استفاده از عناصر فرعی منگنز و آهن در مطالعات سکانس استراتیگرافی، با مثالی از سازند آسماری در میدان نفتی کرنج

دسته رسوب شناسی و زمین شناسی دریایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده امیر صابری
تاريخ برگزاری ۰۲ اسفند ۱۳۸۵

 

 

مقدمه:

 

   سازند آسماری یک توالی ضخیم کربناته به سن الیگو – میوسن می باشد که در جنوب غربی ایران گسترش دارد. این سازند معمولاً با مرز تدریجی روی سازند شیلی پابده قرار می گیرد ولی گاهی بطور محلی (در مرکز لرستان) با ناپیوستگی فرسایشی روی سازند شهبازان قرار می گیرد. مرز بالایی آن با سازند تبخیری گچساران عمدتاً بصورت تدریجی است (شکل ۱).

 

 

 

   سازند آسماری در بخشهای مختلف حوضه، مورد بررسی های سکانس استراتیگرافی قرار گرفته است، (بطور مثال آرام،۱۳۸۳؛ امید پور،۱۳۸۳؛ کیمیاگری،۱۳۸۴). با این وجود، تجزیه و تحلیل شرایط محیطی با تکیه بر روش های ژئوشیمیایی همراه با بررسیهای سکانس استراتیگرافی کمتر مورد توجه بوده است. در مطالعه حاضر سعی گردیده است تا با تکیه بر روشهای ژئوشیمیایی بویژه پراکندگی عناصر فرعی منگنز (Mn) و آهن (Fe)، سکانسهای اصلی، سیستم تراکتها و سطوح اصلی لایه بندی مورد شناسایی و تجزیه و تحلیل قرار گیرند. تلفیق نتایج حاصل از بررسی های سکانس استراتیگرافی با تکیه بر روشهای متداول رسوب شناسی با نتایج بدست آمده از روشهای ژئوشیمیایی قابلیت اطمینان (reliability) این روشها را نیز مورد ارزیابی قرار می دهد.

 

◊◊◊◊

بحث:

 

توزیع آهن و منگنز در رسوبات

 

    مقدار منگنز در کلسیت و آراگونیت زیستی (Biotic) متغیر می باشد. شرایط احیایی موجود در هنگام رشد ارگانیسم ها، منجر به افزایش مقادیر منگنز در کربناتهای ارگانیکی می گردد. آراگونیت و کلسیت غیر زیستی (Abiotic) در مناطق تروپیکال،  دارای تمرکز  منگنز به مقدار کمتر از ۵۰ پی پی ام می باشند (Veizer,۱۹۸۳). در رسوبات کربناته مناطق معتدله عهد حاضر، مقدار منگنز بیش از ۳۰۰ پی پی ام است(Adabi and Rao,۱۹۹۱) ، در حالی که این مقدار در کربناتهای آراگونیتی آب های گرم کم عمق تروپیکال عهد حاضر به حدود ۲۰ پی پی ام کاهش می یابد (آدابی،۱۳۸۳).

  با توجه به مطالعاتی که بر روی کربنات های آبهای دریایی کم عمق و عمیق انجام شده است از عنصر منگنز (Mn) می توان جهت شناسایی رخساره های مناطق عمیق از مناطق کم عمق تر استفاده کرد Turi,۱۹۷۴; Tucker,۱۹۷۳) (Bencini and . بررسی های متعدد نشان می دهد، شرایط اکسیداسیونی و احیایی حاکم بر محیط رسوبی تأثیر بسزایی در میزان تمرکز منگنز دارد، بدین صورت که منگنز بطور قابل ملاحظه ای در شرایط اکسیداسیونی غیر قابل حل می باشد و در رسوبات دریایی مانند اکسی هیدروکسیدها (Oxyhydroxides) تمرکز می یابد (Calvert et al., ۱۹۹۶). تمرکز بالای منگنز عمدتاً در مناطق با اکسیژن کم و زون های با حداقل اکسیژن در حاشیه قاره ها و آب های فاقد اکسیژن (Anoxic) و در کف حوضه ها مشاهده می شود (Calvert and Pedersen, ۱۹۹۶). شرایط اکسیداسیونی که در محیط های بالای حد جزر و مدی (سوپراتایدال) حکمفرماست مانع از ورود مقادیر زیادی منگنز (Mn) به شبکه CaCO۳ می گردد، در حالی که تحت شرایط احیایی مقدار منگنز (Mn) در کلسیت افزایش می یابد (Pingtore,۱۹۷۸; Shanmugam and Benedict,۱۹۸۳).

