مطالعه زمين شناسي ايزوتوپهاي پايدار كربن و اكسيژن در كانيهاي كربناته كانسار آهن سنگان خراسان
مطالعه زمين شناسي ايزوتوپهاي پايدار كربن و اكسيژن در كانيهاي كربناته كانسار آهن سنگان خراسان
خلاصه مطلب:
سنگ شناسي كانسار آهن سنگان شامل شيل، ماسه سنگ، سنگهاي كربناته و سنگهاي آذر آواري است. اين واحدهاي سنگ شناسي بر اثر نفوذ باتوليت گرانيتي و دايك هاي اسيدي ائوسن پاياني اليگوسن دگرگون و دگرسان شده اند. اسكارني شدن كربنات ها، مشخصه مهم كانسار آهن سنگان است كه همبستگي نزديكي با كاني سازي آهن در آنجا دارد. دو نوع اسكارن در كانسار آهن سنگان قابل تشخيص است: 1- اسكارن كلسيكي 2- اسكارن منيزمي. كربناتهايي كه طي دگرگوني مجاورتي و اسكارن زايي شكل گرفته اند قابل تقسيم بندي به انواع زير هستند:1- مرمرهاي دولوميتي 2- مرمرهاي كلسيتي 3- كلسيت اسكارني 4- دولوميت اسكارني 5- رگه هاي دير تشكيل شده كربناته.
حدود 40 نمونه از انواع كانيهاي كربناته كانسار آهن سنگان براي تعيين ايزوتوپهاي اكسيژن و كربن آنها در كشور ژاپن مورد تجزيه قرار گرفته اند. نتايج آنها نشان مي دهد كه مقادير δ18O و δ13c در مرمرهاي منطقه نسبتا بالا است در حاليكه مقادير δ18O در گرانيت سنگان نسبت به مقادير δ18O در كربناتها پايين است. و مقادير δ18O و δ13c انواع كانيهاي كربناته كانسار سنگان در محدوده بين مقادير ايزوتوپي گرانيت و مرمرها قرار مي گيرد. محاسبات موازنه جرمي ايزوتوپي همراه با شواهد سنگ شناسي و كاني شناسي در منطقه حاكي از حضور آب ماگمايي در كانسار آهن سنگان است.
پيش گفتار:
كانسارهاي آهن سنگان در حدود 300كيلومتري جنوب شرق مشهد واقع شده است. زمين شناسي كانسار غربي آهن سنگان شامل شيل، ماسه سنگ و لاي سنگهاي ژوراسيك و مرمرهاي دولوميتي و كلسيتي ژوراسيك- كرتاسه و سنگهاي آذرآواري ائوسن است. سنگهاي گرانيتي و دايكهاي اسيدي ائوسن پاياني – اليگوسن متعلق به سري ماگمايي كالكوآلكالن در منطقه نفوذ كرده اند. بر اثر جايگيري و فعاليت هيدروترمال مرتبط با اين سنگهاي گرانيتي، سنگ هاي اطراف آن دگرگون و دگرسان شده اند به طوريكه درجه دگرگوني در سنگهاي غير كربناته مجاور با گرانيت بيوتيت- فلدسپات هورنفلس و در سنگهاي كربناته پيروكسن- اوليوين هورنفلس است. در بيشتر جاها دگرگوني مجاورتي به وسيله دگر ساني هاي گرمابي پوشيده شده به طوريكه در سنگهاي غير كربناته، دگر ساني هاي سرسيتي، كربناتي، سيليسي، كلريتي و پتاسيك پراكنده هستند و در سنگهاي كربناته كانيهاي اسكارني گسترش چشمگيري دارند(Boomeri,M1998) . دو نوع اسكارن در طول اسكارن در طول كانسار ديده مي شود: 1- اسكارن كلسيكي 2- اسكارن منيزمي (Boomeri M.1998).
كانيهاي كربناته در كانسار مورد بحث از نظر نحوه تشكيل و تركيب به انواع مختلفي تقسيم بندي شده اند كه دو نوع مهم آنها عبارت است از :1- كانيهاي كربناته اي كه در مرمرهاي دولوميتي و كلسيتي وجود دارند كه همان كانيهاي اوليه هستند كه تغييراتي در آنها از نظر اندازه بلورها و غيره بر اثر دگرگوني و متاسوماتيسم صورت گرفته است و تحت عنوان دولوميت و كلسيت هاي دگرگوني از آنها نام برده خواهد شد. 2- كلسيت و دولوميت هايي كه قطعا بر اثر متاسوماتسم و انحلال كامل كلسيت و دولوميت هاي اوليه و رسوب مجدد آنها به وجود آمده اند و تحت عنوان كلسيت و دولوميت هاي اسكارني از اينها نام برده مي شود. درجه حرارت تشكيل كلسيت هاي اسكارني در فشار يك كيلو بار با استفاده از مطالعه ادخال هاي سيال و دامنه پايداري كانيهاي اسكارني كانسار آهن سنگان بين 300تا 500درجه سانتي گراد ارزيابي شده است(Boomeri.M.1998)
حدود 40نمونه كلسيت و دولوميت به صورت تصادفي از سرتاسر كانسار غربي گرفته شده و مورد تجزيه ايزوتوپي قرار گرفته اند. روش تجزيه ايزوتوپي در اين منطقه به وسيله (Boomeri,M.1998) به طور كامل شرح داده شده است و مقادير ايزوتوپي حاصله در جدول 1 خلاصه و در اشكال 1و 2 نشان داده شده است. δ18O بر حسب يك در هزار SMOW و δ13c بر حسب يك در هزار PDB بيان شده است.
بحث:
