تعیین دما و فشار دگرگونی هاله مجاورتی شرق شاهین دژ و محاسبه موقعیت واکنش شکست مسکویت و بیوتیت

دسته کانی شناسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده م. مجرد
تاريخ برگزاری ۰۱ اسفند ۱۳۸۵

 

مقدمه

براى تعیین دما و فشار دگرگونى در هاله مجاورتى مطمئن ترین ابزار استفاده از محدوده پایدارى کانیهاى آلومینوسیلیکاته و بکار بستن ترکیب شیمیایى دقیق کانیهاى فرومنیزین است. با استفاده از داده هاى ترمودینامیکى مربوط به هر کانى از قبیل آنتالپى، انتروپى، حجم و پارامترهاى مربوط به ظرفیت گرمایى ویژه یک کانى در شرایط استاندارد (Holland and Powell, ۱۹۹۸)، و معادله اصلى ترمودینامیک بر مبناى انرژى آزاد گیبس، مى توان محل دقیق یک منحنى واکنشى را بر روى دیاگرام دما و فشار تعیین کرد. در مورد دگرگونى مجاورتى که مى توان فشار را در طول فرایند دگرگونى تقریبا ثابت فرض کرد، دماى تبلور یک محصول جدید از این طریق قابل دستیابى است.

درمنطقه شرق شهرستان شاهیندژ و غرب تکاب، تنوعى از سنگهاى آذرین، رسوبى و دگرگونى وجود دارند. سنگهاى رسوبى رسى قدیمى (پرکامبرین) طى فاز کوهزایى کاتانگائى به شیستهاى پورفیروبلاست دار دگرگون شده اند (Haghipour, ۱۹۸۱). این سنگها علاوه بر پلى متامورفیسم     ناحیه اى، یک مرحله دگرگونى مجاورتى را نیز تجربه کرده اند. این مقاله بر روى شرایط دگرگونى مجاورتى نهایى تمرکز کرده و سعى شده است بر پایه مشاهدات بافتى (پتروگرافى)، ترکیب شیمیایى کانیهاى غالب و داده هاى ترمودینامیکى، دما و فشار دگرگونى مجاورتى و نیز موقعیت دمایى برخى واکنشهاى مهم رخداده در هاله مجاورتى شاهیندژ مشخص شود.

 

بحث

موقعیت زمین شناسى

منطقه شاهیندژ در زون ایران مرکزى قرار گرفته (Stocklin, ۱۹۶۸; Berberian and King, ۱۹۸۱) و توسط زونهاى سنندج سیرجان در جنوب و سهند بزمان در شرق محاصره شده است. سنگهاى رسى دگرگونى احتمالا با سنگهاى قدیمى ایران مرکزى با درجه شیست سبز تا آمفیبولیت (سازند چاپدونى) هم ارز   مى باشند (Berberian, ۱۹۷۴; Nabavi, ۱۹۷۵; Haghipour, ۱۹۷۴; ۱۹۸۱).

سنگهاى گرانیتى و گرانودیوریتى پیچاقچی در حوالى روستاهاى پیچاقچى، محمودآباد و خزائى بالا برونزدهاى وسیعى دارند. سن یابى بروش K-Ar انجام شده بر روى این توده سنى معادل کرتاسه فوقانى را براى آن نشان مى دهد (Kholghi and Vossoughi Abedini, ۲۰۰۴). نفوذ این توده باعث شده بخشى از سنگهاى دگرگونى ناحیه اى قدیمى بصورت مجاورتى دگرگون شوند. بنظر مى رسد نفوذ این توده همزمان یا اندکى بعد از بسته شدن اقیانوس نئوتتیس و طى فاز کوهزایى لارامید بوقوع پیوسته است. دگرگونى مجاورتى بخصوص در زونهاى درجه پائین دگرگونى ناحیه اى اثرگذار بوده است.    

پتروگرافى

بیشتر سنگهاى این گروه حاوى کوارتز، پلاژیوکلاز، آلکالى فلدسپار، آمفیبول (%۲۵-۵)، بیوتیت (%۱۰>۳) و تیتانیت هستند. حجم پلاژیوکلاز معمولا بیش از آلکالى فلدسپار است. پلاژیوکلازها در بعضى نمونه ها آلتره شده اند ولى شکل ایدیومورف و زونینگ نشان مى دهند. در حواشى آلکالى فلدسپار ها و پلاژیوکلاز ها و یا در مرز کوارتز و آلکالى فلدسپار بافت میرمکیت بفراوانى مشاهده مى شود. کانیهاى فرعى از قبیل آپاتیت، زیرکن و اکسیدهاى فلزى در توده نفوذى دیده مى شوند. سرسیت و کلریت از آلتراسیون سایر کانیها پدید آمده اند.

