محاسبه تغییرات جرم عناصر در طی آلتراسیون هیدروترمال در گرانیت طلادار آستانه (زون سنندج-سیرجان، جنوب‌غرب اراک)

چکیده :
 
توده گرانیتوئیدى آستانه با ترکیب اصلى گرانودیوریتى و وسعتى در حدود ۳۰ کیلومتر‌مربع بخش کوچکى از زون سنندج-سیرجان را در ۴۰ کیلومترى شهرستان اراک تشکیل داده است. این توده نفوذى به طور وسیعى دگرسان شده و حداقل چهار زون دگرسانى سریسیتى، کلریتى، پروپیلیتى و آرژیلیتى در آن قابل شناسایى مى‌باشد. محاسبات شاخص شیمیایى دگرسانى (CIA) نشان مى‌دهد که زون‌هاى دگرسانى سریسیتى ۴۷/۶۳%، کلریتى ۷۳/۵۹%، پروپیلیتى ۵۴/۶۱% و آرژیلیتى ۶۹/۶۳% دستخوش دگرسانى گرمابى شده‌اند. بررسى تغییرات جرم عناصر براساس عنصر ناظر بى‌تحرک آلومینیم نیز نشان مى‌دهد که در تمام زونهاى دگرسانى این منطقه مقادیر قابل ملاحظه‌اى از اکسیدهاى  Fe۲O۳, MgO, CaOو TiO۲ و LFSE‌ها از جمله K, Rb, Sr, Cs, Ba کاهش جرم نشان مى‌دهند. SiO۲ در زونهاى دگرسانى سریسیتى و آرژیلیتى به وسیله سیالات دگرسان‌کننده وارد سیستم شده است. سایر اکسیدها از جملهMnO, Na۲O, K۲O, P۲O۵ و LOI در زونهاى مختلف رفتارهاى متفاوتى نشان داده، Sc و Y در تمام زونها کاهش جرم دارند. در زون سریسیتى عناصر La, Ce, Pr, NdSm, Eu, Gd, و Yb افزایش و Dy, Ho, Er کاهش جرم نشان مى‌دهند. در زون کلریتى به استثناى Eu و Yb، سایر عناصر REE از سیستم خارج شده‌اند. همچنین در سایر زونهاى دگرسانى مورد مطالعه، عناصرREE کاهش جرم نشان مى‌دهند.

داریوش اسماعیلی، دانشیار زمین‌شناسی دانشکده زمین‌شناسی دانشگاه تهران، esmaili@khayam.ut.ac.ir

سیده زهرا افشونی، دانشجوی کارشناسی ارشد پترولوژی از دانشگاه تهران، afshooni1359@yahoo.com

مقدمه :
 
آنچه که غالبا در بررسی زونهای دگرسانی مورد توجه قرار می‌گیرد، مطالعه کانیهای موجود و بررسی ویژگی‌های شیمیایی محلول‌های دگرسان ‌کننده می‌باشد ]7 .[اما یک سؤال مهم مطرح است و آن اینکه ترکیب شیمیایی سنگ منشا چه بوده است و در طی دگرسانی متحمل چه تغییراتی شده است. به‌منظور پاسخگویی به این سؤالات مطالعات بسیاری انجام گردیده که همگی بر مبنای تغییرات جرم استوار بوده است]8 و 9[.
در این پژوهش سعی شده است تا با محاسبه تغییرات جرم عناصر در طی فرایند دگرسانی در زونهای مختلف توده گرانیتوئیدی آستانه، اطلاعات نسبتا جامعی از چگونگی و علل این تغییرات ارائه گردد. به‌همین منظور ضمن بهره‌گیری از مطالعات صحرایی و بررسی بیش از 100مقطع نازک میکروسکوپی از آنالیز شیمیایی تعداد 13 نمونه از انواع مختلف سنگهای توده نفوذی آستانه که به روش XRF برای عناصر اصلی و روش ICP-MSبرای عناصر کمیاب، در آزمایشگاه ژئو‌شیمی Activation کشور کانادا انجام شده است نیز کمک گرفته شده است.
بحث :
 
