بررسی سنگ شناسی و ژئو شیمیایی آتشفشان بیدخوان
| دسته | پترولوژی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | ششمین همایش سالانه انجمن زمین شناسی ایران |
| نویسنده | رضا کیانی- عباس مرادیان |
| تاريخ برگزاری | ۲۵ بهمن ۱۳۷۸ |
موقعیت جغرافیایی و جایگاه زمین شناسی: استراتو ولکان بید خوان در 90 کیلومتری جنوب غربی کرمان و در 40 کیلومتری جنوب غربی شهرستان بردسیر واقع گردیده است. منطقه مورد مطالعه با وسعت بیش از 400 کیلومتر مربع در بین طول جغرافیایی 56 درجه و 40 دقیقه الی 56 درجه و 27 دقیقه و عرض جغرافیایی 29 درجه و 30 دقیقه الی 29 درجه و 41 دقیقه واقع گردیده است. برای دسترسی به منطقه مورد مطالعه می توان از دو مسیر کرمان- بردسیر- بید خوان؛ و مسیر کرمان- نگار- بیدخوان استفاده نمود.
منطقه بید خوان از نظر تقسیمات زمین شناسی ساختمانی ایران، در جنوب شرقی کمربند آتشفشانی ارومیه دختر و از نظر تقسیمات زمین شناسی کرمان در نوار دهج- ساردوئیه واقع گردیده است.
مطالعات صحرایی: آتشفشان بید خوان نمونه جالب و کاملی از یک استراتوولکان شبیه کوه مزاحم واقع در چهار گوش شهر بابک است. این آتشفشان در زمان پلیوسن دارای فعالیت بوده است. شعاع عمل این آتشفشان حدوداٌ به 20 کیلومتر (نزدیکی آبادی باغابر) می رسد. دهانه آتشفشان (Caldera) در محل آبادی های بید خوان و باب زیتون واقع است.
این مجموعه آتشفشانی دارای ترکیب داسیتی و شامل سنگ های آذر آواری و گدازه ای است. توالی زیر در این مجموعه آتشفشانی قابل مشاهده است:
- لاهار با ضخامتی حدود 30 متر به رنگ سبز و با قطعاتی از سنگ های آتشفشانی ائوسن.
- لاهار با قطعات آندزیتی دارای ابعاد مختلف و با ضخامتی بیش از 50 متر.
- لاهار و گدازه های آندزیتی
- خاکستر آتشفشانی با رنگی سفید و ضخامتی حدود 1 تا 15 متر.
- لاهار با قطعات گدازه آندزیتی با خمیره آتشفشانی.
- سوزن های گدازه ای ریو داسیتی که دارای بافت جریانی و ایگنمبریتی هستند.
بر اساس تقسیم بندی استراتو ولکان ها (کلروپایک 1981)، استراتو ولکان بید خوان از نوع کالکو آلکالن حاوی کالدرا می باشد. استراتوولکان بید خوان در تقسیم بندی ویلیامز و مک بیرنی (1979) از نوع کالدراهای استراتوکون یا کالدراهای نوع کراکاتوآ (Krakatoa) است که در اثر فرو نشست حاصل می شوند.
ساختمان آتشفشان بید خوان دارای اجزاء مختلفی مانند کالدرا، مخروط اصلی، توده های نفوذی، گدازه ها و مواد آذر آواری مختلف می باشد. سطح داخلی کالدرای این آتشفشان به دلیل عملکرد توده های نفوذی مرکزی مسطح نمی باشد و دیواره های آن بلند و با شیب تند واقع شده است. این توده های مرکزی به شدت تحت تاثیر دگرسانی قرار گرفته اند. این شواهد نشان می دهد که کالدرای بید خوان یک کالدرای ریزشی است. فوران های آذر آواری و جریان های گدازه ای را به طور متناوب بر روی ساختمان این استراتو ولکان می توان دید.
