کانه زایی اکسید آهن-آپاتیت ناحیه بافق: رابطه مکانی، زمانی و ژئوشیمیایی با ماگماتیسم گرانیتوئیدی و حوضه های رسوبی کامبرین آغازی

دسته	زمین شناسی اقتصادی واکتشاف
گروه	سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری	بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
تاريخ برگزاری	۱۵ اسفند ۱۳۸۶

چکیده:

نزدیک به یک قرن از بحث و جدل درباره منشا کانه زائی مهم اکسید آهن – آپاتیت ناحیه ساغند می گذرد. در این مقاله، به منظور آزمون مدلهای مختلف ارائه شده پیشین، ارتباط تنگاتنگ آنومالی های مغناطیسی با توده های گرانیتی کامبرین آغازی، یکسانی نتایج سن یابی آپاتیت و مونازیت کانسنگ آهن با سن U-Pb زیرکن در گرانیتهای نوع زریگان، ناریگان و دوزخ دره و انطباق ژئوشیمیایی آپاتیت های ناحیه بافق از لحاظ عناصر کمیاب با گرانیتوئیدهای مطالعه شده مورد بحث قرار گرفته است. از طرف دیگر، داده های ایزوتوپ گوگرد و اکسیژن فرضیه های مذاب اکسید آهنی مشتق از هر گونه ماگما را تقویت نمی کند. اگر چه وجود آلتراسیون های گسترده حکایت از منشا هیدروترمال دارد اما داده های ایزوتوپی‏‏‏، مدل هیدروترمال ماگمایی را نیز پشتیبانی نمی کند. مدلی که بیشترین درجه سازگاری با مجموعه اطلاعات موجود داشته باشد را به این شکل می توان مطرح کرد‏: تشکیل کانسنگ اکسید آهن- آپاتیت از منشا هیدروترمال در زمان کامبرین آغازی که سیالهای آن در درجه اول از حوضه های رسوبی تبخیری بوده و موتور گرمائی آن سیستم ژئوترمال را توده های گرانیتی کم عمق تشکیل می داده است. سیال هیدروترمال ماگمایی می توانسته در مراحل آغازین کانه زائی در چغارت اهمیت داشته باشد.

ولی اله صادقی دعوتی*، دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی اقتصادی v.sadeghi@khayam.ut.ac.ir

جمشید حسن زاده*، دکتری، دانشیار jamshidh@khayam.ut.ac.ir

سعید علیرضایی**، دکتری، استادیار f-alirezaei@fbu.ac.ir

*دانشگاه تهران، پردیس علوم، دانشکده زمین شناسی

** دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده علوم زمین

مقدمه:

ناحیه معدنی بافق در یکی از کهن ترین پهنه های ایران زمین قرار دارد و در بر دارنده ذخایر سترگی از آهن، فسفر، سرب و روی است. این ناحیه ذخیرهای بیش از 2 میلیارد تن سنگ آهن (NISCO, 1980) را در بر دارد که در 34 آنومالی اصلی مغناطیسی و در ناحیه ای به وسعت 7500 کیلومتر مربع با روند شمالی- جنوبی در کمان آتشفشانی- پلوتونیک کامبرین آغازی موسوم به کاشمر- کرمان پراکنده است. (شکل 1). میزبان سیستم کانی زایی مگنتیت- آپاتیت سکانسی دگرسان شده شامل گدازه ها، سنگهای پیروکلاستیک و اپی کلاستیک، کربناتهای میان لایه ای و گرانیت های ساب ولکانیک متعلق به کامبرین آغازی است و در آنها گسترده ترین آلتراسیون ها عبارتند از نوع سدیک در عمق زیاد‏، اکتینولیتی و پتاسیک در ترازهای میانی و سرسیتی و سیلیسی در عمق های کم (تراب و لمان، 2007). در این کانسارها مگنتیت کانی اصلی است و آپاتیت کانی مزاحم به حساب می آید. آپاتیت به صورت توده ای در رگه ها و دایک ها و به صورت بلورهای خودشکل در اندازه های ریز و درشت که گاهی طول آنها به 15 تا 20 سانتی متر می رسد و در چند مرحله تشکیل شده است.

