مطالعه هیدروشیمی شورابه های پلایای بجستان به منظور اکتشاف املاح تبخیری و فلز استراتژیک لیتیوم
| دسته | ژئوشیمی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | ششمین همایش سالانه انجمن زمین شناسی ایران |
| نویسنده | حبیب ... ترشیزیان- سید رضا موسوی حرمی |
| تاريخ برگزاری | ۲۵ بهمن ۱۳۷۸ |
مقدمه: پلایا (Playa) که به فارسی آنرا کویر ترجمه نموده اند یکی از ارزشمند ترین محیط های رسوبی است که در گود ترین مناطق صحرایی گرم و خشک تشکیل می گردد. تاریخچه تحقیقات در زمینه مطالعه ژئو شیمی و هیدروشیمی رسوبات و شورابه های موجود در پلایاهای دوران سوم زمین شناسی نه تنها در ایران بلکه در سایر نقاط جهان دارای سابقه زیادی نیست. برای مدت زمان طولانی، بررسی های زمین شناسی پلایاها بسیار ضعیف و ناقص انجام شده است. اما مطالعات جدید در این ارتباط گامی نو در جهت شناخت هر چه بیشتر این محیط ها بوده است. به طوریکه از اوایل دهه هشتاد میلادی به بعد شاهد یک رشد کمی و کیفی قابل ملاحظه در مطالعه محیط های پلایایی می باشیم.
در جهان امروز مطالعه پلایاها از نظر اقتصادی حائز اهمیت فوق العاده ای است. زیرا بسیاری از منابع معدنی ارزشمند از جمله سولفات و کربنات سدیم و پتاسیم، گچ، نمک طعام، نیترات ها، برات ها، براکس، ید، برم و همچنین تعدادی از فلزات کمیاب و ارزشمند مانند کربنات لیتیوم، کربنات روبیدیوم، کربنات سزیوم و حتی اورانیوم و برخی دیگر از فلزات کمیاب در این محیط ها تشکیل و یا انباشته می گردند. به عنوان مثال بزرگترین خاستگاه کربنات لیتیوم جهان که به دلیل کاربری آن به فلز قرن آینده معروف است از پهنه نمکی Silver Peak در ایالات متحده گزارش شده است و یا یکی از بزرگترین معادن سولفات سدیم جهان با میانگین بهره برداری سالیانه حدود چهارصد هزار تن در پلایای غرب کانادا واقع گردیده است.
امروزه ثابت شده است که تلفیق اطلاعات و دانسته های زمین شناسی (ریخت شناسی، رسوب شناسی، هیدرو شیمی شورابه ها و دور سنجی) در ارتباط با پلایاها می تواند منجر به کسب نتایج بسیار امیدوار کننده ای گردد. در این تحقیق سعی شده است که گوشه ای از نتایج مطالعات ریخت شناسی و به ویژه هیدرو شیمی شورابه های پلایای بجستان معرفی گردد.
موقعیت جغرافیایی و آب و هوایی پلایای بجستان:
پلایای بجستان در بخش مرکزی استان خراسان، در نقشه زمین شناسی 1:250.000 فردوس، در عرض های جغرافیایی 34 درجه و صفر دقیقه تا 35 درجه و صفر دقیقه شمالی و طول های جغرافیایی 57 درجه و 15 دقیقه تا 58 درجه و 30 دقیقه شرقی به صورت کمانی گسترده شده است.
این پلایا با حدود 3725 کیلومتر مربع مساحت، دومین پلایای بزرگ ایران است. آب و هوای حوضه آبگیر پلایای بجستان گرم و خشک صحرایی است به طوریکه بر اساس آمار مربوط به یک دوره 20 ساله، حداقل درجه حرارت ثبت شده در آن 13/5 درجه سانتیگراد مربوط به دیماه 1365 و حداکثر آن با 42/5 درجه سانتیگراد مربوط به تیر ماه 1368 است. میانگین بارندگی سالیانه 167/8 میلی متر و میانیگین تبخیر سالیانه 2900 میلی متر می باشد (سالنامه آماری کشوری، 1373).