سنگهاى رسى دگرگونى در بخش مرکزی و غربی هاله مجاورتی داراى پورفیروبلاستهاى کردیریت، آندالوزیت، گارنت و نیز فیبرولیت در زمینه اى دانه ریز از کوارتز، بیوتیت، مسکویت، فلدسپار پتاسیم، پلاژیوکلاز (آلبیت) و کلریت هستند. سیلیمانیت مستطیلى در معدودى از نمونه ها رشد کرده و در بیشتر نمونه ها فیبرولیت متبلور شده است. اکسیدهای فلزی، تورمالین، آپاتیت، زیرکن و گرافیت از کانیهاى فرعى در این سنگها محسوب مى شوند. از لحاظ فراوانى کردیریت بیشتر از همه و گارنت مجاورتى خیلى کم متبلور شده است. پاراژنزهاى غالب عبارتند از :

Qtz+Pl+Bt±Kfs±Ms+Crd±And±Sil, Qtz+Pl+Bt±Kfs+Grt±Fib

اسامى مخفف کانیها از Kretz (۱۹۸۳) گرفته شده است. همچنین طى این فاز کلریت و مسکویتهاى جدیدى پدید آمده اند که با کانیهاى تشکیل شده در مراحل قبلى کاملا متمایز هستند. این سیلیکاتهاى ورقه اى بصورت تصادفى بر روى شیستوزیته حاصل از دگرگونى ناحیه اى قدیمى رشد کرده اند. با توجه به فراوانى این دو کانى درست در مجاورت مرز همبرى، تبلور آنها در اثر نفوذ توده محرز است.

مینرال شیمى

براى مطالعه تغییرات ترکیب شیمیایى ایجاد شده بدلیل دگرگونى مجاورتى در سنگهاى رسى منطقه شاهیندژ نمونه معرف S۹۰d مورد آنالیز شیمیایى قرار گرفت. آنالیزهاى شیمیایى توسط دستگاه میکروپروب (Cameca SX۱۰۰) در انیستیتو تحقیقات زمین شناسى GFZ آلمان صورت گرفته است. استانداردهاى طبیعى و مصنوعى براى مقایسه استفاده شده اند و اصلاح ZAF صورت گرفته است. اکتیویته اعضای نهایی کانیها و همچنین نسبت Fe ۳+/Fe ۲+ توسط برنامه کامپیوترى AX تعیین شده است.

بیوتیت: ۱۰ نقطه از کانى بیوتیت در نمونه فوق مورد تجزیه قرار گرفته است. تغییرات کسر مولى منیزیم ۵۶۵/۰-۴۵/۰ بوده است. ولى براى بیشتر نمونه ها این عدد برابر ۵۲/۰ مى باشد. مقدار Al(IV) برابر ۳۸۷/۱-۰۸۳/۱ و مقدار Al(VI) در فرمول ساختارى کانى برابر ۶۶۳/۰-۳۸/۰ بوده است. مقدار TiO۲ از ۲۱/۱-۶۸/۱ در تغییر است.

کردیریت: ترکیب شیمیایى براى ۱۲ نقطه تجزیه شده از کانى کردیریت یکنواخت بوده و %۷۲-۶۶ از MgCrd و %۵/۱-۱ از MnCrd تشکیل شده است. فراوانى کاتیون Fe۲+ در این کانى ۶۴۱/۰-۵۱۱/۰  به ازا ۱۸ اکسیژن است.

واکنشهاى دگرگونى

بدلیل کم وسعت بودن تاثیر گذارى این فاز دگرگونى، زونهاى ذکر شده در صحرا قابل تفکیک نیست. ولى با توجه به مقاطع میکروسکوپى معدود واکنشهاى زیر استنتاج شده اند.

