اقتباس مدت زمان میوسن از تجزیه و تحلیل رسوبگذاری و چینه نگاری چرخه ای: مثالی گویا از نادرستی سن های پرتو سنجی
| دسته | چینه شناسی و فسیل شناسی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | هجدهمین گردهمائی علوم زمین |
| نویسنده | منوچهر پدرامی |
| تاريخ برگزاری | ۰۵ بهمن ۱۳۷۸ |
سرعت رسوبگذاری بر حسب سن های پرتو سنجی در واحد های قدیمیتر از پلیوسن چینه نگاری سنگی ایران در حدود 3 سانتی متر در هر هزار سال و یا حتی کمتر است، این با هیچ یک از مفاهیم قابل قبول نیست، زیرا این واحد ها نشان می دهند که هشته های کم عمق دریای داخلی در نواحی مراکز انباشت جایی که سرعت رسوبگذاری حداقل یک مرتبه بیشتر باید باشد، ثابت است.
سرعت رسوبگذاری اقتباس از پرتو سنجی از طرف دیگر با حوضه های یوپلاژیک مطابقت دارد که بر روی پوسته اقیانوسی و یا هزاران مایل دور از حواشی قاره ها قرار دارند. شواهد و یا ویژگی های رسوبی فراوانی وجود دارد که نادرستی سن های پرتو سنجی را ثابت می کند. در این بحث، سریهای میوسن به عنوان مثالی گویا مورد بررسی قرار می گیرد.
برونزد های هم شیب الیگوسن تا توالی پلیستوسن زیرین در بعضی از نواحی ایران مرکزی در دسترس است. بیست سال پیش تنها با مشاهده نسبت ستبرای میوسن به توالی های پلیو- پلیستوسن در این نواحی شگفت زده شدم. این نسبت 1 به 6 و یا 1 به 7 در همه مقاطع بررسی شده بود.
در آن زمان نسبت رسوب گذاری توالی عمده پلیو- پلیستوسن را با اندازه گیری سالچینه و تجزیه و تحلیل چرخه ها مطالعه می کردم. معدل ستبرای سالچینه ها در افق های سالچینه و چرخه های پیش افتی و برون مرکزی به ویژه با پایین رفتن از پلیوسن به میوسن بدون تغییر باقی می ماند. برای تبیین ماهیت این چرخه ها آنها را به طور عمده با مطالعه سالچینه ها از لحاظ زمانی و سن های پرتو سنجی متداول برای قاعده پلیوسن تنظیم کردم. در ان زمان فرض را بر آن گرفته بودم که سن پرتو سنجی به جز در محدوده مرز باریکی نمی تواند اشتباه باشد. بنابراین سنی در حدود 4/3 میلیون سال برای قاعده پلیوسن که از مطالعات سرعت رسوب گذاری به دست می آید، بیش و کم با سن های پرتو سنجی سازگاری داشت.اما مشکلم را با درازای زمان میوسن با کمتر از یک میلیون سال بر گرفته از قرابت های بسیار مشابه با آنچه که برای پلیو پلیستوسن به کار برده بودم، چگونه می توانستم حل کنم. به هر حال، چندین سال کار پیگیر و مداوم را بدون هیچ گونه تردیدی در مورد سن های پرتو سنجی پیش از پلیوسن که بسیار اغراق آمیز است، از دست دادم. سپس به این نتیجه رسیدم که حتی نادرستی نسبی سن پرتو سنجی قاعده پلیوسن بایستی تنها یک استناد تصادفی باشد، به خصوص اینکه سن پرتو سنجی اولیه که توسط Holmes در سال 1936 میلادی ارائه گردید، 16 میلیون سال بود. انگاره ای که بعد ها بارها بدون هیچگونه دلایل روشنی کاهش یافت تا اینکه در مقاله های جدید به حدود 5 میلیون سال می رسد.
