ژئوشیمی و زایش کانسنگ‌های نواری مگنتیت-باریت در منطقه موته، استان اصفهان

چکیده :
چند انباشت کانسنگ آهن در جنوب غرب معادن طلای موته، در ۵۰ کیلومتری شمال خاور گلپایگان ودر استان اصفهان رخنمون دارد. این انباشتها در سنگ‌های دگرگونی رخساره شیست سبز تا آمفیبولیت زیرین رخنمون یافته‌اند. مجموعه دگرگون شده شامل تناوبی از انواع شیست‌ها (کلریت-سرسیت شیست، میکاشیست و ترمولیت-اکتینولیت شیست)، کوارتزیت، مرمر، مجموعه‌های سیلیکات کلسیمی-منیزیمی (اسکارنی)، کالک شیست، و متاریولیت- متا داسیت است. بخشی از گرانیت موته نیز در محدوده مورد مطالعه برونزد دارد.
کانسنگ آهن به صورت عدسیها و لایه‌های مگنتیت، مگنتیت-هماتیت، مگنتیت-باریت، مگنتیت-کوارتز، و همین طور، اپیدوت-گارنتیت و اکتینولیت شیستِ غنی از مگنتیت وجود دارد.
مطالعات پتروگرافی و روابط بافتی و پاراژنتیکی، نشان مى‌دهد که دگرگونی پس از تشکیل مگنتیت رخ داده و تاثیری در فرآیند کانه‌زایی نداشته است، به استثنای برخی واکنش‌های دگرگونی که با شرکت مگنتیت،به تشکیل مجموعه‌های اسکارنی منجر شده است. با توجه به این نکته که گرانیت موته، فلسیک و تفریق یافته بوده و فقیر از کانیهای فرومنیزین است، نمى‌تواند منشاء تولید کانسنگ آهن و ایجاد مجموعه‌های اسکارنی باشد.
نسبت ایزوتوپی گوگرد باریت همراه با مگنتیت، بین ۵/۱۹ تا ۹/۲۷ پرمیل است که سولفات دریایی را به عنوان منبع گوگرد معرفی می کند.
به منظور آگاهی از شیمی کانسنگ و منبع احتمالی آن، نمونه‌های معرف از کانسنگ‌های مختلف برای تشخیص عناصر اصلی، فرعی و کمیاب با روش Fused disc ICP-MS آنالیز شدند.
مقدار عناصر نادر خاکى در اکتینولیت شیست‌های منطقه متفاوت است و مى‌تواند نشان دهنده دو منشاء متفاوت آذرین و رسوبى براى این سنگ‌ها با شد (پارا اکتینولیت-شیست و ارتو اکتینولیت-شیست). سنگ‌های آتشفشانی دگرگونه، ترکیب متاریولیت تا متاداسیت را نشان مى‌دهند.
مقدار اندک عناصر کبالت، نیکل، اورانیوم و توریوم کانسنگ آهن موته و همچنین غنی شدگی این کانسار از یوروپیوم، نسبت به کانسنگ‌های آهن ماگمایی-هیدروترمال، مى‌تواند نشانگر منشاء غیرآذرین این کانسار باشد.
بررسی نتایج آنالیزهای شیمیایی و مقایسه نسبت عناصر نیکل، وانادیم و تیتانیم نشان مى‌دهد که تشکیل کانسنگ آهن موتهبه صورت رسوبی تا رسوبى- شیمیایی بوده و آهن مورد نیاز مى‌تواند از فعالیت‌های آتشفشانی رخداده در منطقه، واکنش آب دریا با سنگ های غنی از آهن بستر و یا از فرسایش قاره‌ها تامین شده باشد.

