شناسایی و تعیین منشا منیزیت در رسوبات بستر دریاچه مهارلو
| دسته | رسوب شناسی و زمین شناسی دریایی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین |
| نویسنده | راضیه لک |
| تاريخ برگزاری | ۰۱ اسفند ۱۳۸۵ |
◊◊◊◊◊◊◊
◊◊◊◊◊◊◊
مقدمه :
دریاچه مهارلو یک دریاچه شورموقتى ((Ephemeral saline lake است . این دریاچه یک حوضه رسوبی درون قاره اىIntracontinental basin) ) محسوب مى گردد ( براساس تقسیم بندى Sonnenfeld, ۱۹۹۱). وسعت این دریاچه حداکثر ۲۸۰ کیلومتر مربع است . در زمستان و بهار آب چشمه ها و کوههاى اطراف وارد دریاچه شده و عمق متوسط آن به ۵/۱ متر میرسد. در تابستان دریاچه کم آب یا تقریباً خشک است. هر ساله مقدارى املاح به صورت محلول از طریق آبهای ورودی، به دریاچه وارد شده ودر تابستان در اثر تبخیر شدید بصورت نمک در دریاچه رسوب می کند. دریاچه مهارلو در ۴ کیلومترى جنوب شرقی شیراز واقع شده است . ارتفاع دریاچه از سطح دریا ۱۴۵۵ متر است و درموقعیت جغرافیایى زیر قرار مى گیرد:
طول شرقی ″۰۰ ' ۴۹ ْ۵۲ – ″۰۰ '۴۱ ْ۵۲
عرض شمالی ″۳۰ ' ۲۳ ْ۲۹ – ″۰۰ ' ۱۷ ْ۲۹
ترکیب و نوع رسوبات تبخیرى به فاکتورهاى محیطى و اقلیمى، ژئوشیمیایى و مورفولوژیکى وابسته است (Crowford and Padovani, ۱۹۸۹). با وجود آنکه منشأ رسوبات درون حوضه ثابت باقی می ماند، اما پلایاها در طی زمان در نتیجه تغییرات هیدرولوژی حوضه تغییر می کنند. تغییرات هیدرولوژى به شرایط آب و هوایى بستگى دارد. در رسوبات بستر دریاچه مهارلو آثار خشکسالى ها بخوبى نمایان است که از هولوسن میانى تا کنون، مهمترین آن مربوط به ۴۴۵۰ تا ۳۹۰۰ سال پیش است (Lak and Fayazi, ۲۰۰۷).
به استناد آمار موجود در وب سایت سازمان هواشناسى کشور، در ۵۴ سال اخیر میانگین حداکثر دماى سالانه ۶/۲۵ درجه سانتیگراد، میانگین بارش سالانه ۳۴۱ میلى متر و میانگین تبخیر سالانه ۲۵۷۲ میلى متر مى باشد. نسبت تبخیر به بارش حدود ۵/۷ برابر است لذا با گذشت زمان شورى افزایش و دریاچه کوچک مى گردد. Dumas, (۲۰۰۳) نسبت میانگین تبخیر به بارش را ۵/۴ برابر بیان کرده است.
