مطالعه ایزوتوپ کربن و اکسیژن و عناصر فرعی (Trace elements) سنگهای آهکی سازند مزدوران واقع در شرقی ترین بخش حوضه کپه داغ

دسته شیمی و آنالیز دستگاهی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری نهمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده محمد حسین-آدابی
تاريخ برگزاری ۲۷ بهمن ۱۳۶۹
منطقه مورد مطالعه در شرق گردنه مزد آوند در ناحیه سرخس قرار دارد. این سازند که عمدتاٌ از سنگ های کربناته تشکیل یافته است درمقطع تیپ ضخامتی حدود 500 متر داشته ولی به تدریج به طرف شرق حوضه از ضخامت آن کاسته می گردد و تغییر رخساره می دهد. بررسی های دقیق ژئو شیمیایی و سنگ شناسی حاکی از این است که این رسوبات در یک دریای نسبتاٌ کم عمق (Epicontinental sea) با ترکیب اولیه آراگونیتی در محیط های Peritidal و در شرایط ترو پیکال بر جای گذاشته شده است. سن این سازندژوراسیک فوقانی (Kimmeridgian- Tithenian) می باشد. محاسباتی که بر اساس ایزوتوپ اکسیژن 18 انجام شده است نشان می دهد که در زمان ژوراسیک فوقانی درجه حرارت آب دریا معادل 24 درجه بوده و حوضه رسوبی در عرض جغرافیایی حدود 20 درجه شمالی قرار داشته است.
مطالعه عناصر فرعی (Fe, Na, Mn, Sr) و نیز اطلاعات ایزوتوپی به همراه مشاهدات میکروسکوپی توانسته است نقش به سزایی در تفسیر شرایط رسوبگذاری، بررسی فرایند های دیاژنتیکی، تشخیص مینرالوژی اولیه آهک ها و نیز تعیین درجه حرارت تشکیل رسوبات این سازند ایفا نماید. در سالهای اخیر از این اطلاعات جهت تمایز کربنات های مناطق تروپیکال از کربنات های مناطق معتدله، نیمه قطبی (Semi Polar) و قطبی (Polar) در سطح وسیعی استفاده شده است.
متد مطالعه:
در بررسی ژئو شیمیایی سنگ های کربناته سازند مزدوران جمعاٌ 94 نمونه از سنگ های این سازند (که در چهار مقطع مختلف، مقطع تیپ واقع در گردنه مزد آوند، مقطع پدها، مقطع باغک و مقطع شوریجه برداشت شده است) مورد آنالیز قرار گرفته است. جهت تعیین عناصر اصلی Ca, Mg و عناصر فرعی Fe, Na, Mn, Sr از دستگاه Atomic Abserption Spectrometer و جهت تعیین عناصر فرعی Ti, Ba, K, Rb از دستگاه X- Ray Fluorescence و برای مطالعه عناصر باقیمانده غیر قابل حل در اسید (I- R) از دستگاه X- Ray Diffraction استفاده شده است. مطالعه ایزوتوپ کربن و اکسیژن به توسط دستگاه Mass Spectrometer صورت گرفته است. لازم به یاد آوری است که کلیه مطالعات انجام شده در بخش زمین شناسی دانشگاه Tasmania در استرالیا انجام گرفته است.
