مطالعه زمین شناسی ایزوتوپهای پایدار کربن و اکسیژن در کانیهای کربناته کانسار آهن سنگان خراسان
| دسته | ژئوشیمی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | سومین همایش سالانه انجمن زمین شناسی ایران |
| نویسنده | محمد بومری |
| تاريخ برگزاری | ۱۹ شهریور ۱۳۸۴ |
متن اصلی:
δ18O و δ13c سنگهای کربناته در مقابل فرایندهایی چون کربن زدایی، تراوش و اختلاط حساس و تغییر پذیر هستند (Valley- Tw,1986) در شرایط دگرگونی ایزوشیمیایی سنگهای کربناته، کربن زدایی نقش عمده را در تغییرات ایزوتوپی انها دارد. اما حتی اگر همه سنگهای کربناته به وسیله کانیهای کالک سیلیکاته جانشین شوند تغییراتی ایزوتوپی بسیار ناچیز خواهد بود و اختلاف زیادی با مقادیر سنگ آهک و دولومیت های اولیه نخواهد داشت. چنین تغییراتی در سیستم های ایزوشیمیایی به وسیله (Valley- Jw,19860 فرموله شده است. چنین فرمول هایی جهت محاسبات داده های کانسار آهن سنگان به وسیله (Boomeri,M.1998) مورد استفاده قرار گرفت و مشخص شد که داده های ایزوتوپی کانسار سنگان با دگرگونی ایزوشیمیایی قابل توضیح نیست.
همانطور که از اشکال 1و 2 بر می آید نحوه تخلیه شدگی ایزوتوپی کربن و اکسیژن در کانسار آهن سنگان دارای یک روند سیستماتیک است و اکثر نمونه ها خالی شدگی ایزوتوپی شدیدی را نشان می دهند که احتمالا ناشی از تراوش آب در سنگهای کربناته و واکنش آن با این سنگها است. هر چه نسبت آب به سنگهای کربناته افزایش پیدا می کند درجه خالی شدگی ایزوتوپی افزایش یافته به طوریکه مقادیر ایزوتوپی کلسیت های اسکارنی در محدوده ایزوتوپی آبهای ماگمایی قرار می گیرند. مقادیر δ18O و δ13c محلولهای گرمابی در تعادل با کلسیت های اسکارنی با استفاده از ضرایب تفکیک ایزوتوپی کلسیت- آب و کلسیت – دی اکسید کربن(Sheppard and Schwacz 1970) در حرارت های 500و 300درجه سانتی گراد محاسبه شده است. مقادیر بدست آمده از این محاسبه برای δ18O از 1/5 تا 11 و از 6/4 تا 2/7 و برای δ13c از 3/3- تا 8/0+ واز 4/0- تا 1/0+ به ترتیب در ˚C500و ˚C300درجه سانتی گراد متغیر است (جدول 2). مقادیر δ18O محاسبه شده در 500درجه سانتی گراد بامقادیر سنگهای گرانیتی منطقه متعادل است در حالیکه مقادیر δ13c محاسبه شده با δ13c آب های ماگمایی اختلاف دارد که این به دلیل مقدار بسیار ناچیز CO2 در محلولهای گرمابی است که وارد ضخامت عظیمی از سنگهای کربناته شده است. اما اختلاف بین مقادیر محاسبه شده δ18O محلول گرمابی متعادل با کلسیت های اسکارنی سنگان و مقادیر δ18O آبهای ماگمایی جزئی و ناچیز است و چرخش یک محلول گرمابی ماگمایی در سنگ های کربناته کانسار آهن سنگان بسیار محتمل است.