ترکیب املاح در سیستم هاى بسته شور بستگى به ترکیب اولیه آبهاى وارده به حوضه دارد (Yechieli, Y., ۲۰۰۲). منابع تامین کننده آب دریاچه، علاوه بر بارانهایى که مستقیما به سطح دریاچه مى ریزد، آبهاى سطحى و زیرزمینى مى باشد. Warren (۱۹۹۹) نیز معتقد است کانیهای تبخیری دریاچه ای تنها در حوضه هایی بسته یا نسبتا بسته با سیستم آبراهه ای ناکافی ایجاد می شوند. دریاچه مهارلو نیز داراى چنین شرایطى مى باشد. در حوضه آبریز دریاچه مهارلو رودخانه دائمی وجود ندارد و سیلابهای حوضه بوسیله چندین مسیل و رودخانه فصلی به دریاچه می ریزد. شکل ۱ وضعیت رودخانه ها و چشمه های حوضه مهارلو را نشان می دهد. دو رودخانه خشک و باباحاجى مهمترین منابع آب سطحى مى باشد. تعداد زیادی چاه، چشمه و قنات در اطراف دریاچه وجود دارد. مظهر چشمه ها غالبا در محل تقاطع آهک با آبرفت مى باشد. از بین آنها ۱۵ چشمه، دبی قابل توجهی دارند. مهمترین آنها چشمه برم شور است که در سمت شمال غربی دریاچه قرار گرفته است و آب آن وارد دریاچه می گردد. کیفیت آب چشمه ها غالبا خوب و بر حسب دوری و نزدیکی از دریاچه تغییر می کند. بطور کلی کیفیت شیمیایی آبهای زیرزمینی در حاشیه دشت و مجاور تشکیلات آهکی عموما بی کربناته و کربناته است و در اطراف دریاچه عموما سولفاته و کلروره می باشد. تیپ شورابه دریاچه مهارلو در دوره تر،Na, Mg, Cl و در دوره خشک Mg, Cl, SO۴ و در دوره خیلى خشک Mg, SO۴, Cl مى باشد (Fayazi, ۱۳۸۵).
زمین شناسى منطقه
حوضه مهارلو در زون زاگرس چین خورده قرار گرفته است و از تاقدیسهاى به هم فشرده اى با امتداد محورى شمال غرب- جنوب شرق تشکیل شده است . رخنمونهای حوضه غالبًا سنگهاى رسوبى است و به طور کلى شامل کانیهاى کلسیت، دولومیت، ژیپس، کوارتزو کانیهاى رسى مى باشد. واحدهاى استراتیگرافى حوضه از قدیم به جدید درشکل ۲ نشان داده شده است.
مواد و روشها:
در این بررسى تعداد ۱۳ مغزه به طول ۸۰ تا ۱۷۰ سانتى متر تهیه گردید. در هرکجا که تغییرات لامیناسیون مشخصى مشاهده گردید یک نمونه تهیه گردید. جمعا ۱۰۲ نمونه جهت آنالیز کانى شناسى، تعیین درصد عناصر اصلى و فرعى، تعیین درصد کاتیونها و آنیونها انتخاب گردید. از فواصل ۱۰ سانتیمترى تمامى مغزه ها، یک نمونه تهیه شد. جمعا ۷۰ نمونه دانه بندى شد. از هر نمونه ۴ فراکسیون یعنى ۲۸۰ نمونه مورد بررسى مورفومترى و کانى شناسى قرار گرفت و از موارد جالب با میکروسکپ انکسارى عکس تهیه گردید. براى مطالعات دقیق تر، بررسى با SEM نیز صورت گرفت. همچنین ۵۰ عدد مقطع نازک نیز تهیه و مطالعه شد.
◊◊◊◊◊◊◊
بحث :
پس از اخذ نتایج حاصل از بررسیهای آزمایشگاهی و پردازش داده هاى بدست آمده، تجزیه و تحلیل نهایى صورت گرفت. بطور کلى رسوبات دریاچه از نوع تخریبى، شیمیایى و بیوشیمیایى است. رسوبات بخش مرکزى دریاچه تقریبا تماما شیمیایى (تبخیرى) و رسوبات حاشیه دریاچه، تخریبى – شیمیایى مى باشند. این رسوبات متشکل از قطعات کربناته تخریبى( کلسیت و دولومیت)، ژیپس، کوارتز، فلدسپات، مسکویت و ایلیت مى باشند. خاستگاه این رسوبات، رخنمونهاى تشکیل دهنده حوضه آبریز است. سنگهاى منشا، تماما رسوبى هستند و شامل سنگ آهک، شیل، مارن، ماسه سنگ، کنگلومرا وسنگهاى تبخیرى است. از لحاظ کانى شناسى واجد کانیهاى کلسیت، دولومیت، ژیپس، کوارتز، کانى هاى رسى و فلدسپات مى باشد. ایلیت فراوانترین کانى رسى درون دریاچه مى باشد. در بعضى افق ها فلوگوپیت و پالى گورسکیت نیز دیده مى شوند. ایلیت در رخنمونهاى اطراف دریاچه نیز وجود دارد و به نظر مى رسد منشا تخریبى داشته باشد. اما پالى گورسکیت و فلوگوپیت در رخنمونهاى اطراف دریاچه وجود ندارد و درون حوضه تشکیل شده است. علت ایجاد آنها درصد بالاى یون منیزیم در حوضه مى باشد(Ingles et al., ۱۹۹۸). ذرات تخریبى اغلب ریز دانه و در فراکسیونهاى کوچک (کوچکتراز۶۳ میکرون) دیده مى شوند. جور شدگى و گردشدگى نسبتا خوبى دارند. به غیر از میکا و کانیهاى رسى که ورقه اى مى باشد (دیسکى)، سایر ذرات تخریبى تقریبا کروى (High Sphericity) و نیمه گرد شده تا گرد شده (Subrounded to Rounded) مى باشند.