δ18O و δ13c سنگهاي كربناته در مقابل فرايندهايي چون كربن زدايي، تراوش و اختلاط حساس و تغيير پذير هستند (Valley- Tw,1986) در شرايط دگرگوني ايزوشيميايي سنگهاي كربناته، كربن زدايي نقش عمده را در تغييرات ايزوتوپي انها دارد. اما حتي اگر همه سنگهاي كربناته به وسيله كانيهاي كالك سيليكاته جانشين شوند تغييراتي ايزوتوپي بسيار ناچيز خواهد بود و اختلاف زيادي با مقادير سنگ آهك و دولوميت هاي اوليه نخواهد داشت. چنين تغييراتي در سيستم هاي ايزوشيميايي به وسيله (Valley- Jw,19860 فرموله شده است. چنين فرمول هايي جهت محاسبات داده هاي كانسار آهن سنگان به وسيله (Boomeri,M.1998) مورد استفاده قرار گرفت و مشخص شد كه داده هاي ايزوتوپي كانسار سنگان با دگرگوني ايزوشيميايي قابل توضيح نيست.
همانطور كه از اشكال 1و 2 بر مي آيد نحوه تخليه شدگي ايزوتوپي كربن و اكسيژن در كانسار آهن سنگان داراي يك روند سيستماتيك است و اكثر نمونه ها خالي شدگي ايزوتوپي شديدي را نشان مي دهند كه احتمالا ناشي از تراوش آب در سنگهاي كربناته و واكنش آن با اين سنگها است. هر چه نسبت آب به سنگهاي كربناته افزايش پيدا مي كند درجه خالي شدگي ايزوتوپي افزايش يافته به طوريكه مقادير ايزوتوپي كلسيت هاي اسكارني در محدوده ايزوتوپي آبهاي ماگمايي قرار مي گيرند. مقادير δ18O و δ13c محلولهاي گرمابي در تعادل با كلسيت هاي اسكارني با استفاده از ضرايب تفكيك ايزوتوپي كلسيت- آب و كلسيت – دي اكسيد كربن(Sheppard and Schwacz 1970) در حرارت هاي 500و 300درجه سانتي گراد محاسبه شده است. مقادير بدست آمده از اين محاسبه براي δ18O از 1/5 تا 11 و از 6/4 تا 2/7 و براي δ13c از 3/3- تا 8/0+ واز 4/0- تا 1/0+ به ترتيب در ˚C500و ˚C300درجه سانتي گراد متغير است (جدول 2). مقادير δ18O محاسبه شده در 500درجه سانتي گراد بامقادير سنگهاي گرانيتي منطقه متعادل است در حاليكه مقادير δ13c محاسبه شده با δ13c آب هاي ماگمايي اختلاف دارد كه اين به دليل مقدار بسيار ناچيز CO2 در محلولهاي گرمابي است كه وارد ضخامت عظيمي از سنگهاي كربناته شده است. اما اختلاف بين مقادير محاسبه شده δ18O محلول گرمابي متعادل با كلسيت هاي اسكارني سنگان و مقادير δ18O آبهاي ماگمايي جزئي و ناچيز است و چرخش يك محلول گرمابي ماگمايي در سنگ هاي كربناته كانسار آهن سنگان بسيار محتمل است.
اين مسئله را با محاسبات موازنه جرمي نيز مي توان توضيح داد. محاسبات موازنه جرمي معمولا براي توصيف طبيعت دگرساني ايزوتوپي سنگهاي كربناته در واكنش با محلولهاي هيدروترمال طي افزايش تدريجي مقدار آب به سنگ بكار مي رود. براي استفاده از چنين محاسباتي شناخت حرارت و XCO2 سيال ضروري است. براي توضيح تغييرات ايزوتوپي سنگهاي كربناته سنگان از معادلات زير استفاده شده است. معادله استفاده شده براي تغييرات ايزوتوپي اكسيژن عبارت است از:
براي تغييراتي ايزوتوپي كربن معادله موازنه جرمي به شرح زير است
كه در آن Δ ضريب تفكيك ايزوتوپي بين كاني كربناته و دي اكسيد كربن و XCO2 عبارت از بخش مولي دي اكسيدكربن در سيال است. براي استفاده از چنين فرمول هايي يك سري فرضيات لازم است. در واقع اثر محلول هاي هيدروترمال با مقادير ايزوتوپي متفاوتي را بر سنگ و با نسبتهاي مختلف آب به سنگ مورد آزمايش قرار داده و مطابقت آنها را بامقادير ايزوتوپي كانسار مورد نظر مقايسه مي كنند. در اين مطالعه آب هاي جوي، ماگمايي و دريايي در درجات مختلف بررسي شده اند. از اين فرضيات مشخص شد كه يك محلول هيدروترمال با مقادير ايزوتوپي δ18O= +8.0 و δ13c=-8.0 باسنگ آهگي با مقادير ايزوتوپي δ18O=+20.0 و=+2.0 δ13c در حرارت هاي مختلف و در يك سيستم باز با XCo2=0.2 و نسبت آب به سنگ 0 تا 10 واكنش انجام داده است. اين فرض خالي شدگي ايزوتوپي در كانيهاي كربناته را در زون كلسيتي بخوبي توضيح مي دهد(شكل 3)
به طور مشابه مشخص شد كه يك محلول گرمابي با مقادير ايزوتوپي δ18O= +6.0 و δ13 c = -8.0 با سنگهاي ديواره دولوميتي با مقادير ايزوتوپي δ18O= +28.0 و δ13 c = +0.0 در حرارت هاي مختلف و در يك سيستم باز و XCO2=0.07 و نسبت آب به سنگ 0 تا 10 واكنش انجام داده است. اين فرض خالي شدگي ايزوتوپي مرمرهاي دولوميتي را در زون منيزمي توضيح مي دهد (شكل 4) اگر به اشكال 3و 4 توجه كنيد مشاهده مي كنيد كه منحني هايC ˚400وC˚ 500 درجه سانتي گراد با داده هاي ايزوتوپي كربناتهاي سنگان مطابقت دارد.

