ویژگی‌های کانیشناسی، شیمی کانیها و میانبارهای سیال کانسار اسکارن آهن معدنجو، ناحیه معدنی سنگان، شمال‌شرق ایران
الموضوعات :مریم فتوت جامی 1 , مسعود علی‌پوراصل 2
1 - دانشگاه صنعتی شاهرود
2 - دانشگاه صنعتی شاهرود
الکلمات المفتاحية:
ملخص المقالة :
گستره آهن معدن جو، از آنومالی های شرقی مجموعه‌ی کانسارهای سنگ آهن در ناحیه‌ی معدنی سنگان است. این پهنه در انتهای بخش شرقی کمان آتشفشانی- نفوذی سنوزوئیک البرز واقع است. زمین شناسی پهنه شامل ماسهسنگ شیلی، مادستون آهکی و ماسه سنگ های ژوراسیک، سنگ آهک میکرواسپارایتی تا اسپارایتی و سنگ-آهک دولومیتی کرتاسه بالاییو توالی‌های توفی و گدازه‌ای ائوسن بالایی و سنگهای اسکارنی ائوسن میانیو رسوبات کواترنری است. مهمترین رخداد در پهنه معدنجو نفوذ سیال‌های آهن‌دار در سازندهای تخریبی و کربناتی، اسکارنزایی و کانهزایی آهن است و با وجود منیتیت و کانیهای کالکسیلیکاتی مشخص میشود. مناطق اسکارن بر اساس نوع و فراوانی کالک‌سیلیکات‌ها شامل الیوین- پیروکسن- گارنت اسکارن، گارنت- پیروکسن اسکارن، گارنت اسکارن، پیروکسن- ولاستونیت- منیتیت اسکارن، منیتیت اسکارن، فلوگوپیت اسکارن، ترمولیت- اکتینولیت اسکارنو اپیدوت اسکارن است. کانهزایی آهن به صورت توده ای، نواری، رگه- رگچه ای، برشیو دانه پراکنده بیشتر در سنگآهک و دولومیت کرتاسه بالایی و در امتداد گستره گسلی با روند شمال‌شرق- جنوب‌غرب رخ داده است. منیتیت کانه اصلی است و با پیریت، کالکوپیریت، پیروتیتو کانیهای ثانویه آهن همراهی میشود. ترکیب گارنتهای معدن جو از نوع آندرادیت- گروسولار (بیشتر آندرادیت)، پیروکسنها از نوع دیوپسید- هدنبرگیت (بیشتر دیوپسید)و الیوین‌ها از نوع فورستریت است. مطالعه دما- فشارسنجی بر اساس شیمی پیروکسن، دمای تبلور پیروکسن ها ی پهنه را بین 458 تا 689 درجه سانتی گراد، فشار 21/2 کیلوبارو عمق تبلور از یک تا 5/2 کیلومتر مشخص میکند. مطالعه میانبارهای سیال سه مرحله پاراژنتیک اصلی را در تشکیل اسکارن و نهشت مواد معدنی، در کانسار معدنجو مشخص میکند: 1) مرحله پیشرونده با تشکیل پیروکسن و گارنتهای پیشرونده در دمای 330 تا 410 درجه سانتیگراد با شوری سیال بین 33 تا 58 درصد وزنی معادل نمکNaCl ، 2) مرحله پسرونده با پیدایش گارنتهای تاخیری، ترمولیت- اکتینولیت و کلسیت مرحله تاخیری در دمای 120 تا 300 درجه سانتیگراد با شوری سیال 16 تا 49 درصد وزنی معادلNaCl و 3) مرحله پس از کانه‌زائی با رگه‌های کلسیت و بندرت کوارتز که در دمای 95 تا 190 درجه سانتیگراد با دامنه شوری 2 تا 15 درصد وزنی معادل NaCl بوجود آمده است. آمیختگی سیالها، جوشش، رقیق شدگی با آبهای جوی و کاهش دما مکانیسم احتمالی برای تشکیل کانسنگ‌های آهن میباشد. در نهایت، کانهزایی آهن معدن جو بعنوان کانسار آهن اگزواسکارن منیزیمی معرفی میشود.