زمین‌شناسی منطقه
توده گرانیتوئیدی آستانه در حدود 40 کیلومتری شهرستان اراک در مساحتی بالغ بر 30 کیلومترمربع واقع شده است. این توده در بخش کوچکی از زون سنندج- سیرجان در غرب ایران در شیست‌های سیاه‌رنگ ژوراسیک تزریق گردیده و عمدتا از سنگهای گرانودیوریتی تشکیل گردیده که بخشهایی از آن به‌طور وسیعی متحمل دگرسانی گرمابی شده‌اند. نقشه آلتراسیون منطقه در شکل (1) نشان داده شده است. بافت اصلی این سنگها گرانولار دانه متوسط تا دانه درشت بوده و پلاژیوکلاز ، کوارتز، آلکالی فلدسپار ، بیوتیت و آمفیبول ، آپاتیت، اسفن، زیرکن و تورمالین اجزاء سازنده آنها را تشکیل می‌دهند. کلریت، اپیدوت، سریسیت و کانیهای رسی از کانیهای تجزیه‌ای و ثانویه می‌باشند. همچنین دایک‌های آپلیتی، میکروگرانودیوریتی و آندزیتی و رگه های کوارتز- تورمالین کانی‌زایی‌شده متعددی این توده نفوذ را مورد هجوم قرار داده‌اند. همچنین در منطقه مورد مطالعه دو نوع دگرگونی ناحیه‌ای و مجاورتی دیده می‌شود. گستردگی دگرگونی ناحیه‌ای بیشتر از سایر دگرگونی‌هاست.
امکان تحرک عناصر اصلی و برخی از عناصر کمیاب در طی فرآیند دگرسانی گرمابی مورد قبول بیشتر زمین‌شناسان است. تحرک عناصر کمیاب به وسیله تغییرات کانی‌شناسی که در طی دگرسانی صورت می‌گیرد و ماهیت فاز سیال، کنترل می‌شود. عناصر لیتوفیل با شعاع یونی بزرگ (LIL) مانند Sr, Rb, Ba, Cs, Eu2+ به دلیل پائین بودن پتانسیل یونی، پتانسیل متحرک شدن دارند و هرچه پتانسیل یونی کمتر باشد میزان تحرک در آنها بیشتر خواهد بود. تحرک و یا عدم تحرک عناصر نادر خاکی (REEs) در طی دگرسانی گرمابی بیشتر مورد بحث و اختلاف نظر محققین بوده است. به اعتقاد برخی از محققین، عناصر نادر خاکی (REEs) غیرمتحرک بوده و فرآیندهایی همچون شستشو (Leaching) و دگرسانی گرمابی بر آنها تاثیرگذار نمی‌باشند]10[ در حالی که مطالعات انجام‌شده بر روی نهشته‌های اپی‌ترمال و مس پورفیری نشان دادند که این عناصر تحت شرایط خاص، از جمله PH پائین، نسبت سنگ/ آب بالا و فراوانی کمپلکس‌های یونیCO32-, F-  Cl-, PO43-, SO42-, به‌صورت متحرک درمی‌آیند ]3[.تفریق LREE‌ها از HREE‌ها نیز در طی دگرسانی به کانی شناسی سنگ دگرسان‌‌نشده بستگی دارد، برای مثال از کانی‌هایی مانند آپاتیت و فسفات‌ها که راحت‌تر دگرسان می شوند، REE آزاد شده ولی در کانی‌های مقاوم مانند زیرکن حفظ می‌شوند ]11[.
 
روش محاسبه تغییرات جرم عناصر و شاخص شیمیایی دگرسانی
شیوه‌های متعددی برای محاسبه تغییر جرم عناصر در سیستم‌های دگرسان توسعه و تکامل یافته‌اند که به عنوان مثال می‌توان به روش فاکتور حجم ]6[، روش ایزوکون ]5[ و روش عنصر بی‌تحرک ]9[ اشاره نمود. در این بررسی برای دستیابی به فرآیندهای ژئوشیمیایی مرتبط با دگرسانی در توده گرانیتوئیدی آستانه از روش ژئوشیمی محاسبه تغییر جرم عناصر ]8[ که بر مبنای عنصر ناظر بی‌تحرک، فاکتور غنی‌شدگی و ترکیب بازسازی شده استوار است، بهره
شکل 1- نقشه آلتراسیون توده گرانیتوئیدی آستانه.
گرفته شده است. بهمین منظور، در هر زون دگرسانی، میانگین نمونه‌های دگرسان‌‌نشده در آن زون را به عنوان نمونه شاهد (ترکیب سنگ اولیه) و Al بعنوان عنصر ناظر بی‌تحرک انتخاب و سپس فاکتور غنی‌شدگی  (E.F)و ترکیب بازسازی‌شده (R.C.) و نهایتاً تغییر‌جرم (M.C.) عناصر به‌ترتیب از روابط زیر محاسبه گردیده‌‌اند:
 
