ژئوشیمی کلاهک کربناتی نئوپروتروزوئیک سازند آهن نواری ریزو(زرند) کرمان
| دسته | رسوب شناسی و زمین شناسی دریایی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین |
| نویسنده | مهدی کیانیان |
| تاريخ برگزاری | ۰۲ اسفند ۱۳۸۵ |
مقدمه:
منطقه مورد مطالعه یا مختصات طول جغرافیایی "۰۰ َ۲۵ ۰ ۵۶ - "۴۲ َ۲۵ ۰ ۵۶ و عرض جغرافیایی "۳۱ َ۰۰ ۰ ۳۱ - "۱۸ َ۰۱ ۰ ۳۱ در ۳۸ کیلومتری شمال غرب شهرستان زرند و در ۱۱۳ کیلومتری شمال غرب کرمان قرار گرفته است.(شکل ۱) منطقه مورد مطالعه جزء واحدهای ساختمان رسوبی ایران ومرکزى است که در بین گسل کوهبنان در شرق وگسل داوران در غرب واقع شده است(شکل-۱).
کلاهک کربناتی (دلومیت) نتیجه پیشروی دریای پس از عصر یخچالی و یانتیجه معکوس شدن آب دریامیباشد. کربناتهاى فوق برروى رسوبات یخچالى(دیامیکتایت٬قطعات بیگانه)ونیز بهمراه ژاسپلیت مشاهده میشود (شکل-۲)که نسبت به کربناتهای دیگر نئویروتروزئیک غالباً از ایزوتوپ کربن ۱۳ تخلیه و فقیر شده است(نول و والتز ۱۹۹۲ ، والز و همکاران ۲۰۰۰).کلاهک کربناتی پارادوکسی از یک انتقال آشکار و صریح از شرایط یخچالی به شرایط حاره ای میباشد.
با مطالعه و بررسی ژئوشیمیائى کلاهک کربناتی (دلومیت) و روند تغییرات پروفیل ایزوتوپهای پایدار کربن ۱۳ و اکسیژن ۱۸ و روند تغییرات آنها با عناصر اصلی و فرعی و نوع همبستگی و نیز تعیین دمای محیط دیاژنتیکی و شاخص التراسیون ، علاوه بر تایید فرضیه زمین توپ برخی (SHE) و گسترش یخچالها در نئوتروزکتب میتوان در جهت کشف گانسارهای ناپیدانیز استفاده نمود.
ایزوتوپ اکسیژن و کربن(O۱۸,C۱۳):
هزار نسبت به PDB مى باشد. گردش تغییرات مقادیر ایزوتوپى نشان از افزایش میزان دگر سانى مى باشد. این تغییر ایزوتروپى کربن۱۳ مشابه تغییرات مقدار ایزوتروپ کربن۱۳، در پروفیل کلاهک هاى کربناتى جهان بعد از عصر یخچالى و گرم شدن آب و هوا و نهشته شدن مقدار ایزوتوپ پایدار کربن در دولومیت ها بین( ۷۹۵/۶-%۶۵۹/۲-) در همزمان دلومیتها مى باشد.
روند تغییرات ایزوتوپ اکسیژن ۱۸،در مقابل ایزوتوپ کربن۱۳ (نمودار-۱) و دولومیت های سری ریزو در مقایسه با سایر دولومیت های جهانی ترسیم شده است. در این نمودار نمونه هاى دولومیتى گروه ریزو، با دولومیتهاى پروتروزوئیک و عهد حاضر مقایسه شده است. همان طور که مشاهده مى شود با افزایش اندازه کریستال ها مقادیر C۱۳وO۱۸ کاهش می یابند که این ویژگى خاص دیا ژنزتدفینى مى باشد(Chqutte and Jame۱۹۸۷). قابل توجه این که نمونه هاى دولومیتى گروه ریزو در مجاورت و محدوده د ولومیتهاى آب گرم پروتروزوئیک واقع شده اند.
