معمای فیبرولیت: مطالعه پیدایش و تنوع فیبرولیت ها در سنگ های دگرگونی و پلوتونیک منطقه همدان

مقدمه:

 سنگهای دگرگونی و پلوتونیک منطقه همدان در سالهای اخیر مورد  مطالعه زمین شناسان زیادی بوده است (مانند ایرانی ۱۳۷۲، صادقیان ۱۳۷۳،  بهاری فر ۱۳۷۶، ۱۳۸۳، سپاهی ۱۳۷۸، سپاهى  و معین وزیرى ۱۳۸۰  و  سپاهی و همکاران ۲۰۰۴). در این مطالعات گاهی بوجود فیبرولیت در سنگهای دگرگونی منطقه اشاره شده است ( مانند سپاهی ۱۳۷۸ و سپاهی و همکاران ۲۰۰۴) ولی این موضوع به صورت خاص مورد توجه نبوده است. بنابر این، در مطالعه حاضر تنوع، عوامل موثر، نحوه پیدایش و منشا فیبرولیتهای موجود درسنگهای دگرگونی، پلوتونیک، دایکها و رگه های موجود در منطقه بررسی شده است.

موقعیت زمین شناسى:

 منطقه مورد مطالعه در اطراف همدان و در زون سنندج - سیرجان واقع شده است (شکل۱) که در طول زمان زمین شناسى متحمل فرآیندهاى  ماگماتیسم و دگرگونى متعدد بوده است. رخدادهاى ماگماتیسم و دگرگونى منطقه اغلب به دوران مزوزوئیک و به ویژه اواخر این دوران (کرتاسه فوقانى) مربوط است و  سن پروتولیت سنگهاى دگرگونى را مختلف ذکر نموده اند اما به احتمال قوى متعلق به پالئوزوئیک فوقانى تا ژوراسیک است.

علاوه بر رخداد دگرگونى ناحیه اى دیناموترمال، به سبب گرماى ناشى از نفوذ توده هاى آذرین پلوتونیک در چند نوبت، سنگهاى منطقه چند بار هم متحمل دگرگونى مجاورتى شده اند زیرا که زمان تزریق توده هاى مختلف گابرویى، دیوریتى، گرانیتى، آپلیتى و پگماتیتى مختلف بوده و بنابراین در چند نوبت ضربان حرارتى به سنگهاى در برگیرنده خود داده اند. میگماتیت ها و گرانیتهاى آناتکسى پیامد اولترامتامورفیسم در برخى از مناطق بوده است. در این منطقه تنوع سنگ شناسى هم در واحدهاى آذرین و هم در واحدهاى دگرگونى بسیار چشمگیر است. از جمله مهمترین سنگهاى آذرین مى توان به الیوین گابرو، گابرو، دیوریت، تونالیت، گرانودیوریت، گرانیت، آپلیت و پگماتیت اشاره نمود (سپاهی ۱۳۷۸). سنگهاى دگرگونى در رده هاى ترکیبى مختلفى مانند پلیتها، پسامیتها، کربناتها و بازیت ها قرار مى گیرند که در این میان حجم سنگهاى پلیتى (متاپلیت ها) فراوان تر است. اسلیت، فیلیت و میکاشیست های داراى گارنت، آندالوزیت، سیلیمانىت، کیانیت و استارولیت، میگماتیت ها و هورنفلس ها از فراوان ترین سنگ هاى دگرگونى منطقه به شمار مى آیند. آمفیبولیت، آمفیبول شیست، مرمر و اسکارنها برونزدهاى کوچکى را به صورت میان لایه هایى در بین سنگهاى پلیتى تشکیل مى دهند (بهارى فر ۱۳۷۶ و سپاهى ۱۳۷۸).  منطقه به شمار مى آیند. آمفیبولیت، آمفیبول شىست، مرمر و اسکارنها برونزدهاى کوچکى را به صورت میان لایه هایى در بین سنگهاى پلیتى تشکیل مى دهند  (بهاری فر ۱۳۷۶ و  سپاهی ۱۳۷۸).