فراوانی Al2O3 در نمونه دگرسان ‌شده/ فراوانی Al2O3 در نمونه دگرسان ‌نشده =(E.F.)
E.F. * فراوانی عنصر یا اکسید مورد نظر در نمونه دگرسان ‌شده =(R.C.)
فراوانی عنصر در ترکیب اولیه سنگ (نمونه شاهد) – R.C.=(M.C.)
 
به‌منظور محاسبه شاخص شیمیایی دگرسانی (Chemical Index of Alteration) نیز رابطه زیر مورد استفاده قرار گرفته است ]9[:
 
100  * [Al2O3/Al2O3+ CaO+ Na2O+ K2O]=(CIA) شاخص شیمیایی دگرسان
 
محاسبه تغییر جرم عناصر و شاخص شیمیایی دگرسانی در توده نفوذی آستانه
در اینجا تغییرات جرم عناصر در نمونه‌های متعلق به زونهای دگرسانی مختلف را براساس عنصر ناظر بی‌تحرک Al نسبت به نمونه‌های دگرسان ‌نشده (ترکیب اولیه سنگ یا نمونه شاهد) که مطابق قسمت قبل محاسبه‌شده ارائه می‌گردند. لازم به ذکر است از آنجاکه شدت دگرسانی در بیشتر موارد تدریجی است و یک طیف تقریباٌ کامل از سنگهای دگرسان نشده تا سنگهای به شدت دگرسان شده قابل تشخیص است، لذا تشخیص نمونه‌های شاهد به سهولت امکان‌پذیر می‌باشد.
نتایج حاصل از محاسبه تغییرات جرم در زون سریسیتی نشان می‌دهد که  SiO2, K2Oو LOI در طی فرآیند دگرسانی افزایش و در مقابل Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, TiO2 کاهش جرم ‌یافته‌اند (شکل2- الف). نقش سیالات اسیدی در ایجاد دگرسانی سریسیتی و حضور سیلیس به اشکال مختلف در درزه‌ها، رگه- رگچه‌ها، در امتداد رخ کانیها و به‌صورت سیلیس ثانویه، سبب افزایش جرم SiO2 در این زون شده است. افزایش K2O و کاهش Na2O و CaO در این زون را میتوان به سریسیتی‌شدن پلاژیوکلازها نسبت داد.در این دگرسانی، سیلیکات‌های سدیم، کلسیم و منیزیم بوسیله سریسیت جایگزین می‌شوند.‌LFSE‌‌‌ها (K, Rb, Sr, Cs, Ba) در نتیجه شستشوی اسیدی حاصل از دگرسانی سریسیتی و به دلیل طبیعت متحرک خود شسته شده و از میزان آنها در نمونه دگرسان در مقایسه با نمونه سالم کاسته شده است (شکل 2- ب). در گروه ‌HFSE‌ها Ga, Sc, Y, Nb کاهش و Zr, Th, U در این زون افزایش جرم یافته‌اند (شکل 2- ج). در این زون LFSE‌‌‌‌ها در نتیجه شستشوی اسیدی حاصل از دگرسانی سریسیتی و به دلیل طبیعت متحرک خود در چنین شرایطی شسته شده و کاهش جرم یافته‌اند. در این زون همچنین تمام LREE‌ها (La, Ce, Pr, Nd,) افزایش جرم نشان می‌دهند در حالی که گروه MREE‌ها رفتارهای متفاوتی از خود بروز می‌دهند بطوری‌که Sm, Eu, Gd افزایش و Dy و HO کاهش جرم نشان می‌دهند و Tb هیچگونه تغییر جرمی نشان نمی‌دهد. از دلایل غنی‌شدگی REEها در این زون می‌توان به تشکیل کانی آپاتیت و اسفن و حضور کانی زیرکن که همگی میزبان مناسبی برای این عناصر می باشند اشاره کرد. از گروه HREE‌‌هاYb  افزایش وEr کاهش جرم نشان می‌دهد در حالی که Tm و Lu بدون تغییر باقی مانده‌اند (شکل 2- د).
در زون کلریتی محاسبات انجام‌شده براساس عنصر ناظر بی‌تحرک Al نشان می‌دهد که SiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, TiO2 ضمن دگرسانی کلریتی از سیستم دگرسانی هیدروترمالی خارج شده‌اند و این در حالی است که MnO, K2O و LOI افزایش جرم نشان می‌دهند (شکل 3-الف). این افزایش جرم به‌علت دگرسان‌شدن کانی‌های فرومنیزین به کلریت و دگرسان‌شدن پلاژیوکلاز به سریسیت می‌باشد. در این زون تمامیعناصرمتعلق به گروه LFSE کاهش جرم