پتروگرافی، ژئوشیمی و پتروژنز سنگهای آذرین پتاسیک شمال غرب مشکین شهر

متن اصلی:
     زمین‌شناسی منطقه
در این منطقه هیچ برونزدی از سنگهای قبل از کرتاسه وجود ندارد و هیچ برونزدی نیز از سنگهای رسوبی دیده نمی‌شود. تنها سنگهای رسوبی، تراورتن‌های هستند که در دهانه چشمه ها تشکیل شده‌اند و سن آنها نیز کواترنر است. این تراورتن ها نیز ضخامت چندانی ندارند.
در منطقه مورد مطالعه ولکانیسم از پایان کرتاسه آغاز شده و تا نفوذ توده‌های گرانیتوئیدی در الیگوسن میانی ادامه داشته است. پس از نفوذ این توده‌ها ولکانیسم مجدد آغاز گشته و بارزترین فعالیت آن ایجاد کوه آتشفشانی سبلان در این منطقه است.
سنگهای پتاسیک منطقه در ائوسن میانی تا پایانی فوران کرده‌اند. فوران این سنگها در ارتباط با فاز کششی است که تقریبا از اواخر کرتاسه بر منطقه حاکم بوده و احتمالا در نتیجه فاز کوهزایی لارامید بوده است. سنگهای پتاسیک منطقه شامل تفریت فنولیتی، تفریت و لوسیتیت می‌باشد سنگهای غیر پتاسیک بیشتر شامل آندزیت، تراکیت و داسیت می‌باشد. که این سنگها از انواع پتاسیک قدمت کمتری دارند.
سنگهای پتاسیک منطقه از نظر مقدار و اندازه‌ بلورهای لوسیت شامل سه گروه‌اند: گروهی که دارای بلورهای لوسیت درشت بوده و بلورهای ریز نیز در زمینه پراکنده‌اند. این گروه بیان کننده یک توقف در مخزن ماگمایی می‌باشند که موجب رشد پراکنده‌اند. این گروه بیان کننده یک توقف در مخزن ماگمایی می‌باشند که موجب رشد فنوکریست‌ها شده و در حین بالا آمدن به سطح زمین نیز بلورهای ریز زمینه شکل گرفته است. گروه دوم دارای بلورهای درشت لوسیت در زمینه‌ای از شیشه هستند که نشن دهنده توقفی در مخزن می‌باشد، این ماگما پس از فوران در سطح خیلی سریع سرد شده و مجالی برای ایجاد بلور در زمینه نبوده است. گروه سوم دارای بلرهای بسیار ریز لوسیت هستند که فنوکریستی از لوسیت در آنها دیده نمی‌شود و در واقع ماگمای تولید شده بدون توقف به سطح زمین رسیده و در سطح نیز سریع سرد شده و فرصتی برای رشد بلورها وجود نداشته است. پس با یک چنین مدل چند مرحله‌ای می‌توان این ماگماتیسم را توجیه کرد.
گسلهایی که در منطقه وجود دارند اغلب خیلی شاخص نیستند و نمی‌توان آنها را در روی زمین بطور دقیق تشخیص داد و علت این امر پوشش گیاهی انبوهی است که در این منطقه وجود دارد.