ویژگی‌های کانیشناسی، شیمی کانیها و میانبارهای سیال کانسار اسکارن آهن معدنجو، ناحیه معدنی سنگان، شمال‌شرق ایران
مریم فتوت جامی1 و مسعود علی‌پوراصل(2و1)
1. دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه پترولوژی و زمینشناسی اقتصادی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود
2. دانشیار گروه پترولوژی و زمینشناسی اقتصادی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود
چکیده
گستره آهن معدنجو، از آنومالیهای شرقی مجموعه‌ی کانسارهای سنگ آهن در ناحیه‌ی معدنی سنگان است. این پهنه در انتهای بخش شرقی کمان آتشفشانی- نفوذی سنوزوئیک البرز واقع است. زمینشناسی پهنه شامل ماسهسنگ شیلی، مادستون آهکی و ماسهسنگهای ژوراسیک، سنگآهک میکرواسپارایتی تا اسپارایتی و سنگآهک دولومیتی کرتاسه بالاییو توالی‌های توفی و گدازه‌ای ائوسن بالایی و سنگهای اسکارنی ائوسن میانیو رسوبات کواترنری است. مهمترین رخداد در پهنه معدنجو نفوذ سیال‌های آهن‌دار در سازندهای تخریبی و کربناتی، اسکارنزایی و کانهزایی آهن است و با وجود منیتیت و کانیهای کالکسیلیکاتی مشخص میشود. مناطق اسکارن بر اساس نوع و فراوانی کالک‌سیلیکات‌ها شامل الیوین- پیروکسن- گارنت اسکارن، گارنت- پیروکسن اسکارن، گارنت اسکارن، پیروکسن- ولاستونیت- منیتیت اسکارن، منیتیت اسکارن، فلوگوپیت اسکارن، ترمولیت- اکتینولیت اسکارنو اپیدوت اسکارن است. کانهزایی آهن به صورت تودهای، نواری، رگه- رگچهای، برشیو دانهپراکنده بیشتر در سنگآهک و دولومیت کرتاسه بالایی و در امتداد گستره گسلی با روند شمال‌شرق- جنوب‌غرب رخ داده است. منیتیت کانه اصلی است و با پیریت، کالکوپیریت، پیروتیتو کانیهای ثانویه آهن همراهی میشود. ترکیب گارنتهای معدنجو از نوع آندرادیت- گروسولار (بیشتر آندرادیت)، پیروکسنها از نوع دیوپسید- هدنبرگیت (بیشتر دیوپسید)و الیوین‌ها از نوع فورستریت است. مطالعه دما- فشارسنجی بر اساس شیمی پیروکسن، دمای تبلور پیروکسنها ی پهنه را بین 458 تا 689 درجه سانتیگراد، فشار 21/2 کیلوبارو عمق تبلور از یک تا 5/2 کیلومتر مشخص میکند. مطالعه میانبارهای سیال سه مرحله پاراژنتیک اصلی را در تشکیل اسکارن و نهشت مواد معدنی، در کانسار معدنجو مشخص میکند: 1) مرحله پیشرونده با تشکیل پیروکسن و گارنتهای پیشرونده در دمای 330 تا 410 درجه سانتیگراد با شوری سیال بین 33 تا 58 درصد وزنی معادل نمکNaCl ، 2) مرحله پسرونده با پیدایش گارنتهای تاخیری، ترمولیت- اکتینولیت و کلسیت مرحله تاخیری در دمای 120 تا 300 درجه سانتیگراد با شوری سیال 16 تا 49 درصد وزنی معادلNaCl و 3) مرحله پس از کانه‌زائی با رگه‌های کلسیت و بندرت کوارتز که در دمای 95 تا 190 درجه سانتیگراد با دامنه شوری 2 تا 15 درصد وزنی معادل NaCl بوجود آمده است. آمیختگی سیالها، جوشش، رقیق شدگی با آبهای جوی و کاهش دما مکانیسم احتمالی برای تشکیل کانسنگ‌های آهن میباشد. در نهایت، کانهزایی آهن معدنجو بعنوان کانسار آهن اگزواسکارن منیزیمی معرفی میشود.