پرستو عطرسائی، دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی اقتصادی، دانشگاه شهید بهشتی (P_Atrsaie@yahoo.com)
سعید علیرضائی،دکتری زمین شناسی اقتصادی، عضو هیئت علمی دانشگاه شهید بهشتی  (S-Alirezaei@sbu.ac.ir)
مقدمه :
منطقه موته در بخش میانی زون ساختاری سنندج – سیرجان واقع شده که فعال‌ترین و ناآرامترین زون ساختاری ایران به شمار می‌آید و با خصوصیات ویژه خود، از جمله نبود نسبی سنگ‌های آتشفشانی ترشیری، محدودیت گسترش سنگ‌های ترشیری، فراوانی نفوذی‌های گرانیتی–دیوریتی مزوزوئیک-سنوزوئیک، فراوانی نسبی ولکانیک‌های پالئوزوئیک-تریاس و دگرگونی ناحیه‌ای و مناطق بُرشی وسیع، از زون‌های ایران مرکزی و زاگرس مجزا شده است (آقانباتی،1385).
منطقه موته به دلیل وجود ذخایر طلا از دیرباز مورد توجه زمین‌شناسان بوده است. اولین بار تیله و همکاران (1968) به وجود کانسنگ آهن در این منطقه اشاره نمودند. آهن به شکل کانی‌های مگنتیت و هماتیت همراه با مقادیر متفاوتی باریت و سیلیس است که به همراه آنها کانی‌هایی نظیر ترمولیت، اکتینولیت، اپیدوت و گارنت نیز دیده می‌شود. کانسنگ آهن دارای بافت توده‌ای تا نواری بوده و حداقل 4 آنومالی در منطقه شناسایی شده است. هدف از این مطالعه، شناخت ویژگی‌های ژئوشیمیایی کانسنگ آهن، ارتباط کانه‌زایی با فرآیندهای دگرگونی و ماگماتیزم، و نحوه تشکیل آن می‌باشد.
بحث :
- زمین شناسی و پتروگرافی
منطقه مورد مطالعه شامل مجموعه‌ای از سنگ‌های دگرگونه قدیمی و نهشته‌های نادگرگونه جوان می‌باشد. مجموعه دگرگونه شامل سنگ‌های رسوبی و سنگ‌های آتشفشانی اسیدی تا بازیک دگرگون شده است که چندین مرحله دگرگونی و دگرشکلی را تحمل کرده‌اند و یک مجموعه پلی متامورفیکِ دگرریخته را به وجود آورده‌اند (رشید نژاد عمران، 1381).
این مجموعه دگرگونی، که میزبان کانه‌زایی آهن و طلا در منطقه موته است، شامل تناوبی از انواع شیست‌ها (کلریت-سرسیت شیست، میکاشیست و ترمولیت-اکتینولیت شیست)، کوارتزیت، مرمر و متاریولیت تا متاداسیت می باشد، در بالاترین بخش این مجموعه یک افق کالک شیستی نیز دیده می‌شود. دایک‌هایی با ترکیب بازیک در این مجموعه دگرگونی نفوذ کرده و متحمل دگرگونی قهقرایی شده‌اند. بخشی از گرانیت موته در محدوده مورد مطالعه برونزد دارد. این گرانیت، فلسیک و تفریق یافته بوده و فقیر از کانیهای فرومنیزین است.
سنگ‌های محل را می‌توان به چند گروه تقسیم کرد که عبارتند از :
1) متا سدیمنت
این گروه شامل گارنت-میکاشیست، کلریت-سریسیت شیست، پارا اکتینولیت-شیست و کالک-شیست می‌باشد.
پاراژنز غالب در گارنت-میکاشیست‌ها عبارتست از کوارتز، بیوتیت، موسکویت، فلدسپات و گارنت. در بلورهای بیوتیت، Kink Band دیده می‌شود که نشان عملکرد فشار جهت‌دار ضمن دگرگونی است. مقدار مگنتیت در سنگ‌های این گروه بسیار اندک است.  
کلریت–سریست شیست‌ها حاوی مقادیر زیادی کوارتز، کلریت، فلدسپات‌های سریسیتی و رسی شده، و مقداری بیوتیت می‌باشند. به طور فرعی بلورهای گارنت و آپاتیت نیز دیده می‌شوند. در این گروه نیز مقدار کمی کانی اپک دیده می‌شود.