مخروط آتشفشان بید خوان دارای دامنه هایی با شیب تند است که به طرف قسمت های بالاتر شیب آن زیادتر می شود. این یکی از مشخصات استراتو ولکان های جوان است و وجود مواد آذر آواری با حجم زیاد را دلیل آن می دانند. شواهد صحرایی نشان می دهد که فوران در آتشفشان بید خوان از یک مجرای اصلی و چند مجرای فرعی صورت گرفته است. وجود ناپیوستگی های متعدد بین لایه های مختلف آتشفشانی ادعای فوق را تایید می کند. با توجه به مشخصات فوق به نظر می رسد که آتشفشان بید خوان یک آتشفشان مرکب بوده و مخروط متقارنی ندارد.
مطالعات میکروسکوپی: مطالعات پتروگرافی شواهد متعددی از تاثیر شرایط غیر تعادلی و اختلاط ماگمایی را در سنگ های آتشفشانی نشان می دهد.
- انحلال و بافت غربالی پلاژیو کلاز ها: انحلال پلاژیو کلاز ها و توسعه بافت غربالی (Seive Texture) در گدازه های آتشفشانی بید خوان یک پدیده بسیار رایج است. اکثر فنوکریست های پلاژیو کلاز بعد از انحلال و توسعه بافت غربالی، رشد ثانویه از خود نشان می دهند.
برای انحلال مرکز پلاژیو کلاز ها و حالت خلیجی آنها تئوری های زیر مطرح است:
1- بلور های مذکور نسبت به سایر بلور ها بیش از چندین بار متحمل کاهش فشار شده اند.
2- فرو رفتن در ماگمایی با حرارت بالاتر در اثر جریانات کنوکسیونی حاکم
اختلاط ماگمایی می تواند تغییرات درجه حرارت قابل ملاحظه ای را در این سیستم ایجاد کند و فشار حاکم بر سیستم ماگمایی، با تشکیل کالدرا افت ناگهانی پیدا می کند.
- منطقه بندی نوسانی یا ترکیبی پلاژیو کلاز ها: بیشتر پلاژیو کلاز ها منطقه بندی نوسانی یا ترکیبی از خود نشان می دهند. میزان آنورتیت در این حالت تغییرات ناگهانی (حدود 30 درصد) و تغییرات تدریجی (حدود 10 درصد) نشان می دهد. ایجاد تغییرات ناگهانی در ترکیب پلاژیو کلاز ها، مستلزم تغییرات ناگهانی در شرایط ترمو دینامیکی تبلور است. امروزه این پدیده را اغلب با اختلاط ماگمایی توجیه می کنند، این پدیده می تواند ناشی از تغییرات فشار در یک سیستم ماگمایی با نوسانات شدید درجه حرارت به علت اختلاط ماگمایی باشد.
تنوع ماکل های پلاژیو کلاز ها:
حضور ماکل های ثانویه ای، نظیر ماکل های دگر شکلی (Deformation Twins) در فنو کریست های پلاژیو کلاز نشان می دهد که این ماکل ها در اثر تحمل استرس و لغزش در سطوح بلورین ایجاد شده اند. وقتی حرکت در سطوح بلورین در مقیاس وسیع اتفاق افتد، لغزش منجر به ایجاد بریدگی در این بلورها می شود، بدون اینکه ماکل به وجود آید.
اپکی شدن فرو منیزین ها:
پایین آمدن سریع فشار بخار آب در سنگ های آتشفشانی، باعث اوپاستیزه شدن کانی های فرو منیزین می گردد، به این معنی که بیوتیت و هورنبلند به یک آمیخته بسیار دانه ریز از مگنتیت، هماتیت، اسپینل و پیروکسن تخریب می شوند.
این فرایند در آمفیبول های موجود در سنگ های منطقه بید خوان به وفور مشاهده می گردد. در هنگام صعود ماده مذاب، اکسی هورنبلند تشکیل شده در درون زمین، به علت کاهش فشار بیش از این با ماگما در حالت تعادل قرار نمی گیرد. این امر باعث تخریب شبکه و تشکیل یک آمیخته جدید می شود. این آمیخته شامل مگنتیت، هماتیت، کلینو پیروکسن های حاوی آهن اندک و سایر کانی های مشابه می باشد.