یکی از انگاره های نخستین من در ارزیابی نرخ های رسوب گذاری میوسن توجه به محیط و نرخ هشته شدن سنگ آهک بود. با مطالعه این موضوع به زودی به این نتیجه رسیدم که برای نوع آب و هوای حاکم در میوسن ایران، چنانچه سرعت رسوب گذاری در این مورد کمتر از 50 سانتی متر در هر هزار سال باشد، توالی های دریایی کم عمق این زمان بایستی تقریباٌ بر اساس رخساره های سنگ آهک تنظیم گردد. این معیار به تنهایی برای متقاعد ساختنم، کافی بود که سن های پرتو سنجی به هیچ عنوان منطقی نیست. در بعضی از نواحی تراف زاگرس در بخش گرم جنوبی کشور سریهای میوسن قرار گرفته است که سازند آسماری و یا مخازن میادین نفتی به طور کلی از طبقات سنگ آهک حتی با سرعت های رسوب گذاری در حدود 1 متر در هر هزار سال و ستبرای کل بیش از 500 متر ساخته شده است. در چنین نواحی توزیع سنگ های آواری بستگی به موقعیت محل رسوب گذاری و تا اندازه ایی دور از محور های عمیق تر حوضه، جائیکه مارن حوضه هشته می گردد، دارد.
در مرکز و شمال ایران مرکزی با عرض جغرافیایی بالاتر و ذخیره بیشتر رسوبات آواری با سرعت رسوب گذاری خاصی در حدود 1/5 متر در هر هزار سال در نواحی مرکز رسوب گذاری، سنگ آهک تنها 20 تا 30 درصد سریهای میوسن را شامل می شود؛ سازند قم که مقدار ستبرای کل آن در حدود 1000 متر است افزایش سرعت رسوب گذاری به حدود 2/5 متر در هر هزار سال می رسد، میزان سنگ آهک در آن تا کمتر از 10% کاهش می یابد که ستبرایی در حدود 1600 متر دارد و شامل مقدار زیادی مارن و شیل ماسه ای است.
معتقد هستم که روش صحیح و بسیار موثر در اندازه گیری زمان چینه نگاری، شناسایی و بکارگیری چرخه های «میلانکویچ» است که معمولاٌ به خوبی و یا حداقل در حال حاضر در هشته های قاره ای و دریایی کم عمق در تمامی سن ها و در همه انواع سنگ ها گسترش دارد. شناسایی آنها برای یک دانشجوی مجرب در این رشته بایستی بسیار ساده باشد اما پیش از رسیدن به بلوغ تجربی بایستی بیشتر آموخت. در اینجا بعضی از موارد شناخته شده از آنها بطور اختصار تشریح می گردد.
1- چرخه های پیش افتی به طور معمول بیشترین نمود و گسترش را دارند و از این رو ممکن است به عنوان «چرخه بنیادی» مطرح شوند.
2- چرخه های بنیادی «کوچکترین چرخه های اصلی» هستند. در نگاشت رسوبات ایران با سن های مختلف، دامنه ستبرایی آنها در حدود 10 تا 100 متر است که مطابق با سرعت رسوب گذاری در حدود 50 سانتی متر تا 5 متر در هر هزار سال است.
3- چرخه های بنیادی در سراسر مقاطع مطالعه شده نمود یکسانی ندارند، آنها در فواصل معین با تمایز بیشتری ظاهر می شوند.
4- در بسیاری از موارد مجموعه ای مربوط به حدود 4 چرخه اصلی در افق های خاصی از این مقطع به طور آشکار نمود می یابند. این چرخه نماینده چرخه های «مداری برون مرکزی» هستند.