این مسئله را با محاسبات موازنه جرمی نیز می توان توضیح داد. محاسبات موازنه جرمی معمولا برای توصیف طبیعت دگرسانی ایزوتوپی سنگهای کربناته در واکنش با محلولهای هیدروترمال طی افزایش تدریجی مقدار آب به سنگ بکار می رود. برای استفاده از چنین محاسباتی شناخت حرارت و XCO2 سیال ضروری است. برای توضیح تغییرات ایزوتوپی سنگهای کربناته سنگان از معادلات زیر استفاده شده است. معادله استفاده شده برای تغییرات ایزوتوپی اکسیژن عبارت است از:
برای تغییراتی ایزوتوپی کربن معادله موازنه جرمی به شرح زیر است
که در آن Δ ضریب تفکیک ایزوتوپی بین کانی کربناته و دی اکسید کربن و XCO2 عبارت از بخش مولی دی اکسیدکربن در سیال است. برای استفاده از چنین فرمول هایی یک سری فرضیات لازم است. در واقع اثر محلول های هیدروترمال با مقادیر ایزوتوپی متفاوتی را بر سنگ و با نسبتهای مختلف آب به سنگ مورد آزمایش قرار داده و مطابقت آنها را بامقادیر ایزوتوپی کانسار مورد نظر مقایسه می کنند. در این مطالعه آب های جوی، ماگمایی و دریایی در درجات مختلف بررسی شده اند. از این فرضیات مشخص شد که یک محلول هیدروترمال با مقادیر ایزوتوپی δ18O= +8.0 و δ13c=-8.0 باسنگ آهگی با مقادیر ایزوتوپی δ18O=+20.0 و=+2.0 δ13c در حرارت های مختلف و در یک سیستم باز با XCo2=0.2 و نسبت آب به سنگ 0 تا 10 واکنش انجام داده است. این فرض خالی شدگی ایزوتوپی در کانیهای کربناته را در زون کلسیتی بخوبی توضیح می دهد(شکل 3)
به طور مشابه مشخص شد که یک محلول گرمابی با مقادیر ایزوتوپی δ18O= +6.0 و δ13 c = -8.0 با سنگهای دیواره دولومیتی با مقادیر ایزوتوپی δ18O= +28.0 و δ13 c = +0.0 در حرارت های مختلف و در یک سیستم باز و XCO2=0.07 و نسبت آب به سنگ 0 تا 10 واکنش انجام داده است. این فرض خالی شدگی ایزوتوپی مرمرهای دولومیتی را در زون منیزمی توضیح می دهد (شکل 4) اگر به اشکال 3و 4 توجه کنید مشاهده می کنید که منحنی هایC ˚400وC˚ 500 درجه سانتی گراد با داده های ایزوتوپی کربناتهای سنگان مطابقت دارد.
δ18O و δ13c سنگهای کربناته در مقابل فرایندهایی چون کربن زدایی، تراوش و اختلاط حساس و تغییر پذیر هستند (Valley- Tw,1986) در شرایط دگرگونی ایزوشیمیایی سنگهای کربناته، کربن زدایی نقش عمده را در تغییرات ایزوتوپی انها دارد. اما حتی اگر همه سنگهای کربناته به وسیله کانیهای کالک سیلیکاته جانشین شوند تغییراتی ایزوتوپی بسیار ناچیز خواهد بود و اختلاف زیادی با مقادیر سنگ آهک و دولومیت های اولیه نخواهد داشت. چنین تغییراتی در سیستم های ایزوشیمیایی به وسیله (Valley- Jw,19860 فرموله شده است. چنین فرمول هایی جهت محاسبات داده های کانسار آهن سنگان به وسیله (Boomeri,M.1998) مورد استفاده قرار گرفت و مشخص شد که داده های ایزوتوپی کانسار سنگان با دگرگونی ایزوشیمیایی قابل توضیح نیست.
