شناسایی سنگ مادر و محاسبه تبادلات جرم با استفاده از عناصر نامتحرک در بوکسیت کارستی هنگام، جنوب فیروز آباد، استان فارس

دسته زمین شناسی اقتصادی واکتشاف
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و یکمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده محبوبه حسینی، دکتر ساسان لیاقت علیرضا زراسوندی،
تاريخ برگزاری ۲۵ مهر ۱۳۸۴

Abstract
The Hangam bauxite anomaly is located in the southern Firouzabad region,Fars Province. According to stratigraphical and sedimentological evidences a sedimentary hiatus during Cenomanian-Turonian has exposed Sarvak limestone to karst weathering and a layer of argillaceous debris accumulated on its surface and were partly converted to bauxite. Then the Hangam horizon was preserved by deposition of Late Cretaceous Ilam limestone. Microscopic studies of polish and thin sections illustrate pelitomorphic, fluidal and pseudobrecciate textures, all indicating the autogenic origin of the Hangam bauxite.
In this study, in order to trace the precursor rock of the Hangam bauxite and mass change calculations during weathering and bauxitization processes, geochemistry of immobile elements are used.
Plots of chemical data and correlation coefficients show that Al, Ti, Zr, Y, Th, Cr and V were immobile during the bauxitization process. Among these elements Ti and Al show the highest correlation coefficient and were used for mass change calculations.
Mass change calculations point to net removal of Na, K, Mg and Si from system during bauxitization process. Immobile elements ratios trace the source of the Hangam bauxite to the underlying argillaceous limestone (Sarvak Formation). On the basis of volume change calculations, ۱۱۳ meters of the Sarvak limestone were converted to Hangam bauxite horizon with about ۲۹ meters thickness

