نقش تفریق در ایجاد تنوع سنگ‌شناسی توده نفوذی شکرناب (شمال شرق قزوین، ایران)

متن اصلی:
     توده نفوذی شکرناب براساس مشاهدات صحرایی به سه بخش عمده قابل تفکیک است که عبارتند از: بخش گابرویی، بخش مونزونیتی و بخش سینیتی. قسمت اعظم توده مذکور، ترکیب مونزونیتی دارد. گابروها تنها در بخش کوچکی از شرق و جنوب شرق توده رخنمون دارند. سینیت‌ها نیز به طور عمده به صورت دایک‌های کوچک و بزرگ و همچنین رگه‌های آپلیتی در قسمت‌هایی از توده نفوذی از جمله قسمت‌هایمرکزی، جوبی و شرقی مشاهده می‌شوند.
از بین فرآیندهای شناخته شده‌ای که می‌توانند منجر به ظهور تنوع سنگ‌شناسی موجود در توده نفوذی شکرناب شوند، می‌توان به فرآیندهای آلایش، ذوب بخشی و تفریق بلوری اشاره نمود. برای بررسی نقش هر یک از این پدیده‌ها در شکل‌گیری توده نفوذی مورد مطالعه در این بخش نتایج بررسی‌های پتروگرافی و مطالعات ژئوشیمیایی تشریح می‌شود.

شکل (1)

بررسی‌های پتروگرافی بخش‌های مختلف توده نفوذی شکرناب:
بخش گابرویی:
این بخش باگسترش محدود در قسمت‌های شرقی و جنوبی توده نفوذی شکرناب رخنمون دارد. گابروها درمحل کنتکت با توف‌های میزبان توده نفوذی، حاشیه انجماد سریع همراه با بافت پورفیری نشان می‌دهند. از حاشیه به سمت بخش‌های داخلی‌تر، بلورها درشت‌تر شده بافت‌های افیتیک و ساب افیتیک پیدا می‌کنند.
کانی‌های اصلی در بخش گابرویی، شامل بلورهای شکل‌دار تا نیمه شکل‌دار پلاژیوکلاز (بعضاً سوسوریتی شده)، بلورهای کاملاً بی‌شکل کلینوپیروکسن (اوژیت)و ارتوپیروکسن (انستاتیت)می‌باشد که تیغه‌های پلاژیوکلاز را به صورت بافت افیتیک تا ساب افیتیک در برگرفته‌اند. وجود این بافت نشانه تبلور زودتر پلاژیوکلازها و یا رشد سریعتر پیروکسن نسبت به پلاژیوکلاز است. پیروکسن‌ها اغلب در امتداد شکستی‌هایشان اورالیتی شده‌اند. کانی‌های فرعی شامل اولیوین، بیوتیت، آپاتیت و کانی‌های اپک می‌باشند. بلورهای الیوین شکل دار تا بی‌شکل هستند و بعضاً در امتداد شکستگی‌هایشان به کلریت و سرپانتین تبدیل شده‌اند. بیوتیت‌ها صفحه‌ای شکل‌اند و گاهی به طور کامل به کلریت تبدیل شده‌اند. کانی‌های اپک بی ‌شکل و در کل مقطع پراکنده‌ هستند. سوزن‌های آپاتیت بیش از 2 درصد حجم سنگ را تشکیل می‌دهند و معمولاً در داخل بلورهای پلاژیوکلاز محاط شده‌اند. کانی‌های ثانویه کلسیت، سوسوریت، کلریت و سرپانتین حاصل دگرسانی کانی‌های اصلی می‌باشند.

شکل (2)