مطالعات ژئو شیمیایی:
سنگ های مورد مطالعه در منطقه بید خوان، بر اساس تقسیم بندی عناصر آلکالی در مقابل سیلیس (TAS) در چهار محدوده آندزیت، داسیت، تراکی داسیت و تراکی آندزیت واقع می شوند.
بررسی مطالعات ژئو شیمیایی نشان می دهد که سنگها بر روی نمودارهای سری های ماگمایی در محدوده سریهای کالکوآلکالن قرار می گیرند بطوریکه یک روند خطی مشابه با مناطق کوهزایی را نشان می دهند. بررسی نمودارهای هارکر نشان میدهد که نمونه ها در اکثر موارد ارتباط کمابیش منظمی را بین اکسید های اصلی و تغییرات سیلیس نشان نمی دهند. البته تغییرات MgO, CaO, Fe2O3 قابل ملاحظه بوده و کاهش چشمگیری را با ازدیاد سیلیس نشان می دهند و نسبت به دیگر اکسید ها پراکندگی کمتری دارند. بررسی ارتباط منظم برای گروه های جداگانه مثل آندزیت ها و داسیت ها بهتر صورت می گیرد. ولی کل نمونه ها به دلایل مختلف پراکندگی نشان می دهند. برای توجیه این پراکندگی ها موارد زیر را می توان مطرح کرد:
1- فوران های متعدد استراتو ولکان بید خوان و نبود فرصت کافی برای تفریق در هر فوران.
2- دگر سانی و تاثیر محلول های هیدرو ترمال
تغییرات اکسید های اصلی در مقابل شاخص تفریق (تاتال و تورنتون 1960) نیز اهمیت خاصی در این مطالعات نشان می دهد. اکسید هایی نظیر TiO2, CaO, Fe2O3, MgO ارتباط خوبی را شاخص تفریق تاتل و تورنتن نشان می دهند ولی این برای دیگر اکسید ها چندان قابل ملاحظه نیست و همبستگی خوبی را به دلایل فوق نشان نمی دهند.
نتیجه گیری:
مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی بر روی سنگ های آتشفشان بید خوان نتایج زیر را نشان می دهد:
- آتشفشان بید خوان در پلیوسن فعالیت داشته است و یک نوع استراتو ولکان با مخروط مرکب است کالدرای ریزشی وسیعی به قطر تقریبی 10 کیلومتر در دهانه آن تشکیل شده است.
- مواد آذر آواری و گدازه های مختلفی در ساختمان این استراتو ولکان به طور متناوب بر روی هم قرار گرفته اند. این آتشفشان به دلیل فوران های متعدد از دهانه های فرعی، مخروط متقارنی ندارد.
- آتشفشان بید خوان فعالیت های فراتوماگماتیک داشته است و فوران های آن با انفجارات شدیدی توام بوده است.
- گدازه های با بافت پورفیری حاوی بلور های درشت اولیه در یک خمیره دانه ریز می باشند، پس ماگما حداقل یک مرحله توقف را در مخازن زیر سطحی داشته است. منطقه بندی نوسانی و بافت غربالی در بلور های درشت پلاژیو کلاز و حاشیه واکنشی در فرو منیزین ها ناشی از اختلاط ماگمایی می باشند و با کاهش سریع فشار که در مراحل چند گانه تشکیل کالدرا رخ می دهد، در ارتباط است.
- سنگ های آتشفشان بید خوان ترکیب حد واسط دارند و ماگمای سازنده این استراتو ولکان در سری های ماگمایی کالکوآلکالن با پتاسیم متوسط قرار می گیرد.