منشا کانسارهای آهن ناحیه بافق به مدت یکصد سال است مورد بحث می باشد و برای آن منشاهای مختلفی پیشنهاد شده است. برای مثال فورستر و جعفرزاده (1994) کانی زایی آهن این ناحیه را مرتبط به تفکیک یک مایع ناهمامیز اکسید آهنی غنی از فسفر از یک ماگمای ملانفلینیتی، سامانی (1988) آن را مرتبط با یک ماگمای کربناتیتی و تراب و لمان (2007) آن را مرتبط با ماگماتیسم گرانیتی معرفی کرده اند. جمی (2005) و تراب و لمان (2007) منشا این کانسارها را هیدروترمال و سیال های مربوطه را به طور عمده حاصل از سنگهای تبخیری کامبرین آغازی و در درجه دوم از ماگمای گرانیتی دانسته اند. مر و مدبری (2003) نقش هر دو فرایند مذاب ناهمامیز اکسید آهنی و متاسوماتیسم قلیائی را مورد توجه قرار داده اند. با توجه به اهمیت اقتصادی و زمین شناسی و مبهم بودن منشا کانسارهای آهن ناحیه بافق در این مقاله سعی شده است تا با توجه به خطواره ها مغناطیسی، سن سنجی های اخیر و ژئوشیمی آپاتیت‏، نوع ماگماتیسم مرتبط با این کانسارها را بهتر مشخص کرد.

بحث :

خطواره های مغناطیسی و ارتباط زمین شناختی آنها:

بر اساس نقشه مغناطیس سنجی ناحیه دو خطواره عمده با روند NNW-SSE در دو طرف گسل فرضی پشت بادام قابل تشخیص است که در شکل 2 بازسازی شده اند. خطواره مغناطیسی شرقی به طور مشخصی با گرانیت های ناریگان، زریگان و دوزخ دره منطبق است یا با آنها همپوشانی دارد. این ارتباط به نظر ما از لحاظ ژنز این کانسارها کلیدی است و اهمیت آن را در بخشهای دیگر مقاله خواهیم دید.

خطواره دوم در غرب گسل فرضی پشت بادام قرار دارد و قسمت بزرگی از آن در شمال با نهشته های رسوبی نئوژن و کواترنری پوشیده شده است. بخش جنوبی این خطواره، کانسارهای چغارت و آنومالی شمالی را در برمی گیرد که در آنها توده های کوچکتری از گرانیتهای نوع زریگان و ناریگان در سطح زمین و یا در حفاری ها دیده می شود. شکل 2 نشان می دهد که خطواره های مغناطیسی مورد بحث به موازات کمربند گرانیتی کامبرین آغازی و در دو طرف آن قرار دارند. خطواره های مغناطیسی مورد بحث در ناحیه ساغند چرخش مشخصی به طرف شرق نشان می دهند. با این چرخش، خطواره مغناطیسی مورد بحث به شکل کمانی در می آید که تقعر آن به سمت شرق است. شایان ذکر است که این خطواره مغناطیسی کمانی با کمان آتشفشانی- پلوتونیک کامبرین آغازی کاشمر- کرمان که توسط رمضانی و تاکر (2003) معرفی شده به خوبی منطبق است.

سن یابی آپاتیت، مونازیت و زیرکن به روش های ایزوتوپی U-Pb و غیر ایزوتوپی Th-U/Pb :

سن تبلور آپاتیت همرشد با کانه آهن در کانسار آهن چغارت با روش U-Pb اندازه گیری شده و516±6 میلیون سال تعیین گردیده است(قادری و رمضانی 1381).جالب است که تراب و لمان (2007) نیز سنی مشابه (515±21 Ma) را به روش غیر ایزوتوپی Th-U/Pb برای تبلور مونازیت در کانسنگ آهن-آپاتیت به دست آورده اند.از طرف دیگر، رمضانی و تاکر (2003) با استفاده از روش U-Pb بر روی زیرکن سن جایگزینی لوکوگرانیت های زریگان و دوزخ دره را به ترتیب 525±7 و 526±1 میلیون سال به دست آورده اند. هم پوشانی قابل توجه سن تشکیل آپاتیت و مونازیت کانسنگ های آهن با سن جایگزینی توده گرانیتی منطقه– با منظور کردن دامنه خطاهای مربوطه – نشانه محکمی برای ارتباط کانی زایی آهن- آپاتیت با ماگماتیسم گرانیتی کامبرین آغازی است.

ژئوشیمی آپاتیت ها و ایزوتوپ های پایدار:

آپاتیت به صورت کانی فرعی در اغلب سنگهای آذرین وجود دارد. تغیرات در غلظت عناصر فرعی و نادر خاکی در آپاتیت رابطه نزدیکی با درجه تفریق ماگما دارد. بلوسووا و همکاران (2002)نشان داده اند که آپاتیت های سنگهای مختلف دارای شاخص های متمایزی از لحاظ فراوانی نسبی عناصر فرعی مانند Sr,Y,Mn ,Th و عناصر نادر خاکی (REE ها) هستند و به طور کلی پس از نرمالیزه شدن نسبت به کندریت الگوهای متمایزی به دست می دهند.