بحث:

 بلورهای سیلیمانیت به ضخامت کمتر از ۲ میکرون را فیبرولیت (سیلیمانیت فیبری) می نامند (کریک ۱۹۹۰، پتیسون۱۹۹۲). فیبرولیت اغلب در سنگ های دگرگونی ناحیه ای درجه متوسط و بالا در سنگ های متاپلیتی تشکیل می شود. پایداری ترمودینامیک فیبرولیت کمتر از سیلیمانیت منشوری است؛ ولی اختلاف چندان زیادی بین قلمرو پایداری آنها مشاهده نمی شود. گاهی فیبرولیت از تغییر شکل کیانیت نیز حاصل می شود (گرمبلینگ ۱۹۸۱ و گرمبلینگ و ویلیامز ۱۹۸۵). در اثر دگرگونی حرارتی سنگ های پلیتی یا زینولیت های آنها (در داخل ماگما) رشد فیبرولیت میسر می گردد. هولداوی (۱۹۷۱) فیبرولیت را یک سیلیمانیت نابالغ می داند که از یک واکنش سریع و غیر قابل برگشت حاصل شده است. این کانی حاوی سیلیس و آب اضافی و بی نظمی Al-Si می باشد. بل و نورد (۱۹۷۴) هم وجود سیلیس اضافی در فیبرولیت را تایید کرده اند و فینگر و پرینس (۱۹۷۲) وجود بی نظمی Al-Si در فیبرولیت را متذکر شده اند. ناورسکی و همکاران (۱۹۷۳) بی نظمی فوق را به دماهای زیر ۸۰۰ درجه سانتی گراد  نسبت داده اند.

 رشد سریع کانی در اثر یک واکنش در محدوده فراتر از حد معمول پایداری آن (overstepping) یکی از مکانیسم های عمده ای است که می تواند منجر به تشکیل فیبرولیت شود (ساسی و همکاران۲۰۰۴). این تاخیر در شروع تبلور (یا واکنش فیبرولیت زا) می تواند تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد برسد حتی اگر در قلمرو پایداری آندالوزیت رخ داده باشد. این پدیده که فیبرولیت به جای رشد بر روی کانی آندالوزیت بر روی کانی های دیگری نظیر میکا ها (بیوتیت و مسکویت) رشد می نماید، نشانگر این است که تغییر پلی مورف آندالوزیت به فیبرولیت سخت تر و کند تر است. در برخی از سنگ ها فیبرولیت به عنوان یک فاز مجزا از سیلیمانیت و در درجه حرارت کمتر از آن ظاهر می شود (هالیسترa,b  ۱۹۶۹). گاهی آندالوزیت موجود در زینولیت ها و زینوکریست های پلیتی از مرز دانه ها و سطوح رخ در اثر گرمای سیالات/مذاب ها به فیبرولیت و سر انجام سیلیمانیت تغییر می یابد (سزار و همکاران ۲۰۰۲).

 تجزیه بیوتیت در اثر نفوذ سیالات برخاسته از توده های نفوذی به داخل سنگ های دگرگونی مجاور آنها گزارش شده است (کریک ۱۹۸۷). البته تبدیل بیوتیت به فیبرولیت هم در سنگ های دگرگونی مجاورتی و هم ناحیه ای رخ می دهد.

واکنش تشکیل فیبرولیت در اثر تجزیه بیوتیت معمولاً در اثر حضور سیالات (غنی ازH_۲O و HCl) رخ می دهد و آن را می توان به صورت زیر نوشت (کریک۱۹۸۷):

۲K(Mg_xFe_۱-x)_۳AlSi_۳O_۱۰(OH)_۲ + ۱۴HCl = Al_۲SiO_۵ + ۵SiO_۲ + ۲KCl + ۶(Mg_xFe_۱-x)Cl_۲ + ۹H_۲O

در طی این واکنش پتاسیم، منیزیم و آهن می تواند به داخل فاز سیال وارد شود.

رشد فیبرولیت در درون بلورهای پلاژیوکلاز در حضور پتاسیم فلدسپار و بر طبق واکنش زیر تأیید شده است:

پتاسیم فلدسپار (۱) + پلاژیوکلاز (۱) = پتاسیم فلدسپار (۲) + پلاژیوکلاز (۲) + فیبرولیت    (ساسی و همکاران ۲۰۰۴)

احمد و ویلسون (۱۹۸۲) نیز به رشد فیبرولیت در اثر تجزیه کانی هایی نظیر فلدسپار پرتیتی، بیوتیت، سیلیمانیت، پلاژیوکلاز، گارنت و کردیریت اشاره نموده اند. ایشان به حضور یک فاز سیال غنی از آب، بور و اورانیم (در محیطی با اکتیویته بالای هیدروژن) در هنگام تشکیل فیبرولیت تأکید نموده اند. هنگام تبدیل آندالوزیت به سیلیمانیت فیبری (فیبرولیت) در اثر حضور سیالات معمولاً سرسیتی شدن آندالوزیت نیز رخ می دهد (گلن ۱۹۷۹).

رشد فیبرولیت در زمینه سنگ های دگرگونی و درون گارنت و اسپینل در مراحل آخر دگرگونی توسط کیم و بل (۲۰۰۵) گزارش شده است. تروپر و هوینکس (۱۹۹۶) هم به رشد فیبرولیت در اثر دگرگونی پسرونده به خرج کانی گارنت اشاره نموده اند. تبدیل گارنت به سیلیمانیت فیبری (فیبرولیت) و بیوتیت در طی دگرگونی حرارتی توسط سزار (۱۹۹۹) نیز معرفی شده است.