پارا اکتینولیت شیست شامل اکتینولیت به همراه مقدار کمتری ترمولیت، کوارتز، کلریت، بیوتیت و اپیدوت است. این سنگ به طور محلی غنی از مگنتیت است. وجود سایه‌های فشاری (pressure shadow) در اطراف مگنتیت، عمود بر جهت شیستوزیته، و رشد کانی‌های ثانویه‌ای نظیر بیوتیت در این مناطق، نشانگر حضور مگنتیت قبل از رخداد دگرگونی است (شکل 1).
کالک شیست با فراوانی کوارتز و کلسیت شناخته می شود. از ویژگی‌های بارز این سنگ، داشتن مقادیر نسبتاً زیاد اپیدوت و به طور محلی اکتینولیت است که شیستوزیته خفیفی ایجاد کرده است. این سنگ به مرکز عدسی های آهن نزدیک بوده و بیشترین مقدار اکسید آهن نسبت به سایر شیست ها را در بر دارد، تا آنجا که برخی از این سنگ ها را می‌توان کانسنگ آهن نامید.
2) متا بازیت
از سنگ‌های این گروه می‌توان از ارتواکتینولیت شیست نام برد. کوارتز در این نمونه‌ها به مقدار کمتری نسبت به پارا اکتینولیت شیست‌‌ها حضور دارد و ترکیب کلی سنگ، منشاء بازالتی برای این گروه‌ پیشنهاد می‌کند.
3) متا ریولیت-متا داسیت
 متاریولیت-متاداسیت‌ها سنگ‌های آتشفشانی هستند که تا حدی دگرگون شده‌اند، اما به طور کلی بافت پورفیری نشان می‌دهند و در آنها فنوکریست‌های فلدسپات (به خصوص آلبیت) و کوارتز دیده می‌شود. بلورهای تیغه‌ای بیوتیت به طور پراکنده در سنگ مشاهده می‌شود که در حال کلریتی شدن هستند. شیستوزیته خفیف این سنگ در نتیجه موازی قرار گرفتن این بلورها در امتداد یکدیگر است.
4) متا گابروها
این سنگ‌ها به صورت دایک در سنگ‌های دگرگونی نفوذ کرده‌ و دستخوش دگرگونی قهقرایی شده‌اند. با توجه به این که این سنگ‌ها فاقد فابریک دگرگونی هستند، به نظر می‌رسد که در مراحل پایانی دگرگونی ناحیه‌ای، یا پس از آن و ضمن بالاآمدگی (Uplift) در سنگ‌های محل تزریق شده‌اند. کانی‌های اصلی آنها شامل کوارتز و اکتینولیت، و کانی‌های فرعی شامل اپیدوت، کلینوزوییزیت و مقدار نسبتاً زیادی اسفن است. سنگ‌های مذکور دارای مقادیر متفاوتی کانی های اپک نیز می‌باشند.
5) مجموعه سیلیکات کلسیمی-منیزیمی (اسکارن)
سنگ‌های این گروه به دو دسته اپیدوت-گارنتیت و گارنت-اپیدوتیت تقسیم می‌شوند. پاراژنز غالب این سنگ‌ها حضور گارنت و اپیدوت و به مقدار کمتری کوارتز و اکتینولیت است. مقدار کانی مگنتیت در این سنگ‌ها، از مقادیر بسیار کم تا بسیار زیاد، بسته به محل رخنمون‌ آنها تغییر می‌کند. وجود انکلوزیون‌های مگنتیت درون دانه‌های گارنت و نحوه قرارگیری بلورها و پورفیروبلاستهای گارنت نسبت به لایه‌ها یا دانه‌های پراکنده اکسید آهن نشان می‌دهد که مگنتیت قبل از رخداد دگرگونی وجود داشته و تشکیل اکتینولیت، اپیدوت و گارنت در مراحل بعدی و ضمن دگرگونی رخ داده است (شکلهای 2 و3 ).
6) کانسنگ آهن
کانه‌زایی آهن در منطقه به چهار صورت دیده می‌شود:
 -کانسنگ نواری که تناوبی از لایه‌‌های سیلیس، باریت و مگنتیت با مقادیر متفاوت است (شکل4).