واژه‌های کلیدی: اسکارن آهن منیزیمی، ژئوشیمی، کانیشناسی، معدنجو، میانبار سیال، ناحیه معدنی سنگان
Mineralogy, geochemistry, and fluid inclusion characteristics of the Madanjoo skarn iron deposit, Sangan mining district, NE Iran
Fotovat Jami, M.1 and Alipour-Asll, M.2
1M.Sc. Graduate, Department of Petrology and Economic Geology, Faculty of Earth Sciences, Shahrood University of Technology
2Associate Professor, Department of Petrology and Economic Geology, Faculty of Earth Sciences, Shahrood University of Technology
Abstract
The Madanjoo prospect is one of the eastern anomalies in the Sangan mining district. This area is located in the eastern part of the Cenozoic Alborz volcanic-plutonic arc. The geology of the area includes Jurassic shaly sandstone, lime mudstone, and sandstone, Upper Cretaceous limestone and dolomitic limestone, and Upper Eocene tuff and lava flows sequences, Middle Eocene skarn rocks, and Quaternary sediments. The most important occurrence in the Madanjoo area is the penetration of ferrous fluids in terrigenous and carbonate formations, skarnization, and iron mineralization, which is characterized by the presence of magnetite and calcsilicates minerals. The skarn zone based on type and frequency of calcsilicates include olivine-pyroxene-garnet skarn, garnet-pyroxene skarn, garnet skarn, pyroxene-wollastonite-magnetite skarn, magnetite skarn, phlogopite skarn, tremolite-actinolite skarn, and epidote skarn. Iron mineralization occurred as massive, banded, vein-veinlets, breccia, and disseminated forms mostly in Upper Cretaceous limestone and dolomite rocks and along with NE-SW trend fault zone. Magnetite is the main ore mineral accompanied with pyrite, chalcopyrite, pyrrhotite, and secondary iron minerals. The composition of the Madanjoo garnet, pyroxene, and olivine are andradite-grossular (mostly andradite), diopside-hedenbergite (mostly diopside), and forsterite, respectively. Thermobarometry study based on pyroxene chemistry show that pyroxenes crystallized in temperature of 458-689 °C, pressure of 2.21 kb, and depth of 1-2.5 km. Three main paragenetic stages of skarn formation and ore deposition have been recognized at the Madanjoo deposit: (1) a prograde stage developed with prograde garnet and pyroxene forming at 330° to 410 °C with a fluid salinity between 33 to 58 wt.% NaCl equivalent, (2) a retrograde garnet, tremolite- actinolite, and calcite which formed at 120° to 300 °C with fluid salinity of 16 to 49 wt.% NaCl equivalent, and (3) a post-ore stage with calcite and minor quartz veins that developed at 95° to 190 °C with salinity range of 2 to 15 wt.% NaCl equivalent. The fluid mixing, boiling, and dilution with meteoric waters are possible mechanism, which together with decreasing temperature explains iron ore formation. Finally, the Madanjoo iron mineralization is introduced as a magnesian exoskarn iron deposit.