- بررسی نمودار های متغیر هارکر نشان می دهد که با تبلور پیروکسن، آمفیبول و پلاژیو کلاز در ماگما مقادیر عناصری مانند کلسیم و آهن و منیزیم کم می شود و با پیشرفت تفریق عناصر قلیایی افزایش می یابد.
- ماگمای سازنده این استراتو ولکان یک ماگمای خالص نبوده و شواهدی از اختلاط ماگمایی را نشان می دهد. این ماگما از گوشته غنی شده بالای زون فرو رانشی منشاء گرفته است. بطوریکه سیالات حاصل از ذوب پوسته اقیانوسی، گوشته بالای زون فرورانش را غنی کرده است.
منطقه بید خوان از نظر تقسیمات زمین شناسی ساختمانی ایران، در جنوب شرقی کمربند آتشفشانی ارومیه دختر و از نظر تقسیمات زمین شناسی کرمان در نوار دهج- ساردوئیه واقع گردیده است.
مطالعات صحرایی: آتشفشان بید خوان نمونه جالب و کاملی از یک استراتوولکان شبیه کوه مزاحم واقع در چهار گوش شهر بابک است. این آتشفشان در زمان پلیوسن دارای فعالیت بوده است. شعاع عمل این آتشفشان حدوداٌ به 20 کیلومتر (نزدیکی آبادی باغابر) می رسد. دهانه آتشفشان (Caldera) در محل آبادی های بید خوان و باب زیتون واقع است.
این مجموعه آتشفشانی دارای ترکیب داسیتی و شامل سنگ های آذر آواری و گدازه ای است. توالی زیر در این مجموعه آتشفشانی قابل مشاهده است:
- لاهار با ضخامتی حدود 30 متر به رنگ سبز و با قطعاتی از سنگ های آتشفشانی ائوسن.
- لاهار با قطعات آندزیتی دارای ابعاد مختلف و با ضخامتی بیش از 50 متر.
- لاهار و گدازه های آندزیتی
- خاکستر آتشفشانی با رنگی سفید و ضخامتی حدود 1 تا 15 متر.
- لاهار با قطعات گدازه آندزیتی با خمیره آتشفشانی.
- سوزن های گدازه ای ریو داسیتی که دارای بافت جریانی و ایگنمبریتی هستند.
بر اساس تقسیم بندی استراتو ولکان ها (کلروپایک 1981)، استراتو ولکان بید خوان از نوع کالکو آلکالن حاوی کالدرا می باشد. استراتوولکان بید خوان در تقسیم بندی ویلیامز و مک بیرنی (1979) از نوع کالدراهای استراتوکون یا کالدراهای نوع کراکاتوآ (Krakatoa) است که در اثر فرو نشست حاصل می شوند.
ساختمان آتشفشان بید خوان دارای اجزاء مختلفی مانند کالدرا، مخروط اصلی، توده های نفوذی، گدازه ها و مواد آذر آواری مختلف می باشد. سطح داخلی کالدرای این آتشفشان به دلیل عملکرد توده های نفوذی مرکزی مسطح نمی باشد و دیواره های آن بلند و با شیب تند واقع شده است. این توده های مرکزی به شدت تحت تاثیر دگرسانی قرار گرفته اند. این شواهد نشان می دهد که کالدرای بید خوان یک کالدرای ریزشی است. فوران های آذر آواری و جریان های گدازه ای را به طور متناوب بر روی ساختمان این استراتو ولکان می توان دید.
مخروط آتشفشان بید خوان دارای دامنه هایی با شیب تند است که به طرف قسمت های بالاتر شیب آن زیادتر می شود. این یکی از مشخصات استراتو ولکان های جوان است و وجود مواد آذر آواری با حجم زیاد را دلیل آن می دانند. شواهد صحرایی نشان می دهد که فوران در آتشفشان بید خوان از یک مجرای اصلی و چند مجرای فرعی صورت گرفته است. وجود ناپیوستگی های متعدد بین لایه های مختلف آتشفشانی ادعای فوق را تایید می کند. با توجه به مشخصات فوق به نظر می رسد که آتشفشان بید خوان یک آتشفشان مرکب بوده و مخروط متقارنی ندارد.