   بر این اساس بدلیل حاکم بودن شرایط اکسیدان بر قسمت اعظم حوضه در زمان پایین آمدن سطح آب دریا و حاکم شدن شرایط احیایی بر آن در زمان بالا بودن سطح آب دریا بنظر می رسد که توزیع منگنز در رسوبات به تبع تغییرات سطح آب دریا دچار تغییر قابل ملاحظه می گردد. بر این اساس امکان تشخیص بعضی از سطوح اصلی بر اساس توزیع این عنصر وجود دارد (Jarvis et al., ۲۰۰۱). این مساله بخوبی در میکروفاسیسهای کم عمق سوپراتایدالی نسبت به میکروفاسیس های دریایی باز (open marine) مشاهده شده، بطوریکه تمرکز منگنز در میکروفاسیسهای سوپراتایدالی بسیار پایین میباشد ولی در میکروفاسیس های مناطق عمیق تر، مقادیر بالای منگنز مشاهده می شود. از همین نکته برای تعیین مرزهای سکانسی (SB) و سطوح حداکثر گستردگی  آب دریا در خشکی (MFS)  استفاده شده است.

   عنصر آهن (Fe) نیز تا حدودی رفتاری شبیه به منگنز دارد . مقدار آهن در کلسیت و آراگونیت زیستی نسبت به کلسیت و آراگونیت غیر زیستی (Abiotic) افزایش چشمگیری دارد. این تفریق بدلیل تفریق بیولوژیکی می باشد. آراگونیت زیستی (Biotic) در مناطق حاره ای دارای آهن بیشتر از ۵۰ پی پی ام میباشد در حالی که آراگونیت غیر زیستی کمتر از ۵۰ پی پی ام آهن دارد (آدابی،۱۳۸۳).

   در این مطالعه تغییرات عنصر منگنز (Mn) بین ۳ تا ۱۰۰ پی پی ام (میانگین ۳۲ پی پی ام) و مقادیر آهن (Fe) بین ۳۲۵ تا ۱۵۸۵۶ پی پی ام (میانگین ۳۳۶۴ پی پی ام) اندازه گیری شده است که مقادیر کمتری را نسبت به سازند آسماری در مقطع گل ترش (شوشتریان،۱۳۸۲) با میانگین منگنز و آهن ۵۴ و ۹۰۰۰      پی پی ام نشان می دهند. اگر مقادیر منگنز (Mn) را در مقابل آهن (Fe) رسم کنیم، مشاهده می شود که روند تغییرات  منگنز  و  آهن نسبت بهم  یکسان  می باشد (شکل ۲).

 

Fe (ppm)

Mn (ppm)

 

 

 


توزیع عناصر Mn   و Fe  در سکانسهای مورد مطالعه

 

   با تکیه بر بررسی های رسوب شناسی، تجزیه و تحلیل دقیق رخساره ها، در مجموع، چهار سکانس اصلی در میدان مورد مطالعه شناسایی شده است (صابری،۱۳۸۵). با توجه به نبود امکانات دقیق تعیین سن از جمله ایزوتوپ استرانسیوم (Sr) ، تعیین  رده  سکانس های شناسایی شده امکان پذیر نمی باشد ولی با توجه به محدوده گسترش زمانی سازند آسماری (۱۵ تا ۵/۱۶ میلیون سال) و تعداد سکانس های شناسایی شده ، می توان نتیجه گرفت که سکانس های حاضر از نوع رده سه می باشند . توزیع این عناصر در بخشهای مختلف این سکانسها در زیر به اختصار مورد بررسی قرار گرفته است.

 

سکانس یک

 