همان طوری که در نمودارهای فوق مشاهده می شود پروفیل ایزوتوپ پایدار کربن ۱۳ از کربنات های سری ریزو دارای تغییرات منفی می باشد که مشابه تغییرات ایزوتوپ کربن ۱۳ کربناتهای (کلاهک کربناتی) بعد از رسوبات یخچالی گروه راپیتان (برزیل و نامیبیا) می باشد. سیالات دیاژنتیکى از نظر مقدار ایزوتوپ کربن ۱۳ کمتر از مقدار ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ دارا مى باشند. در دولومیت هاى اولیه که هیچ گونه تغییر فابریک و بافتى ایجاد نشده باشند و تحت اثر دیاژنز یا دگرگونى واقع نشده باشند مقدار ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ آنها مثبت خواهد بود. کاهیدگى مقدار ایزوتوپ ۱۳C ممکن است نتیجه متابولیسم تخمیرى یا تنفس غیر هوازى باشد یا این که مى تواند به مقدار آهن یا کربن آلى موجود در سنگ مرتبط باشد. یعنى وقتى که کربنات با آهن یا کربن آلى همراه شود مقدارایزوتوپ ۱۳C کاهیده گى بیشترى مى یابد. آبهاى عمیق دریا(احیایى) سبب کاهیدگى ایزوتوپ C ۱۳ مى شوند و به همین دلیل کربناتهایى که به صورت بین لایه اى در بعضى از فاصله هاى یخچالى بجا گذاشته شده اند داراى ایزوتوپ ۱۳C کاهیده مى باشند.
بنابراین با توجه به لایه اى بودن آب اقیانوس ها و ایجاد شرایط احیایى در بخش هاى عمیق آبها سبب تشکیل آهن فرو Fe+۲ در محیط احیایى تحت پوشش کلاهک یخى شده است. هجوم و عقب نشینى یخچالها، در نتیجه گرم شدن آب و هوا و یا بالا آمدن آ ب دریاهاى عمیق (احیائى) که ایزوتوپ کربن ۱۳C آن کاهیدگى دارد و غنى از آهن است به طرف فلات قاره کم عمق حرکت کرده که با آبهاى سرد سطحى اکسیژن دار تماس حاصل نموده و سبب راسب شدن آهن فریک Fe+۳گردیده است. آبهاى سرد حاوى ایزوتوپ اکسیژن۱۸ پایین مى باشد و کربناتها با توجه به تشکیل شان در محیط احیایى داراى ایزوتوپ کربن۱۳ مى باشد بنابراین کربناتها حاوى مقادیر منفى ایزوتوپهاى اکسیژن ۱۸ و کربن ۱۳ مى باشند.
کربناتهاى رخساره هاى گروه راپیتان کاهیده گى قابل توجهى در ایزوتوپ هاى کربن ۱۳(C|۱۳) با دامنه تغیرات (-۳/۳۷تا=+۰/۱۳
ترسیم ایزوتوپ اکسیژن در مقابل ایزوتوپ کربن:
با ترسیم ایزوتوپ پایدار کربن و اکسیژن براى بررسى تغییرات تدریجى درصد دگرسانى و تعیین د ماى تشکیل کربنات ها استفاده مى شود.
روند تغییرات ایزوتوپ هاى پایدار کربن در کربنات ها(کلاهک کربناتى) نشان دهنده تغییرات سنگهاى دولومیتى تحت تاثیر محلولهاى گرمایى و دیاژنتیکى است نمونه هایئکه مقدار ایزوتوپ کربن آنها کاهش یافته از نظر اندازه دانه درشت تر (سدال دولومیت) و نمونه هایئکه کمتر تحت اثر محلولهاى دگرسانى واقع شده اند دانه متوسط و یا ریز دانه مى با شند(دولومیکرایت). نمودار فوق نشان دهنده یک کاهش تدریجى ایزوتوپ اکسیژن و کربن در دولومیت هاى منطقه مى باشد که کاهش آن نشان دهنده افزایش تدریجى دماى حاصل از محلول هاى گرمابى است. با دور شدن از کانسار (نمونه هاى فاصله دورتر و سطحى) مقدار ایزوتوپ اکسیژن و کربن افزایش مى یابد رابطه خطى بین ایزوتوپ اکسیژن وکربن داراى شیب مثبت است و جهت فلش بسمت کربنات هاى اولیه با حداقل آلتراسیون را نشان میدهد(نمودار-۳).