- کانسنگ توده‌ای که ترکیب مگنتیتی یا مگنتیت-هماتیتی دارد.
- متا سندستون (ماسه سنگ دگرگونه) مگنتیت‌دار و متاسندستون و کوارتزیت‌ هماتیت‌دار(شکل 5). متا سندستون‌ها و کوارتزیت‌های آغشته به اکسیدهای آهن مساحت زیادی از محدوده مورد مطالعه را در بر گرفته‌اند.
از ذخایر و اندیس‌های آهن که در زون سنندج–سیرجان و در سنگ‌های دگرگونی رخنمون یافته‌اند می‌توان به کانسار بزرگ آهن گل گهر در غرب سیرجان (بابکی و آفتابی، 1385) و اندیس آهن چاه چَغُک در جنوب سیرجان اشاره کرد.
 
- آنالیز ایزوتوپی
حضور باریت در کنار مگنتیت شرایط تشکیل مشابهی برای این دو ماده پیشنهاد می‌کند. به منظور آگاهی از شرایط چگونگی تشکیل کانسنگ، پنج نمونه کانسنگ آهن نواری از توده اصلیِ کانسنگ آهن «تل سیاه»، جهت تعیین نسبت ایزوتوپی گوگرد انتخاب، و پس از آماده سازی، در آزمایشگاه ایزوتوپی G.G.Hatch دپارتمان علوم زمین دانشگاه اتاوا، آنالیز شد.
نتایج به دست آمده از آنالیز ایزوتوپی گوگرد باریت، دامنه تغییرات S34δ گوگرد را بین ‰ 5/19 تا       ‰ 9/27 نشان می‌دهد که میانگین آنها در حدود ‰ 4/23 است.
با توجه به شکل 6 که مقادیر S34δ منابع مهم زمین‌شناسی گوگرد را نشان می‌دهد (هوفز، 2004)، تغییرات S34δ باریت، در محدوده سولفات آب دریا یا سولفات‌های تبخیری قرار می‌گیرد. همچنین با توجه به شکل شماره 7 ( Holser ،1977)، دامنه تغییرات به دست آمده، هماهنگ با آب دریایِ مرز پرکامبرین – کامبرین و یا مرز سیلورین – دونین است. با توجه به این نکته که سنِ کمپلکس دگرگونیِ میزبان، پرکامبرین بالا – پالئوزوئیک زیرینِ تعیین شده، می‌توان تغییرات موجود را به مرز پرکامبرین – کامبرین مرتبط دانست نه مرز سیلورین- دونین.
- ژئوشیمی
 
به منظور تعیین ویژگی‌های ژئوشیمیایی کانسنگ آهن و سنگ‌های فراگیر، و آگاهی از زایش آهن، نمونه‌های معرف انتخاب شده و پس از تهیه پودر با استفاده از هاون آگاتی، به آزمایشگاه ACME در ونکوور کانادا ارسال گردید و به روش Fused Disc ICP-MS مورد آنالیز شیمیایی قرار گرفت.این نمونه‌ها عبارتند از:
سه نمونه کانسنگ نواری آهن، دو نمونه از کانسنگ توده‌ای آهن، یک نمونه متاسنداستون آهن‌دار، یک نمونه اپیدوت-گارنتیت با مگنتیت کم، یک نمونه اکتینولیت-شیست فاقد مگنتیت، یک نمونه متاریوداسیت، دو نمونه از دایک‌های گابرویی، و دونمونه از سنگ های زمینه با مقادیر بالای اکسید آهن (یک نمونه اکتینولیت- شیست آهن‌دار و یک نمونه اپیدوت-گارنتیت آهن‌دار).
 
ترمولیت-اکتینولیت شیست‌های منطقه از نظر ترکیب اکسیدهای اصلی با اکتینولیت شیست‌های گل گهر مقایسه شدند. داده‌ها نشان می‌دهند که این نمونه‌ها قرابت و نزدیکی زیادی با ترکیب اکتینولیت شیست‌های گل گهر دارند، اما مقادیر سدیم و پتاسیم آنها کمتر است.