رسوبات شیمیایى مستقیما از تبخیر شورابه، درون حوضه رسوبى بصورت در جا ایجاد مى شود. رسوبات شیمیایى دریاچه مهارلو شامل کانیهاى کربناته و تبخیرى مى باشد.
کانیهاى کربناته در ابتداى تبخیر شورابه و در زون کربناته ته نشست مى نمایند و شامل آراگونیت، کلسیت، دولومیت و منیزیت مى باشد.
کانیهای تبخیری، شامل ژیپس، هالیت، باسانیت، گلوبریت، پلى هالیت، ناترون و بیشوفیت مى باشد. هالیت کانی تبخیری اصلی در طول لایه هایی است که کلسیت و دولومیت، کربنات اصلی می باشد. سولفات با وجود ژیپس و ندرتا پلی هالیت و باسانیت نمایان می گردد (eg.Sinha and Raymahashoy, ۲۰۰۴). بدلیل نسبت پایین Ca/Na، در محیط هاى خشک و نیمه خشک، سولفات سدیم یکى از کانیهاى رایج مى باشد. لذا انتظار مى رود میرابیلیت (Na۲SO۴) در درون رسوبات وجود داشته باشد. علت عدم وجود آن ، ناپایدارى این کانى در دماى بالاتر از ۴-۶ درجه سانتیگراد مى باشد (Sonnenfeld, ۱۹۸۴). میرابیلیت در حوضه های بسته معمولا دیده نمی شود چون دوباره حل می گردد و به شکل گلوبریت و هالیت دیده می شود (Ingebritsen & Sanford, ۱۹۹۸). در بین کانیهاى تبخیرى دریاچه، ژیپس از اهمیت بیشترى برخوردار است که در ذیل به ویژگیهاى آن اشاره مى گردد:
ژیپس مى تواند مستقیما از شورابه فوق اشباع ایجاد گردد و در اثر از دست دادن آب خود ابتدا به باسانیت و سپس به انیدریت تبدیل مى گردد(Sonnenfeld, ۱۹۸۴). وجود باسانیت و عدم وجود انیدریت در رسوبات بیانگر آنست که از دست دادن آب تا حد تشکیل انیدریت ادامه نداشته است. علت وجود کریستالهاى ژیپس دریاچه مهارلو، با شکل هندسى منظم (Euhedral)، وجود pH بین ۷- ۸ مى باشد. گاهى کریستالهایى به ابعاد۳ سانتى متر و با سیستم تبلور کامل دیده مى شود ( نگاره ۱ ). بلورهاى ژیپس دم چلچله اى با ماکل هاى دو تایى (Swallow tailed twins) به فراوانى دیده مى شود. درشت شدن کریستالهاى ژیپس دو علت دارد. یا اینکه اولیه هستند ومحلول (شورابه) مانع از تشکیل هسته های فراوان ژیپس و سبب رشد آرامتر و عدسی های بزرگتر ژیپس می گردند. در این حالت کریستالهاى ژیپس در جهت لایه بندى رشد نموده اند (Jones and Deocampo, ۲۰۰۴). و یا اینکه ثانویه هستند و کریستالهاى ژیپس در درون رسوبات ((Intrasediment و در تماس با شورابه غنى از SO۴ ایجاد شده است که معمولا لایه بندى را قطع مى کند. این پدیده توسط Kelts & Shahrabi, (۱۹۸۶) در دریاچه ارومیه نیز گزارش شده است. گاهى کریستالهاى ژیپس بصورت تجمعى از کریستالهاى ریزتردیده مى شوند. این کریستالها توسط سیمان کربناته بهم چسبیده اند. اینها ژیپس هاى تخریبى هستند که وارد حوضه شده اند.