5- در توالی های دریایی، این چرخه ها با تغییرات منظم از سنگ آهک تا طبقات تخریبی و یا در توالی های تخریبی محض، به واسطه تناوب منظم ماسه سنگ ها و تخریبی های دانه ریز بهتر شناخته می شوند. در رخساره های سنگ آهک، میانگین ستبرای طبقات و خلوص آنها به طور منظم به سمت بخش سردتر چرخه کاهش می یابد. در توالی قاره ای تناوب منظم رسوبات تبخیری و قرمز و یا سبز رنگ تخریبی ریز دانه در محیط های کم عمق دریایی نیز مشاهده می گردد. افق های هوازده سنگ جوش بادزن های آبرفتی و یا سطوح فرسایشی کوچک بهترین میانگین های تغییر تدریجی چرخه هستند. از آنجائیکه رسوبات میوسن در ایران عمدتاٌ دریایی هستند، این رسوبات چرخه بزرگی از پیشروی دریا و یا بالا بودن سطح آب دریا را نشان می دهد که به وضوح از رسوبات کم عمق دریای الیگوسن و پلیوسن جدا می شود.
6- سالچینه ها به طور کلی رسوبات افق های متفاوت دریایی و دریاچه ایی را نشان می دهند و به سهولت در ارزیابی سرعت رسوبگذاری می توانند، بکار بروند. ستبرای میانگین در شمار زیادی از سالچینه ها در سطوح مختلف مقاطع مطالعه شده از سرعت رسوبگذاری آن به دست می آید. بنابر دلایلی که به طور کامل شناخته نیست، دقت آن به طور حیرت آوری بالا است. لایه های توربیدایتی گاهی اوقات در مقاطع مورد مطالعه دیده می شود، اما علیرغم این حالت درستی این روش تقریباٌ تغییر نمی کند و به ظاهر به دلیل فواصل زمانی طولانی بیشتر جدایش لایه های توربیدایتی و کاهش سرعت رسوب گذاری در بالای بلافصل چنین لایه هایی، در یک مدت زمان محدود، بر حسب بالا آمدن جزیی کف حوضه در محل رسوب گذاری رسوبات توربیدایتی است.
7- در رسوبات نیمه پلاژیک، فراوانی فرامینیفرهای شناور در ارتباط با سرعت رسوب گذاری است. ارتباط ساده و تا حدی کلی میان آنها را می توان به شکل R× P = 60+20 بیان کرد. R سرعت رسوب گذاری بر حسب سانتی متر در هر هزار سال و P درصد فراوانی فرامینیفرهای شناور بر حسب وزن و یا حجم است که می بایست معدلی از مقدار نمونه ها از پهنه های مختلف حوضه مورد مطالعه باشد. همواره معدل فراوانی فرامینیفرها در بخش عمیق حوضه بالاتر و در حواشی و یا کرانه های پهنه پایین تر است.
8- چینه نگاری آب و هوایی بر اساس گروههایی از فرامینیفرهای شناگر و کف زیی که به عمق و یا درجه حرارت حساس هستند و به وضوح ثابت می کنند که کوچکترین چرخه های اصلی که از چرخه های بنیادی است، گویای یکی از چرخه های کوچکتر الگوی «میلانکویچ» است. این حالت بر این اساس است که حتی در نمونه هایی که در فواصل خیلی نزدیک چرخه بنیادی قرار دارند، در بیشتر موارد تنها شامل یک قطعه اوج و یک قطعه قعر است. این گواه خیلی محکمی است که این چرخه ها نمی توانند از چرخه تیلت بزرگتر باشند؛ هر چند روش های دیگری در تعیین سرعت رسوبگذاری ها در اینجا ذکر می گردد، هیچ تردیدی را باقی نمی گذارد که آنها چرخه های پیش افتی هستند، حتی هنوز یک چرخه تیلت در حدود 40 هزار سال و یا حتی یک دوره برون مرکزی در حدود 100 هزار سال با سن های پرتو سنجی، مغایرت زیادی دارد.
9- تحول وضعیت محیط از سرد به گرم در سنگ شناسی و هم فسیل شناسی بررسی شده که از مطالعات سرعت رسوب گذاری این تحول در حدود 3 هزار سال است، در حالیکه بر حسب سن های پرتو سنجی در حدود 30 هزار سال می باشد.
