geotectonic environments. Those parts of quartz diorite andtonalite composition have been formed by a “crust dominated” magma, originated in a withinplate environment.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της γεωχημείας των λιθόφιλων ιχνοστοιχείωνμεγάλης ιοντικής ακτίνας (LILE), των ιχνοστοιχείων υψηλού δυναμικού πεδίου (HFSE) καθώς καιτων στοιχείων της ομάδας των σπανίων γαιών (REE), Τριτογενών γρανιτικών σωμάτων τηςΚεντρικής Μακεδονίας που σχετίζονται ή μη, με γνωστή μεταλλοφορία και ο προσδιορισμός τουγεωτεκτονικού περιβάλλοντος γένεσης του μητρικού μάγματος των γρανιτικών σωμάτων.Τα πλουτώνια σώματα που μελετήθηκαν εμφανίζουν ποικιλία πετρογραφικών τύπων.Περιλαμβάνουν διορίτες, μονζοδιορίτες, χαλαζιακούς διορίτες, χαλαζιακούς μονζοδιορίτες,τοναλίτες, γρανοδιορίτες, γρανίτες, πηγματίτες και απλίτες.Ο γρανίτης της Ιερισσού είναι ένα μεσόκκοκο έως χονδρόκοκκο γρανιτικό σώμα αποτελούμενοαπό, βιοτιτικό γρανίτη, διμαρμαρυγιακό γρανίτη, και βιοτιτικό γρανοδιορίτη. Η ηλικία του είναιΜέσο-Ηώκαινική, ανάλογη με εκείνη των γρανιτικών σωμάτων της Σιθωνίας και τηςΟυρανούπολης στη νοτιοανατολική Χαλκιδική.Το μαγματικό σώμα του Στρατωνίου, είναι ένας λεπτόκοκκος έως αδρόκοκκος πλουτωνίτηςΟλιγοκαινικής ηλικίας με σύσταση που ποικίλει από χαλαζιακή διοριτική έως και γρανιτική.Επικρατεί ο μεσόκοκκος γρανοδιοριτικός πετρολογικός τύπος. Η ευρύτερη περιοχή ΣτρατωνίουΟλυμπιάδας χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη ενός πυκνού δικτύου απλιτοπηγματιτικών φλεβών.Ο πορφύρης των Σκουριών, στην περιοχή της Μεγάλης Παναγιάς, είναι μια γρανοδιοριτικής έωςτοναλιτικής σύστασης διείσδυση. Νοτιοανατολικά των Σκουριών, η μεγάλη πορφυρική διείσδυσηπου καταλαμβάνει το κεντρικό τμήμα του όρους Τσικάρα είναι επίσης, ένας γρανοδιοριτικός έωςτοναλιτικός πορφύρης. Ο πορφύρης αυτός, περιβάλλεται από βασικότερο πέτρωμα, ενίοτεπορφυριτικό, ως επί το πλείστον χαλαζιακής μονζοδιοριτικής σύστασης.Το γρανιτικό σώμα της Μεσολακκιάς, είναι ένα συμπαγές αδροκρυσταλλικό, ενίοτε πορφυρικόπέτρωμα, κατά τόπους μονζοδιοριτικής, γρανοδιοριτικής και γρανιτικής σύστασης. Κατά τηδιάρκεια της εργασίας υπαίθρου, στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, εντοπίστηκε ζώνησιδηρούχου καλύμματος “gossan”, εκτάσεως μερικών δεκάδων τετραγωνικών μέτρων, στο νότιοτμήμα του πλουτωνίτη.Ο πλουτωνίτης της Μεσάδας. είναι μια μεσόκοκκη έως αδρόκοκκη βασική διείσδυση, με σύστασηπου κυμαίνεται από διοριτική έως τοναλιτική.Ο πλουτωνίτης των Στεφανινών, είναι ένας μεσόκοκκος πλουτωνίτης, μονζοδιοριτικής έωςδιοριτικής σύστασης που κατά θέσεις, διασχίζεται από πηγματιτικές φλέβες. Κατά τη διάρκεια τηςεργασίας υπαίθρου εντοπίστηκε στην δυτική περιοχή του πλουτωνίτη έντονα εξαλλοιωμένοςλιθολογικός σχηματισμός με πορφυρικό ιστό και ενδείξεις χαλκούχου μεταλλοφορίας.