   این سکانس از دو گستره تراز پیشرونده (TST) و تراز بالا (HST) تشکیل شده است که بر اساس روندهای عمیق شدگی و کم عمق شدگی رخساره های سازنده شناسایی شده اند. با حرکت از قاعده سازند آسماری به طرف بالا ابتدا به آهکهای حاوی فرامینیفرهای پلاژیک، گلوکونیت، سولفید آهن و ماده آلی (رمپ بیرونی) به سن الیگوسن برخورد می کنیم که عمیق ترین میکروفاسیس در طول توالی بررسی بوده و بعنوان سطح حداکثر پیشروی آب دریا (MFS۱) سکانس شماره یک در نظر گرفته میشود (صابری،۱۳۸۵). این سطح دارای حداکثر مقدار منگنز (۱۰۰ پی پی ام) و آهن (۱۵۸۵۶ پی پی ام) نسبت به سایر نمونه ها می باشد که معرف وجود شرایط عمیق و احیایی در محیط رسوبگذاری میباشد. نتیجه این شرایط تشکیل پیریت، کانی درجازای گلوکونیت و حفظ شدگی ماده آلی میباشد. بنظر می رسد حاکم بودن شرایط احیایی بر محیط رسوبگذاری موجب افزایش ورود مقادیر زیاد منگنز به شبکه کلسیت میشود (Pingtore,۱۹۷۸; Shanmugam and Benedict,۱۹۸۳) و با توجه به این نکته که مقادیر منگنز با کاهش سرعت رسوبگذاری افزایش می یابد (Mucci,۱۹۸۸)، میتوان وجود مقادیر بالای منگنز را طی سطوح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی (MFS۱) توجیه نمود. این قسمت از توالی، بعنوان گستره تراز پیشرونده (TST) در نظر گرفته شده است و همانطور که در شکل ۳ نمایش داده شده است، بالا بودن مقادیر منگنز و آهن را نشان می دهد. با حرکت از  سطح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی (MFS۱) به سمت مرز سکانسی شماره یک (SB۱)، روند کم عمق شدن محیط رسوبی در طی گستره تراز بالا (HST) در رخساره های رسوبی مشاهده می شود که حاکی از تبدیل شرایط احیایی و عمیق دریایی باز      (open marine) به شرایط کم عمق لاگونی (رمپ داخلی ) و در ادامه شرایط اکسیداسیونی (خروج از آب) در مادستون سوپراتایدالی (رمپ داخلی)  می باشد. تغییرات منگنز و آهن در طی این گستره روند کاهشی است بطوریکه در مرز سکانسی شماره یک (SB۱)، کاهش قابل ملاحظه ای در مقادیر منگنز  (۱۴ پی پی ام) و آهن (۶۱۰ پی پی ام) مشاهده می شود (شکل ۳).

 

سکانس دو

 

   این سکانس از دو گستره تراز پیشرونده (TST) و تراز بالا (HST) تشکیل شده است. بعد از مرز سکانسی شماره یک (SB۱)، شرایط رمپ داخلی با برتری میکروفاسیس های مادستون بدون فسیل و دولومیکرایتهای سوپراتایدالی بر محیط حاکم بوده که در ادامه تبدیل به  شرایط لاگونی می شود.  این تبدیل بالا آمدن نسبی سطح آب دریا را نشان میدهد. در ادامه شرایط  تبدیل به رمپ میانی - بیرونی با برتری میکروفاسیس وکستون حاوی فرامینیفر بنتیک درشت اُپرکولینا و میوژیپسینا شده که عمیقترین میکروفاسیس در این سکانس بوده  و بعنوان سطح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی (MFS) در نظر  گرفته می شود. توالی موجود از مرز سکانسی شماره یک تا سطح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی بعنوان  گستره تراز پیشرونده (TST) در این سکانس در نظر گرفته می شود که عمیق شدگی نسبی را نشان می دهد (تبدیل از شرایط رمپ درونی به رمپ میانی). بعد از سطح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی، شرایط رمپ داخلی (لاگون) غالب می باشد. در ادامه تناوب لاگون و سوپراتایدال مشاهده      می گردد که ناشی از تغییرات سطح آب دریا در مقیاس کوچکتر می باشند. در نهایت با کم عمق تر شدن حوضه رسوبی و خروج رمپ کربناته از زیر آب و حاکم  شدن شرایط سابخایی، میکروفاسیس مادستون دولومیتی سوپراتایدالی رسوب می کند که بعنوان کم عمق ترین میکروفاسیس در این توالی و مرز سکانسی شماره دو (SB۲) در نظر گرفته می شود. روند کاهش عمق محیط رسوبی و رسوبگذاری میکروفاسیس های رمپ داخلی و فراوانی فرامینیفرهای بنتیک مانند میلیولیدا که شاخص شرایط  لاگونی می باشند، بر روی   نهشته های رمپ میانی نشاندهنده گستره تراز بالای (HST) این سکانس می باشد (صابری،۱۳۸۵). در طول این سکانس بدلیل نمونه برداری محدود، نمی توان نظر خاصی را ارائه کرد، اما مقدار عناصر فرعی منگنز و آهن در گذر از مرز سکانسی شماره یک(SB۱)  به مرز سکانسی شماره دو(SB۲) ، مقداری کاهش را نشان می دهند. مقادیر منگنز و آهن در امتداد مرز سکانسی شماره دو به ترتیب ۱۲ و ۵۶۵ پی پی ام می باشند (شکل ۳).