مطالعات میکروسکوپی: مطالعات پتروگرافی شواهد متعددی از تاثیر شرایط غیر تعادلی و اختلاط ماگمایی را در سنگ های آتشفشانی نشان می دهد.
- انحلال و بافت غربالی پلاژیو کلاز ها: انحلال پلاژیو کلاز ها و توسعه بافت غربالی (Seive Texture) در گدازه های آتشفشانی بید خوان یک پدیده بسیار رایج است. اکثر فنوکریست های پلاژیو کلاز بعد از انحلال و توسعه بافت غربالی، رشد ثانویه از خود نشان می دهند.
برای انحلال مرکز پلاژیو کلاز ها و حالت خلیجی آنها تئوری های زیر مطرح است:
1- بلور های مذکور نسبت به سایر بلور ها بیش از چندین بار متحمل کاهش فشار شده اند.
2- فرو رفتن در ماگمایی با حرارت بالاتر در اثر جریانات کنوکسیونی حاکم
اختلاط ماگمایی می تواند تغییرات درجه حرارت قابل ملاحظه ای را در این سیستم ایجاد کند و فشار حاکم بر سیستم ماگمایی، با تشکیل کالدرا افت ناگهانی پیدا می کند.
- منطقه بندی نوسانی یا ترکیبی پلاژیو کلاز ها: بیشتر پلاژیو کلاز ها منطقه بندی نوسانی یا ترکیبی از خود نشان می دهند. میزان آنورتیت در این حالت تغییرات ناگهانی (حدود 30 درصد) و تغییرات تدریجی (حدود 10 درصد) نشان می دهد. ایجاد تغییرات ناگهانی در ترکیب پلاژیو کلاز ها، مستلزم تغییرات ناگهانی در شرایط ترمو دینامیکی تبلور است. امروزه این پدیده را اغلب با اختلاط ماگمایی توجیه می کنند، این پدیده می تواند ناشی از تغییرات فشار در یک سیستم ماگمایی با نوسانات شدید درجه حرارت به علت اختلاط ماگمایی باشد.
تنوع ماکل های پلاژیو کلاز ها:
حضور ماکل های ثانویه ای، نظیر ماکل های دگر شکلی (Deformation Twins) در فنو کریست های پلاژیو کلاز نشان می دهد که این ماکل ها در اثر تحمل استرس و لغزش در سطوح بلورین ایجاد شده اند. وقتی حرکت در سطوح بلورین در مقیاس وسیع اتفاق افتد، لغزش منجر به ایجاد بریدگی در این بلورها می شود، بدون اینکه ماکل به وجود آید.
اپکی شدن فرو منیزین ها:
پایین آمدن سریع فشار بخار آب در سنگ های آتشفشانی، باعث اوپاستیزه شدن کانی های فرو منیزین می گردد، به این معنی که بیوتیت و هورنبلند به یک آمیخته بسیار دانه ریز از مگنتیت، هماتیت، اسپینل و پیروکسن تخریب می شوند.
این فرایند در آمفیبول های موجود در سنگ های منطقه بید خوان به وفور مشاهده می گردد. در هنگام صعود ماده مذاب، اکسی هورنبلند تشکیل شده در درون زمین، به علت کاهش فشار بیش از این با ماگما در حالت تعادل قرار نمی گیرد. این امر باعث تخریب شبکه و تشکیل یک آمیخته جدید می شود. این آمیخته شامل مگنتیت، هماتیت، کلینو پیروکسن های حاوی آهن اندک و سایر کانی های مشابه می باشد.
مطالعات ژئو شیمیایی:
سنگ های مورد مطالعه در منطقه بید خوان، بر اساس تقسیم بندی عناصر آلکالی در مقابل سیلیس (TAS) در چهار محدوده آندزیت، داسیت، تراکی داسیت و تراکی آندزیت واقع می شوند.
