De exploitatie van minerale reserves leidt altijd tot discussies over economische noodzaak versus milieubehoud. Momenteel wordt er heftig gedebatteerd over het fracken van gas in de Karoo-regio in Zuid-Afrika. Dit artikel gaat niet over fracking, maar gaat wel in op aspecten van gasretentie of -verlies in de Karoo-rotsen. Het belicht ook het potentieel voor andere minerale afzettingen in hetzelfde gebied.

Vorming van gesteenten in de Karoo

De Drakensbergen domineren het bergachtige land Lesotho in zuidelijk Afrika, en bestaan volledig uit basaltlava’s (zoals Hawaii).

De uitbarsting van deze lava’s maakte een einde aan een langdurige periode van opeenhoping van sedimentair materiaal van 300 tot 180 miljoen jaar geleden – zand (nu gele zandsteen), klei (nu blauwzwarte schalie) en organisch materiaal, dit laatste leverde Zuid-Afrika’s uitgebreide steenkoolafzettingen op, geen olie, maar mogelijk wel gasophopingen.

De totale dikte van deze sedimentaire lagen en lavastromen bedroeg waarschijnlijk respectievelijk 6 km en 2 km. Deze sedimentaire lagen en lavastromen bedekten een groot deel van Gondwana, het oude mega-continent van Afrika, Zuid-Amerika, India, Australië en Antarctica dat 180 miljoen jaar geleden door de krachten van vulkaanuitbarstingen uit elkaar viel en uiteen dreef.

Dolerietische zuilen

Geassocieerd met de enorme uitstorting van lava was er een reusachtig diep loodrecht systeem van gesmolten gesteente, magma genoemd. Magma’s ontstonden door smelten op dieptes van 100 km binnenin de Aarde, en infiltreerden hun weg omhoog naar de oppervlakte. Alle voegen, scheuren of zwakheden in de aardkorst werden door binnendringend magma uitgebuit. De sedimentaire gesteenten zijn als stapels pannenkoeken – zeer dunne lagen met duidelijke scheidingsvlakken ertussen.

Het naar boven binnengedrongen magma injecteerde zich horizontaal langs deze scheidingsvlakken, tientallen tot zelfs honderd km. Toen het magma afkoelde, ontstond een hard, zwart gesteente (niet anders dan de basaltlava’s) dat doleriet wordt genoemd. Waar het magma een horizontaal beddingvlak binnendrong noemen we het een zuil.

Die veel harder zijn dan de onder- en bovenliggende zandstenen en leisteen, vormen deze dolerietafzettingen de vlakke heuvels die zo kenmerkend zijn voor het Karoo-landschap in Zuid-Afrika. Studies hebben aangetoond dat de Karoo-successie ongeveer 10% van haar dikte in de vorm van doleriethoudende zuilen bevat, met een gemiddelde dikte van 30 meter per zuil. Waar het magma is gestold in een steile breuk noemen we dat een dijk.

Dolerietdijk dwars door lagen sedimentgesteenten. Grant Cawthorn

Opslaan van gas in de gesteenten

Twee zeer verschillende potentieel economisch belangrijke aspecten van deze sills zijn een verklaring waard. Het eerste aspect heeft te maken met het behoud van gas. Er zijn veel analogieën getrokken tussen de gasbevattende leisteenlagen in sedimentaire formaties over de hele wereld en de Karoo-rotsen in Zuid-Afrika en de bekende kwesties van economie versus milieu worden heftig bediscussieerd.

De Karoo is echter het enige voorbeeld dat overvloedige dolerietzuilen heeft. Er zijn twee potentieel tegengestelde effecten van de doleriet heuvels. Gas werd gevormd uit ontbindend organisch plantenmateriaal dat begraven werd onder dikke lagen zand en klei. Het gas zou normaal zeer langzaam naar boven lekken door kleine poriën en ruimten in het gesteente, totdat het werd opgesloten onder een laag gesteente die geen poriën heeft. Die laag noemen we ondoordringbaar.

De dolerietafzettingen vormen zulke ondoorlatende lagen en kunnen dus als goede valgesteenten voor het gas hebben gefungeerd. Het gesteente onder een dolerietlaag zou dus een goed exploratiedoelwit kunnen zijn.

Maar er is ook een tegengesteld proces. Het magma drong binnen bij 1200 graden Celsius. Toen het afkoelde, verhitte het de omringende gesteenten. De breedte van deze verwarmingszone hing af van de dikte van de dolerietstort. De hoogste temperatuur waarbij gas kan overleven is ongeveer 250 graden Celsius, boven die temperatuur verbrandt het. Die temperatuur zal worden overschreden voor alle omringende gesteenten die zich binnen de helft van de dikte van het doleriet zelf bevinden (zowel boven als onder).

Al het gas dat 180 miljoen jaar geleden in de sedimentaire gesteenten binnen die afstand van de zuil aanwezig was, zou zijn vernietigd. Zo zou een 30 m dikke aardlaag al het gas binnen 15 m boven en onder verbranden. Op een aantal plaatsen aan de oppervlakte zijn de sedimentaire gesteenten zeer ongebruikelijk van structuur gebleken.

De rotsen zijn gebroken en opnieuw verhard, en ingrijpend veranderd. Deze kenmerken zijn toegeschreven aan het vrijkomen van hoge temperatuur vloeistoffen en gassen uit de diepte. Zijn dit bewijzen dat de intrusie van de dolerieten gassen heeft vrijgemaakt die naar boven zijn gestroomd? Als dat zo is, is er misschien minder gas dan verwacht. We weten dus niet wat het effect van het doleriet zou kunnen zijn in termen van gasconservering.

Verborgen nikkel- en koperafzettingen

Het tweede potentiële economische aspect heeft betrekking op nikkel-koper sulfide mineralisatie. Een aanzienlijk deel van het nikkel in de wereld wordt gewonnen uit dolerieten. Het beste voorbeeld is in Siberië, Rusland. In Zuid-Afrika was er één kleine mijn voor nikkel-kopersulfide mineralisatie in Insizwa, bij Kokstad, in KwaZulu-Natal. De intrusie is 1000 m dik.

Hoewel er ooit verwaarloosbare hoeveelheden erts werden gedolven, is er chemisch bewijs dat aan de basis ervan veel grotere afzettingen zouden moeten voorkomen. De logica is dat als een onvermengbare zwavelrijke vloeistof zich afscheidt van het magma (zoals olie zich afscheidt van water, of vetdruppels zich vormen op een afkoelend bakje afwaswater) een aanzienlijk deel van het nikkel en koper zou worden geëxtraheerd in de sulfidevloeistof, die dan een ertsafzetting vormt.

Het resterende magma zou dan verarmd zijn in nikkel en koper vergeleken met zijn oorspronkelijke samenstelling. Gebaseerd op het verschil tussen “normaal” basalt en de Insizwa gesteenten is het mogelijk te berekenen dat enorme massa’s nikkel-koper-rijke sulfide onder de intrusie verborgen zouden moeten liggen.

Reageren

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.