بخش مونزونیتی:
این بخش قسمت عمده توده نفوذی شکرناب را تشکیل می‌دهد. مونزونیت‌ها نیز مانند گابروها در محل کنتاکت با توف‌ها، حاشیه انجماد سریع نشان میدهند.
کانی‌های اصلی شامل پلاژیوکلازها و آلکالی فلدسپار می‌باشند. در این بخش پلاژیوکلازهای شکل‌دار تا نیمه شکل‌دار بیشتر از بخش گابرویی حضور دارند و کلسیت حاصل از آلتراسیون
پلاژیوکلازها کمتر از بخش گابرویی می‌باشد. آلکالی فلدسپارهای آرژیلیته و کاملاً بی‌شکل، بلورهای شکل‌دار پلاژیوکلاز را به صورت بافت پئوی کیلیتیک در برگرفته‌اند.
کانی‌های فرعیشامل ارتوپیروکسن، کمی کلینوپیروکسن، الیوین، بیوتیت، آپاتیت و کانی‌های اپک می‌باشند. مقدار الیوین خیلی کمتر از بخش گابرویی است و در بعضی از نمونه‌ها اصلاً مشاهده نمی‌شود. بیوتیت‌ها به صورت پراکنده وجود دارند و عموماً کلریتی شده‌اند. کانی‌های اپک دانه ریز کاملاً بی‌شکل با توزیع یکنواخت در حجم سنگ پرکنده هستند ومقدار آنها در این بخش نسبت به بخش گابرویی به مراتب کمتر است. سوزن ‌های آپاتیت نیز نسبت به بخش گابرویی کمترند.

شکل (3)

بخش سینیتی:
سینیت‌ها به صورت دایک و رگه‌های کوچک و بزرگ دیده می‌شوند. یک دایک بزرگ سینیتی صورتی رنگ تا خاکی رنگ شدیداً آلتره شده به عرض 1 تا 3 متر و طول حدود 300 متر در مرکز توده رخنمون دراد. علاوه بر این رگه‌های نازک و دایک‌های کوچک سینیتی در داخل شکستگی‌های انقباضی حاصل از انجماد توده به خصوص در بخش‌های مرکزی، جنوبی و شرقی توده نفوذییافت می‌شوند. رگه‌های نازک و دانه ریز سینیتی، فاقد کانی‌های مافیک بوده و صورتی کمرنگ تا کرم رنگ هستند. در حالی که دایک‌های حجیم‌تر، صورتی تا خاکی رنگ و حاوی آلکالی فلدسپارهای میکروپرتیتی درشت بلور، پلاژیوکلاز، بیوتیت و گاهی آمفیبول قابل توجه می‌باشند. بخش عمده سنگ (در حدود 85 تا 90 درصد) از بلورهای آلکالی فلدسپار میکروپرتیتی، بی‌شکل تا نیمه شکل‌دار شدیداً آلتره شده به کانی‌های رسی قهوه‌ای رنگ، تشکیل شده است. کانی‌های فرعی عبارتند از بلورهای شکل‌دار تا نیمه شکل دار پلاژیوکلاز سوسوربیتی شده، کوارتزهای بی‌شکل که در فضای بین آلکالی فلدسپارهای میکروپرتیتی حضور دارند.
کانی‌های اپک ریز، بی‌شکل و پراکنده‌ بسیار کمتر از بخش‌های قبلی مخصوصاً بخش گابرویی می‌باشند. آپاتیت سوزنی نیز بسیار ناچیز می‌باشند.

شکل (4)