عناصر فرعی:
نسبت فراوانی عناصر Fe, Na, Mn, Sr در رسوبات اهکی سازند مزدوران تقریباٌ مشابه رسوبات آراگونیتی عهد حاضر است. رسوبات آراگونیتی عهد حاضر در مناطق تروپیکال حاوی مقادیر ناچیزی Fe, Mn (حدود 20 پی پی ام)، مقادیر متوسطی Na (حدود 2500 پی پی ام) و مقادیر زیادی Sr (حدود 10000 پی پی ام) می باشند. رسوبات کلسیتی دریایی عهد حاضر در مناطق معتدله حاوی مقادیر ناچیزی Sr (حدود 3000 پی پی ام)، مقادیر زیادی Na (حدود 5000 پی پی ام)، Mn (حدود 150 پی پی ام) و Fe (حدود 1000 پی پی ام) هستند. در صورتی که مقادیر استرانسیم 114-408پی پی ام- میانگین 264 پی پی ام) سدیم (83-280 پی پی ام - میانگین 114 پی پی ام) منگنز (53-529 پی پی ام)‌ و آهن(420-3745 پی پی ام میانگین 1252 پی پی ام) موجود در سنگ آهک مزدوران را با مقادیر این عناصر در رسوبات آراگونیتی عهد حاضر در مناطق تروپیکال و نیز رسوبات کلسیتی عهد حاضر مناطق معتدله مقایسه نماییم مشاهده می شود که در رسوبات آهکی سازند مزدوران مقادیر Na, Sr کاهش یافته ولی مقادیر Mn, Fe افزایش چشمگیری داشته است. کاهش مقادیر Na , Sr و افزایش Fe, Mn به دلیل تاثیر آبهای متائوریتی در طی فرایند دیاژنز (یعنی هنگام تبدیل آراگونیت اولیه ناپایدار به کلسیت Low Mg) بوده است. اصولاٌ فراوانی Na , Sr در آهک ها عمدتاٌ بستگی به ضریب توزیع (Partition Coefficient) و فراوانی آنها در محلول های دیاژنتیکی دارد. از آنجایی که عناصر Na , Sr دارای ضریب توزیع کمتر از یک می باشند و فراوانی آنها در آبهای متائوریتی کم است لذا کلسیت دیاژنزی حاوی مقادیر ناچیزی Na, Sr خواهد بود. از طرف دیگر مقادیر Mn با افزایش نفوذ آبهای متائوریتی افزایش می یابد، زیرا مقدار P.C عنصر Mn حدود 15 بوده و به مقدار زیاد در آبهای متائوریتی یافت می شود. در شرایط اکسیداسیونی Mn نمی تواند به مقدار زیاد در شبکه کربنات کلسیم وارد شود اما در شرایط احیایی کلسیت می تواند تا چند درصد Mn را در شبکه خود پذیرا باشد در سنگ آهک مزدوران مقادیر Mn می تواند انعکاس از تاثیر آبهای متائوریتی در طی فرایند دیاژنز، شزایط اکسیداسیونی حاکم بر محیط تشکیل و ترکیب اولیه آراگونیتی باشد.
مقدار Ba در رسوبات کربناته دریایی عهد حاضر بسیار کم (کمتر از 60 پی پی ام) و در رسوبات کربنات محیط های آب شیرین امروزی بیش از 60 پی پی ام است. مقدار Ba در تمام نمونه های مطالعه شده کمتر از 60 پی پی ام بوده که خود نشانی بر منشاء دریایی این رسوبات است. علاوه بر این مقدار Ba با افزایش مقدار K2O افزایش یافته که این خود نیز حاکی از تمرکز Ba در کانی رسی ایلیت است.
مقدار Ti با افزایش مقدار K2O افزایش می یابد. این افزایش خود دلیل تمرکز Ti در مینرال رسی ایلیت است. ترسیم مقادیر Mn, Ti بر روی دیاگرام Veizer و Demevic 1973 حاکی از این است که این رسوبات در شرایط گرم و خشک بر جای گذاشته شده اند.
مقدار Rb در کانیهای رسی متفاوت است. ماکزیمم مقدار آن در ایلیت (حدود 468 پی پی ام) و مینیمم آن در مونت موریلونیت (حدود 44 پی پی ام) است. مقدار Rb در کائولن حدود 78 پی پی ام است. ارتباط مستقیم بین مقادیر Rb و K2O حاکی از جانشینی Rb به جای K در ایلیت می باشد.
مواد باقیمانده:
مواد غیر قابل حل در اسید سنگ های آهکی سازندمزدوران عمدتاٌ از کوارتز، فلدسپات، میکا و کانیهای رسی تشکیل یافته است.