Keywords: Magnesian iron skarn, geochemistry, mineralogy, Madanjoo, fluid inclusion, Sangan mining district
مقدمه
مجتمع معادن سنگان در 300 کیلومتری جنوب‌شرق مشهد، 20 کیلومتری شهر سنگان در استان خراسان رضوی و در کمربند آتشفشانی- نفوذی خواف- کاشمر- بردسکن قرار دارد (شکل1-الف). مجموعه‌ی معادن سنگان با ذخیره‌ی بیش از یک میلیارد تن و عیار متوسط 54 درصد اکسید آهن از بزرگترین معادن سنگ آهن ایران و خاورمیانه میباشد (Golmohammadi et al., 2015). مجموعه‌ی کانسارهای آهن سنگان در گستره‌ای غربی- شرقی به طول 26 کیلومتر قرار دارند. این گستره به سه بخش غربی، مرکزی و شرقی تقسیم شده است و هر بخش به نوبه‌ی خود چند کانسار را شامل میشود (گلمحمدی و همکاران، 1393). در بخش غربی 5 کانسار به نام‌های A'، A، B، C شمالی و C جنوبی، در بخش مرکزی 2 کانسار دردوی و باغک و در بخش شرقی 6 کانسار سنجدک I، سنجدک II، سنجدک III، معدنجو، سم آهنی و فرزنه جای دارند (شکل1-ب). در این پژوهش، نمونههای سنگ و کانسنگ از رخنمون‌ها و مغزه‌های حفاری برداشت شده است و هدف از پژوهش تهیه نقشه زمینشناسی 5000/1 و تفکیک واحدهای سنگشناسی و پهنههای اسکارنی، کانیشناسی مناطق اسکارن، شیمی کانیهای شاخص اسکارن، میانبار سیال و ژنز کانه‌زائی است.
شکل1. الف) موقعیت ناحیه معدنی سنگآهن‌های سنگان در شمال‌شرق ایران (با تغییر از Stöcklin, 1968)، ب) موقعیت کانسارهای سه‌گانه آهن (آنومالیهای غربی، مرکزی و شرقی) در ناحیه معدنی سنگان و پهنه اکتشافی معدنجو (با تغییر از گلمحمدی و همکاران، 1393)
روش مطالعه
برای بررسیهای سنگشناسی، کانیشناسی، زمین‌شیمی و میانبار سیال از سنگ‌ها و کانسنگ‌ها در رخنمون‌های سطحی و مغزه‌های حفاری نمونه‌برداری صورت گرفت. تعداد 26 مقطع نازک، 10 مقطع صیقلی و 34 مقطع نازک– صیقلی از سنگ‌ها و کانسنگ‌های سطحی و زیرسطحی تهیه شده است. سپس مطالعات میکروسکوپی سنگشناسی، کانیشناسی و ساخت و بافت ماده معدنی روی مقاطع انجام گرفت. بر اساس شواهد زمینشناسی صحرایی و مطالعات میکروسکوپی، تعداد پنج نمونه مقطع نازک- صیقلی از سنگ‌ها و کانسنگ‌های مهم مناطق مختلف اسکارن معدنجو، برای مطالعه‌ی شیمی کانیهای منیتیت، الیوین، گارنت و پیروکسن با دستگاه ریزکاو الکترونی مدل Cameca SX100 ساخت کشور فرانسه در آزمایشگاه مرکز تحقیقات مواد معدنی ایمیدرو در کرج به صورت نقطه‌ای تجزیه شده است. حد حساسیت روش ریزکاو الکترونی برای همه عناصر در این تحقیق 100 گرم در تن میباشد. مطالعه میانبارهای سیال بر روی کانیهای پیروکسن، گارنت، ترمولیت- اکتینولیت و کلسیت در هفت نمونه دوبرصیقلی از مناطق مختلف اسکارن معدنجو (تعداد 68 نقطه) و با استفاده از دستگاه مدل THMS60 ساخت شرکت لینکام کشور انگلستان در آزمایشگاه دانشکده علوم زمین دانشگاه صنعتی شاهرود انجام شده است.
زمینشناسی
کانسار سنگآهن سنگان از نظر زمین‌ساختاری در انتهای بخش شرقی کمان آتشفشانی- نفوذی سنوزوئیک البرز واقع است، این کمربند با امتداد غربی- شرقی و خمیدگی به سمت شمال در شمال گسل درونه جای دارد (شکل1-الف). در گستره اکتشافی معدنجو واحدهای سنگی از قدیم به جدید شامل ماسهسنگ شیلی، مادستون آهکی و ماسهسنگهای ژوراسیک، سنگآهک و آهک دولومیتی کرتاسه، توالی‌های توفی- گدازه‌ای ائوسن بالایی و سنگهای اسکارنی ائوسن میانی و رسوبات کواترنری است (شکل2).