مقایسه دو نمونه از اکتینولیت شیست‌های موته با یکدیگر نشان دهنده منشاء متفاوت این گروه از سنگ‌ها است. مقدار عناصر نادر خاکی در این دو
نمونه نشان می‌دهد که منشاء یک گروه مرتبط با فرآیند آذرین بوده و مقادیر REE آنها به مراتب بالاتر از گروه دیگر است اما در نمونه دیگر پائین بودن مقادیر این عناصر می‌تواند نشان دهنده منشاء رسوبی باشد. این نتایج، تقسیم اکتینولیت شیست‌ها به دو گروه پارا اکتینولیت شیست و ارتو اکتینولیت شیست را توجیه می‌کند.
علاوه بر ارتواکتینولیت، نمونه‌های متاریولیت- متاداسیت نیز وجود دارند که تا حدودی بافت پورفیری خود را حفظ نموده‌اند. آنالیز یک نمونه از این سنگ‌ها ترکیب ریو داسیت را پیشنهاد می‌کند (شکل 10).
مطالعه عناصر فلزی و مقایسه مقادیر نرمالیزه شده آنها نسبت به پوسته بالایی در کانسنگ موته و کانسنگ ماگمایی آنومالی شمالی بافق (شکل 11) نشان می‌دهد که مقدار فلزاتی مانند سرب و به خصوص روی در کانسنگ آنومالی شمالی اندک است، در حالیکه مقدار این عناصر در کانسنگ موته بالا است. همچنین مقدار عناصر کبالت و نیکل در کانسنگ آنومالی شمالی بیشتر از کانسگ موته می‌باشد.
در دیاگرام‌ عنکبوتی (شکل12)، که مقادیر، نسبت به ترکیب پوسته بالایی نرمالیز شده‌اند، غنی شدگی در عناصر باریم، استرنسیم، سرب و یوروپیوم مشاهده می‌شود. همچنین کانسنگ نسبت به مقادیر روبیدیوم، توریوم، نیوبیوم تهی شدگی نشان می‌دهد. این نسبت‌ها با خصوصیات اسکارن آهن پهناور در آذربایجان شرقی  و کانسار آنومالی شمالی بافق مقایسه شده است . کانسنگ اسکارن پهناور نسبت به سریم تهی شده، در حالیکه کانسنگ موته از این عنصر غنی شده‌است. همچنین کانسنگ آنومالی شمالی بافق بر خلاف کانسنگ موته در عناصر باریم، استرنسیم و سرب تهی شدگی داشته و از عناصر توریوم، اورانیوم و نئودیمیوم غنی شده است .
بررسی عناصر نادر خاکی نیز در کانسنگ موته غنی شدگی عنصر یوروپیوم(Eu) و دیسپرسیوم(Dy) و تهی شدگی عناصر نئودیمیوم (Nd)، تربیوم (Tb) و اربیوم(Er) را نشان می‌دهد (شکل 13). یوروپیوم می‌تواند جانشین عناصر کلسیم و استرنسیم شود که غنی شدگی کانسنگ از استرنسیوم، غنی شدگی یوروپیوم را نیز توضیح می‌دهد
- زایش
برای پی بردن به الگوی تشکیل کانسنگ آهن در منطقه موته نتایج آنالیز نمونه‌های کانسنگ بر روی دیاگرام‌های دوتایی وانادیم/تیتانیوم، وانادیم/نیکل و نمودار وانادیم/نیکل/تیتانیوم جانمایی گردید. اکثر نمونه‌ها در محدوده کانسنگ‌های آهن نواری و تا حدی بروندمی – رسوبی قرار گرفته‌اند (شکلهای 14 و 15). در شکل 15 تعدادی از نمونه‌ها در محدوده کانسارهای آپاتیتی آهن قرار گرفته‌اند، اما با توجه به پائین بودن مقدار فسفر در آنالیزهای انجام شده (میانگین درصد p2o5 حدود 12/0 درصد) این کانسنگ نمی‌تواند از انواع کانسارهای آهن آپاتیتی باشد. فسفر در کانسنگ آهن موته، می تواند از منشا رسوبی شیمیایی و یا آواری تامین شده باشد.