هورنفلسهاى بوجود آمده بصورت پراکنده در منطقه شاهیندژ حاوى پاراژنز بیوتیت+کلریت+مسکویت+کوارتز هستند. هیچ پورفیروبلاستى در این سنگهاى سخت وجود ندارد. در بخشى از هاله که از لحاظ ترکیب سنگ کل مناسب بوده، از طریق واکنش زیر گارنت متبلور شده است. گارنتهاى متبلور شده ریزبلور هستند و احتمال غنى بودن آنها از منگنز وجود دارد.

Chl+Qtz=Grt+Bt+H۲O                              [۱]                                           

با توجه بوجود سنگهایى که به تنهایى حاوى آندالوزیت یا فقط کردیریت هستند ((شکل a,b۱) شبیه آنچه که در هاله مجاورتی شیور رخداده است (Moazzen and Modjarrad, ۲۰۰۵))، تشکیل این دو کانى توسط واکنشهاى زیر بسته به ترکیب شیمیایى پروتولیت با تقدم و تاخر صورت گرفته است.

Chl+Ms+Qtz=And+Bt+    H۲O                   [۲]                   

Chl+Ms+Qtz=Crd+Bt+ H۲O                       [۳]                               

تشکیل کردیریت در سنگهایى که ابتدا در آنها آندالوزیت متبلور شده است (شکل c۱) احتمالا طى واکنش زیر صورت گرفته است:

And+Chl+Ms+Qtz=Crd+Bt+ H۲O   [۴]                   

تنها در سه نمونه از سنگهاى منطقه سیلیمانیت مستطیلى مشاهده شده و در بقیه موارد فیبرولیت رشد کرده است (شکل d۱). با توجه به مصرف شدن مسکویت طى واکنشهاى قبلى، احتمالا واکنش پلى مورفى مسؤول ایجاد سیلیمانیت است.

And=Sil                                                 [۵]                                                       

در مناطق نزدیکتر به توده نفوذى، آلکالى فلدسپار از شکست مسکویت ایجاد شده است.

Bt+Ms+Qtz=Crd+Kfs+ H۲O                       [۶]                               

معدود هورنفلسهاى واجد پاراژنز واجد آندالوزیت+کردیریت+آلکالى فلدسپار+کوارتز در اثر سرى واکنشهاى فوق پدید آمده اند. واکنشهاى ۵ و ۶ از لحاظ دمایى درجه بالاترین واکنشهاى اتفاق افتاده در هاله مجاورتى شاهیندژ ارزیابى شده اند.

ترموبارومترى

۱>

ترموبارومترى براى نمونه S۹۰d با استفاده از متد تعادل چندگانه (multi-equilibrium) و داده هاى ترمودینامیکى Powell and Holland (۱۹۸۸) در برنامهTHERMOCALC (v. ۲.۴)  انجام گرفته است. در انتخاب کانیها بعنوان پاراژنز، به در حال تعادل بودن آنها دقت شده است (e. g. Dale and Holland۱:place>۱:city>, ۲۰۰۳).

بر اساس مد متوسط برنامه THERMOCALC براى پاراژنز در حال تعادل Qtz+Ms+Bt+And+Crd دماى حدود ۴۴±۵۰۰ درجه سانتیگراد و فشار ۱± ۵/۳ کیلوبار بدست آمده است. بعلاوه با استفاده از ترسیم و قطع واکنشهاى تعادلى احتمالى رخداده در نمونه S۹۰d که توسط این برنامه کامپیوترى محاسبه شده است، دماى حدود ۴۴ ±۵۰۰ درجه سانتیگراد و فشار ۱± ۸/۳ کیلوبار براى هاله مجاورتى شاهیندژ مشخص شده است (شکل ۲). چنین فشارى براى سنگهاى پوسته فوقانى با متوسط چگالى  ۲۷۰۰ kg/m۳ ، معادل عمق تدفین حدود ۱۴ km است. گرچه ممکن است فشار ۳.۵ kbar براى دگرگونى مجاورتى زیاد بنظر برسد، ولى طبق تقسیم بندى موجود (Spear, ۱۹۹۳)، دما و فشار محاسبه شده در قسمت دگرگونى از نوع Low P/T قرار مى گیرد. 

