anhydrite

Περίληψη
Οι εβαπορίτες είναι πετρώματα που σχηματίστηκαν από την απόθεση αλάτων από υδατικά διαλύματα καθώς το νερό απομακρύνεται και η συγκέντρωση των ιόντων γίνεται μεγαλύτερη. Δύο από τα κύρια ορυκτά των εβαποριτών αποτελούν ο ανυδρίτης (CaSO4) και ή γύψος (CaSO4 ⋅2H2O). Σαν πρώτα αλπικά ιζήματα των δύο Εξωτερικών ζωνών (Παξών και Ιονίου), που δομούν το μεγαλύτερο τμήμα της Ηπειρωτικής Δυτικής Ελλάδας και Ιόνιων νήσων, θεωρούνται οι εβαπορίτες, η ηλικία των οποίων υπολογίζεται Περμοτριαδική.
Στην βιομηχανία τσιμέντου τα ορυκτά γύψος και ανυδρίτης παίζουν σημαντικό ρόλο. Εξαιτίας των διαφορετικών μηχανικών ιδιοτήτων των δύο αυτών ορυκτών, που μπορούν να σχηματίζουν και μονόμεικτα πετρώματα, η χωρική κατανομή τους σε ένα κοίτασμα θειικών είναι καθοριστική τόσο στο υπολογισμό των αποθεμάτων όσο και στον προγραμματισμό εργασιών του λατομικού χώρου. Για την προσέγγιση της χωρικής κατανομής απαιτούνται γεωτρήσεις. Ο καθορισμός των θέσεων των γεωτρήσεων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επιφανειακή κατανομή των θειικών ορυκτών στο λατομικό χώρο. Η γεωλογική χαρτογράφηση και απεικόνιση τους είναι ένα σημαντικό εργαλείο προσέγγισης. Η χαρτογράφηση και αποτύπωση των σχηματισμών γίνεται αρχικά μόνο με οπτικά χαρακτηριστικά διάκρισης. Τα δεδομένα από τις γεωχημικές αναλύσεις αντιπροσωπευτικών δειγμάτων των σχηματισμών που έχουν χαρτογραφηθεί, αποτελούν τα όρια για τον χημικό χαρακτηρισμό και αντίστοιχα την χαρτογραφική απεικόνιση τους. Στην εργασία αυτήν παρατίθενται οι δύο χαρτογραφικές απεικονίσεις (γεωλογική και υπολογιστική) από το γυψορυχείο της εταιρίας ΙΝΤΕΡΜΠΕΤΟΝ Α.Ε. στο Αλτσί Σητείας της Κρήτης και αναλύεται η μεθοδολογία κατασκευής τους.

Abstract
The evaporites are rocks created by the deposition of salts from aqueous solutions as water is removed and the concentration of ions is increasing. Two of the main evaporite minerals are anhydrite (CaSO4) and gypsum (CaSO4 ⋅2H2O). Evaporites are considered as first alpine sediments of the two outer Zones (Paxoi and Ionian), which form the greater part of Continental West Greece and the Ionian islands. The geological age of the evaporites is estimated as Permian – Triassic.
In cement industry the minerals gypsum and anhydrite play an important role. Because of the different mechanical properties of these two minerals, they can form rocks, the spatial distribution of them in a sulfate deposit is determinant not only for the reserve estimation but for the mine planning also. In order to approach the spatial distribution drills are needed. The drilling plan depends greatly on the surface distribution of the sulfate minerals in the mine. Geological mapping and representation is an important approximation tool. Mapping and charting of the formations
is initially conducted only with optical determination characteristics. Data from geochemical analysis of representative samples of the charted formations, form the chemical boundaries for the chemical characterization and the respective map illustration. In this work two map illustrations are given (geological and computational) from the INTERBETON S.A gypsum mine in Altsi (Sitia, Crete) alongside with the methodology followed for the creation of the maps.

ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Στην βιομηχανία τσιμέντου τα ορυκτά γύψος και ανυδρίτης παίζουν σημαντικό ρόλο. Εξαιτίας των διαφορετικών μηχανικών ιδιοτήτων των δύο αυτών ορυκτών, που μπορούν να σχηματίσουν και μονόμεικτα πετρώματα, η χωρική κατανομή τους σε ένα κοίτασμα θειικών είναι καθοριστική τόσο στον υπολογισμό των αποθεμάτων όσο και στον προγραμματισμό εργασιών του λατομικού χώρου. Για την προσέγγιση της χωρρικής κατανομής των θειικών πετρωμάτων στο «γυψορυχείο» της εταιρίας ΙΝΤΕΡΜΠΕΟΝ Α.Ε. στο Αλτσί Σητείας της Κρήτης, κατασκευάστηκαν τρισδιάστατα γεωλογικά ομοιώματα (γεωμετρικά και υπολογιστικά) που υποστηρίχθηκαν από μια σειρά δεδομένων. Καθοριστικό μέτρο σύγκρισης των ομοιωμάτων αποτέλεσε η επιφανειακή κατανομή των θειικών σχηματισμών όπως αυτοί αποτυπώθηκαν λεπτομερειακά στα πρανή του λατομικού χώρου. Η χαρτογράφηση των πετρωμάτων, που σχηματίζουν διακριτούς σχηματισμούς εντός της εβαποριτικής ακολουθίας, έγινε αρχικά μόνο με οπτικά χαρακτηριστικά διάκρισης και απόλυτα γεωμετρικούς κανόνες αποτύπωσης. Στην συνέχεια, τα δεδομένα των γεωχημικών αναλύσεων αντιπροσωπευτικών δειγμάτων των σχηματισμών που χαρτογραφήθηκαν, αποτέλεσαν τους δείκτες για τον χαρακτηρισμό των χαρτογραφήσιμων ενοτήτων. Στην εργασία αυτήν παρατίθενται οι δύο χαρτογραφικές απεικονίσεις (γεωλογική και υπολογιστική) και αναλύεται η μεθοδολογία κατασκευής τους.
ABSTRACT
Gypsum and anhydrite are essential minerals for the production of cement. Due to their difference in hardness, the spatial distribution of these minerals in a sulphate deposit is crucial not οηly for the resource assessment but also for the long-term mine planning. For the determination of the spatial distribution of gypsum and anhydrite, in the operating quarry of INTERBETON S.A. in the area of Altsi in Sitia (Eastern Crete), 3D geological models (geometrical and computational) were constructed. These models were based on data obtained during bench sampling and core drilling. The accuracy of these developed models (geological and computational) was validated by comparing them with the results obtained from a detailed geological mapping and from a geochemical exploration program.

In the Dingwall gypsum quarry in Nova Scotia, Canada, operating in 1933-1955, the bedrock anhydrite deposits of the Carboniferous Windsor Group have been uncovered from beneath the secondary gypsum beds of the extracted raw material. The anhydrite has been subjected to weathering undergoing hydration (gypsification), transforming into secondary gypsum due to contact with water of meteoric derivation. The ongoing gypsification is associated with a volume increase and deformation of the quarry bottom. The surface layer of the rocks is locally split from the substrate and raised, forming spectacular hydration relief. It shows numerous domes, ridges and tepee structures with empty internal chambers, some of which represent unique hydration caves (swelling caves, Quellungshöhlen). The petrographic structure of the weathering zone has been revealed by macro-and microscopic observations. It was recognized that gypsification commonly starts from a developing network of tiny fractures penetrating massive anhydrite. The gypsification advances from the fractures towards the interior of the anhydrite rocks, which are subdivided into blocks or nodules similar to corestones. Characteristic zones can be recognized at the contact of the anhydrite and the secondary gypsum: (1) massive and/or microporous anhydrite, (2) anhydrite penetrated by tiny gypsum veinlets separating the disturbed crystals and their fragments (commonly along cleavage planes), (3) gypsum with scattered anhydrite relics, and (4) secondary gypsum. The secondary gypsum crystals grow both by replacement and displacement, and also as cement. Displacive growth, evidenced by abundant deformation of the fragmented anhydrite crystals, is the direct cause of the volume increase. Crystallization pressure exerted by gypsum growth is thought to be the main factor generating volume increase and, consequently, also the formation of new fractures allowing water access to "fresh" massive anhydrite and thus accelerating its further hydration. The expansive hydration is taking place within temperature range from 0 to ~30 °C in which the solubility of gypsum is lower than that of anhydrite. In such conditions, dissolving anhydrite yields a solution supersaturated with gypsum and the dissolution of anhydrite is simultaneous with in situ replacive gypsum crystallization. Accompanying displacive growth leads to volume increase in the poorly confined environment of the weathering zone that is susceptible to upward expansion.