 
مقادیر عناصر کمیاب این کانسار نسبت به کانسارهای ماگمایی مقایسه شده است. کانسارهای آهن ماگمایی دارای مگنتیت‌های غنی ز V (ppm2000-1000) و تهی از Cr (حدود ppm100) هستند و مقدار  Ti آنها نسبتاً پائین (ppm1000-100) است. اما مقدار عنصر وانادیم در نمونه‌های کانسنگ موته، بین  ppm300-10 (میانگین ppm78)، مقدار عنصر تیتانیوم ppm250-44 (میانگینppm154) و مقدار عنصر کروم ppm10-5 (میانگینppm 6) می‌باشد (شکل 16).
 
نتیجه گیری :
 
بر اساس مطالعات پتروگرافی به نظر می رسد که نهشت آهن به صورت شیمیایی و قبل از رخداد دگرگونی صورت گرفته است.
نتایج آنالیزهای ایزوتوپی، منشاء گوگرد باریت را سولفات آب دریا نشان می‌دهد. آهن و یونهای همراه (باریم، سیلیس، و عناصر دیگر) توسط سیالهای هیدروترمال مرتبط با رخداد آتشفشانی زیردریائی، یا واکنش آب دریا با سنگ های بستر، تامین شده است؛ بخشی از یونها ممکن است محصول فرسایش سنگ های قاره ای باشد.
وجود یک رخنمون نسبتا بزرگ از گرانیت موته در نزدیکی انباشتهای آهن، می تواند منشاء اسکارنی را پیشنهاد کند، اما با توجه به ترکیب فلسیک و تفریق یافته این گرانیت، به نظر نمی رسد منشاء تولید کانسنگ آهن باشد.
کانی شناسی و توزیع عناصر نادر خاکی در اکتینولیت شیست‌ها، حاکی از دو منشاء متفاوت برای این سنگ‌های دگرگون شده است. سنگ‌های آتشفشانی دگرگون شده، ترکیب متا ریولیت تا متا داسیت نشان می‌دهند.
کمبود مقدار عناصر کبالت، نیکل و وانادیم و همچنین پائین بودن مقدار عناصر REE ،اورانیوم و توریوم در آنالیز نمونه‌های کانسنگ موته، الگوی زایش ماگمایی کانسار را نفی می‌کند. 
همچنین نتایج آنالیزهای شیمیایی و مقایسه نسبت عناصر نیکل، وانادیم و تیتانیم نشان می‌دهد که تشکیل کانسنگ آهن موته به صورت رسوبی- شیمیایی بوده و بخشی از آهن مورد نیاز می‌تواند از فعالیت‌های آتشفشانی رخداده در منطقه تامین شده باشد.
منابع فارسی :
 
1)      آقانباتی، سید علی، 1385، زمین شناسی ایران، انتشارات سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 586 صفحه.
2)   بابکی، آنیتا.، آفتابی، علیجان، 1385، بررسی الگوی کانسارسازی آهن در کانسار گل گهر سیرجان، کرمان.، علوم زمین، شماره 61، صفحات 40-59 .
بهزادی، مهرداد.، 1385، کانی‌شناسی، ژئوشیمی و ژنز کانسار آهن آنومالی شمالی واقع در منطقه بافق یزد، پیان نامه دکتری دانشگاه شهید بهشتی، 212 صفحه.
3)   رشید نژاد عمران، نعمت الله، 1381، پترولژی و ژئوشیمی سنگ های ولکانوسدیمنتری و پلوتونیک منطقه موته جنوب دلیجان با نگرش ویژه بر خاستگاه کانه زایی طلا، پایان نامه دوره دکتری دانشکاه تربیت مدرس 370 صفحه.
4)   سیاه چشم، کمال. کلاگری، علی اصغر. عابدینی، علی.، 1385، ویژگی‌های کانی‌شناسی، دگرسانی متاسوماتیکی و شرایط تشکیل اسکارن آهن پهناور، خاور سیه چشمه، آذربایجان شرقی، فصلنامه علوم زمین، شماره 60، صفحات 98-109 .

کلید واژه ها: اصفهان