نمودار(۳) تغییرات ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ در مقابل ایزوتوپ کربن ۱۳ در کربنات های منطقه مورد مطالعه
درصد دگر سانى ایزوتوپ اکسیژن و کربن در نمونه هاى نزدیک کانسار کمى بیشتر از دولومیت هایى است که در فاصله دورترى از کانسار قرار دارند. درصد دگرسانى ایزوتوپ اکسیژن در سنگ هاى مورد مطالعه بین (%۳/۹۵-%۷۷/۵۹) مى باشد و درصد دگرسانى ایزوتوپ کربن بین(%۴۲/۸۸-%۲۵/۵۶) مى باشد. بنابراین سیالات دیاژنتیکى حاوى مقدار کربن کمترى نسبت به اکسیژن مى باشند. بنابراین با دور شدن از ماده معدنى و بطرف سطح شدت دگرسانى کاهش مى یابد(نمودار- ۴)
نمودار (۴) درصد آلتراسیم ایزوتوپ کربن و اکسیژن در کربناتها
نسبت Mn/Sr یا Fe/Sr به عنوان شاخص آلتراسیون:
نسبت های Mn/Sr و Fe/Sr به عنوان شاخص های آلتراسیون در کربنات ها ارائه شده است. (کوفمن و نول،۱۹۹۵) بزایش نسبت های فوق که نشان دهنده افزایش Fe/Mn و کاهش Sr در کربنات ها می باشد انعکاس دهنده آلتراسیون سیالات می باشد که با مقدار نسبت معکوس دارند و با کاهش نسبت های فوق (Mn/Sr) افزایش می یابد.
دامنه زیاد تغییرات ایزوتوپ اکسیژن۱۸ (۲۱۰/۱۵-۴۸۳/۶-= ) در هزار احتمالاً نشان مى دهد که کربناتها تحت تاثیر چند سیال قرار گرفته اند که نشان دهنده اختلاط محلول های گرمابی با سایر آب های حاصل از ذوب یخچالها می باشد. چون هر چه دامنه تغییرات ایزوتوپ کربن ۱۸ نمونه ها کمتر و یا به عبارتى محدود تر باشد میزان دگرسانى در آنها کمتر است.
محاسبه دماى تشکیل دولومیت اولیه و دماى محیط دیاژنتیکى
یکى از کاربردهاى ایزوتوپ اکسیژن در کربنات ها، استفاده از آن به عنوان یک ترمومتر مى باشد. براى محاسبه دماى دیاژنتیکى حاکم بر محیط از معادله لند (۱۹۹۵) استفاده شده است.
پارامتر مربوط به ایزوتوپ اکسیژن سنگ دولومیت و ایزوتوپ اکسیژن۱۸ آب دریا بر حسب SMOW در زمان تشکیل دولومیت میباشد.
براى محاسبه دماى دولومیت هاى اولیه (early diagentic) از دولومیت دانه ریز (حداقل دگرسانى) که داراى سنگین ترین مقدار (۴۸۳/۶-۱۸O=) در هزار مى باشد استفاده شده است.
از آنجائیکه سن دولومیت هاى کانسار بین ۵۷۰ تا ۸۰۰ میلیون سال است. ایزوتوپ اکسیژن آب دریاى نئوپروتروزوئیک باید بین %۲- تا%۶- ۱۸O= در نظر گرفته شود.(Fairchild and SpirO,۱۹۸۷:Tucker, ۱۹۶۶)
با در نظر گرفتن مقادیر بالا و طبق رابطه لند، دماى دولومیتهاى دیاژنتیکى اولیه گروه ریزو(با توجه به سنگین ترین ایزوتوپ اکسیژن) مقادیر متغییر ۳۹/۳۷ تا ۲۳/۷۰ درجه سانتى گراد مى باشد.(نمودار-۷)
نمودار (۷) محاسبه دما بر اساس مقادیر ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ در دولومیت ها در این نمودار خطوط مورب نشان دهنده تغییرات ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ آب دریا می باشد.(اقتباس از لند، ۱۹۸۳)
براى محاسبه دماى دیاژنتیکى حاکم بر محیط از سبکترین ایزوتوپ اکسیژن استفاده مى شود. در معادله بالا (لند) به جاى ۱۸O مقدار ایزوتوپ اکسیژن آب هاى گرمابى برابر(KittO,۱۹۹۴)۹SMOW قرار داده شده است. البته عدد ۹ حاصل میانگین صدها ایزوتوپ اکسیژن موجود در سیالات درگیر رگه هاى کوارتزى منطقه رنسون استرالیا می باشد که مورد استفاده قرار گرفته است. (KittO,۱۹۹۴).