رسوبات بیوشیمیایى دریاچه مهارلو شامل سرگین (Fecal pellet) نوعى خرچنگ بنام آرتیمیا مى باشد که گسترش آن در تمامى دریاچه است. آرتیمیااز طریق جلبکهاى فتوسنتز کننده، آراگونیت بیوشیمیایى و مقدارى از مواد دیگر از جمله مواد آوارى معلق از آب دریا را دریافت مى کند و پس از هضم مواد قابل استفاده، سایر اجزا را بصورت پلت هاى دفعى که از اجزا رسوبى بیوشیمیایى مهم دریاچه هستند، رها مى کند.
پراکندگى انواع رسوبات تخریبى، شیمیایى و بیوشیمیایى در گستره دریاچه:
درصد کانیهای تخریبی در حاشیه دریاچه بیش از مرکز دریاچه می باشد. درصد این کانیها در پهنه گلى بیشتر و به سمت مرکز دریاچه کاهش مى یابد. پهنه گلی در حاشیه دریاچه، پس از آن پهنه گلى نمکى و در مرکز پهنه نمکی قرار می گیرد. در پهنه نمکى، از خارج به سمت داخل دریاچه ابتدا زون کربناته، سپس زون سولفاته و در مرکز زون کلروره دیده می شود Hardie, ۱۹۹۱)).
(Warren ( ۱۹۹۹پدیده زون بندى را اینگونه تفسیر نموده است که اولین کانیهای تبخیری حاصل از آبهای وارده به حوضه، قبل از آنکه به دریاچه برسند ایجاد می شوند. اینها در زون وادوز (vadose) سطحی و زیر سطحی قرار می گیرند. ته نشست آبهای زیر سطحی، رسوبات حاشیه دریاچه را بجا می گذارد. این رسوبات به صورت سیمان کلیستی پرکننده خرده ها یا ذرات مخروط افکنه آبرفتی به صورت (poikilitic) یا پر کننده حفرات، تجمع کریستالها، نودولهای مناطق کربناته و ژیپس در پلایاهای ما سه ای یا رسوبات حاشیه دریاچه دیده می شوند (Hardie,۱۹۷۸) . رسوب برخى کانیها سبب تغییر در ترکیب شیمیایى شورابه مى شود. ابتدا کلسیت، ته نشست کرده تا جایى که اکتیویتى یونهاى CO۳-۲ و Ca+۲کاهش یافته و نسبت منیزیم به کلسیم افزایش یابد. در آن صورت کلسیت کم منیزیم، کلسیت پر منیزیم، پروتودولومیت و منیزیت ته نشست مى کند. کانى بعدى که به حالت اشباع مى رسد، ژیپس وسپس هالیت و سایر نمکها گذاشته مى شود. لذا طبیعى است که مقدار کلسیم در رسوبا ت ، بیش از منیزیم و منیزیم ، بیش از سدیم باشد.
این رسوبگذاری سبب ایجاد زون بندی خاصی از حاشیه به سمت دریاچه می گردد. کربناتها زون نزدیک به ورودیهای حوضه را اشغال می نمایند. ژیپس در زون نزدیکترو کلرورها در مرکز دریاچه ایجاد می شوند (Hardie, ۱۹۹۱). رسوب برخى کانیها سبب تغییر در ترکیب شیمیایى شورابه مى شود. ابتدا کلسیت، ته نشست کرده تا جایى که اکتیویتى یونهاى CO۳-۲ و Ca+۲کاهش یافته و نسبت منیزیم به کلسیم افزایش یابد. در آن صورت کلسیت کم منیزیم، کلسیت پر منیزیم، پروتودولومیت و منیزیت ته نشست مى کند. کانى بعدى که به حالت اشباع مى رسد، ژیپس وسپس هالیت و سایر نمکها گذاشته مى شود.