برای نشان دادن این که آپاتیت های کانسنگ های آهن ناحیه بافق با کدامیک از گروههای آپاتیت معرفی شده توسط بلوسووا و همکاران (2002) شباهت دارد داده های موجود درباره عناصر مذکور در آپاتیتهای منطقه بافق بر روی نمودارهای Sr در مقابل Y و Mn ، (Ce/Yb)_cn در مقابل REE کل، Y در مقابل Eu/Eu^* و الگوی پراکندگی عناصر نادر خاکی رسم شده است (شکل 3) و تفسیر آنها به شرح زیر است.

نمودار تغیرات Sr در مقابل Y و Mn :

مقدار Sr و Y آپاتیت ها خیلی متغیر است و تطابق منفی قوی میان غلظت های این دو عنصر دیده می شود چون که مقدار Sr با درجه تفریق ماگما از سنگهای کربناتیتی و الترامافیکی به سمت سنگهای گرانیتوئیدی شدیدا تفریقیافته و پگماتیتها کاهش می یابد در حالیکه مقدارY افزایش می یابد (شکل 3a). غنی شدگی نسبی Y، HREE و Mn همراه با تهی شدگی نسبی Sr در آپاتیتها ارتباط نزدیکی با تفریق سنگ میزبان دارد. بنابراین مقدار Mn و یا Y از حدود 100 پی پی ام در آپاتیتهای سنگهای کربناتیتی و لرزولیت های مشتق شده از گوشته تا حدود 1% در آپاتیتهای گرانیتوئیدهای شدیدا تفریق یافته و پگماتیتها افزایش می یابد. کاهش مقدار Sr به سمت سنگهای اسیدی تر (شکل3a) احتمالا به دلیل شرکت پذیری Sr در پلاژیوکلاز است. در حالیکه عناصر Y و HREE ها عناصر ناسازگار هستند. این نمودار تمایز دقیقی از آپاتیتها برای انواع سنگهای مختلف نشان می دهد که نمونه های آپاتیت مربوط به منطقه بافق در محدوده مشترک بین سنگهای مافیک و گرانیتوئیدها قرار گرفته است.

نمودار Sr در مقابل Mn (شکل 3c) تطابق ضعیف تری نسبت به Sr در مقابل Y نشان می دهد که احتمالا بدلیل این است که مقدار Mn تنها بستگی به درجه تفریق سنگ میزبان ندارد بلکه به حالت اکسیداسیون آن نیز وابسته است. با این حال این نمودار تمایزآشکاری بین آپاتیتهای سنگهای مافیک با سنگهای گرانیتوئیدی و کانسنگ های آهن نشان می دهد که نمونه های منطقه بافق در محدوده کانسنگ های آهن و سنگهای گرانیتوئیدی قرار گرفته است.

نمودار تغیرات (Ce/Yb)_cn در مقابل REE کل:

این نمودار نسبت Ce/Yb نرمالیزه شده به کندریت در برابر REE کل آپاتیت سنگهای مختلف را نشان می دهد که مقدار (Ce/Yb)_cn با افزایش تفریق از سنگهای کربناتیتی و الترامافیک های مشتق شده از گوشته به سمت سنگهای گرانیتوئیدی و پگماتیتها کاهش می یابد و ارتباطی با REE کل ندارد. عناصر نادر خاکی سبک (LREE) به طور کلی تمرکز بیشتری در سنگهای کمتر تفریق یافته نشان می دهند. این ممکن است به دلیل این باشد که کانی های فرعی همزیست مانند مونازیت LREE ها را از مذاب در حین تفریق خارج می کند و منجر به تهی شدگی این گروه در آپاتیتهای سنگهای تفریق یافته تر می شوند. آپاتیتهای کانسنگ های آهن منطقه بافق در این نمودار در محدوده آپاتیتهای سنگهای گرانیتوئیدی قرار گرفته اند (شکل3b).

الگوی پراکندگی REE در آپاتیتها:

الگوی پراکندگی REE آپاتیتهای نرمالیزه شده نسبت به کندریت به طور تیپیک شیب منفی دارند که نشان دهنده غنی شدگی آشکار از LREE ها است. علاوه بر این شیب نمودارها از سنگهای شدیدا تفریق یافته تا سنگهای مافیک کمتر تفریق یافته افزایش می یابد. بنابراین نسبت (Ce/Yb)_cn برای آپاتیتهای سنگهای کربناتیتی و لرزولیت های مشتق شده از گوشته خیلی بالا (به ترتیب بیش از 100 و بیش از 200) است (شکل3e). در مقابلنسبت (Ce/Yb)_cn آپاتیتهای سنگهای گرانیتوئیدی بیشتر از 20-15 و آپاتیتهای پگماتیت های گرانیتی کمتر از 1 است که نشان دهنده غنی شدگی HREE ها و تهی شدگی LREE ها با افزایش تفریق است (شکل3e). نسبت (Ce/Yb)_cn کانسارهای آهن ناحیه بافق 23-17 است و الگوی REE آپاتیتهای این کانسارها مشابه آپاتیتهای موجود در سنگهای گرانیتی و بازیک است (شکل3e). آنومالی منفی Eu در الگوی پراکندگی REEبه طور کلی با تفریق افزایش می یابد (شکل3e) که در آپاتیتهای سنگهای کربناتیتی و لرزولیت های مشتق شده از گوشته کمتر است و در آپاتیتهای سنگهای گرانیتی تفریق یافته بیشتر است. آنومالی منفی موجود در کانسگ های آهن ناحیه بافق مشابه سنگهای گرانیتی است (شکل3e).

ایزوتوپ های گوگرد:

در این مطالعه تعداد ۷ نمونه از پیریت های همراه با کانسنگ آهن از کانسارهای مختلف ناحیه بافق در آزمایشگاه ACME کانادا مورد آنالیز ایزوتوپی گوگرد قرار گرفته و نتایج در شکل 4a ارائه شده است. گوگرد این نمونه ها از لحاظ ایزوتوپی به طور قابل ملاحظه ای با گوگرد مشتق شده از گوشته زمین (δ³⁴S=0) فاصله دارد و با گوگرد سنگهای تبخیری و آب دریا شباهت نشان می دهد.

ایزوتوپ های اکسیژن:

جمی (2005) داده های ایزوتوپی اکسیژن برای نمونه های مختلف کانسنگ آهن ناحیه بافق گزارش کرده اند. از لحاظ مقادیر δ¹⁸O مگنتیت های آنالیز شده با آب دریا (SMOW) شباهت دارد و با آب ماگمایی گوشته زاد (δ¹⁸O=+6_+8) فاصله زیادی نشان می دهد (شکل 4b). بر اساس مر و مدبری (2003) مگنتیت چغارت از لحاظ ترکیب ایزوتوپی اکسیژن به سیال هیدروترمال ماگمایی شبیه است (شکل 4b).

◊◊◊◊◊◊◊

بحث درباره مدل کانسار و نتیجه گیری:

داده های ایزوتوپی پایدار فرضیه های مبتنی بر جدا شدن مذاب اکسید آهنی فسفر دار از ماگماهای گوشته زاد همچون ملا نفلینیت و کربناتیت را پشتیبانی نمی کند. همراهی آنومالی های مغناطیسی با کمربند گرانیتهای کامبرین آغازی و هم پوشانی سنی کانسنگ و گرانیت های مذکور‏، رابطه نزدیک کانه زایی اکسید آهن- آپاتیت با ماگماتیسم گرانیتی را نشان می دهد، با همان استدلال بالا فرضیه جدا شدن مذاب اکسید آهنی ناهمامیز با ماگمای گرانیتی نیز جایی برای مطرح شدن نمی یابد. از طرف دیگر، آلتراسیون های گسترده در این کانسارها حاکی از هیدروترمال بودن منشا کانسنگ دارد اما داده های ایزوتوپی پایدار و نتایج مطالعات سیالات درگیر (جمی 2005) که دومی به خاطر محدود بودن فضا در این مقاله مورد بحث قرار نگرفت، حکایت از نقش غالب برای سیالات هیدروترمال ماگمایی ندارد و در عوض، شورابه های حوضه ای را مهمتر جلوه گر می کند. بنابر این‏، اهمیت توده های نفوذی گرانیتی کم عمق کامبرین آغازی در ایجاد این کانسارها در درجه اول نقش آنها به عنوان موتور گرمایی سیستم های ژئوترمال در حوضه های تبخیری زمان مذکور بوده است. ّتکمیل مدل مستلزم داده های ایزوتوپی بیشتر می باشد.

سپاسگزاری:

دراینجا لازم می دانیم از زحمات جناب آقای دهقانی مسئول بخش زمین شناسی معدن چغارت و مدیر کل محترم شرکت سنگ آهن مرکزی ایران که در انجام مطالعات صحرایی و نمونه برداری صمیمانه همکاری نمودند سپاسگزاری نماییم.

منابع فارسی :

1- قادری، م. و رمضانی، ج.، 1381، کانی سازی آهن- فسفات کامبرین در ناحیه معدنی بافق، شرق ایران مرکزی: یافته های جدید از تعیین سن به روش اورانیوم- سرب. بیست و یکمین گردهمایی علوم زمین.

کلید واژه ها: یزد