زمین شناسی حوضه بجستان: حوضه بجستان در شرق ایران مرکزی و در شمال غرب بلوک لوت واقع است. پلایای بجستان از شمال توسط کویر بزرگ و از جنوب توسط گسل قاسم آباد محدود شده است. زمان تشکیل حوضه بجستان کرتاسه بالایی بوده است. در ائوسن آتشفشان های زیر دریایی شدیدی به وقوع پیوسته است و در الیگومیوسن آب سراسر منطقه را فراگرفته و یک محیط دریایی نسبتاٌ عمیقی به وجود آورده است. در کواترنری به ویژه در حدود 14 هزار سال قبل، همزمان با تغییرات آب و هوایی در نتیجه پسروی یخچالها، دریاچه های عمده ایران از جمله پلایای بجستان تشکیل شدند. سن برونزد های سنگی پیرامون پلایای بجستان از پر کامبرین تا عهد حاضر است. در شرق پلایا، برونزد های سنگی شامل سنگ آهک های رودیست دار کرتاسه و نیز یکسری سنگ های آذرین جوان با سن ترسیر شامل گرانیت، ریولیت، گرانو دیوریت، پیروکسن آندزیت و توف است. در غرب پلایا گروه ازبک کوه شامل سنگ آهک، دولومیت و شیل با سن دونین- کربنیفر و نیز یک سری سنگ های آذرین گرانیتی و دگرگونی از جنس آمفیبولیت با سن پرکامبرین برونزد دارد (افتخار نژاد 1356).
ریخت شناسی پلایای بجستان و اطراف آن: بر اساس مطالعات مقدماتی کرینسلی (1970)، پلایای عمده شرق کشور (استان خراسان) در چهار حوضه آبریز کویر بزرگ؛ بجستان، لوت و بخشی از حوضه سیستان واقع شده است که در مجموع 15 پلایایی بزرگ در این حوضه ها تشکیل و از یکدیگر تفکیک شده اند. در حوضه آبریز بجستان 9 پلایا وجود دارد که پلایایی بجستان یکی از این پلایاها است. مساحت حوضه آبریز بجستان 101944 کیلومتر مربع است که حدود 23% آن یعنی 23869 کیلومتر مربع مربوط به حوضه آبریز پلایایی بجستان است.
از نظر ریخت شناسی این حوضه واجد اکثر واحد های ریختی مربوط به نواحی گرم و خشک است. این واحد ها را در دو گروه واحد های ریخت شناسی حاشیه پلایا و واحد های ریخت شناسی پلایا تقسیم و از یکدیگر تفکیک نموده ایم (ترشیزیان و موسوی حرمی 1377).
واحد های ریخت شناسی حاشیه پلایا شامل کوهستان (Mountain)، تپه ماهور (Hill)، قله منفرد (Inselberg) دشت سر (Piedmont plain)، دشت سیلابی (Flood Plain) و مخروط افکنه (Alluvial fan) می باشد.
واحد ریخت شناسی پلایا شامل کفه رسی Clay flat ، زون مرطوب (Wet zone) زون یا پوسته نمکی Salt zone و دریاچه فصلی یا دریاچه پلایایی می باشد. طبقه بندی ریخت شناسی محیط های پلایایی دارای سابقه طولانی است و بر اساس پارامتر های مختلف از جمله سطح دریاچه (موتس 1965)، وضعیت رسوبات سطح پلایا (نیل 1969)، غالب بودن فرایند های آبهای سطحی یا زیر زمینی (بولر، 1986) و منشاء (کزاو و بولر 1986) انجام گردیده است. بر این اساس ریخت شناسی سطح پلایای بجستان به شدت تحت تاثیر تبخیر و میزان صعود شعریه شورابه است که خود وابسته به میزان املاح موجود در پلایا است (ترشیزیان و موسوی حرمی 1373)، این پلایا از نظر منشاء جز پلایاهای ساختمانی (Structural Playa) می باشد و واجد زون های رسی، نمکی، مرطوب و دریاچه فصلی است یعنی از نوع
(Wet Clay flat crust intermittent lake palya) (ترشیزیان و موسوی حرمی 1378).