بررسی مطالعات ژئو شیمیایی نشان می دهد که سنگها بر روی نمودارهای سری های ماگمایی در محدوده سریهای کالکوآلکالن قرار می گیرند بطوریکه یک روند خطی مشابه با مناطق کوهزایی را نشان می دهند. بررسی نمودارهای هارکر نشان میدهد که نمونه ها در اکثر موارد ارتباط کمابیش منظمی را بین اکسید های اصلی و تغییرات سیلیس نشان نمی دهند. البته تغییرات MgO, CaO, Fe2O3 قابل ملاحظه بوده و کاهش چشمگیری را با ازدیاد سیلیس نشان می دهند و نسبت به دیگر اکسید ها پراکندگی کمتری دارند. بررسی ارتباط منظم برای گروه های جداگانه مثل آندزیت ها و داسیت ها بهتر صورت می گیرد. ولی کل نمونه ها به دلایل مختلف پراکندگی نشان می دهند. برای توجیه این پراکندگی ها موارد زیر را می توان مطرح کرد:
1- فوران های متعدد استراتو ولکان بید خوان و نبود فرصت کافی برای تفریق در هر فوران.
2- دگر سانی و تاثیر محلول های هیدرو ترمال
تغییرات اکسید های اصلی در مقابل شاخص تفریق (تاتال و تورنتون 1960) نیز اهمیت خاصی در این مطالعات نشان می دهد. اکسید هایی نظیر TiO2, CaO, Fe2O3, MgO ارتباط خوبی را شاخص تفریق تاتل و تورنتن نشان می دهند ولی این برای دیگر اکسید ها چندان قابل ملاحظه نیست و همبستگی خوبی را به دلایل فوق نشان نمی دهند.
نتیجه گیری:
مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی بر روی سنگ های آتشفشان بید خوان نتایج زیر را نشان می دهد:
- آتشفشان بید خوان در پلیوسن فعالیت داشته است و یک نوع استراتو ولکان با مخروط مرکب است کالدرای ریزشی وسیعی به قطر تقریبی 10 کیلومتر در دهانه آن تشکیل شده است.
- مواد آذر آواری و گدازه های مختلفی در ساختمان این استراتو ولکان به طور متناوب بر روی هم قرار گرفته اند. این آتشفشان به دلیل فوران های متعدد از دهانه های فرعی، مخروط متقارنی ندارد.
- آتشفشان بید خوان فعالیت های فراتوماگماتیک داشته است و فوران های آن با انفجارات شدیدی توام بوده است.
- گدازه های با بافت پورفیری حاوی بلور های درشت اولیه در یک خمیره دانه ریز می باشند، پس ماگما حداقل یک مرحله توقف را در مخازن زیر سطحی داشته است. منطقه بندی نوسانی و بافت غربالی در بلور های درشت پلاژیو کلاز و حاشیه واکنشی در فرو منیزین ها ناشی از اختلاط ماگمایی می باشند و با کاهش سریع فشار که در مراحل چند گانه تشکیل کالدرا رخ می دهد، در ارتباط است.
- سنگ های آتشفشان بید خوان ترکیب حد واسط دارند و ماگمای سازنده این استراتو ولکان در سری های ماگمایی کالکوآلکالن با پتاسیم متوسط قرار می گیرد.
- بررسی نمودار های متغیر هارکر نشان می دهد که با تبلور پیروکسن، آمفیبول و پلاژیو کلاز در ماگما مقادیر عناصری مانند کلسیم و آهن و منیزیم کم می شود و با پیشرفت تفریق عناصر قلیایی افزایش می یابد.
- ماگمای سازنده این استراتو ولکان یک ماگمای خالص نبوده و شواهدی از اختلاط ماگمایی را نشان می دهد. این ماگما از گوشته غنی شده بالای زون فرو رانشی منشاء گرفته است. بطوریکه سیالات حاصل از ذوب پوسته اقیانوسی، گوشته بالای زون فرورانش را غنی کرده است.