نوع کانیهاى کربناته و مورفولوژى آنها بستگى به دما، درجه شورى و نسبت Mg/Ca دارد. نسبت Mg/Ca در آب دریا حدود ۳ مى باشد ومنیزیم مانع تشکیل کلسیت کم منیزیم شده و در نتیجه CaCO۳ به صورت آراگونیت و یا کلسیت داراى منیزیم زیاد متبلور مى شود (آدابى، ۱۳۸۳). در دریاچه مهارلو که این نسبت بسیار بالاست طبیعى است که منیزیم بیشترى وارد شبکه کلسیت خواهد شد تا جائیکه منیزیت تشکیل مى گردد.
نتایج تجزیه شیمیایى بیانگر آن است که کاتیون غالب در رسوبات سطحى، کلسیم و درمغزه RC۴ که موقعیت آن بر روى شکل۱ نشان داده شده است، منیزیم می باشد. وجود منیزیت سبب افزایش منیزیم در این مغزه نسبت به مغزه هاى مجاور شده است. این همان محلى است که در بررسى هاى شورابه در دوره پرآبى به مقادیر بسیار بالاى املاح بویژه منیزیم پى برده و علت آن وجود چشمه هاى شور بیکربناته بیان گردید (فیاضى و همکاران، ۱۳۸۵).نگاره ۴ تصویر دیجیتالى از مقاطع نازک مغزه RC۴ در اعماق ۹۰ تا ۱۱۶ سانتى متر را نشان مى دهد. این تصویر بوضوح حرکت آب زیرزمینى را به سمت بالا (سطح رسوبات) نشان مى دهد. در اطراف مسیر ماتریکس گلى دیده مى شود. در تصویر سمت چپ، فشار ناشى از جریان آب سبب کنده شدن رسوبات گشته و در مسیر جریان بر جاى مانده است.
طول مغزه RC۴، ۱۳۰ سانتى متر و رسوبات تا ۵۰۰۰ سال پیش را شامل مى گردد (Lak and Fayazi, ۲۰۰۷). ستون چینه شناسى، کانى شناسى، زیر محیط رسوبى، نوسانات تراز آب دریاچه و توصیف واحدهاى مغزه RC۴ در شکل ۳ نشان داده شده است. منیزیت همچنین در رسوبات بخش جنوبى دریاچه وجود دارد. منیزیت هاى این بخش دریاچه در حین تکامل شورابه از ورودیهاى جنوبى دریاچه حاصل شده اند.ته نشست کلسیت با منیزیم بالا وقتی صورت می گیرد که نسبت بین ۲ تا ۷ باشد اگر این نسبت بالا تراز ۱۲ باشد، آراگونیت رسوب می کند و پایدار باقی می ماند در مقادیر خیلی بالاتر، کربنات منیزیم تشکیل می گردد. اگر نسبت در آبهای منفذی بیش از۷ باشد، کربنات کلسیم به دولومیت و اگر بالاتر از ۴۰ باشد آراگونیت ودولومیت به هونتیت (Huntite) یا منیزیت تبدیل می شوند (Jones and Deocampo, ۲۰۰۴). نسبت Mg/Ca درسه دوره مختلف درجدول ۱ نشان داده شده است (فیاضى و همکاران، ۱۳۸۵). مقدار بسیار بالاى نسبت منیزیم به کلسیم در دوره خشک بیانگر آنست که منیزیت ها، مربوط به افق هاى خشک مى باشد.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
راضیه لک، دانشجوی دکترای رسوب شناسی، مدیریت زمین شناسی دریایی، سازمان زمین شناسی کشور
فرج ا.. فیاضی، دکترای رسوب شناسی ، استاد دانشگاه، دانشگاه تربیت معلم
Abstract :
دریاچه مهارلو یک حوضه رسوبی درون قاره ای بسته درجنوب غرب ایران است. حداکثر وسعت دریاچه 280 کیلومترمربع وعمق متوسط آن در زمان پر آبی 5/1 متر است.