هیدرو شیمی شورابه های پلایایی بجستان: نمونه برداری از شورابه های پلایایی بجستان در دو مرحله انجام گردیده است. در مرحله اول (اسفند 1376) تعداد 31 نمونه شورابه از نواحی حاشیه پلایایی (زون رس و مرطوب) و در مرحله دوم (شهریور 1377) تعداد 33 نمونه از مرکز پلایا (دریاچه فصلی) برداشت شد. تعداد کل نمونه ها 64 عدد می باشد. نمونه برداری در طول چهار خط برداشت D, C, B, A از حاشیه به سمت مرکز پلایا انجام گردیده است. عمق شورابه های برداشت شده از حداقل 60 سانتیمتر تا حداکثر 180 سانتیمتر در تغییر است.
شورابه ها در آزمایشگاه مورد تجزیه شیمیایی قرار گرفت و میزان اسیدیته (PH)، سختی کل (Th)، باقیمانده خشک (T.D.S) و نیز میزان کاتیون ها (K, Na, Mg, Ca) و آنیون های مهم (Cl, SO4, CO3) و نیز میزان عنصر لیتیوم (Li) در آنها اندازه گیری شد.
اسیدیته شورابه ها در حد خنثی (حداقل 6/3 تا حداکثر 8/29) در تغییر است. ضمن آنکه میزان باقیمانده خشک بسیار بالا (حداقل 25 گرم در لیتر مربوط به نمونه های حاشیه پلایا تا حداکثر 580 گرم در لیتر مربوط به نمونه های مرکز پلایا) است. سختی کل از حداقل 4 گرم در لیتر تا حداکثر 309/6 گرم در لیتر در تغییر است. فراوان ترین کاتیون ها و آنیون ها در شورابه ها به ترتیب شامل سدیم (108 gr/ lit)، منیزیم 58 گرم بر لیتر، کلسیم 4/8 گرم بر لیتر، پتاسیم 3/1 گرم بر لیتر، کلر 221 گرم بر لیتر، سولفات 37/5 گرم بر لیتر و کربنات 0/03 گرم بر لیتر است. ضمن آنکه میزان لیتیوم از حداقل 1/8 پی پی ام در حاشیه پلایا تا حداکثر 39 پی پی ام (در مرکز پلایا) در تغییر است.
نتیجه گیری: در اواخر دوران سوم زمین شناسی در اثر فعالیت گسل های کویر بزرگ و قاسم آباد یک فرو افتادگی بزرگ ساختمانی در حوضه بجستان به وجود آمد. در پلیوسن- کواترنری، رسوب گذاری مداوم رسوبات دانه ریز رسی در این حوضه بسته کوچک موجب تشکیل و تفکیک پلایای بجستان با حدود 4000 کیلومتر مربع وسعت گردید. این حوضه واجد اکثر واحد های ریخت شناسی محیط های صحرایی گرم و خشک است به گونه ای که در پلایای بجستان زون های رسی، مرطوب، نمکی و دریاچه فصلی تشکیل گردیده است.
مطالعه هیدرو شیمی شورابه های پلایای بجستان نشان داد که شورابه های این پلایا بر اساس طبقه بندی انواع شورابه ها (هاردی و اوگستر، 1970 و هاردی 1984) از نوع دوم شورابه های جوی یا متئوریک (غیر دریایی) یعنی گروه خنثی (Neutural) است که ترکیب شیمیایی آن Na- Mg- Ca- K- Cl- SO4 است. هیدرو شیمی این نوع شورابه ها به شدت تحت تاثیر هوازدگی های شیمیایی سنگ های اطراف پلایا است. به عنوان مثال حداکثر تمرکز لیتیوم در شورابه ها مربوط به نمونه های شمال غرب پلایا یعنی نواحی نزدیک به برونزد های سنگی گرانیتی و شیستی است. ضمن آنکه بررسی میزان تمرکز عناصر مختلف در طول خطوط برداشت موید آن است که یک زون بندی در میزان تمرکز این عناصر در شورابه ها و رسوبات پلایایی وجود دارد، به گونه ای که از حاشیه پلایا به سمت نواحی مرکزی پلایا (دریاچه فصلی) ابتدا کربنات ها، سپس سولفور ها و در مرکز حوضه کلرور ها ته نشین شده اند. به این ترتیب با افزایش تبخیر ابتدا رسوباتی مانند کربنات کلسیم در حواشی پلایا و سپس سولفات سدیم و کلسیم در نواحی مرکزی تر و در مرکز پلایا کلرور سدیم و کلرور پتاسیم و نیز ترکیبات حاوی لیتیوم ته نشست شده است (ترشیزیان و موسوی حرمی 1378).