ایزوتوپ های کربن و اکسیژن
مقدار ایزوتوپ اکسیژن 18 در سنگ آهک مزدوران بین 7/8%- تا 2/6- و مقدار ایزوتوپ کربن 13 بین
0/8 تا 4/3 PDB در تغییر است. محدوده ایزوتوپی سنگ آهک مزدوران بر لبه محدوده ایزوتوپی رسوبات آهکی مناطق کم عمق و گرم دریایی عهد حاضر منطبق است و از محدوده رسوبات کلسیتی دریایی مناطق معتدله عهد حاضر کاملاٌ فاصله دارد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که فشار Co2 موجود در اتمسفر در زمان ژوراسیک فوقانی تقریباٌ مشابه عهد حاضر بوده است و ایزوتوپ های سبکتر اکسیژن (سبکتر از 2/6-% PDB) حاکی از تاثیر آبهای غیر دریایی بر روی این رسوبات است. مقدار ایزوتوپ کربن 13 در نمونه های آهکی این سازند تقریبآٌ مشابه مقادیر ایزوتوپ کربن 13 در براکیوپود های کلسیتی (Low Mg) این سازند است. این تشابه حاکی از تاثیر گسترده دیاژنز متائوریکی فریاتیک (Phreatic meteoric diagenesis) بعد از رسوبگذاری این آهک ها بوده است. اثر دیاژنز متائوریتی با رسم ایزوتوپ های کربن و اکسیژن و عناصر فرعی به خوبی قابل درک می باشد. در این دیاگرامها مقدار Mn, , Fe با افزایش مقدایر سبک تر ایزوتوپ اکسیژن افزایش یافته ولی مقدار Na کاهش می یابد.
این تغییرات بر اثر انحلال آراگونیت توسط آبهای متائوریتی و رسوب مجدد کلسیت Low Mg بوده است. مشابه این روند در بسیاری از سنگ های آهکی قدیمی که تحت تاثیر آبهای متائوریتی قرار گرفته اند دیده شده است. مقدار Sr نسبت به تغییرات ایزوتوپ اکسیژن ثابت است. مقدار Mn و Fe با افزایش مقادیر سبکتر ایزوتوپ کربن افزایش یافته اما مقدار Na کاهش می یابد و مقدار Sr تقریباٌ ثابت است. این تغییرات حاکی از فرایند گسترده دیاژنز متائوریتی است. مطالعات ایزوتوپی تایید می نماید که تاثیر آبهای متائوریتی در سنگ آهک های مزدوران در مقاطع مختلف متفاوت بوده است و فرایند burial diagenesis اهمیت چندانی نداشته است.
محاسبه درجه حرارت آب دریا:
برای محاسبه درجه حرارت آب دریا، از نمونه های آهکی که تاثیر فرایند دیاژنز بر روی آنها حداقل بوده و دارای ایزوتوپ اکسیژن سنگین تری هستند استفاده شده است. در این محاسبه از فرمول Kennet و Shackleten استفاده شده است.
T˚c=16.9-4.38 (δc-δw)+0.10 (δc-δw)²
در این رابطه δw صفر یعنی مشابه مقدار عددی آن در آبهای دریاهای عهد حاضر در نظر گرفته شده است و بر این اساس درجه حرارتی معادل 29 درجه تعیین گردید. اما از آنجایی که در دوره ژوراسیک هیچ نشانه ای از پوشش های یخی (ice caps) وجود ندارد، لذا δw برابر با 1/2- درصد درنظر گرفته شده است و بر این اساس درجه حرارت آب دریا معادل 24 درجه محاسبه گردید.
نتیجه گیری:
1- مقادیر عناصر فرعی (Fe, Na, Sr, Mn) موجود در سنگ آهک مزدوران تقریباٌ مشابه مقادیر این عناصر در رسوبات آراگونیتی مناطق تروپیکال عهد حاضر است، لذا پیشنهاد می شود که مینرالوژی اولیه این کربناتها عمدتاٌ آراگونیتی بوده است.
2- مقادیر Na, Sr با افزایش مقدار به دلیل افزایش نفوذ دیاژنز متائوریتی کاهش یافته است، اما مقدار Fe با افزایش Mn افزایش پیدا نموده است.
3- Mn, Fe از نظر فراوانی با یکدیگر قابل انطباق اند، هر چند که آهن به دلیل P.C بیشتری که نسبت به Mn دارد فراوانتر است.
4- مقادیر Ba , Rb حاکی از این است که بخشی از مواد باقیمانده از مینرالهای رسی(عمدتا ایلیت) تشکیل یافته است.
5- مقادیر ایزوتوپ اکسیژن و کربن حاکی از این است که این رسوبات در آبهای دریایی گرم و در حرارتی معادل 24 تا 29 درجه تشکیل یافته اند و سپس تحت تاثیر دیاژنز متائوریتی و تا حدودی burial diagenesis قرار گرفته اند.

کلید واژه ها: سایر موارد