بررسی پتروگرافی پدیده آلایش در توده نفوذی شکرناب:
ماگما برای هضم یک ماده خارجی به گرمای کافی احتیاج دارد و این گرما از تبلور فازهای در حال تبلور و تعادل با ماگما حاصل می‌شود که به این فرایند ACF می‌گویند (باون، 1928، فیلیپو و جاناسی، 2001). از طرف دیگر تحقیقات نشان داده است که ماگماهای طبیعی نمی‌توانند بیش از 10 تا 15 درصد حجم خود ، آنکلاو هضم کنند. حال اگر فرض کنیم که ماگمای اولیه بازیک در هنگام بالا آمدن، سنگ‌های مسیر را که اسیدی‌تر از ماگما هستند هضم نموده باشد، این اتفاق عموماً در سقف اطاق ماگمایی صورت می‌گیرد (زیرا این بخش بالاترین دما را دارد)و همان طور که می‌دانیم مذاب اسیدی بسیار سبک‌تر از مذاب بازیک است و پس از ذوب در سقف اطاق ماگمایی باقی می‌ماند، پس به این دلیل و همچنین به دلیل گرانروی متفاوت مذاب اسیدی و مذاب بازیک، احتمال اختلاط این دو بخش بسیار کم است. از طرفی توده های نفوذی گابرویی معمولاً یک حاشیه انجماد سریع دارند (همان‌طور که قبلاً ذکر شد، در توده نفوذی شکناب نیز این حاشیه انجماد سریع وجود دارد)، اما نفوذی‌های اسیدی فاقد چنین حاشیه‌ای هستند (دی دیه، 1973). وجود حاشیه‌ی انج ماد سریع، باعث جداشدن ماگما و قطع شدن ارتباط آن با سنگ‌های اطراف می‌گردد. بنابراین احتمال انجام واکنش با سنگ دیواره‌ در زمان طولانی جایگزینی ماگمای گابرویی از میان می‌رود.
در این قسمت به بررسی بعضی از نشانه‌های پتروگرافی سنگ‌های آلایش یافته و حضور یا عدم حضور آن‌ها در سنگ‌های مربوط به توده نفوذی شکرناب می‌پردازیم.
نشانه‌های پتروگراف سنگ‌های آلایش یافته عبارتند از:
وجود آنکلاو:
وجود آنکلاوهای دارای منشاء خارجی (سنگ‌های دربرگیرنده)در سنگ‌های آذرین، آشکارترین دلیل آلایش ماگمایی است (معین وزیری، 1371)که این نوع آنکلاوها در توده نفوذی شکرناب ملاحظه نمی‌شود.
اجتماع بلورهای نامتعادل:
مثلاً حضور هم زمان الیوین، اوژیت، ارتوپیروکسن، هورنبلند، بیوتیت، کوارتز و تیتانومنیتیت در یک سنگ، که الیوین و اوژیت از یک ماگمای بازیک مشتق شده‌اند و ارتوپیروکسن، هورنبلند، بیوتیت، کوارتز و تیتانومنیتیت از یک ماگمای داسیتی متبلور می‌شوند. این حالت نیز در بخش‌های مختلف توده نفوذی شکرناب مشاهده نمی‌شود.
وجود بافت‌های نامتعادل در بلورها:
وجود خوردگی در بلورهای پلاژیوکلاز به طوری که ساخت زونه پلاژیوکلاز را قطع کند و بلور بدون سطوح کریستالوگرافی دیده شود. همچنین بافت غربالی که به صور یک حالت غبار آلود حلقه‌وار در پلاژیوکلازها دیده شود از دیگر بافت‌های عدم تعادل هستند که چنین آثاری در پتروگرافی توده نفوذی شکرناب مشاهده نشدند.
وجود کانی‌های دگرگونی در سنگ‌های آذرین:
مشاهده کانی‌های آذرین نظیر آندالوزیت، سیلیمانیت، کردیریت، و گارنت در سنگ‌های آذرین می‌تواند نشانه‌ای از آلایش ماگمایی باشد، که این کانی‌ها نیز در بخش‌های مختلف توده نفوذی شکرناب مشاهده نگردیدند.
روند تغییرات شیمیایی:
ترکیب عناصر اصلی و فرعی در سنگ‌های آذرین توسط فرآیندهای مختلف از جمله آلایش، ذوب بخشی و تفریق بلوری کنترل می‌گردد. همانطور که در بحث پتروگرافی عنوان شد، در توده نفوذی شکرناب پدیده آلایش اهمیت چندانی ندارد، بنابراین در این قسمت، به بررسی نقش پدیده‌های ذوب بخشی و تفریق بلوری در ایجاد تنوع سنگ‌شناسی توده مورد مطالعه می‌پردازیم.