چکیده
آنومالی بوکسیت هنگام در جنوب غرب فیروز آباد استان فارس قرار دارد. بر اساس شواهد رسوب شناسی و چینه شناختی، یک وقفه رسوبی در طی سنومانین-تورنین منجر به قرارگیری سنگ آهک سروک در معرض هوازدگی کارستی شد و لایه ای از ذرات آرژیلی در سطح آن مجتمع گردید و قسمتی از این ذرات به بوکسیت تبدیل شدند. سپس در کرتاسه پسین این افق بوکسیتی توسط سنگ آهک سازند ایلام پوشیده شد.
مطالعات میکروسکوپی برروی مقاطع نازک و صیقلی بافتهای پلیتومورفیک، جریانی و برشی دروغین را نشان می دهند که همگی دال بر منشا اتوژن بوکسیت هنگام می باشند. در این مطالعه به منظور شناسایی سنگ مادر بوکسیت هنگام و محاسبات تغییر جرم در طی فرایندهای هوازدگی و بوکسیتی شدن از ژئوشیمی عناصر نامتحرک استفاده گردید. نمودارهای داده های شیمیایی و همچنین مقادیر ضرایب همبستگی نشان می دهند که عناصرV, Cr, Th, Y, Zr, Ti, Al در طی فرایند بوکسیتی شدن نامتحرک بوده اند. از میان این عناصرTi  وAl بیشترین ضریب همبستگی را نشان می دهند و در محاسبات تغییر جرم مورد استفاره قرار گرفتند. نتایج محاسبات تغییر جرم نشاندهنده خروجNa, K, Mg, Si  در طی فرایند بوکسیتی شدن می باشند. نسبت های عناصر نامتحرک، سنگ آهک آرژیلی سروک را به عنوان سنگ مادر بوکسیت هنگام معرفی می کنند. بر اساس محاسبات تغییر حجم، 113 متر از سنگ آهک سروک به افق بوکسیتی هنگام با ضخامت 29 متر تبدیل شده است.
مقدمه
بوکسیت هنگام در 25 کیلومتری جنوب غرب قیر و کارزین (جنوب فیروز آباد)، در استان فارس با مختصات جغرافیایی ΄23 ˚52 طول شرقی΄44 ˚28 عرض شمالی واقع شده است.
این نهشته از نظر ساختاری در کمربند چین خورده ساده زاگرس قرار دارد. با پیشروی آب دریا در طی اشکوب سنومانین کربناتهای نریتیک سازند سروک تجمع یافتند. با پسروی آب دریا در سنومانین- ترونین تمامی ناحیه از آب خارج شد و رسوبگذاری متوقف گردید. رسوبگذاری در کرتاسه فوقانی با رسوبگذاری کربناتهای نریتیک سازند ایلام شروع شد. آنومالی بوکسیت هنگام در امتداد مرز بین سازند سروک و ایلام به صورت همشیب گسترش یافته است. این افق بوکسیتی دارای ضخامتی در حدود 29 متر می باشد و منطقه ا ی به مساحت چند صد متر مربع را می پوشاند. با توجه به رخساره های موجود و تغییرات ساختاری، افق بوکسیتی را می توان به 8 لایه تقسیم کرد، که از پائین به بالا عبارتند از: سازند سروک (SR)، سنگ آهک مارلی قاعده ای (BML)، بوکسیت پیزولیتی (PB)، بوکسیت زرد (YB)، بوکسیت قرمز (RB)، مارل آهکی آهندار (FLM)، سنگ آهک مارلی قرمز (RML) و سنگ آهک مارلی سفید (WML)) شکل 1).
بسیاری از بوکسیت ها ارتباط مستقیمی با شیمی و بافت سنگ بستر زیرین خود دارند، اما بوکسیت هایی که در بالای سکانسهای آهکی-رسوبی شکل گرفته اند، به مراتب پیچیده ترند و ترکیب آنها به دلیل مولفه های آرژیلیتی موجود در سنگ آهک بسترشان به شدت متغیر است (باردوسی، 1982،1984).
ذرات آرژیلیتی می توانند از منابع مختلفی از جمله سنگ آهک آرژیلی کم عمق دریایی، رسوبات رودخانه ای و یا خاکستر آتشفشانی مشتق شده باشند. هدف از این مطالعه ردیابی و شناسایی سنگ مادر افق بوکسیتی هنگام با استفاده از ژئوشیمی عناصر نامتحرک می باشد. در این مطالعه همچنین برای بررسی و درک بهتر فرایندهای دخیل در تشکیل این نهشته از روش محاسبات تغییرات جرم (MacLean, 1990) استفاده شده است.
روش کار
به منظور مطالعات بافتی و کانی شناسی از داده های پراش اشعه ایکس (XRD) و کانی شناسی نرماتیو (نصیب پور، 2000) استفاده شده است.
جهت مطالعه بافتهای اصلی موجود در لایه های مختلف افق بوکسیتی 15 مقطع نازک و صیقلی تهیه گردید.
بیست و چهار نمونه از هشت لایه موجود در افق بوکسیتی به منظور آنالیز شیمیایی جمع آوری گردید. قسمتی از این نمونه ها در دانشگاه شیراز با استفادهاز شیمی تر و تعدادی از آنها در آزمایشگاه اصفهان با استفاده از روش فلورسانس اشعه(XRF) X  آنالیز گردید. در محاسبه تغییرات جرم با توجه به عدم برابری لایه های مختلف از لحاظ مقدار کلسیم ونیز میزان  LOIنمی توان به درستی میزان غنی شدگی و تهی شدگی را مورد بررسی قرار داد،لذا برای بررسی اینکه چه عناصری به محیط اضافه یا از محیط حذف گردیده اند،برروی داده ها نرمال سازی کربنات و  LOIصورت گرفت.
روش محاسبات تغییرات جرم (Mass Changes Calculations):
این روش اولین بار توسط مک لین و کرانی دیوتیس در سال 1987 در کانسار سولفید توده ای منطقه نوراندای کانادا پایه گذاری گردید. این روش بر این اساس استوار است که نسبت عناصر نامتحرک به یکدیگر (مانند
 Al/Tiو Ti/Zr) در سنگ هوانزده یا fresh (سنگ آهک آرژیلی) و نمونه های هوازده (بوکسیت)حاصل از آن یکسان خواهد بود و لذا از آنها می توان در محاسبات تغییرات جرم ناشی از فرایندهای بوکسیت زایی استفاده نمود. با در نظر گرفتن مفاهیمی که ذکر شد و معادلات زیر( 1و2و3 )، محاسبه ضریب غنی شدگی
 ( Enrichment Factor یا EF ) ترکیب بازساختی (Reconstructed Compositionیا  ( RCو همچنین میزان کاهش و افزایش جرم ( Mass Changeیا MC) در طی فرایند بوکسیتی شدن میسر می باشد (به مک لین و کرانی دیوتیس،1987 و مک لین، 1990 مراجعه شود).