 

 

 

 

سکانس شماره سه

 

   سکانس شماره سه نیز از دو گستره سیستم تراز پیشرونده (TST) و تراز بالا (HST) تشکیل شده است. در این سکانس از مرز سکانسی شماره دو (SB۲) با افزایش نسبی سطح آب دریا، میکروفاسیس وکستون جلبکی (رمپ میانی) رسوبگذاری میکند که بعنوان سطح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی (MFS۲) در نظر گرفته میشود. این سطح براحتی با افزایش در مقادیر منگنز (۸۲ پی پی ام) و آهن (۶۲۱۰ پی پی ام) مشخص میشود. در ادامه شرایط سد گرینستونی با مقادیر منگنز و آهن به ترتیب به ۳۲ و ۲۱۰۰ پی پی ام مشاهده می شود. در نهایت با رسیدن به مرز سکانسی شماره سه (SB۳) و غالب شدن شرایط اکسیداسیونی، خروج از آب و نهشت دولومیکرایتهای سوپراتایدالی، کاهش چشمگیری در مقادیر منگنز و آهن مشاهده می شود. مقادیر منگنز و آهن در امتداد مرز سکانسی شماره سه، به ترتیب ۱۱ و ۵۱۵    پی پی ام می باشند، یعنی از سطح حداکثر پیشروی آب دریا (MFS۲) به سمت مرز سکانسی شماره سه (SB۳) در طی گستره تراز بالا (HST)، روند کاهشی در توزیع عناصر فرعی منگنز (Mn) و آهن (Fe) مشاهده میشود (شکل ۳).

 

سکانس شماره چهار

 

   بعد از مرز سکانسی شماره سه (SB۳) به سمت شرایط سد گرینستونی، مقادیر منگنز و آهن به ترتیب ۱۵و ۱۱۸۰ پی پی ام بوده و در ادامه با افزایش عمق آب، میکروفاسیس وکستون کرینوئیدی (رمپ میانی) رسوبگذاری می کند که بعنوان سطح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی  (MFS۳)در این سکانس در نظر گرفته می شود (صابری،۱۳۸۵). این سطح با افزایش مقادیر آهن و منگنز مشخص می شود و مقادیر منگنز و آهن اندازه گیری شده در این سطح به ترتیب ۹۰ و ۵۵۰۰ پی پی ام می باشد. در انتهای سکانس شماره چهار، شرایط لاگونی با مقادیر منگنز و آهن ۱۸ و ۱۱۰۰ پی پی ام مشخص می شود که با کم عمق شدگی بیشتر محیط رسوبگذاری و کاهش نسبی سطح آب دریا تبدیل به دولومیکراتهای سوپراتایدالی میشود که میکروفاسیس موجود بعلت غالب بودن شرایط اکسیداسیونی حاوی مقادیر پایین منگنز و آهن میباشد. مقادیر منگنز و آهن در این میکروفاسیس به ترتیب ۱۴ و ۱۰۰۰ پی پی ام می باشند. در انتهای این سکانس با رسوبگذاری انیدریتهای قاعده سازند تبخیری گچساران در اواخر بوردیگالین (میوسن زیرین) به مرز سکانسی شماره چهار (SB۴) خواهیم رسید که با حداقل مقادیر منگنز و آهن مشخص می شود. مقادیر منگنز و آهن اندازه گیری شده در امتداد این مرز سکانسی به ترتیب ۳ و ۳۲۵ پی پی ام می باشند    (شکل ۳).

 

 

 

◊◊◊◊

 

نتیجه گیری:

 

   همانطور که با اطلاعات حاصله از رسوب شناسی، سنگ شناسی، فسیل شناسی و لاگهای           چاه پیمایی می توان در بررسیهای سکانس استراتیگرافی بهره جست، استفاده از عناصر فرعی بخصوص منگنز (Mn) و آهن (Fe) نیز می تواند ابزار بسیار کارآمدی جهت تفسیر دقیق تر و جامع تر شرایط محیط رسوبی و بررسی های سکانس استراتیگرافی باشد. در این بررسی ارتباط بسیار جالبی بین روند تغییرات عناصر منگنز و آهن و سطوح اصلی سکانسهای سازنده سازند آسماری دیده می شود. سطوح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی (MFS) انطباق خوبی با مقادیر بالای منگنز و آهن نشان می دهند که ناشی از وجود شرایط احیایی و پایین بودن نرخ رسوبگذاری در امتداد این سطوح می باشد. در طی گستره تراز پیشرونده (TST) مقادیر بالای منگنز و آهن و در طی گستره تراز بالا (HST)، کاهش قابل ملاحظه مقادیر منگنز و آهن قابل مشاهده می باشد. مرزهای سکانسی (SB) بدلیل کم عمق شدن حوضه، خروج از آب و حاکم شدن شرایط اکسیداسیونی، کاهش قابل ملاحظه ای را در مقادیر منگنز و آهن نسبت به سطوح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی (MFS) از خود نشان می دهند. واضح ترین این حالت در امتداد مرز سکانسی شماره چهار (با حداکثر کاهش مقادیر منگنز و آهن) که با خروج کامل رمپ کربناته آسماری از آب در اواخر بوردیگالین (میوسن زیرین)، تشکیل محیط سابخایی و رسوبگذاری انیدریتهای قاعده سازند گچساران همراه بوده، مشاهده می شود.