بنابراین دماى محاسبه شده بر حسب مقدار ایزوتوپ اکسیژن و معادله لند براى کربناتهاى سرى ریزو متغییر و بین ۲۴۶ -۱۶۰ درجه سانتى گراد مى باشد.
بنابراین با استفاده از تغییرات ایزوتوپى اکسیژن و کربن و مقدار دگرسانى آنها و عناصر اصلى و فرعى در سنگهاى کربناتى نزدیک کانسار مى توان به عنوان الگویى براى ردیابى و کشف کانسار بکار برد.
نتایج
مقادیر منفى تغییرات ایزوتوپ کربن ۱۳ کربناتها، بیانگر نهشته شدن کربناتها در محیط دریاى – یخچالى مى باشد . روند تغییرات پروفیل ایزوتوپ کربن ۱۳ نشاندهنده آلتراسیون و تغییرات دیاژنتیکى توسط سیالات و یا نتیجه واژگونى آبهاى دریا و فعالیت هاى بیولوژیکى ( متابولیسم تخمیرى یا تنفس غیر هوازى) مى باشد.
دامنه وسیع تغییرات ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ انعکاسى از اختلاط محلول هاى گرمایى با سایر آبها( حاصل از ذوب یخچالها) مى باشد. با کاهش ایزوتوپ کربن ۱۳ عیار عناصر Mn , Fe افزایش و عیار عناصر Mg , Na و Sr کاهش یافته بطوریکه شاخص آلتراسیون((Mn/sr یا( Fe/sr) بالا مى باشد . با توجه به تغییرات فوق فیمابین ایزوتوپ ها و عناصر مى توان از آنها بعنوان راهنماى کشف کانسارهاى ناپیدا استفاده نمود . با توجه به حضور کلاهک هاى کربناتى بعداز عصر یخچالى و تغییرات منفى ایزوتوپ کربن ۱۳ مى توان از آنها بعنوان مارکر چینه شناسى زمانى استفاده نمود.
سپاسگزارى
ازراهنمائیهاى ارزنده دکتر علیجان آفتابى صمیماته تشکر مى نمایم.
منابع:
۱-آدابی ، محمدحسین ، ۱۳۸۳ ، ژئوشیمی رسوبی .آرین زمین ، ص ۴۴۸.
۲-Bekker . A,Sial , A,N,Karhu, J.A, ۲۰۰۳. Chemostratigraphy of carbonates from the minas supergroup , Quadrailatro ferrifero (Iron Quadrangle) , Beazil : American Journal of science , V.۳۰۳ , P.۸۶۵--۹۰۴.