بر اساس نتایج این مطالعات می توانم بدون تردید عنوان کنم که میوسن تنها شامل 27 تا 28 چرخه پیش افتی و بیشینه زمان از آغاز تا پایان در حدود 650 هزار سال است. مطالعات مشابهی بر اساس سن هایی برای قاعده واحد های چینه نگاری زمانی قدیم تر در بیست و هشتمین کنگره بین المللی زمین شناسی، واشنگتن در سال 1989 ارائه گردید. آرکئن و یا آزوئیک کمتر از 40 میلیون سال، پالئوزوئیک در حدود 16 میلیون سال، مزوزوئیک در حدود 11 میلیون سال و سنوزوئیک در حدود 6 میلیون سال است.
سرعت رسوبگذاری اقتباس از پرتو سنجی از طرف دیگر با حوضه های یوپلاژیک مطابقت دارد که بر روی پوسته اقیانوسی و یا هزاران مایل دور از حواشی قاره ها قرار دارند. شواهد و یا ویژگی های رسوبی فراوانی وجود دارد که نادرستی سن های پرتو سنجی را ثابت می کند. در این بحث، سریهای میوسن به عنوان مثالی گویا مورد بررسی قرار می گیرد.
برونزد های هم شیب الیگوسن تا توالی پلیستوسن زیرین در بعضی از نواحی ایران مرکزی در دسترس است. بیست سال پیش تنها با مشاهده نسبت ستبرای میوسن به توالی های پلیو- پلیستوسن در این نواحی شگفت زده شدم. این نسبت 1 به 6 و یا 1 به 7 در همه مقاطع بررسی شده بود.
در آن زمان نسبت رسوب گذاری توالی عمده پلیو- پلیستوسن را با اندازه گیری سالچینه و تجزیه و تحلیل چرخه ها مطالعه می کردم. معدل ستبرای سالچینه ها در افق های سالچینه و چرخه های پیش افتی و برون مرکزی به ویژه با پایین رفتن از پلیوسن به میوسن بدون تغییر باقی می ماند. برای تبیین ماهیت این چرخه ها آنها را به طور عمده با مطالعه سالچینه ها از لحاظ زمانی و سن های پرتو سنجی متداول برای قاعده پلیوسن تنظیم کردم. در ان زمان فرض را بر آن گرفته بودم که سن پرتو سنجی به جز در محدوده مرز باریکی نمی تواند اشتباه باشد. بنابراین سنی در حدود 4/3 میلیون سال برای قاعده پلیوسن که از مطالعات سرعت رسوب گذاری به دست می آید، بیش و کم با سن های پرتو سنجی سازگاری داشت.اما مشکلم را با درازای زمان میوسن با کمتر از یک میلیون سال بر گرفته از قرابت های بسیار مشابه با آنچه که برای پلیو پلیستوسن به کار برده بودم، چگونه می توانستم حل کنم. به هر حال، چندین سال کار پیگیر و مداوم را بدون هیچ گونه تردیدی در مورد سن های پرتو سنجی پیش از پلیوسن که بسیار اغراق آمیز است، از دست دادم. سپس به این نتیجه رسیدم که حتی نادرستی نسبی سن پرتو سنجی قاعده پلیوسن بایستی تنها یک استناد تصادفی باشد، به خصوص اینکه سن پرتو سنجی اولیه که توسط Holmes در سال 1936 میلادی ارائه گردید، 16 میلیون سال بود. انگاره ای که بعد ها بارها بدون هیچگونه دلایل روشنی کاهش یافت تا اینکه در مقاله های جدید به حدود 5 میلیون سال می رسد.
یکی از انگاره های نخستین من در ارزیابی نرخ های رسوب گذاری میوسن توجه به محیط و نرخ هشته شدن سنگ آهک بود. با مطالعه این موضوع به زودی به این نتیجه رسیدم که برای نوع آب و هوای حاکم در میوسن ایران، چنانچه سرعت رسوب گذاری در این مورد کمتر از 50 سانتی متر در هر هزار سال باشد، توالی های دریایی کم عمق این زمان بایستی تقریباٌ بر اساس رخساره های سنگ آهک تنظیم گردد. این معیار به تنهایی برای متقاعد ساختنم، کافی بود که سن های پرتو سنجی به هیچ عنوان منطقی نیست. در بعضی از نواحی تراف زاگرس در بخش گرم جنوبی کشور سریهای میوسن قرار گرفته است که سازند آسماری و یا مخازن میادین نفتی به طور کلی از طبقات سنگ آهک حتی با سرعت های رسوب گذاری در حدود 1 متر در هر هزار سال و ستبرای کل بیش از 500 متر ساخته شده است. در چنین نواحی توزیع سنگ های آواری بستگی به موقعیت محل رسوب گذاری و تا اندازه ایی دور از محور های عمیق تر حوضه، جائیکه مارن حوضه هشته می گردد، دارد.