روند تغییرات عناصر اصلی:
اندیس تفریق (DI):
اندیس تفریق که اولین بار توسط تورنتون و تاتل در سال 1960 بکار برده شد، برابر است با مجموع کانی‌های نورماتیو کوارتز، آلبیت و ارتوز و فلدسپاتها. کانی های مزبور بدلیل سبکی و وزن مخصوص کم، تحت تأثیر نیروی ثقل از کانی‌های سنگین، تفریق حاصل نموده سبب تحول ماگما می‌شوند و در ماگمای باقی مانده درصد کانی‌های فوق افزایش می‌یابد.
SiO2
براساس اصل تفریق، میزان SiO2 در حین تبلور روند صعودی را طی می‌کند. این موضوع به خوبی در نمودار SiO2 نسبت به اندیس تفریق (DI) مشاهده می‌شود، به طوری که با افزایش اندیس تفریق از گابرو به مونزونیت و نهایتاً سینیت، SiO2 یک روند صعودی خطی را طی می‌کند.
MgO
کاهش شدید MgO در مونزونیت‌ها به دلیل حضور فراوان کانی‌های مافیک در بخش گابرویی نسبت به دیگر بخش‌های توده نفوذی شکرناب می‌باشد. زیرا منیزیم در فازهای اولیه تبلور ماگمایی بیشترین حضور را داشته و در ساختمان کانی‌هایی نظیر الیوین و پیروکسن (اوژیت)شرکت می‌نماید و به تدریج با تبلور این کانی‌ها و خروج آن‌ها از ماگما، مقدار منیزیم در مایعات باقیمانده که در اینجا دیگر بخش‌های توده نفوی را ایجاد می‌کند، کاهش می‌یابد. همان طور که در فصل پتروگرافی ملاحظه گردید، میزان کانی‌های الیوین و پیروکسن در بخش گابرویی توده مذکور بسیار فراوان‌تر از دیگر بخش‌ها می‌باشد.
Al2O3
کانی‌های متبلور شده در مراحل اولیه تفریق مثل الیوین، پیروکسن و منیتیت فاقد آلومینیم هستند. این کانی‌ها در گابروها به وفور دیده می‌شوند. بیشترین میزان مصرف Al2O3 در پلاگیوکلازها می‌باشد که این کانی به همراه دیگر مصرف کننده آلومینیوم یعنی آلکالی فلدسپار از اصلی‌ ترین تشکیل دهنده‌های بخش مونزونیتی هستند که این موضوع به خوبی در مقاطع میکروسکوپی قابل مشاهده است. در بخش سینیتی درصد پلاژیوکلازها کاهش می‌یابد. بنابراین روند مشاهده شده در مورد Al2O3 کاملاً منطقی می‌باشد.
CaO
شیب مثبتCaO در مقابل MgO رفتار مشابه این دو اکسید را نشان می‌دهد. افزایش MgO از سنگ‌های مونزونیتی تا سنگ‌های گابرویی نسبت با افزایش CaO بسیار بیشتر است که این موضوع بر میگردد به حضور بسیار فراوان‌تر کانی‌های مافیک در بخش گابرویی نسبت به بخش مونزونیتی در صورتی که پلاژیوکلازها در بخش مونزونیتی افزایش می‌یابند ولی درصد آنورتیت آن‌ها کم می‌شود و همچ نین کلینوپیروکسن‌ها نیز کم می‌شوند و پیروکسن‌ها بیشتر از نوع ارتوپیروکسن می‌باشند.
آهن کل (FeO*)
همان‌طور که در (شکل 5)مشاهده می‌شود با افزایش DI و SiO2 اکسید آهن کاهش تدریجی و خطی نشان می‌دهد، که این موضوع به دلیل مصرف شدن اکسید آهن در کانی‌های مافیک و همچنین کانی منیتیت است. منیتیت عمده‌ترین کانی اپک می‌باشد و در بخش گابرویی نسبت به دیگر بخش‌ها فراوان تر است.
تغییرات FeO نسبت به MgO مثبت است که این موضوع به رابطه نزدیک آهن و منیزیم در حین تبلور تفریقی و مصرف شدن همزمان این دو اکسید در کانی‌های مشابه بر می‌گردد. لازم به توزیع است که تغییرات منیزیم از بخش‌های مافیک به سمت بخش‌های فلسیک شدیدتر از تغییرات آهن کل است که می‌تواند نشان دهنده نقش عمده‌تر منیزیم در ترکیب کانی‌های مافیک اولیه نسبت به آهن باشد.