دارند (شکل 3- ب). این تغییرات می‌تواند بعلت شباهت یونی  Cs, Srبا Ca و Ba, Rb با K باشد. Ga, Zr, Th از گروه HFSEها در این زون افزایش و Sc, Y, Nb, U کاهش جرم نشان می‌دهند (شکل 3- ج). الگوی REEها در زون دگرسانی کلریتی در مقایسه با نمونه‌های دگرسان‌نشده نشان می‌دهد که تمامی LREEها از جمله La, Ce, Pr, Nd, Sm و MREEها (باستثنایEu) کاهش جرم نشان می‌دهند. HREE‌ها رفتارهای متفاوتی دارند بطوری که Yb افزایش و Erکاهش جرم نشان می‌دهد وسایر REEهای سنگین تقریبا غیر‌متحرک هستند (شکل 3- د).
نتایج حاصل از بررسی تغییرات جرم در زون پروپیلیتی نشان می‌دهد که طی فرآیندهای دگرسانی پروپیلیتی به وسیله شاره‌های گرمابی، K2O و LOI به سیستم دگرسانی وارد شده‌اند. سایر اکسیدهای اصلی در این زون کاهش جرم نشان می‌دهند (شکل 4- الف). در این زون تمامی عناصر LFSE و HFSE باستثنای Nb وZr که بمقدار ناچیز به سیستم دگرسانی اضافه شده‌اند، از محیط شسته شده و کاهش جرم نشان می‌دهند (شکل 4- ب و ج). همچنین سیالات مسئول دگرسانی پروپیلیتی به‌گونه‌ای عمل نموده‌اند که تمامی عناصر REE را از محیط شسته و منجر به کاهش جرم نمونه‌های دگرسان در مقایسه با نمونه‌ سالم شده‌اند (شکل 4- د).  عقیده بر این است که در محلول‌های غنی از CO2 عناصر نادر‌خاکی متحرک شده و از سنگ خارج می‌شوند ]12[. تحرک کمتر REE‌ها در زونهای دگرسانی سریسیتی و پروپیلیتی به علت شرایط PH بالاتر و نسبت سنگ/آب پائینتر در این زونها می‌باشد ]4[.
نتایج حاصل از بررسی تغییرات جرم در زون دگرسانی آرژیلیتی براساس عنصر ناظر بی‌تحرک Al نشان می‌دهد که طی فرآیند‌های دگرسانی آرژیلیتی SiO2, Na2O, K2O, P2O5 در این زون وسیله شاره‌های گرمابی به سیستم دگرسانی وارد شده‌اند. (شکل 5- الف). شرایط اسیدی حاکم در تشکیل این زون می تواند عامل افزایش جرم عناصر مذکوردر این زون است. محلولهای اسیدی در این زون باعث شستشوی سایر اکسیدهادر این زون شده است. سری عناصر LFSE , HFSE و REE‌ها همگی تهی‌ شده‌اند (شکلهای 5- ب، ج، د و ه). سیالات مسبب دگرسانی آرژیلیتی مسؤل کاهش جرم این عناصر و شسته‌شدن آنها از محیط می‌باشند. تشکیل کانیهای رسی به علت هیدرولیز شدید سیلیکات‌های آلومینیوم‌دار و فروشویی اسیدی در زون دگرسانی آرژیلیتی منجر به خروج این عناصر در نمونه‌های دگرسان‌شده نسبت به نمونه‌های سالم می‌شوند. سیالات اسیدی مسبب دگرسانی آرژیلیتی مسؤل کاهش جرم این عناصر و شسته شدن آنها از محیط می‌باشند. فراوانی کمپلکس یونی SO42- در سیال هیدروترمال و متلاشی شدن کانیهای اولیه در نتیجه PH بسیار پائین محیط منجر به تهی‌شدگی شدید REE‌ها در این زون می‌شود ]4[.
محاسبه شاخص شیمیایی دگرسانی (CIA) در زونهای دگرسانی
به منظور ارزیابی شدت دگرسانی گرمابی در زونهای مختلف دگرسانی از شاخص شیمیایی دگرسان (CIA) که تابعی از مقادیر اکسیدهای Al2O3, CaO, Na2O و K2O است‏ استفاده می‌شود ]9[. نحوه محاسبه این شاخص توضیح داده شد. نتایج به‌دست آمده از محاسبات شاخص شیمیایی دگرسانی (CIA) در انواع مختلف زونهای دگرسانی در توده گرانیتوئیدی آستانه نشان می‌دهند که زون سریسیتی ، 47/63%، زون کلریتی ، 73/59%، زون پروپیلیتی، 54/61% و زون آرژیلیتی، 69/63% دستخوش دگرسانی شده‌اند (شکل 6).
نتیجه گیری :
 