در مرکز و شمال ایران مرکزی با عرض جغرافیایی بالاتر و ذخیره بیشتر رسوبات آواری با سرعت رسوب گذاری خاصی در حدود 1/5 متر در هر هزار سال در نواحی مرکز رسوب گذاری، سنگ آهک تنها 20 تا 30 درصد سریهای میوسن را شامل می شود؛ سازند قم که مقدار ستبرای کل آن در حدود 1000 متر است افزایش سرعت رسوب گذاری به حدود 2/5 متر در هر هزار سال می رسد، میزان سنگ آهک در آن تا کمتر از 10% کاهش می یابد که ستبرایی در حدود 1600 متر دارد و شامل مقدار زیادی مارن و شیل ماسه ای است.
معتقد هستم که روش صحیح و بسیار موثر در اندازه گیری زمان چینه نگاری، شناسایی و بکارگیری چرخه های «میلانکویچ» است که معمولاٌ به خوبی و یا حداقل در حال حاضر در هشته های قاره ای و دریایی کم عمق در تمامی سن ها و در همه انواع سنگ ها گسترش دارد. شناسایی آنها برای یک دانشجوی مجرب در این رشته بایستی بسیار ساده باشد اما پیش از رسیدن به بلوغ تجربی بایستی بیشتر آموخت. در اینجا بعضی از موارد شناخته شده از آنها بطور اختصار تشریح می گردد.
1- چرخه های پیش افتی به طور معمول بیشترین نمود و گسترش را دارند و از این رو ممکن است به عنوان «چرخه بنیادی» مطرح شوند.
2- چرخه های بنیادی «کوچکترین چرخه های اصلی» هستند. در نگاشت رسوبات ایران با سن های مختلف، دامنه ستبرایی آنها در حدود 10 تا 100 متر است که مطابق با سرعت رسوب گذاری در حدود 50 سانتی متر تا 5 متر در هر هزار سال است.
3- چرخه های بنیادی در سراسر مقاطع مطالعه شده نمود یکسانی ندارند، آنها در فواصل معین با تمایز بیشتری ظاهر می شوند.
4- در بسیاری از موارد مجموعه ای مربوط به حدود 4 چرخه اصلی در افق های خاصی از این مقطع به طور آشکار نمود می یابند. این چرخه نماینده چرخه های «مداری برون مرکزی» هستند.
5- در توالی های دریایی، این چرخه ها با تغییرات منظم از سنگ آهک تا طبقات تخریبی و یا در توالی های تخریبی محض، به واسطه تناوب منظم ماسه سنگ ها و تخریبی های دانه ریز بهتر شناخته می شوند. در رخساره های سنگ آهک، میانگین ستبرای طبقات و خلوص آنها به طور منظم به سمت بخش سردتر چرخه کاهش می یابد. در توالی قاره ای تناوب منظم رسوبات تبخیری و قرمز و یا سبز رنگ تخریبی ریز دانه در محیط های کم عمق دریایی نیز مشاهده می گردد. افق های هوازده سنگ جوش بادزن های آبرفتی و یا سطوح فرسایشی کوچک بهترین میانگین های تغییر تدریجی چرخه هستند. از آنجائیکه رسوبات میوسن در ایران عمدتاٌ دریایی هستند، این رسوبات چرخه بزرگی از پیشروی دریا و یا بالا بودن سطح آب دریا را نشان می دهد که به وضوح از رسوبات کم عمق دریای الیگوسن و پلیوسن جدا می شود.