در منطقه مورد مطالعه کانی فیبرولیت به خرج کانیهای مختلفی و در سنگهای متنوعی ایجاد شده است. این کانی در سنگهای دگرگونی مجاورتی و در سنگهای دگرگونی ناحیه ای مجاور با دایکها و رگه های پگماتیتی فراوانی بیشتری دارد. فیبرولیت در شیستهای سیلیمانیت/کیانیت دار و در هورنفلسهای گارنت دار و کردیریت دار به مقدار بیشتر دیده می شود. همچنین در داخل سنگهای گرانیتی نیز به خرج کانیهایی نظیر گارنت تشکیل شده است. تصاویری از فیبرولیتهای موجود در سنگهای دگرگونی و پلوتونیک منطقه در شکل ۲ آمده است. همانطور که در این شکل نشان داده شده است، فیبرولیت در حاشیه یا درون کانیهایی مانند بیوتیت ، گارنت (شکل ۲- الف)، پلاژیوکلاز (شکل ۲-ب)، کیانیت (شکل ۲-ج)، کردیریت ( شکل ۲-د)، سیلیمانیت و در زمینه سنگ رشد نموده است. ترکیب شیمیایی یک نمونه از فیبرولیت  و  یک نمونه سیلیمانیت ( جهت مقایسه)  در جدول ۱ آمده است که نشان می دهد که فیبرولیت ناخالصی آهن و منیزیم بیشتری نسبت به سیلیمانیت دارا است.

جدول ۱: آنالیز میکروپروب یک نمونه فیبرولیت و یک نمونه سیلیمانیت در یک سیلیمانیت شیست. (آنالیز با

دستگاه JEOL JXA-۸۹۰۰ در دانشگاه مینسوتا، ایالات متحده آمریکا انجام شده است). ناخالصی آهن و منیزیم در نمونه فیبرولیت بسیار بالاتر از سیلیمانیت است.

نتیجه گیرى:

 با توجه به شواهد زمین شناسی و پتروگرافی چنین می توان استنباط کرد که در صورت فراهم بودن سنگها و کانیهای غنی از آلومینیم در یک سنگ دگرگونی یا آذرین و افزایش دمای ناگهانی و احتمالا" حضور سیالات شرایط  زایش فیبرولیت مهیا می گردد. فیبرولیتهای منطقه مورد مطالعه اکثرا" دیرتر از سایر پلی مورفهای سیلیکات آلومینیم و در اثر گرمای مرتبط با نفوذ توده های ماگمایی مانند توده های گابرویی، گرانیتی و پگماتیتی و سیالات(بخارات) متصاعد از آنها شکل گرفته اند و بدین جهت اغلب در سنگهای مجاور این توده ها معمول تر هستند.

منابع فارسى:

- ایرانی م. (۱۳۷۲) "بررسى پترولوژى توده گرانیتى الوند و هاله دگرگونى آن"، پایان نامه کارشناسى ارشد. دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی.

- بهارى فر  ع. ا. (۱۳۷۶) "نگرشى نو  بر سنگ هاى دگرگونى منطقه همدان"، پایان نامه کارشناسى ارشد، دانشگاه تربیت معلم تهران.

- بهارى فر  ع. ا. (۱۳۸۳) "پترولوژى سنگ هاى دگرگونى منطقه همدان"، رساله دکترى، دانشگاه تربیت معلم تهران.

- سپاهى  ع. ا. (۱۳۷۸) "پترولوژى مجموعه پلوتونیک الوند با نگرش ویژه بر گرانیتوئیدها"، رساله دکترى، دانشگاه تربیت معلم تهران.

- سپاهى  ع. ا. و معین وزیرى ح. (۱۳۸۰) "یافته هاى نو درباره میگماتیت ها و سنگهاى دگرگونى مجاور مجموعه پلوتونیک الوند"، مجله پژوهشى دانشگاه اصفهان.

- صادقیان  م.  (۱۳۷۴)  "بررسى پترولوژى سنگهاى آذرین و دگرگونى منطقه چشمه قصابان همدان"، پایان نامه کارشناسى ارشد، دانشگاه تهران.

References:

-Ahmad R. & Wilson C.J.L. (۱۹۸۲), Microstructural relationships of sillimanite and fibrolite at Broken Hill۱:city>, Australia۱:country-region>۱:place>. Lithos, ۱۵(۱): ۴۹-۵۸.