محاسبه موقعیت منحنی واکنش شکست مسکویت+بیوتیت

 در مورد نمونه S۹۰d با استفاده از معادله اصلى تعیین دما و فشار و پارامترهاى ترمودینامیکى موجود درباره آنتالپى، انتروپى،حجم و پارامترهاى مربوط به ظرفیت گرمایى ویژه کانیها در دما و فشار استاندارد، موقعیت منحنى واکنشى شکستن مسکویت+بیوتیت و تشکیل  آلکالى فلدسپار دگرگونى، در دیاگرام دما و فشار تعیین شده است.

                           

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

ثابت تعادل براى واکنش ۲Phl+Qtz+۶Ms=۳Crd+۸Kfs+۸H۲O به طریق زیر محاسبه شده است:                                                                                                                                                    

بدلیل ΔS مثبت این واکنش و گرمازا بودن آن، احتمال رخدادن آن بسیار بالا بوده است. بعلاوه با توجه به بزرگ بودن ΔS از ΔV براى این واکنش، از روى رابطه کلازیوس-کلاپرون ، شیب منحنى این واکنش مثبت ارزیابى مى شود. با در نظر گرفتن فشار بدست آمده از روشهاى بالا و قطع آن با منحنى واکنشى مذکور، دماى حدود ۵۰ ±۶۵۰ درجه سانتیگراد براى شکست مسکویت+بیوتیت در هاله مجاورتى مورد مطالعه محاسبه شده است. چنین دمایى با تبلور سیلیمانیت فیبرى و مستطیلى در متاپلیتهاى منطقه تائید مى شود. طبق مطالعات تجربی Pattison (۱۹۸۹) این واکنش در بالاتر از ۸/۳ کیلوبار اتفاق نمی افتد و دمای رخداد آن با فرض خالص بودن سیال آب حدود ۶۶۰ درجه ساتیگراد است. این دما تطابق آشکاری با محاسبات انجام شده در مطالعه حاضر دارد (شکل ۳).

 

نتیجه گیرى

۱-      نفوذ توده بزرگ (باتولیت) گرانیتى-گرانودیوریتى پیچاقچى و توده هاى کوچک همراه باعث ایجاد دگرگونى مجاورتى در سنگهاى دیواره بخصوص سنگهاى رسى که قبلا تجربه دگرگونى    ناحیه اى چند فازى را داشته اند، شده است. پدیده دگرگونى مجاورتى در زونهاى درجه پائین دگرگونى ناحیه اى مشهود است.

۲-      براى تعیین دما و فشار دگرگونى مجاورتى از ترکیب شیمیایى دقیق کانیها تعیین شده توسط آنالیز میکروپروب و برنامه کامپیوترى THERMOCALC استفاده شده است. دمای حدود       ۵۰۰ درجه سانتیگراد در فشاری معادل ۵/۳ کیلوبار توسط منطقه وسیعی از سنگهای هاله مجاورتی شرق شاهیندژ تجربه شده است.  

۳-      تنها در بخش کوچکی از هاله مذکور آلکالی فلدسپار حاصل از دگرگونی مجاورتی ایجاد شده است. براى مشخص کرده دماى شکست مسکویت+بیوتیت و تبلور آلکالى فلدسپار دگرگونى (بیشینه دمایى هاله مجاورتى)، از داده هاى ترمودینامیکى تعیین شده بروش آزمایشگاهى و معادله اصلى ترمودینامیک استفاده شده است. دماى حدود ۵۰ ± ۶۵۰ درجه سانتیگراد براى این واکنش در فشار ثابت، بدست آمده است. این دما با دمای بدست آمده توسط کارهای تجربی Pattison (۱۹۸۹) همخوانى دارد.

 

 

 

REFERENCES

 

Berberian, M., King, C.P. (۱۹۸۱): Towards a paleogeography and Tectonic evolution of

Iran۱:place>۱:country-region>. Can.۱:place>۱:country-region> J. Ear. Sci. ۱۸:۲.

Berberian, M. (۱۹۷۴): A brief geological description of north-central Iran۱:place>۱:country-region>. In materials for the study of seismotectonics of Iran۱:place>۱:country-region>: North-Central Iran۱:place>. Geol. Surv. Iran۱:place>۱:country-region>. Rep. ۲۹: ۱۲۷-۱۳۸.

Dale, J. and Holland, T.J.B. (۲۰۰۳): Geothermobarometry, P-T paths and metamorphic field gradients of high-P rocks from the Adula Nappe, Central Alps۱:place>. J. Metamorph. Geol. ۲۱: ۸۱۳-۸۲۹.