6- سالچینه ها به طور کلی رسوبات افق های متفاوت دریایی و دریاچه ایی را نشان می دهند و به سهولت در ارزیابی سرعت رسوبگذاری می توانند، بکار بروند. ستبرای میانگین در شمار زیادی از سالچینه ها در سطوح مختلف مقاطع مطالعه شده از سرعت رسوبگذاری آن به دست می آید. بنابر دلایلی که به طور کامل شناخته نیست، دقت آن به طور حیرت آوری بالا است. لایه های توربیدایتی گاهی اوقات در مقاطع مورد مطالعه دیده می شود، اما علیرغم این حالت درستی این روش تقریباٌ تغییر نمی کند و به ظاهر به دلیل فواصل زمانی طولانی بیشتر جدایش لایه های توربیدایتی و کاهش سرعت رسوب گذاری در بالای بلافصل چنین لایه هایی، در یک مدت زمان محدود، بر حسب بالا آمدن جزیی کف حوضه در محل رسوب گذاری رسوبات توربیدایتی است.
7- در رسوبات نیمه پلاژیک، فراوانی فرامینیفرهای شناور در ارتباط با سرعت رسوب گذاری است. ارتباط ساده و تا حدی کلی میان آنها را می توان به شکل R× P = 60+20 بیان کرد. R سرعت رسوب گذاری بر حسب سانتی متر در هر هزار سال و P درصد فراوانی فرامینیفرهای شناور بر حسب وزن و یا حجم است که می بایست معدلی از مقدار نمونه ها از پهنه های مختلف حوضه مورد مطالعه باشد. همواره معدل فراوانی فرامینیفرها در بخش عمیق حوضه بالاتر و در حواشی و یا کرانه های پهنه پایین تر است.
8- چینه نگاری آب و هوایی بر اساس گروههایی از فرامینیفرهای شناگر و کف زیی که به عمق و یا درجه حرارت حساس هستند و به وضوح ثابت می کنند که کوچکترین چرخه های اصلی که از چرخه های بنیادی است، گویای یکی از چرخه های کوچکتر الگوی «میلانکویچ» است. این حالت بر این اساس است که حتی در نمونه هایی که در فواصل خیلی نزدیک چرخه بنیادی قرار دارند، در بیشتر موارد تنها شامل یک قطعه اوج و یک قطعه قعر است. این گواه خیلی محکمی است که این چرخه ها نمی توانند از چرخه تیلت بزرگتر باشند؛ هر چند روش های دیگری در تعیین سرعت رسوبگذاری ها در اینجا ذکر می گردد، هیچ تردیدی را باقی نمی گذارد که آنها چرخه های پیش افتی هستند، حتی هنوز یک چرخه تیلت در حدود 40 هزار سال و یا حتی یک دوره برون مرکزی در حدود 100 هزار سال با سن های پرتو سنجی، مغایرت زیادی دارد.
9- تحول وضعیت محیط از سرد به گرم در سنگ شناسی و هم فسیل شناسی بررسی شده که از مطالعات سرعت رسوب گذاری این تحول در حدود 3 هزار سال است، در حالیکه بر حسب سن های پرتو سنجی در حدود 30 هزار سال می باشد.
بر اساس نتایج این مطالعات می توانم بدون تردید عنوان کنم که میوسن تنها شامل 27 تا 28 چرخه پیش افتی و بیشینه زمان از آغاز تا پایان در حدود 650 هزار سال است. مطالعات مشابهی بر اساس سن هایی برای قاعده واحد های چینه نگاری زمانی قدیم تر در بیست و هشتمین کنگره بین المللی زمین شناسی، واشنگتن در سال 1989 ارائه گردید. آرکئن و یا آزوئیک کمتر از 40 میلیون سال، پالئوزوئیک در حدود 16 میلیون سال، مزوزوئیک در حدود 11 میلیون سال و سنوزوئیک در حدود 6 میلیون سال است.