با توجه به کسب نتایج حاصل از این مطالعات پیشنهاد می گردد مطالعه هیدرو شیمی شورابه ها و تعیین منشاء آن به عنوان کلیدی در اکتشاف ذخایر معدنی ارزشمند مانند املاح تبخیری و تعدادی از فلزات کمیاب استراتژیک مورد توجه قرار گیرد و با توجه به نتایج امیدوار کننده از مطالعه مقدماتی شورابه ها در تعدادی از پلایاهای استان خراسان انجام مطالعات تفصیلی بر روی آنها در اولویت های اکتشافی درجه اول قرار گیرد.
در جهان امروز مطالعه پلایاها از نظر اقتصادی حائز اهمیت فوق العاده ای است. زیرا بسیاری از منابع معدنی ارزشمند از جمله سولفات و کربنات سدیم و پتاسیم، گچ، نمک طعام، نیترات ها، برات ها، براکس، ید، برم و همچنین تعدادی از فلزات کمیاب و ارزشمند مانند کربنات لیتیوم، کربنات روبیدیوم، کربنات سزیوم و حتی اورانیوم و برخی دیگر از فلزات کمیاب در این محیط ها تشکیل و یا انباشته می گردند. به عنوان مثال بزرگترین خاستگاه کربنات لیتیوم جهان که به دلیل کاربری آن به فلز قرن آینده معروف است از پهنه نمکی Silver Peak در ایالات متحده گزارش شده است و یا یکی از بزرگترین معادن سولفات سدیم جهان با میانگین بهره برداری سالیانه حدود چهارصد هزار تن در پلایای غرب کانادا واقع گردیده است.
امروزه ثابت شده است که تلفیق اطلاعات و دانسته های زمین شناسی (ریخت شناسی، رسوب شناسی، هیدرو شیمی شورابه ها و دور سنجی) در ارتباط با پلایاها می تواند منجر به کسب نتایج بسیار امیدوار کننده ای گردد. در این تحقیق سعی شده است که گوشه ای از نتایج مطالعات ریخت شناسی و به ویژه هیدرو شیمی شورابه های پلایای بجستان معرفی گردد.
موقعیت جغرافیایی و آب و هوایی پلایای بجستان:
پلایای بجستان در بخش مرکزی استان خراسان، در نقشه زمین شناسی 1:250.000 فردوس، در عرض های جغرافیایی 34 درجه و صفر دقیقه تا 35 درجه و صفر دقیقه شمالی و طول های جغرافیایی 57 درجه و 15 دقیقه تا 58 درجه و 30 دقیقه شرقی به صورت کمانی گسترده شده است.
این پلایا با حدود 3725 کیلومتر مربع مساحت، دومین پلایای بزرگ ایران است. آب و هوای حوضه آبگیر پلایای بجستان گرم و خشک صحرایی است به طوریکه بر اساس آمار مربوط به یک دوره 20 ساله، حداقل درجه حرارت ثبت شده در آن 13/5 درجه سانتیگراد مربوط به دیماه 1365 و حداکثر آن با 42/5 درجه سانتیگراد مربوط به تیر ماه 1368 است. میانگین بارندگی سالیانه 167/8 میلی متر و میانیگین تبخیر سالیانه 2900 میلی متر می باشد (سالنامه آماری کشوری، 1373).
زمین شناسی حوضه بجستان: حوضه بجستان در شرق ایران مرکزی و در شمال غرب بلوک لوت واقع است. پلایای بجستان از شمال توسط کویر بزرگ و از جنوب توسط گسل قاسم آباد محدود شده است. زمان تشکیل حوضه بجستان کرتاسه بالایی بوده است. در ائوسن آتشفشان های زیر دریایی شدیدی به وقوع پیوسته است و در الیگومیوسن آب سراسر منطقه را فراگرفته و یک محیط دریایی نسبتاٌ عمیقی به وجود آورده است. در کواترنری به ویژه در حدود 14 هزار سال قبل، همزمان با تغییرات آب و هوایی در نتیجه پسروی یخچالها، دریاچه های عمده ایران از جمله پلایای بجستان تشکیل شدند. سن برونزد های سنگی پیرامون پلایای بجستان از پر کامبرین تا عهد حاضر است. در شرق پلایا، برونزد های سنگی شامل سنگ آهک های رودیست دار کرتاسه و نیز یکسری سنگ های آذرین جوان با سن ترسیر شامل گرانیت، ریولیت، گرانو دیوریت، پیروکسن آندزیت و توف است. در غرب پلایا گروه ازبک کوه شامل سنگ آهک، دولومیت و شیل با سن دونین- کربنیفر و نیز یک سری سنگ های آذرین گرانیتی و دگرگونی از جنس آمفیبولیت با سن پرکامبرین برونزد دارد (افتخار نژاد 1356).