گسل‌ها در این منطقه به عنوان مجاری عبور سیالات عمل نموده‌اند که این سیالات ضمن بالا آمدن باعث آلتراسیون آرژیلیکی، آلونیتی و سیلیسی عمل نموده‌اند که این سیالات ضمن بالا آمدن باعث آلتراسیون،نفوذ توده‌های گرانیتوئیدی و ساب ولکانیک‌های داسیتی نیز در امتداد گسل‌های بزرگ رخ داده است.
پتروگرافی
سنگهای منطقه شمالغرب مشکین‌شهر همانطور که ذکر شد شامل انواع لوسیتیت، تفریت و تفریت فنولیتی‌ می‌باشد. در روی زمین، در بیشتر انواع سنگها بلورهای درشت وسفید لوسیت با چشم غیر مسلح قابل تشخیص می‌باشد. آلتراسیون در این منطقه خیلی شدید عمل کرده و موجب شده تا زمینه برخی از سنگهای پتاسیک که ریز بلورتر بوده و برای دگرسانی مستعد تر میباشند، فرسوده شده و واریزه‌هایی را ایجاد کرده‌اند که در آنها بلورهای درشت و شکلدار لوسیت بصورت ایزوله پراکنده است. این بلورها خیلی بزرگ بوده و قطر آنها تا 4 سانتیمتر می‌رسد. تجزیه شیمیایی این لوسیت‌های ایزوله نشان می‌دهد که مقداری سدیم نیز در ترکیب این کانیها وجود دارد که آن را به خصوصیت تشکیل محلول جامد در این دو کانی و نیز عمل سیالات سدیم‌دار نسبت می‌دهیم، یعنی این سیالات که موجب دگرسانی این سنگها شده‌ اند با تزریق مقداری سدیم به این کانی‌ها آنها را به آنالیسم تبدیل کرده‌اند.
لوسیتیت‌ها دارای بلورهای لوسیت فراوان بوده و بلورهای لوسیت آنها نسبتاً درشت هستند و زمینه نیز حاوی بلورهای ریزلوسیت می‌باشد که همگی شکلدار می‌باشند. بلورهای لوسیت دارای ادخلهایی هستند که بصورت دوایر متحدالمرکز با نظم رادیال در بلور جای گرفته‌اند (شکل 1). این اخالها پلاژیوکلازهای ریزی می‌باشند که در این بلورها در زمان رشد گیر افتاده‌اند. بلورهای اوژیت و پلاژیوکلازکلسیک کانی‌های اصلی دیگر را تشکیل می‌دهند. بلورهای اوژیت دارای ماکل هستند و مقاطع گوشه آن را می‌توان در سنگ با چشم غیر مسلح نیز تشخیص داد.
تفریت‌ها نیز دارای بلورهای پلاژیوکلاز لابرادور و نیز دارای کلینوپیروکسین اوژیت می‌باشند. این کانیها هم بصورت فنوکریست در سنگ پراکنده‌اند و هم بصورت بلورهای بسیار ریز در زمینه دیده می‌شوند. مرکز بلورهای پلاژیوکلاز به علت دارا بودن کلسیم بالاتر کلسیم بالاتر و ناپایداری بیشتر دچار آلتراسیون گشته و حاشیه آن که از سدیم بیشتری برخوردار می‌باشد، دارای آثار دگرسانی کمتری می‌باشد. حضور زئولیت‌های فراوان در این سنگها موید تجزیه پلاژیوکلازها می‌باشد. این زئولیت‌ها اغلب ناترولیت و اسکولسیت می‌باشند.