Κατά την εργασία υπαίθρου, η δειγματοληψία έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε να περιληφθούν, όσοήταν δυνατό, δείγματα υγιούς πετρώματος, από όλους τους διαφορετικούς πετρογραφικούς τύπουςκάθε γρανιτικού σώματος. Οι χημικές αναλύσεις για τα κύρια στοιχεία και τα ιχνοστοιχεία όλωντων δειγμάτων έγιναν με τη μέθοδο της φθορισμομετρίας ακτίνων Χ (XRF) στο Εργαστήριο τουΤμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου του Leicester της Αγγλίας. Οι χημικές αναλύσειςεπελεγμένων δειγμάτων, για τα στοιχεία της ομάδας των σπανίων γαιών (REE) και για τα στοιχείαU, Ta, Hf και Cs, πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο της ενόργανης νετρονικής ενεργοποίησης(INAA) στα εργαστήρια του Ε.ΚΕ.Φ.Ε. «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ». Πραγματοποιήθηκαν τέλος,ορυκτοχημικές αναλύσεις σε πετρογραφικά παρασκευάσματα, με τη χρήση ηλεκτρονικούμικροαναλυτή, εξοπλισμένου με σύστημα σκέδασης μήκους κύματος (WDS), στο Εργαστήριο τουΤμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Leicester,. Η πετρογραφική ποικιλία που παρουσιάζουν τα μελετηθέντα πλουτώνια σώματα, αποτελείέκφραση της ανομοιογένειας στη χημική τους σύστασή σε κύρια στοιχεία. Σε κάθε περίπτωσηόμως, οι διεισδύσεις του Στρατωνίου, της Μεγάλης Παναγιάς, της Μεσολακκιάς, των Στεφανινών,οι απλιτοπηγματίτες της περιοχής Στρατωνίου – Ολυμπιάδας, και τουλάχιστον τμήματα τωνπλουτωνιτών της Ιερισσού και της Μεσάδας, παρουσιάζουν πολλά κοινά γεωχημικάχαρακτηριστικά. Πρόκειται για ασβεσταλκαλικά έως ασβεσταλκαλικά υψηλού Κ πετρώματα πουχαρακτηρίζονται από υψηλούς λόγους LILE/HFSE και LREE/HREE. Τα κανονικοποιημένα ωςπρος πρωταρχικό μανδύα διαγράμματα ιχνοστοιχείων τους εμφανίζουν αρνητικές ανωμαλίες σταστοιχεία Nb και Ti. Τα χαρακτηριστικά αυτά δείχνουν ότι τα πλουτώνια σώματα έχουν προέλθειαπό ασβεσταλκαλικό μάγματα που δημιουργήθηκαν κατά την υποβύθιση ωκεάνιας πλάκας κάτωαπό ηπειρωτική σε περιβάλλον ηφαιστειακού τόξου με τη συμμετοχή φλοιού, μανδύα από τακατώτερα τμήματα της λιθόσφαιρας, (λιθοσφαιρικού μανδύα) και ανώτερου μανδύα από τηνασθενόσφαιρα, (ασθενοσφαιρικού μανδύα).Τα γεωχημικά χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν οι πλουτωνίτες του Στρατωνίου, της ΜεγάληςΠαναγιάς, της Μεσολακκιάς, τα γρανιτικής και γρανοδιοριτικής σύστασης τμήματα τουπλουτωνίτη της Ιερισσού και τα γρανοδιοριτικής σύστασης τμήματα του πλουτωνίτη της Μεσάδαςείναι κοινά για τα γρανιτοειδή που δημιουργούνται σε περιβάλλον ηφαιστειακού τόξου (VAG),κατά την υποβύθιση ωκεάνιας πλάκας κάτω από ηπειρωτική (πριν από τη σύγκρουση) και για ταγρανιτοειδή