Haghipour, A. (۱۹۷۴): Etude geologique de la region de Biabanak-Bafq (Iran Central); petrologie et tectonique du precambrien et de sa couverture. These, universite scientifique et medicale de Grenoble, France, ۴۰۳p.

Haghipour, A. (۱۹۸۱): Precambrian in Central Iran۱:place>. Bull No ۸۱ First Quarter. The Iranian Petroleum Institute.

Powell, R., Holland, T.J.B. (۱۹۸۸): An internally consistent thermodynamic dataset with uncertainties and correlation: ۳. Application to geobarometry, worked examples and computer program. J. Metamorph. Geol. ۶: ۱۷۳-۲۰۴.

Holland, T.J.B. and Powell, R. (۱۹۹۸): An internally consistent thermodynamic dataset for phase of petrological interest. J. Metamorph. Geol. ۱۶: ۳۰۹-۳۴۳

Kholghi, M.H. & Vossoughi Abedini, M. (۲۰۰۴): Origin, petrogenesis and radiometric age dating of Pichagchi batholite (North West Iran).  Geosci. Iran۱:place>۱:country-region> v. ۱۱, no. ۴۹-۵۰: ۷۸-۸۹.

Kretz, R. (۱۹۸۳): Symbole for rock-forming minerals. Am. Mineral. ۶۸: ۲۷۷-۲۷۹.

Moazzen, M. and Modjarrad, M. (۲۰۰۵): Cont

م. مجرد 1، م. مؤذن 2، م. مؤید 3

1 دانشجوی دکترای پترولوژی دانشگاه تبریز

2 دکترای پترولوژی از دانشگاه منچستر انگلستان - عضو هیات علمی گروه زمین شناسی دانشگاه تبریز

3 دکترای پترولوژی از دانشگاه شهید بهشتی - عضو هیات علمی گروه زمین شناسی دانشگاه تبریز

 

چکیده

بدلیل نفوذ توده گرانیتی – گرانودیوریتی پیچاقچی طی فاز لارامید (کرتاسه فوقانی) در سنگهای پلیتی شرق شاهیندژ دگرگونی مجاورتی ایجاد شده است. پاراژنز غالب موجود در هورنفلسهای رسی شامل کوارتز+پلاژیوکلاز+بیوتیت+کردیریت±کلریت±آلکالی فلدسپار±مسکویت±آندالوزیت±سیلیمانیت±گارنت است. دما و فشار دگرگونی مجاورتی برای متاپلیتهای حاوی آندالوزیت و کردیریت که در بخش وسیعی از منطقه مورد بحث رخنمون دارند توسط برنامه THERMOCALC تعیین شده است. دمای تبلور این پاراژنز حدود 44±500 درجه سانتیگراد در فشار 1± 5/3 کیلوبار بوده است. همچنین موقعیت دمایی منحنی واکنشی شکست مسکویت+بیوتیت 50 ±650 درجه سانتیگراد در فشار حدود 5/3 کیلوبار محاسبه شده است. عدد بدست آمده تطابق خوبی با داده های تجربی موجود در زمینه شکست مسکویت و بیوتیت و تشکیل آلکالی فلدسپار دگرگونی دارد. این بالاترین دمایی است که توسط سنگهای بخش مرکزی و غربی هاله مجاورتی تجربه شده است.

 

 Abstract

Contact metamorphism in the East of Shahindezh is occurred due to intrusion of Pichaghchi granodiorite during Laramid (Upper Cretaceous). The well developed mineral parageneses at the aureole is quatz+plagioclase+biotite+cordierite ±chlorite±K-feldspar±muscovite ±andalusite±sillimanite±garnet. Pressure and temperature of the contact metamorphism at the area for andalusite+cordierite –bearing assemblages (the most common paragenese at the aureole) are estimated ~3.5±1 kbar and 500±50 °C using THERMOCALC computer program. Also the exact position of the muscovite+biotite breakdown reaction at the PT space, is calculated. Temperature for muscovite-biotite breakdown was about 650±50 °C at 3.5 kbar. The calculated position of the reaction curve, is in good agreement with published experimental data. This is the upper limit of temperature which is experienced by central and western part of the aureole.

 

کلید واژه ها: پاراژنز کوارتز پلاژیوکلاز بیوتیت کردیریت کلریت مسکویت شاهیندژ کانی شناسی سایر موارد