◊◊◊◊

منابع فارسی:

 

۱. آدابی، م.ح، ۱۳۸۳. ژئوشیمی رسوبی، انتشارات آرین زمین، ۴۴۸ ص

۲. آرام، ع، ۱۳۸۳. سکانس استراتیگرافی سازند آسماری و بررسی محیط رسوبی آن در میدان نفتی رامین، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تهران، ۱۳۳ ص

۳. امیدپور، آ، ۱۳۸۳. سکانس استراتیگرافی سازند آسماری و بررسی محیط رسوبی آن در میدان کوپال، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تهران، ۱۷۸ ص

۴. شوشتریان، ف، ۱۳۸۲. ژئوشیمی، محیط رسوبی و بررسی روند دیاژنز در نهشته های کربناته سازند آسماری واقع در تنگ گل ترش در تاقدیس آسماری، پروژه کارشناسی ارشد دانشگاه شهید بهشتی،     ۷۸ ص

۵. صابری، ا، ۱۳۸۵. بررسی مشخصات سنگ شناسی، محیط رسوبگذاری و چینه نگاری سکانسی سازند آسماری در مید

 

امیر صابری ، دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی، گرایش رسوب شناسی و سنگ شناسی رسوبی از دانشگاه تهران

عبدالحسین امینی، دکتری رسوب شناسی از دانشگاه منچستر انگلستان، 1376، عضو هیئت علمی دانشکده علوم زمین دانشگاه تهران

محمد حسین آدابی، دکتری رسوب شناسی از دانشگاه تاسمانیای استرالیا، 1374، عضو هیئت علمی دانشکده علوم زمین دانشگاه شهید بهشتی

◊◊◊◊

 

چکیده:

    

   میدان نفتی کرنج در 130 کیلومتری جنوب شرقی اهواز و 40 کیلومتری جنوب شرق شهرستان رامهرمز قرار دارد. این میدان به ترتیب در شمال و جنوب به میادین پارسی و آغاجاری منتهی می گردد. سازند آسماری مهمترین سنگ مخزن این میدان و میادین مجاور می باشد که در مطالعه حاضر مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های سکانس استراتیگرافی با تکیه بر توزیع عناصر فرعی منگنز (Mn) و آهن (Fe) در رخساره های این سازند نشان می دهد که تمرکز این عناصر در امتداد مرزهای سکانسی (SB) پایین است، در حالیکه در امتداد سطوح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی (MFS) تمرکز بالای عناصر منگنز و آهن مشاهده می گردد. نتایج حاصل از بررسی های حاضر نشان می دهد که تمرکز پایین این عناصر در امتداد مرزهای سکانسی بدلیل حاکم بودن شرایط اکسیدان در زمان پایین بودن سطح آب دریا و تمرکز بالای این عناصر در امتداد سطوح حداکثر گستردگی آب دریا در خشکی بدلیل حاکم بودن شرایط احیایی در محیط رسوبگذاری و کاهش نرخ رسوبگذاری است. از دیگر نتایج بدست آمده اینکه، در طی گستره تراز پیشرونده (TST) مقادیر منگنز و آهن روند افزایشی را نشان می دهند، در حالیکه در طی گستره تراز بالا (HST)، روند کاهشی در مقادیر منگنز و آهن قابل مشاهده می باشد.

 

Abstract:

 

The Karanj Oil Field is located at 130 km southeast of Ahwaz and 40 km southeast Ramhormoz. Parsi and Aghajari Fields are located in North and South of Karanj, respectively. Asmari Formaton is most important reservoir in Karanj and other neighbor Oil Fields. The results of sequence stratigraphy and geochemical studies show, minimum values of manganese (Mn) and Iron (Fe) at sequence boundaries (SB) that is related oxic conditions during sea level fall. Rising values from sequence boundaries through transgressive system tracts (TST), Mn and Fe contents are abundant at maximum flooding surfaces, due to anoxic conditions and low sedimentation rate but, Mn and Fe contents declining through highstand system tracts (HST).

 

کلید واژه ها: سایر موارد