در تفریت‌های فنولیتی نیز مشابه با سایر گروهها پلاژیوکلاز و اوژیت فنوکریست‌ها را تشکیل می‌دهد، لیکن مقدار پلاژیوکلاز بیشتر بوه و به نسبت دو گروه قبلی پلاژیوکلازها دارای سدیم بیشتری بوده وسنگ دارای مقداری سانیدین نیز میباشند. این سنگها دارای لوسیت‌های شکلدار هستند که بصورت بلورهای بسیار ریز در زمینه پراکنده اند.
قالب آمفیبول به صورت سوزنهای کشیده در اغلب نمونه‌های این سه گروه دیده می‌شود. این سوزن‌ها را توسط شواهدی مثل کلیواژ خاص آمفیبول و آثاری که در مرکز بلور به صورت دست نخورده از کانی اولیه باقی مانده، آمفیبولهایی می‌دانیم که در سطح زمین دگرسان شده و به بیوتیت تبدیل شده و به علت کامل نشدن این عمل آثاری از کانی اولیه در مرکز بلور باقی مانده در حالیکه حاشیه‌ها کاملا تبدیل به بیوتیت شده‌اند. این بیوتیت‌ها دارای آهن فراوان بوده و رنگ آنها خیلی تیره است (شکل 2). کانی دیگری که در این سنگها فراوان است اکسیدهای آهن هستند که بصورت بی‌شکل در متن سنگ پراکنده‌ اند که این اکسیدهای آهن حاصل همین دگرسانی هستند. این سنگها دارای کلسیت ثانوی و کلریت نیز هستند.
بافت غالب در هر سه گروه پورفیری است. در نمونه‌هایی که مقدار پیروکسن زیاد است این پیروکسن‌ها با تجمع در کنار یکدیگر علاوه بر بافت پورفیری بافت گلومروپورفیری را نیز در سنگ ایجاد می‌کنند (شکل 3). بلورهای لوسیتی هم که بلورهای پلاژیوکلاز را در برگرفته‌اند بافت پوئی کیلیتیک ایجاد کرده‌اند (شکل 4). که این بیشتر در سنگهای گروه اول یعنی لوسیتیت‌ها دیده می‌شود.
در تجزیه شیمیایی این سنگها مقدار سدیم نسبت به مقدار ایده‌ال بالاتر است. علت این امر اثر پدیده آلتراسیون است که مخصوصا روی سنگهایی که دارای خلل و فرج زیادی هستند، عمل کرده است. سیالاتی که دارای سدیم بالا هستند با ورود به محیط بلور و نفوذ از طریق شکافهای ریز میکروسکوپی به داخل بلور لوسیت یون پتاسیم را که فعالتر است را از محیط خارج کرده و سدیم را جانشین می‌نمایند. این لوسیت‌ها در مجاورت این سیالات مقداری نیز آب جذب می‌کنند که به این صورت ترکیب آنها از KalSi206 به آنالسیم یعنی NaAiSi206.H2O تغییر می‌یابد (Savage .et.al. 2001)
تشخیص و تمیز آنالیسم از لوسیت در زیر میکروسکوپ بسیار مشکل می‌باشد، زیرا هر دو این کانیها دارای بی رفرنژانس ضعیفی هستند و دارای ماکل یا کلیواژ واضحی نیستند و فقط از طریق تجزیه شیمیایی می‌توان به یقین رسید.