ریخت شناسی پلایای بجستان و اطراف آن: بر اساس مطالعات مقدماتی کرینسلی (1970)، پلایای عمده شرق کشور (استان خراسان) در چهار حوضه آبریز کویر بزرگ؛ بجستان، لوت و بخشی از حوضه سیستان واقع شده است که در مجموع 15 پلایایی بزرگ در این حوضه ها تشکیل و از یکدیگر تفکیک شده اند. در حوضه آبریز بجستان 9 پلایا وجود دارد که پلایایی بجستان یکی از این پلایاها است. مساحت حوضه آبریز بجستان 101944 کیلومتر مربع است که حدود 23% آن یعنی 23869 کیلومتر مربع مربوط به حوضه آبریز پلایایی بجستان است.
از نظر ریخت شناسی این حوضه واجد اکثر واحد های ریختی مربوط به نواحی گرم و خشک است. این واحد ها را در دو گروه واحد های ریخت شناسی حاشیه پلایا و واحد های ریخت شناسی پلایا تقسیم و از یکدیگر تفکیک نموده ایم (ترشیزیان و موسوی حرمی 1377).
واحد های ریخت شناسی حاشیه پلایا شامل کوهستان (Mountain)، تپه ماهور (Hill)، قله منفرد (Inselberg) دشت سر (Piedmont plain)، دشت سیلابی (Flood Plain) و مخروط افکنه (Alluvial fan) می باشد.
واحد ریخت شناسی پلایا شامل کفه رسی Clay flat ، زون مرطوب (Wet zone) زون یا پوسته نمکی Salt zone و دریاچه فصلی یا دریاچه پلایایی می باشد. طبقه بندی ریخت شناسی محیط های پلایایی دارای سابقه طولانی است و بر اساس پارامتر های مختلف از جمله سطح دریاچه (موتس 1965)، وضعیت رسوبات سطح پلایا (نیل 1969)، غالب بودن فرایند های آبهای سطحی یا زیر زمینی (بولر، 1986) و منشاء (کزاو و بولر 1986) انجام گردیده است. بر این اساس ریخت شناسی سطح پلایای بجستان به شدت تحت تاثیر تبخیر و میزان صعود شعریه شورابه است که خود وابسته به میزان املاح موجود در پلایا است (ترشیزیان و موسوی حرمی 1373)، این پلایا از نظر منشاء جز پلایاهای ساختمانی (Structural Playa) می باشد و واجد زون های رسی، نمکی، مرطوب و دریاچه فصلی است یعنی از نوع
(Wet Clay flat crust intermittent lake palya) (ترشیزیان و موسوی حرمی 1378).
هیدرو شیمی شورابه های پلایایی بجستان: نمونه برداری از شورابه های پلایایی بجستان در دو مرحله انجام گردیده است. در مرحله اول (اسفند 1376) تعداد 31 نمونه شورابه از نواحی حاشیه پلایایی (زون رس و مرطوب) و در مرحله دوم (شهریور 1377) تعداد 33 نمونه از مرکز پلایا (دریاچه فصلی) برداشت شد. تعداد کل نمونه ها 64 عدد می باشد. نمونه برداری در طول چهار خط برداشت D, C, B, A از حاشیه به سمت مرکز پلایا انجام گردیده است. عمق شورابه های برداشت شده از حداقل 60 سانتیمتر تا حداکثر 180 سانتیمتر در تغییر است.
شورابه ها در آزمایشگاه مورد تجزیه شیمیایی قرار گرفت و میزان اسیدیته (PH)، سختی کل (Th)، باقیمانده خشک (T.D.S) و نیز میزان کاتیون ها (K, Na, Mg, Ca) و آنیون های مهم (Cl, SO4, CO3) و نیز میزان عنصر لیتیوم (Li) در آنها اندازه گیری شد.