۳-Chumakov,N.M and Elston,D.P.,۱۹۸۹,The paradox of late proterozoic glaciation at low latitudes,I G C P project, Episodes,v.۱۲,No:۲,P:۱۱۵-۱۱۸
۴-Holm ,n.G.۱۹۸۹,The ۱۳C/۱۲C ratios of siderite and organic matter of a modern m ferous hydro thermal Sediment and its biological Consequences ,V.۴۷, no.۴,P.۱۴۰۰- ۱۴۰۵
۵-Hoffman, P.F.,Kaufman,A.T.,Halverson ,G.P.,۱۹۹۸.Comings and Goings of global glaciations on a Neopterozoic Tropical PlatFrom in Namibia, GSA TodayV.۸,P,۱-۴
۶-Hoffman, P.F,Kaufman,A.J.,Halverson,G.P.,Schrag,D.P.,۱۹۹۸,A Neoproterozoic Snowball earth.V,۲۸۱
۷-Hoffman,P.F., Schrag,D.P.,۲۰۰۲,The Snowball earth hypothesis: testing the limits of global Change,Terra Nova,۱۴,۱۲۹-۱۵۵
۸-Iyer,S.S., Babinski,M.,Krouse,H.R.,Chemale,Tr,F.۱۹۹۵, Highly ۱۳C-enriched Carbonate and erganic matter in the Neoproterozoic Seoliments of the Bam bui group , Brazil. Precambrian Research ۷۳,۲۷۱-۲۸۲
۹-James , N .P., Narbonne۱:place>۱:city> ,G.M.,Kyser,T.K.۲۰۰۱,Late Neoproterozoic Cap Carbonats: Mackenzie Moountains, northwestern Canada۱:place>۱:country-region>: Precipitation and global meltdown:
مهدی کیانیان ٬عضو هیئت علمی دانشگاه آزاداسلامی واحد زرند
احمد خاکزاد٬عضو هیئت علمی دانشگاه شهید بهشتی
ایرج رسا٬ هیئت علمی دانشگاه شهید بهشتی
منصور وثوقی عابدینی٬هیئت علمی دانشگاه شهید بهشتی
چکیده :
در منطقه مورد مطالعه ،کلاهکهای کربناتی شامل دولومیت های متوسط ، تا درشت دانه ( سدال دولومیت) در افق فوقانی سری ریز و بهمراه توالی از سنگ های رسوبی، توبیدایت ( گری وک) و ماسه سنگ و سیلتستون و ماده معدنی ( مگنتیت – هماتیت ) بصورت آهن نواری (IF) مشاهده می شود وجود قطعات افتاد( dropstone)در سنگ همبر و ماده معدنی و یا واحد های هتروژن ( دیامیکتیت ) از شاخص های رسوبات یخچالی می باشد که درتوالی مزبور نیز مشاهده می شود .
ایزوتوپ کربن 13 و اکسیژن 18 به ترتیب دارای دامنه متغییر 79/6- تا 65/2 -در هزار ( بر حسب PDB) و 21/15- تا 48/6- در هزار ( بر حسب PDB) می باشد . دامنه تغییرات وسیع ایزوتوپ اکسیژن 18 انعکاس دهنده آلنراسیون و تغییرات دیا ژنتیکی می باشد. افزایش عیار آنها و منگنز و افزایش شاخص آلتراسیون (Fe/sr Mn/sr ) باکاهش ایزوتوپ کربن 13 توام می باشد. مقادیر منفی کربن 13 نشاندهنده تغییر شرایط آب و هوایی از عصر یخچالی به عصر گلخانه ای می باشدکه در رجعت و یخچال زدایی و بالا آمدن آب دریاها رخ داده است که سرانجام به ته نشست و تشکیل کلاهک کربناتی ، مشابه کلاهکهای کربناتی عصر یخچال های جهانی منجر شده است .
کلید واژه: یخچالی- کلاهک کربناتی – ایزوتوپ پایدار کربن – دیامیکتیت – قطعات بیگانه
Geochemistery of late Neoproterozoic Cap Carbonate from Banded Iron-formation In the Rizu seri (Zarand) of Kerman
Abstract
Cap carbonates carbon isotope (13c) and Banded Iron formations are the basic events during global glaciations. In the study area. The variety of carbonates include medium to coarse (saddle dolomite ) grains of dolomites, are situated uppermost of sequence of Rizu Formation.
The sequence of Rizu seri Contains of vary lithology, Quartzite sandstone, Turbidite ( graywake) with association of ore minerals(magnetite- hematite- Jasper) , in form of Banded Iron- Formations, (BIFs) .
The existence of dropstones with hetrogenous grains (diamictite) within Fine matrix of carbonate are the indicators for glaciation episodes.
Chemical analyses showed that the
Key words: Glacial, cap carbonate, carbon Isotope, diamictite, dropstone