تعداد 13 مغزه به طول 80 تا 170 سانتی متراز مناطق مختلف بستر دریاچه مهارلو گرفته شد و از افق های مختلف مغزه ها، جمعا 102 نمونه تهیه گردید و مطالعات کانی شناسی، دانه بندی، تعیین درصد عناصر، SEM، کلسی متری و تعیین سن انجام گرفت. لامیناسیون بسیار ظریف در رسوبات دیده می شود اما آنها را می توان در سه افق اصلی تر(افق سطحی کربناته، افق میانی تبخیری و افق قرمز رنگ تخریبی پایینی) قرار داد. بطور کلی رسوبات دریاچه از نوع تخریبی، شیمیایی و بیوشیمیایی است. رسوبات بخش مرکزی دریاچه تقریبا تماما شیمیایی (تبخیری) و بیوشیمیایی است. رسوبات حاشیه دریاچه، تخریبی – شیمیایی می باشند. رسوبات تخریبی متشکل از قطعات کربناته تخریبی( کلسیت و دولومیت)، ژیپس، کوارتز، فلدسپات، مسکویت و ایلیت می باشند. ذرات تخریبی اغلب ریز دانه (سیلت غالب) ، دارای جور شدگی و گردشدگی نسبتا خوب و کروی تا تقریبا کروی هستند. رسوبات شیمیایی شامل کانیهای کربناته و تبخیری است. کانیهای کربناته شامل آراگونیت، کلسیت، دولومیت و منیزیت می باشد. کانیهای تبخیری، شامل ژیپس، هالیت، باسانیت، گلوبریت، پلی هالیت و بیشوفیت می باشد. رسوبات بیوشیمیایی شامل پلت آرتیمیا است.
منیزیت دررسوبات دو ناحیه یکی بخش جنوبی و دیگری مرکز دریاچه به سمت شمالغرب در رسوبات بصورت لامینه هایی سفید رنگ مشاهده می شود. علت تشکیل منیزیت در بخش جنوب غربی بدلیل عمق بسیار کم و مراحل اولیه تکامل شورابه و ته نشست کربناتها وار جمله منیزیت می باشد. اما اغلب منیزیت های بخش نسبتا مرکزی دریاچه از تبدیل سایر کربناتها و ژیپس ها در رسوبات، در فرآیند دیاژنتیکی حاصل شده است هرچند منیزیت با سیستم تبلور رومبوئدریک و اولیه نیز وجود دارد. به نظر می رسد علت آن وجود چشمه های کربناته با منشا کارستی باشد که در آن ناحیه در کف دریاچه وجود دارد و سبب افزایش غلظت بیکربنات شده است.
Identification and source determination of Magnesite in the MaharlouLake sediments
MaharlouLake, located in southwest Iran, is an intra-continental sedimentary basin. Its area is about 280 km2 with an average water depth of 1.5m during wet seasons. 13, 80 to 170 cm deep cores taken using plastic tubes, provided 102 sediment samples. The samples were analyzed sedimentologically and mineralogically by running sieve analysis, calcimetry, X- ray difractometry, optical and SEM microscopy, and C14age dating tests as well as defining major and minor constituent elements. There is very fine lamination in the sediments but three major types of sediments consist of Carbonates, evaporites and siliciclastic was recognized. All of sediments in the center of the lake are evaporits and in the marginal zone are chemical and siliciclastic sediments. siliciclastic sediments consist of Quartz, Calcite, Dolomite, Feldspar, Muscovite and illite. Source of them are rocks of the catchments. These sediments are silt dominated, well sorted, subrounded to rounded and sub spherical to spherical shape. Chemical sediments consist of carbonate and evaporite minerals. Carbonate minerals (calcite, Dolomite, Aragonite and magnesite) precipitate at the beginning of brine evolution after that sulfate and chloride (Gypsum, Halite, Bassanite, Glauberite, polihalite and Bischofite) are precipitate. Distinctive changes in sediment laminae are indicative of Lake water table changes through the time. Where occurrence of delicate with laminea is regarded as Magnesite, a significant with horizon not only in the cores taken from marginal parts of the South of the lake but also in a core provided obtained from a zone located in North west to central parts of the lake. Magnesites in the marginal zone precipitate at the beginning of brine evolution but Source of Magnesite in the center of the lake suggests some bicarbonate type springs.