همانطور که از اشکال 1و 2 بر می آید نحوه تخلیه شدگی ایزوتوپی کربن و اکسیژن در کانسار آهن سنگان دارای یک روند سیستماتیک است و اکثر نمونه ها خالی شدگی ایزوتوپی شدیدی را نشان می دهند که احتمالا ناشی از تراوش آب در سنگهای کربناته و واکنش آن با این سنگها است. هر چه نسبت آب به سنگهای کربناته افزایش پیدا می کند درجه خالی شدگی ایزوتوپی افزایش یافته به طوریکه مقادیر ایزوتوپی کلسیت های اسکارنی در محدوده ایزوتوپی آبهای ماگمایی قرار می گیرند. مقادیر δ18O و δ13c محلولهای گرمابی در تعادل با کلسیت های اسکارنی با استفاده از ضرایب تفکیک ایزوتوپی کلسیت- آب و کلسیت – دی اکسید کربن(Sheppard and Schwacz 1970) در حرارت های 500و 300درجه سانتی گراد محاسبه شده است. مقادیر بدست آمده از این محاسبه برای δ18O از 1/5 تا 11 و از 6/4 تا 2/7 و برای δ13c از 3/3- تا 8/0+ واز 4/0- تا 1/0+ به ترتیب در ˚C500و ˚C300درجه سانتی گراد متغیر است (جدول 2). مقادیر δ18O محاسبه شده در 500درجه سانتی گراد بامقادیر سنگهای گرانیتی منطقه متعادل است در حالیکه مقادیر δ13c محاسبه شده با δ13c آب های ماگمایی اختلاف دارد که این به دلیل مقدار بسیار ناچیز CO2 در محلولهای گرمابی است که وارد ضخامت عظیمی از سنگهای کربناته شده است. اما اختلاف بین مقادیر محاسبه شده δ18O محلول گرمابی متعادل با کلسیت های اسکارنی سنگان و مقادیر δ18O آبهای ماگمایی جزئی و ناچیز است و چرخش یک محلول گرمابی ماگمایی در سنگ های کربناته کانسار آهن سنگان بسیار محتمل است.
این مسئله را با محاسبات موازنه جرمی نیز می توان توضیح داد. محاسبات موازنه جرمی معمولا برای توصیف طبیعت دگرسانی ایزوتوپی سنگهای کربناته در واکنش با محلولهای هیدروترمال طی افزایش تدریجی مقدار آب به سنگ بکار می رود. برای استفاده از چنین محاسباتی شناخت حرارت و XCO2 سیال ضروری است. برای توضیح تغییرات ایزوتوپی سنگهای کربناته سنگان از معادلات زیر استفاده شده است. معادله استفاده شده برای تغییرات ایزوتوپی اکسیژن عبارت است از:
برای تغییراتی ایزوتوپی کربن معادله موازنه جرمی به شرح زیر است
که در آن Δ ضریب تفکیک ایزوتوپی بین کانی کربناته و دی اکسید کربن و XCO2 عبارت از بخش مولی دی اکسیدکربن در سیال است. برای استفاده از چنین فرمول هایی یک سری فرضیات لازم است. در واقع اثر محلول های هیدروترمال با مقادیر ایزوتوپی متفاوتی را بر سنگ و با نسبتهای مختلف آب به سنگ مورد آزمایش قرار داده و مطابقت آنها را بامقادیر ایزوتوپی کانسار مورد نظر مقایسه می کنند. در این مطالعه آب های جوی، ماگمایی و دریایی در درجات مختلف بررسی شده اند. از این فرضیات مشخص شد که یک محلول هیدروترمال با مقادیر ایزوتوپی δ18O= +8.0 و δ13c=-8.0 باسنگ آهگی با مقادیر ایزوتوپی δ18O=+20.0 و=+2.0 δ13c در حرارت های مختلف و در یک سیستم باز با XCo2=0.2 و نسبت آب به سنگ 0 تا 10 واکنش انجام داده است. این فرض خالی شدگی ایزوتوپی در کانیهای کربناته را در زون کلسیتی بخوبی توضیح می دهد(شکل 3)
به طور مشابه مشخص شد که یک محلول گرمابی با مقادیر ایزوتوپی δ18O= +6.0 و δ13 c = -8.0 با سنگهای دیواره دولومیتی با مقادیر ایزوتوپی δ18O= +28.0 و δ13 c = +0.0 در حرارت های مختلف و در یک سیستم باز و XCO2=0.07 و نسبت آب به سنگ 0 تا 10 واکنش انجام داده است. این فرض خالی شدگی ایزوتوپی مرمرهای دولومیتی را در زون منیزمی توضیح می دهد (شکل 4) اگر به اشکال 3و 4 توجه کنید مشاهده می کنید که منحنی هایC ˚400وC˚ 500 درجه سانتی گراد با داده های ایزوتوپی کربناتهای سنگان مطابقت دارد.