اسیدیته شورابه ها در حد خنثی (حداقل 6/3 تا حداکثر 8/29) در تغییر است. ضمن آنکه میزان باقیمانده خشک بسیار بالا (حداقل 25 گرم در لیتر مربوط به نمونه های حاشیه پلایا تا حداکثر 580 گرم در لیتر مربوط به نمونه های مرکز پلایا) است. سختی کل از حداقل 4 گرم در لیتر تا حداکثر 309/6 گرم در لیتر در تغییر است. فراوان ترین کاتیون ها و آنیون ها در شورابه ها به ترتیب شامل سدیم (108 gr/ lit)، منیزیم 58 گرم بر لیتر، کلسیم 4/8 گرم بر لیتر، پتاسیم 3/1 گرم بر لیتر، کلر 221 گرم بر لیتر، سولفات 37/5 گرم بر لیتر و کربنات 0/03 گرم بر لیتر است. ضمن آنکه میزان لیتیوم از حداقل 1/8 پی پی ام در حاشیه پلایا تا حداکثر 39 پی پی ام (در مرکز پلایا) در تغییر است.
نتیجه گیری: در اواخر دوران سوم زمین شناسی در اثر فعالیت گسل های کویر بزرگ و قاسم آباد یک فرو افتادگی بزرگ ساختمانی در حوضه بجستان به وجود آمد. در پلیوسن- کواترنری، رسوب گذاری مداوم رسوبات دانه ریز رسی در این حوضه بسته کوچک موجب تشکیل و تفکیک پلایای بجستان با حدود 4000 کیلومتر مربع وسعت گردید. این حوضه واجد اکثر واحد های ریخت شناسی محیط های صحرایی گرم و خشک است به گونه ای که در پلایای بجستان زون های رسی، مرطوب، نمکی و دریاچه فصلی تشکیل گردیده است.
مطالعه هیدرو شیمی شورابه های پلایای بجستان نشان داد که شورابه های این پلایا بر اساس طبقه بندی انواع شورابه ها (هاردی و اوگستر، 1970 و هاردی 1984) از نوع دوم شورابه های جوی یا متئوریک (غیر دریایی) یعنی گروه خنثی (Neutural) است که ترکیب شیمیایی آن Na- Mg- Ca- K- Cl- SO4 است. هیدرو شیمی این نوع شورابه ها به شدت تحت تاثیر هوازدگی های شیمیایی سنگ های اطراف پلایا است. به عنوان مثال حداکثر تمرکز لیتیوم در شورابه ها مربوط به نمونه های شمال غرب پلایا یعنی نواحی نزدیک به برونزد های سنگی گرانیتی و شیستی است. ضمن آنکه بررسی میزان تمرکز عناصر مختلف در طول خطوط برداشت موید آن است که یک زون بندی در میزان تمرکز این عناصر در شورابه ها و رسوبات پلایایی وجود دارد، به گونه ای که از حاشیه پلایا به سمت نواحی مرکزی پلایا (دریاچه فصلی) ابتدا کربنات ها، سپس سولفور ها و در مرکز حوضه کلرور ها ته نشین شده اند. به این ترتیب با افزایش تبخیر ابتدا رسوباتی مانند کربنات کلسیم در حواشی پلایا و سپس سولفات سدیم و کلسیم در نواحی مرکزی تر و در مرکز پلایا کلرور سدیم و کلرور پتاسیم و نیز ترکیبات حاوی لیتیوم ته نشست شده است (ترشیزیان و موسوی حرمی 1378).
با توجه به کسب نتایج حاصل از این مطالعات پیشنهاد می گردد مطالعه هیدرو شیمی شورابه ها و تعیین منشاء آن به عنوان کلیدی در اکتشاف ذخایر معدنی ارزشمند مانند املاح تبخیری و تعدادی از فلزات کمیاب استراتژیک مورد توجه قرار گیرد و با توجه به نتایج امیدوار کننده از مطالعه مقدماتی شورابه ها در تعدادی از پلایاهای استان خراسان انجام مطالعات تفصیلی بر روی آنها در اولویت های اکتشافی درجه اول قرار گیرد.