شکل (1)

شکل (2)

شکل (3)

شکل (4)

ژئوشیمی
سنگهای این منطقه از نظر شیمیایی در سری ماگمایی آلکالن (نمودار 1) و در دسته سنگهای بازیک تا اولترابازیک قرار می‌گیرند. فراوانی بسیار زیاد پتاسیم در این سنگها موجب شده تا آنها را در محدوده سنگهای پتاسیک قرار دهیم.
فولی و همکاران (1992) عنوان کرده‌اند که اگر سنگی دارای مقدار K2O بیشتر از 3 درصد وزنی باشد، آن را در گروه سنگهای پتاسیک قرار می‌دهیم (نمودار 2)، لیکن با این تعریف بسیاری از سنگهای اسیدی جزو گروه سنگهای پتاسیک قرار خواهند گرفت. برای رفع این مشکل مقدار منیزیم نیز به عنوان ملاک دیگری مدنظر قرار گرفته است. یعنی اگر مقدار منیزیم بیشتر از 3 درصد وزنی باشد و مقدار کروم و نیکل نیز به اندازه سنگهای بازیک بالا باشد می‌توانیم آن سنگ را پتاسیک بدانیم (Foley et al. 1992).
سنگهای پتاسیک به چهار دسته قابل تقسیم‌اند:
1- لامپروفیرها
2- کامفوژیت‌ها
3- گروه سنگهای TRANS
4- پلاژیولوسیتیت‌ها
طبق تعاریف فولی سنگهای این منطقه جزو گروه پلاژیولوسیتیت‌ها است چرا که مقدار پلاژیوکلاز و لوسیت در این سنگها از هر کانی دیگری بیشتر است. در ثانی مقدار Al2O3, CaO, Na2O در آنها بالا بوده و نسبت K2O/Al2O3 در آنها بین 3/0 تا 5/0 قرار دارد (Foley et al. 1992 , Conticelli et al. 1992)
پلاژیولوسیتیت‌ها به دو دسته High -Ti و Low-Ti تقسیم می‌شوند. اگر در سنگی مقدار تیتانیم بیشتر از 1 درصد وزنی باشد آن را پر تیتانیم و اگر کمتر از 1 درصد وزنی باشد آن را در گروه کم تیتانیم قرار می‌دهند و با این توصیف سنگهای این منطقه جزو گروه کم تیتانیم خواهند بود که بطور قطع در ارتباط با پدیده فرورانش هستند (Roger, 1992)0
کلیه سنگهای پتاسیک این منطقه از عناصر (Large Ion Lithophile Elements) LILE غنی شدگی و از عناصر (High Field Strength Elements) HFSE تهی شدگی نسبی نشان دهند.
این حالت که در کلیه سنگهای پلاژیولوسیتیت قابل اندازه‌گیری است، ارتباط نزدیکی با پدیده فرورانش دارد و این امر را به صورت زیر می‌توان توجیه کرد:
عناصر HFSE دارای بار الکتریکی بالا بوده و شعاع اتمی آنها نیز کوچک است لذا تمایل چندانی برای ورود به فاز مایع ندارند. حال آنکه عناصر LIFE چون دارای شعاع اتمی بزرگ هستند به سادگی در طی أبزدایی (Dehydration) وارد فاز مایع می‌شوند. پس وقتی پوسته اقیانوسی فرورونده دچار أبزدایی شود سیالی تولید می‌شود که غنی از عناصر LIE L بوده و لذا این مایع می‌تواند موجب متاسوماتیسم گوشته‌ای شود که در زیر این پوسته قرار گرفته است و عناصر HFSE هم که وارد فاز مایع نشده‌اند در همان رسوبات باقیمانده تجمع می‌کنند.
گروه سنگهای پلاژیولوسیتیت خود به چهار گروه زیر قابل تقسیم است (:Foley, 1992)
1- گروه سنگهای پتاسیک از تراکیت تا تراکی بازالت
2- گروه اولتراپتاسیک‌ها که از لوسیت تفریت تا لوسیت فنولیت را شامل می‌شود.
3- گروه سوم اولترا پتاسیکهای ملیلیت، کالسیلیت و لوسیت‌ دار است.
4- گرو چهارم شامل مینت می‌باشد.
که به طور کلی سنگهای شمالغرب مشکین شهر را در گروه 1 و 2 می‌توان جای داد.
پتروژنز:
درباره منشا تشکیل پلاژیولوسیتیت‌ها نظریات متفاوت و زیادی از سال 1910 تا کنون عنوان شده است. این نظریات اوایل بیشتر بر پدیده هضم و ذوب تفریقی تاکید داشتند. هضم آهک توسط ماگمای بازالتی، هضم گرانیت توسط ماگمای بازالتی، تفریق مذاب لرزولیتی، ذوب تفریقی اکلوژیت و ذوب 1% لرزولیت مهمترین نظریاتی بودند که در این رابطه مورد توجه قرار گرفتند و هر یک به دلیلی مردود شمرده شدند و یا اینکه لااقل غیر قابل تعمیم اعلام شدند.