جدول 1-

جدول2-

شکل1-

شکل2-

شکل3-

شکل-4
1- مقادير δ18O و δ13c مرمرهاي دولوميتي و كلسيتي در كانسار آهن سنگان نسبت به مرمرهاي ديگر نقاط پايين تر است و مقدار خالي شدگي ايزوتوپي آنها بيش از مقاديري است كه به وسيله دگرگوني مي تواند اتفاق بيفتد.
2- كاهش تدريجي δ18O و δ13c از مرمرها به طرف كلسيت و دولوميت هاي اسكارني بر اثر واكنش آنها با سيالات گرمابي و متناسب با افزايش نسبت آب به سنگ مي باشد.
3- مقادير محاسبه شده δ18O سيال متعادل با كلسيت و دولوميت هاي اسكارني كانسار آهن سنگان در محدوده مقادير δ18O آب هاي ماگمايي است.
4- محاسبات موازنه جرمي ايزوتوپي همراه با شواهد سنگ شناسي، كاني شناسي و مطالعه سيالات درگير نيز حاكي از حضور آب ماگمايي در كانسار آهن سنگان است.
1. Boomeri,M.,(1998), Petrography and geochemistry of the Sangan Iron skarn deposit and relatedigneous rocks. Unpublished phD. thesis, Akita Univ., Japan, 226pp.
2. Freidman, I. and O'Ncil, 1977, Compilation of stable isotopic fracl'-"'Ition factors of
geochemical interest, U.S Geol. Surv. Prof. Pap,440-KK.
3. Sheppard, S.M. F. and Schwacz, H. P., (1970), Fracionation of carbon and oxygen isotopes and magnesioum betWeen coexisting metamorphic calcite and dolomite, Contr. Mineral. Petrol., 26,161-198
4. Northrop, D. A, and Clayton, R.N., (1966), Oxygen-isotope fractionation in systems containing dolomite, jour., Geol., 74, 174-196.
5. Svetjensky, D. A,(1981), Isotopic alteration of carbonate host rocks as a function of water to ratio-An example from the Upper Mississippi valley zinc-lead distric, Boon. Geol.,76,154-172
6.Taylor, B. E and Nnurminen, K. B.,(1986), Oxygen and carbon isotope and cation geochemistry of metasomatic carbonates and fluids, Bergen aureole, northern ltaliy, Geochim. et cosmochim. Acta, 1267-1279
7. Taylor, H.P. Jr,(1977), Water / rock interaction and the origin of H2O in granitic batholiths J. Geo. Sac. Lond., 133, 509-559.
8. Valley. Jw, 1986, Stable isotope geochemistry of metamorphic rocks, Rev. Mineral., 16, 445-489.









این وبلاگ تمامی موضوعات و مقالات و اطالاعات تخصصی زمین شناسی را که از سایتهای علمی جهان برگرفته شده در اختیار بازدیدکنندگان محترم قرار می دهد.گفتنی است که مطالب موجود در این وبلاگ در نوع خود بی نظیر بوده و از هیچ وبلاگ ایرانی ای کپی برداری نشده است و اگر هم شده منبع آن به طور کامل ذکر شده است.