In the Badenian gypsum quarry at Pisky near Lviv, there is an outcrop of anhydrite rock, which due to contact with meteoric waters undergoes intensive weathering and, when hydrated, turns into gypsum. As a result of the expansive crystallization of the secondary gypsum, the volume of the rocks increases and on the surface of the weathering zone, domal relief forms with empty internal chambers and unique hydration caves develop. This paper presents a reconstruction of the transformation processes that the weathering anhydrite-gypsum rocks have undergone in the past, and are currently undergoing. Based on field observations and petrographic analysis performed with the use of macro- and microscopic methods (optical and scanning, using images of backscattered electrons), it was found that the investigated rocks underwent drastic structural and mineral transformations twice. The primary rocks (protolith) were giant-crystalline selenite deposits called “szklica” gypsum (formed at the bottom of the Badenian evaporite basin in the Carpathian Foredeep), which under nearly synsedimentary or shallow burial conditions underwent an early diagenetic transformation into anhydrite as a result of dehydration, most probably due to inflow of higly saline brine. Since exhumation and exposure in the quarry, the anhydrite rocks have undergone hydration (gypsification), as a result of contact with non-mineralized surface waters, and have transformed into secondary gypsum. Anhydritization of the “szklica” gypsum followed by gypsification of anhydrite completely obliterated the structure of the original sediment. Various textures and structures of anhydrite and anhydrite-gypsum rocks described in this study reflect the course of diagenetic and weathering processes, not the primary sedimentary environment of the protolith of these rocks. Петрогенез зони сучасного вивітрювання ангідриту у Пісках поблизу Львова. У баденському гіпсовому кар’єрі у Пісках, що поблизу Львова, є відслонення ангідритових порід, які в результаті контакту з метеорними водами зазнають інтенсивного вивітрювання і внаслідок зволоженні перетворюються в гіпс. В результаті експансивної кристалізації вторинного гіпсу об’єм гірських порід збільшується, і на поверхні зони вивітрювання утворюються куполоподібні форми рельєфу з порожніми внутрішніми камерами та унікальними гідратаційними печерами. У цій роботі представлена реконструкція процесів трансформації ангідритово-гіпсової породи, яка в різний час зазнавала перетворень внаслідок вивітрювання. На основі польових спостережень та петрографічного аналізу, проведеного з використанням макро- та мікроскопічних методів (оптичного та скануючого, із використанням зображень зворотньорозсіяних електронів), було встановлено, що досліджені породи двічі зазнавали різких структурних та мінеральних перетворень. Первинними гірськими породами (протолітом) були гігантсько-кристалічні відклади селеніту, що називаються “шкліця” (утворений на дні баденського евапоритового басейну у Передкарпатському прогині), які в умовах майже синседиментаційних або неглибоких поховань зазнали раннього діагенетичного перетворення в ангідрит внаслідок зневоднення, найімовірніше завдяки надходженню концентрованого сольового розсолу. З моменту ексгумації та експозиції в кар’єрі ангідритові породи піддаються гідратації (гіпсифікації) в результаті контакту з немінералізованими поверхневими водами і перетворюються на вторинний гіпс. Ангідритизація “шкліця” гіпсу, а потім гіпсифікація ангідритів повністю знищила початкову структуру осаду. Різні текстури та структури ангідритових та ангідритово-гіпсових порід, описані в цьому дослідженні, відображають перебіг діагенетичних процесів та процесів вивітрювання, а не первинне середовище протоліту цих порід.

In the Dingwall gypsum quarry in Nova Scotia, Canada, operating in 1933-1955, the bedrock anhydrite deposits of the Carboniferous Windsor Group have been uncovered from beneath the secondary gypsum beds of the extracted raw material. The anhydrite has been subjected to weathering undergoing hydration (gypsification), transforming into secondary gypsum due to contact with water of meteoric derivation. The ongoing gypsification is associated with a volume increase and deformation of the quarry bottom. The surface layer of the rocks is locally split from the substrate and raised, forming spectacular hydration relief. It shows numerous domes, ridges and tepee structures with empty internal chambers, some of which represent unique hydration caves (swelling caves, Quellungshöhlen). The petrographic structure of the weathering zone has been revealed by macro-and microscopic observations. It was recognized that gypsification commonly starts from a developing network of tiny fractures penetr...