شکل (5)

عدد آهن(FeN)
با افزایش روند تفریق ک هماهنگ با افزایش DI و SiO2 می‌باشد و همین طور کاهش درصد MgO میزان عدد آهن که برابر است با FeO*/(FeO*+ MgO) افزایش می‌یابد. این موضوع به خوبی نشان دهنده نقش عمده‌تر منیزیم در کانی‌های مافیک مراحل اولیه تبلور ماگمایی در مقایسه با آهن و اینکه هرچن کانی‌های مافیک در مراحل انتهایی تبلور ماگمایی ناچیز هستند لاکن آهن در تبلور کانی‌های مافیک این مراحل نقش عمده‌تری نسبت به منیزیم دارد.
Cr
عنصر سازگار کرم (Cr) در ماگما به صورت یون سه ظرفیتی حضور دارد. شعاع یونی این عنصر مشابه آهن سه ظرفیتی می‌باشد با این حال عمدتاً در مقادیر زیاد و در مراحل اولیه رشد تبلور ماگما به صورت کانی جداگانه کرومیت از ماگما خارج می‌شود و در مقادیر کمتر وارد شبکه بلوری پیروکسن‌های مراحل ابتدایی تبلور ماگما می‌شود. به طوری که در نمودارهای Cr مقابل DI و SIO2 و MgO (شکل 5)مشاهده می‌شود، با جدا شدن ماگمای سازنده بخش گابرویی که حاوی مقادیر بالایی از پیروکسن می‌باشد، مقدار کرم در ماگمای باقیمانده که ایجاد کننده مونزونیت‌ها و سینیت‌ها می‌باشد، به شدت کاهش می‌یابد. ولی از مونزونیت‌ها تا سینیت‌ها تغییرات ناچیزی را نشان میدهد.
Co
عنصر سازگار کبالت (Co) دارای شعاع یونی مشابه با آهن دوظرفیتی ومنیزیم می‌باشد. این عنصر کاملاً مابه عنصر Cr رفتار می‌کند. یعنی در مراحل ابتدایی تبلور ماگمایی وارد کانی‌های آهن و منیزیم دار می‌شود. روند تغییرات Co به غیر از یکی از نمونه‌ها کاملاً با MgO مشابه است و نشاندهنده جانشینی عمده Co به جای MgO در کانی‌های مافیک است.
مقایسه پدیده‌های تفریق و ذوب بخشی در توده نفوذی شکرناب:
غلظت عناصر سازگار در هنگام تفریق بلوری شدیداً تغییر می‌کند، در صورتی که عناصر ناسازگار، از نظر غلظت، در هنگام ذوب بخشی بیشتر دچار تغییر می‌شوند (رولینسون، 1993). در اینجا برای مقایسه پدیده ذوب بخشی با تفریق بلوری از نمودارهای عنکبوتی مقایسه‌ای و نمودار Y در مقابل Zr استفاده شده است.
نمودار ‎Y در مقابل Zr:
در این نمودار که از ترویل و جورون (1975)در عبدا... و همکاران (1997)نقل شده است، دو محدوده مربوط به ذوب بخشی (P.m) و تفریق بلوری (f.c) از هم تفکیک شده‌اند. نمونه‌های گابرویی و نمونه‌های مربوط به بخش مونزونیتی توده نفوذی شکرناب در محدوده تفریق بلوری واقع شده‌اند و به دلیل اینکه Zr یک عنصر شدیداً ناسازگار است، بنابراین تا مراحل انتهایی تفریق ماگمایی در بخش مایع باقی می‌ماند و در سینیت‌ها بسیار غنی‌شده‌تر است (شکل 6).

شکل (6)

نمودار La/Sm در مقابل La:
این نمودار از چنگ و همکاران (2001) نقل شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود در پدیده تفریق افزایش عنصر سبک La شدیدتر افزایش نسبت La/Sm می‌باشد در صورتی که در پدیده ذوب بخشی افزایش La و افزایش نسبت La/Sm تقریباً برابر است. روند تغییرات نمونه‌های توده نفوذی شکرناب از گابرو به سمت مونزونیت و در نهایت سینیت بیشتر با امتداد مربوط به تفریق بلوری هماهنگ است (شکل 7).

شکل (7)

نمودار عنکبوتی عناصر کمیاب خاکی (REE):
در پدیده ذوب بخشی با پیشرفت مراحل ذوب بخشی عناصر کمیاب خاکی سبک به تدریج غنی می‌شوند و به سمت عناصر سنگین‌تر این غنی‌شدگی به تدریج کم می‌شود و در آخرین عنصر این گروه یعنی Lu تمام مراحل تفریق بر هم منطبق می‌شوند ولی در پدیده تفریق بلوری با پیشرفت تبلور کانی‌ها، غنی‌شدگی تمام عناصر به یک میزان صورت می‌گیرد به عبارتی تمام مراحل تفریق روندی تقریباً موازی را نشان می‌دهند (رولینسون، 1993 و نلسون، 2003). الگوی نمودار عنکبوتی حاصل از سنگ‌های توده نفوذی شکرناب که براساس عناصر کمیاب خاکی و نسبت به کندریت نرمالیزه شده است (شکل 8)، تقریباً حالت موازی نشان می‌دهد. بنابراین پدیده تفریق بلوری در اینجا محتمل‌تر است.

شکل (8)