-Bell P.M. and Nord G. (۱۹۷۴), Microscopic and electron diffraction study of fibrolitic sillimanite. Carnegie Institution of Washington۱:place>۱:state> Year Book ۷۳, ۴۴۴-۴۴۸.

-Cesare B. (۱۹۹۹), Multi-stage pseudomorphic replacement of garnet during polymetamorphism: ۱. Microstructures and their interpretation, J. Met. Geology ۱۷(۶): ۷۳۵-۷۴۶.

-Cesare B., Gomez–Pugnaire, M.T., Sanchez–Navas, A., Grobetty, B., (۲۰۰۲), Andalusite–sillimanite replacement (Mazarron- SE Spain): microstructural and TEM study. Am. Min., ۸۷ : ۴۳۳-۴۴۴.

-Finger L.W., and Prince E. (۱۹۷۲), Neutron diffraction studies: Andalusite and sillimanite. Carnegie Institution of Washington۱:place>۱:state> Year Book ۷۱, ۴۹۶-۵۰۰.

-Glen R.A. (۱۹۷۹), Evidence for cyclic reactions between andalusite, sericite and sillimanite, mount Franks area, Willyama complex, N.S.W., Tectonophysics, ۵۸(۱-۲): ۹۷-۱۱۲.

-Grambling J.A. (۱۹۸۱), Kyanite, andalusite, sillimanite, and related mineral assemblages in the Truchas Peaks۱:place> region, New Mexico۱:place>۱:state>, Am. Mineral. ۶۶: ۷۰۲-۷۲۲.

-Grambling J.A. & Williams M.L.(۱۹۸۵), The effects of Fe^۳+ and Mn^۳+ on aluminum silicate phase relations in North-central۱:city> New Mexico۱:state>, USA۱:country-region>۱:place>, J. Petrology ۲۶: ۳۲۴-۳۵۴.

-Holdaway M.J. (۱۹۷۱), Stability of andalusite and aluminum silicate phase diagram. American Journal of Science, ۲۷۱, ۹۷-۱۳۱.

-Hollister L.S. (۱۹۶۹a), Metastable paragenetic sequence of andalusite, kyanite, and sillimanite, Kwoiek area, British Columbia۱:place>۱:state>. Am. J. Science ۲۶۷: ۳۵۲-۳۷۰.

-Hollister L.S. (۱۹۶۹b), Contact metamorphism in the Kwoiek area of British Columbia۱:place>۱:state>: an end member of the metamorphic process. Geological Society of America۱:place>۱:country-region> Bulletin ۸۰: ۲۴۶۵-۲۴۹۴.

-Kerrick D.M. (۱۹۸۷), Fibrolite in contact Aureoles of Donegal۱:city>, Ireland۱:country-region>۱:place>, Am. Minearal. ۷۲: ۲۴۰-۲۵۴.

-Kerrick D.M. (۱۹۹۰), The Al_۲SiO_۵ polymorphs, Mineralogical Society of America, Reviews in Mineralogy ۲۲, ۴۰۶ p.

-Kim H.S. and Bell T.H. (۲۰۰۵), Multiple foliations defined by different sillimanite crystal habits, partial melting and late metamorphic development of the cannington Ag–Pb–Zn deposit, Northeast Australia۱:place>. Gondwana, ۸(۴): ۴۹۳-۵۰۹.

-Navrotsky A., Newton R.C. and Kleppa O.J. (۱۹۷۳), Sillimanite – disordering enthalpy by calorimetry. Geochimica et Comochimica Acta, ۳۷: ۲۴۹۷-۲۵۰۸.

-Pattison D.R.M. (۱۹۹۲), Stability of andalusite and sillimanite and the Al_۲SiO_۵ triple point: constraints from the Ballachulish Aureole, Scotland۱:place>۱:country-region>, J. Geology ۱۰۰: ۴۲۳-۴۴۶.

-Sassi R., Mazzoli C., Spiess R., and Cester T. (۲۰۰۴), Towards a better understanding of the fibrolite problem : the effect of reaction overstepping and surface energy anisotropy, J. Petrology, ۴۵(۷): ۱۴۶۷-۱۴۷۹.

-Sepahi A.A., Whitney D.L. and Baharifar A.A. (۲۰۰۴), Petrogenesis of andalusite-kyanite-sillimanite veins and host rocks, Sananadaj-Sirjan Metamorphic Belt, Hamadan۱:city>, Iran۱:country-region>۱:place>, J. Met. Geology ۲۲ (۲): ۱۱۹-۱۳۴.

-Tropper p. and Hoinkes G. (۱۹۹۶), Geothermobarometry of Al_۲SiO_۵-bearing metapelites in the western Austroalpine Otztal–basement. Mineralogy and Petrology ۵۸(۳-۴): ۱۴۵-۱۷۰.

کلید واژه ها: همدان