που δημιουργούνται μετά από τη σύγκρουση των πλακών (post COLG). Οι ομοιότητεςείναι τέτοιες που μπορεί να πιθανολογηθεί ακόμη και κοινή μαγματική προέλευση τωνπλουτωνιτών. Καθώς δε, ο τριτογενής μαγματισμός παρουσιάζει σύνδεση με τις μεταλλοφορίεςσυμπαγών θειούχων μεταλλευμάτων καθώς και πορφυρικών συστημάτων Cu, να συνδέονται μεμεταλλοφορίες αντίστοιχες με αυτές του Στρατωνίου και της Μεγάλης Παναγιάς.Ο πλουτωνίτης των Στεφανινών παρουσιάζει πολλά κοινά γεωχημικά χαρακτηριστικά, όσον αφοράτα ιχνοστοιχεία και τα στοιχεία της ομάδας των σπανίων γαιών, με τους υπόλοιπουςασβεσταλκαλικούς πλουτωνίτες και χαρακτηρίζεται από υψηλή συμμετοχή υλικού από τον φλοιόστα μητρικό του μάγμα. Το γεωτεκτονικό περιβάλλον δημιουργίας του μάγματος, προέκυψε ότιήταν περιβάλλον ηφαιστειακού τόξου (VAG). Τα κοινά γεωχημικά χαρακτηριστικά πουπαρουσιάζει ο πλουτωνίτης των Στεφανινών με τους προηγούμενους οδηγούν στην πιθανολόγησηότι κι αυτός μπορεί να σχετίζεται με μεταλλοφορίαΟι απλιτοπηγματίτες των περιοχών Στρατωνίου - Ολυμπιάδας και των Στεφανινών,χαρακτηρίζονται εν όλω ή εν μέρει, είτε ως συνορογενετικοί (syn-COLG), είτε ωςμεταορογενετικοί που δημιουργούνται μετά από τη σύγκρουση των πλακών (post-COLG) είτε ωςγρανίτες ηφαιστειακού τόξου (VAG). Αν και οι μη εξαλλοιωμένοι απλιτοπηγματίτες τουΣτρατωνίου και οι γρανιτικοί πηγματίτες των Στεφανινών εμφανίζουν γεωχημικά χαρακτηριστικάσυν-ορογενετικών γρανιτοειδών, τα χαρακτηριστικά αυτά είναι παρόμοια με εκείνα πουπαρουσιάζουν και τα μαγματικά πετρώματα που δημιουργούνται κατά τα τελευταία στάδιακλασματικής κρυστάλλωσης. Καθώς οι απλιτοπηγματίτες του Στρατωνίου, προέκυψε ότιπιθανότατα, αποτελούν απολήξεις του πλουτωνίτη, φαίνεται ότι πρόκειται για τη δεύτερηπερίπτωση. Το αντίστοιχο πρέπει να ισχύει και για τους γρανιτικούς πηγματίτες των Στεφανινώνπου παρουσιάζουν όμοια γεωχημικά χαρακτηριστικά με τους προηγούμενους.Τμήματα του πλουτωνίτη της Ιερισσού, έχουν δημιουργηθεί από διεισδύσεις διαφορετικών τύπωνμαγμάτων. Σε αντίθεση με τα γρανιτικής και γρανοδιοριτικής σύστασης τμήματα του πλουτωνίτη,το αδαμελιτικής σύστασης τμήμα του, φαίνεται ότι προέρχεται από μάγμα που δημιουργήθηκεκατά τη σύγκρουση των πλακών (syn-COLG).Όσον αφορά τον πλουτωνίτη της Μεσάδας, προέκυψε ότι, τμήματα του προέρχονται απόδιεισδύσεις μαγμάτων, που είχαν δημιουργηθεί σε εντελώς διαφορετικά γεωτεκτονικάπεριβάλλοντα. Τα χαλαζιακής διοριτικής και τοναλιτικής σύστασης τμήματα του πλουτωνίτη, είναιπροϊόντα κρυστάλλωσης μάγματος, που είχε δημιουργηθεί σε γεωτεκτονικό περιβάλλον εσωτερικού πλακών. Πρόκειται μάλιστα, για τον τύπο μάγματος του εσωτερικού των πλακών πουχαρακτηρίζεται από την επικράτηση φλοιικών χαρακτηριστικών (crust-dominated).