فراوانی عنصر نامتحرک در سنگ مادر

فراوانی عنصر نامتحرک در سنگ هوازده
 
(1)Enrichment Factor =
 

فراوانی عنصر نامتحرک در سنگ مادر
 
(2) Reconstructed Composition = EF ×
 

فراوانی عنصر نامتحرک در سنگ مادر
(3) Mass Change= RC -
بحث و نتیجه گیری
با توجه به مطالعات انجام شده بر روی مقا طع نازک و صیقلی مشخص گردید که لایه های افق بوکسیتی هنگام دارای بافت هایی نظیر پیزولیتی، پلیومورفیک، برشی دروغین و جریانی می باشند که همگی نشاندهنده نهشت برجازا می باشند (باردوسی،1982). عدم حضور ساختارهایی نظیر دانه بندی تدریجی و چینه بندی مورب را می توان دلیلی دیگری براتوژن بودن بوکسیت هنگام دانست.
پس از نرمال سازی کربنات وLOI که بر روی داده های آنالیز شیمیایی صورت گرفت،  مولفه های باقیمانده واحدهای "سنگ آهک سروک" ، "مارل قاعده ای" و "بوکسیت پیزولیتی" تقریباً دارای مقادیر مشابهی از عناصر می باشند، که می تواند نشانگر ترکیب مشابه  واحدهای آرژیلیتی و مولفه آرژیلی سنگ آهک سروک باشد.
نمودار دوتایی TiO2 در مقابل Al2O3 (شکل 2) روند واحدی را برای تمامی لایه های موجود در افق بوکسیتی نشان می دهد. این دو عنصر فوق العاده نامتحرک بوده(R=0.99) و در همه واحدهای بوکسیتی به صورت بازماندی تجمع یافته اند. عناصر Y, Cr, Th, Zr هم وقتی در مقابل Al  ترسیم می شوند، چنین روندی را نشان می دهند، اما Ti  دارای بیشترین ضریب همبستگی باAl  می باشد (R=0.99) و لذا در محاسبات تغییرات جرم مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این با توجه به اینکه ترکیب سازند سروک نیز در این روند قرار دارد، آشکار است که فقط یک منبع هموژن موجود بوده است. در حقیقت می توان چنین نتیجه گرفت که هوازدگی کارستی باعث دگرسانی سازند سروک و پیدایش لایه ای از ذرات آرژیلی در بالای آن شده است و سپس لاتریتی شدن قسمتی از این ذرات را به بوکسیت تبدیل نموده است.
با شناسایی نامتحرک ترین عنصر در طی فرایند بوکسیتی شدن و همچنین با استفاده از معادلات 1و2و3 به ترتیب فاکتور غنی شدگی، ترکیب بازساختی و تغییرات جرم در لایه های مختلف بوکسیتی محاسبه گردید(جدول 1). بر اساس این داده ها عناصر متحرک نظیر Na ,Ca ,K ,Mg تقریباً از همه لایه ها خارج شده و بیشترین کاهش عناصر متحرک را می توان در 3 لایه بوکسیتی مشاهده کرد. از میان عناصز متحرک  Si، بیشترین کاهش جرم را در لایه های بوکسیتی نشان می دهد.Mg, وK از تمای لایه های موجود در پروفیل شسته شده و خارج شده اند. در مقابل Fe در همه لایه ها ،به خصوص لایه های بالای سکانس افزایش یافته و غنی شده است (شکل3 ).ِ Alبه مقدار جزئی از لایه های بالایی (WML,RML,FLM) شسته شده و به لایه های زیرین (YB,PB,BML) اضافه شده است. با توجه به اینکه  Al در PH خنثی دارای حداقل حلالیت است، چنین حرکتی می تواند به علت نوسانات فصلی اسیدیته آبهای زیرزمینی باشد (بریمهال و دیگران،1988).
با استفاده از تغییرات جرمی محاسبه شده و تبدیل انها به تغیرات حجمی (با فرض اینکه چگالی لایه های بوکسیتی در حدود gr/cm3 55/2 بوده است) می توان ضخامتی از سروک را که به افق بوکسیتی تبدیل شده است، محاسبه نمود. بر این اساس ستون آهکی با ضخامت 113 متر در طی فرایندهای هوازدگی و بوکسیتی شدن به افق بوکسیتی به ضخامت 29 متر تبدیل شده است.

کلید واژه ها: سایر موارد