شکل2. نقشه زمینشناسی گستره آهن معدنجو (فتوت جامی، 1398)
سیلتستون با بافت ریزدانه از کوارتز، پلاژیوکلاز، کانیهای رسی، سریسیت و موسکوویت ترکیب یافته و درجه ضعیفی از دگرگونی نشان میدهند. واحد مادستون آهکی به رنگ خاکستری تیره دارای بافت ریزدانه میکرایتی است و از بلورهای ریز کلسیت و آثار فسیلی تشکیل شده است. ماسهسنگهای ژوراسیک با بافت دانه‌ای دارای رنگ خاکستری هستند. اجزای ماسه‌سنگ‌ها شامل کوارتز، فلدسپات، کلریت و میکا است. ماسه‌سنگ‌ها از بلوغ بافتی خوبی برخوردار هستند و بیشتر دارای سیمان کربناتی و بندرت سیلیسی میباشند (شکل3-الف، ب). سنگآهک و آهک دولومیتی شده‌ی میکرواسپارایتی تا اسپارایتی کرتاسه بالایی وسیعترین واحد چینه‌شناختی در گستره اکتشافی معدنجو است و درجات ضعیف تا شدید دگرگونی مجاورتی را متحمل شدهاند. این واحد کربناتی به دلیل وجود اکسید- هیدروکسیدهای آهن به رنگ کرم تا قهوهای مشاهده میشود. این واحد در جهت‌های مختلف توسط رگه- رگچه‌های کلسیت قطع شده است و در محل‌هایی به شدت متبلور و مرمری شده است. در ترکیب این سنگ‌ها، گاهی گارنت، اپیدوت، کلریت، موسکوویت و اکسیدهای آهن نیز که کلسیت و دولومیت را همراهی میکنند، وجود دارند.
واحد توفی و گدازه‌ای ائوسن بالایی شامل توفهای آرژیلیتی و کربناتی و بندرت جریانات گدازه‌ای ریولیتی، داسیتی و آندزیتی که تحت تأثیر متاسوماتیسم قرار دارند، میباشد. وجود کانیهای پیروکسن و موسکوویت در مرحله تاخیری تحت تأثیر دگرسانی‌های اپیدوتی و سریسیتی قرار دارد (شکل3-پ). سنگهای اسکارنی ائوسن میانی، مهمترین واحد زمین‌شناختی در گستره معدنجو است و به دلیل اهمیت آنها، در پهنه‌بندی اسکارن آهن معدنجو به طور جداگانه توصیف میشود (شکل3-ت). توده نفوذی بیوتیت مونزوگرانیت در فاصله سه کیلومتری در خارج از گستره پژوهش در داخل سازندهای ژوراسیک و کرتاسه نفوذ کرده است. تجزیه U-Pb زیرکن نشان میدهد، نفوذی‌های گرانیت- مونزوگرانیت- سینوگرانیت در ناحیه آنومالیهای شرقی سنگان در طول ائوسن میانی از بارتونین تا لوتسین (3/38 تا 9/43 میلیون سال) جای گرفتند (گلمحمدی و همکاران، 1393). علاوه بر این، مطالعه U-Pb دانه‌های زیرکن از سه نمونه سینوگرانیت در گستره آنومالی مرکزی دردوی سن‌های 6/39، 3/39و 1/39 میلیون سال و بر روی دانه‌های زیرکن از دو نمونه سنگهای اسکارنی سن‌های 7/39 و 5/39 میلیون سال را نشان میدهد (Mehrabi et al., 2021). نتایج مطالعات سنسنجی ثابت میکند، رخداد کانه‌زائی در زمان ائوسن میانی با نفوذی‌های گرانیتی، مونزوگرانیتی و سینوگرانیتی ائوسن ارتباط بسیار نزدیکی دارد. بدین ترتیب که واحدهای سنگی ژوراسیک و کرتاسه در تماس با نفوذی‌های ائوسن دگرگون شده و به سنگهای اسکارنی تبدیل شدهاند و با فاصله از پهنه اسکارن، سنگهای آواری ژوراسیک و سنگهای کربناتی کرتاسه تبلور مجدد پیدا کرده و مرمری شدهاند.