تلفیق نتایج حاصل از بررسی‌های کانی‌شناسی، محاسبه شاخص شیمیایی دگرسانی و محاسبات تغییر جرم عناصر اصلی و کمیاب در فرآیندهای دگرسانی گرمابی بر‌اساس عنصر ناظر بی‌تحرک Al نشان می‌دهد که در نتیجه تاثیر محلول‌های اسیدی در زون دگرسانی سریسیتی اکسیدهایSiO2, K2O  و LOI افزایش و Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, TiO2 کاهش جرم یافته‌اند. همچنین در گروه ‌HFSE‌ها، Ga, Sc, Y, Nb کاهش و Zr, Th, U افزایش جرم نشان میدهند. بعلاوه LREE‌ها افزایش جرم و از میان HREE‌ها،Yb  غنی شدگی وEr تهی‌شدگی نشان داده و Tm و Lu هیچ تغییرجرمی نشان نمی‌دهند.
در زون دگرسانی کلریتی اکسیدهای SiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, TiO2 کاهش و MnO, K2O و LOI افزایش جرم نشان می‌دهند. عناصرمتعلق به گروه LFSE کاهش جرم دارند. در حالی که عناصر Ga, Zr, Th از گروه HFSEها در این زون افزایش و Sc, Y, Nb, U کاهش جرم نشان می‌دهند. تمامی MREE‌ها (باستثنایEu که افزایش جرم نشان می‌دهد) و LREEها کاهش جرم نشان داده و HREEها تقریبا بدون تغییر باقی مانده‌اند .
در زون دگرسانی پروپیلیتی باستثنای K2O و LOI که افزایش جرم یافته‌اند، سایر اکسیدهای اصلی از سیستم خارج شده‌اند. در این زون تمام عناصر متعلق به گروههای LFSE ،HFSE (باستثنایZr, Nb) و عناصر REE کاهش جرم یافته‌اند.
 ر زون آرژیلیتی، SiO2, Na2O, K2O, P2O5 افزایش جرم نشان می‌دهند. در این زون سری عناصر LFSE,HFSE و REE همگی تهی‌ شده‌اند.
منابع فارسی :
 
1. رادفر، ج.، 1366، بررسی زمین‌شناسی و پترولوژی سنگهای گرانیتوئیدی ناحیه آستانه-گوشه، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، دانشکده علوم، 109 ص.
2. سهندی، م.ر.، رادفر، ج.،حسینی‌دوست، س.ج.، محجل، م. 1385، نقشه زمین‌شناسی 1:100000 شازند، سازمان‌زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور برگ شماره 5857.

کلید واژه ها: مرکزى