نظریه‌ای که امروزه بیشتر دانشمندان بر صحت آن اعتقاد دارند و آن را با مطالعات آزمایشگاهی برایژنز پلاژیولوسیتیت‌ها مناسب دانسته‌ اند را در زیر بطور مختصر مورد بررسی قرار خواهیم داد.
قطعا منشا را بید گوشته لرزولیتی در نظر گرفت ولی اولین و بزرگترین مشکل در توصیف گوشته عادی و لرزولیتی به عنوان منشا ماگماهای پتاسیک تمرکز بیش از حد عناصر ناسازگار در این سنگها است.
اگر منشا ماگمای تولید کننده این سنگها را گوشته لرزولیتی عادی و تغییر نیافته در نظر بگیریم برای اینکه ماگما از این عناصر ناسازگار غنی شود باید ذوبی در حد 1% صورت گیرد و این مقدار ماگما نیز به سطح را پیدا کند، که راه یافتن این مقدار اندک از ماده مذاب از عمق زیاد به سطح کمی دور از ذهن به نظر می‌رسد. بنابراین بسیاری از دانشمندان با بررسی دقیق شواهد صحرایی و انجام مطالعات دقیق ایزوتوپی به این نتیجه رسیدند که منشا این ماگماها گوشته‌ای است که قبلا متاسوماتیزه شده و به نحوی از این عناصر کمیاب غنی شده است.
در منطقه‌ای که فرورانش را بخواهیم ثابت کنیم نیاز به استفاده از بررسیهای ایزوتوپی اجتناب ناپذیر است. با مطالعاتی که انجام شده مشخص شده است که نسبت 87Sr/86Sr در مناطق فرورانش بالا بوده و لذا استرانسیم را از منشا ذوب پوسته فرورونده می‌دانند در حالیکه نسبت 143Nd/144Nd در آن پایین بوده و خود این نیز دلیلی بر این است که گوشته از ورقه فرورونده و رسوبات همراه آن آبزدایی کرده و عناصر ناسازگار را از آن دریافت کرده است و خود گوشته با این سیال جذب شده متاسوماتیزه شده است.
این فرایند متاسوماتیسم خود مشکلی است که همانطور که در بالا اشاره شد فقط آن را میتوان با جذب سیالات فرورانده شده همراه ورقه فرورونده توسط گوشته بالایی در زیر منطقه فرورانش توجیه کرد که پس از این جذب و ذوب درصدی از رسوبات فرورفته طی واکنشهای شیمیایی متوالی فلوگوپیت ایجاد می‌شود.
لرزولیت + سیلیس + آب ← فلوگوپیت ← ماگمای پتاسیک، مافیک روغنی از عناصر LILE و فقیر از HFSE
ذوب زیر 5% گوشته فلوگوپیت‌دار در عمق بیشتر از 250 کیلومتر (عمقی که فلوگوپیت می‌تواند در آن پایدار باشد) (Pecerillo, 1992) می‌تواند ماگمایی غنی از پتاسیم تولید کند که غنی شدگی مناسبی نیز از عناصر ناسازگار داشته باشد، ماگمای تولید شده تحت اشباع از سیلیس بوده، مقدار منیزیم آن بالاست و مقدار کروم و نیکل آن نیز بالا خواهد بود و در کل در طی فرایند تفریق قادر است سنگهای مافیک و اولترا مافیک پتاسیک اشاره شده در بالا را تولید کند.
این نظریه از بسیاری جهات قابل تایید می‌باشد چرا که فلوگوپیت کانی است که می‌تواند در ساختمان خود مقدار بسیار زیادی عناصر کمیاب را متمرکز کند و نیز آثار حضور این کانی در انکلاوهای برخی مناطق که حاوی سنگهای پتاسیک هستند مشاهده شده است. انکلاوهایی از فلوگوپیت در شبه جزیره سارای در ایران (خلیلی 1370)و آتشفشان وزوو در ایتالیا درون سنگهای پتاسیک گزارش شده است. البته در مطالعاتی که راجرز ـ1992 روی ایزوتوپهای استرانسیوم انجام داده است مشخص گردید که پتاسیم موجود در این سنگها منشا رسوبی داشته و این رسوبات همان رسوباتی هستند که توسط ورقه فرورونده وارد گوشته شده اند و سپس در حرارت گوشته با کمک سیالات موجود ذوب شده‌اند. کم بودن مقدار تیتانیم و نیز کم بودن مقدار Nb (نمودار 3)خود موید این است که بخشی از عناصر این ماگما محصول ذوب رسوبات پوسته اقیانوسی فرورونده هستند (رولینسون ـ1993).

جدول (1)

نمودار (1)

نمودار (2)

نمودار (3)