کانهزایی در گستره معدنجو
کانهزایی در گستره معدنجو در دو مرحله پیشرونده و تاخیری صورت گرفته است. کانیهای فلزی (اکسیدها و سولفیدها) در مرحله گذر از پیشرونده به تاخیری (مرحله تکوین کانیهای آبدار) و تأثیر آبهای جوی تشکیل میشوند، زیرا در این مرحله محیط برای شکستن کمپلکسهای حامل فلزات مناسب است (Meinert, 1992). منیتیت مهمترین کانه معدنی در گستره معدنجو است و به صورت اولیه در آخرین مرحله از فاز پیشرونده و شروع فاز تاخیری تهنشست شده است. اسپیکولاریت از دیگر کانیهای اکسیدی در گستره است. رگه- رگچه‌های اسپیکولاریت بیانگر فاز نهایی گرمابی در کانه‌زایی‌های اسکارن است (Einaudi et al., 1981). پیریت نخستین و فراوانترین کانی سولفیدی است و بلورهای آن از شکلدار، نیمهشکلدار و بیشکل، همراه با منیتیت و هم‌رشدی با کالکوپیریت مشاهده میشود. کالکوپیریت به رنگ زرد برنجي و به صورت بلورهاي بيشكل تا نیمهشکلدار و همراه با منیتیت و پیریت وجود دارد. پیروتیت نیز به مقدار خیلی کم در نمونههای زیرسطحی مشاهده شده است. الیوین، پیروکسن، گارنت، فلوگوپیت، اپیدوت، ولاستونیت، ترمولیت، اکتینولیت، کلریت و کلسیت به همراه کانیهای اکسیدی و سولفیدی وجود دارند. کانیهای ثانویه شامل هماتیت، گوتیت، لیمونیت و به مقدار کم اکسید- هیدروکسیدهای منگنز، مالاکیت و آزوریت است. کانهزایی منیتیت و کانیهای همراه در معدنجو به ترتیب فراوانی به شکل‌های تودهای، صفحهای، رگه- رگچهای، برشی و دانهپراکنده است. در این میان شکل‌های تودهای و صفحهای عمومیت دارند (شکل4-الف، ب). در معدنجو، کانهزایی اکسیدی- سولفیدی و گارنت به صورت رگه- رگچهای در امتداد گسلها و درزههای سنگهای میزبان مشاهده میشود (شکل4-پ، ت). کانهزایی آهن با ساختار برشی نیز به صورت محلی وجود دارد (شکل4-ث). منیتیت و کانیهای همراه به صورت دانهپراکنده در متن سنگ میزبان دیده میشود. کانهزایی منیتیت دانهپراکنده بیشتر در پهنه گارنت اسکارن مشاهده میشود (شکل4-ج).
شکل4. تصاویری از ساخت‌های مختلف کانهزایی در پهنه معدنجو، الف) شکل تودهای منیتیت در تماس سنگهای اسکارن و سنگهای آهکی و آهک دولومیتی متبلور کرتاسه بالایی (نگاه به سمت شرق)، ب) کانهزایی نواری اکسیدهای آهن که ناشی از نفوذ سیالات کانهساز در امتداد لایه‌بندی سنگآهکهای متبلور است، پ) رگه منیتیت در سنگهای اسکارن، ت) رگه‌های گارنت در سنگهای اسکارن، ث) ساخت برشی که منیتیت فضاهای میان قطعات سنگآهک و آهک دولومیتی شده را پر کرده است، ج) شکل دانهپراکنده منیتیت در سنگهای اسکارن
سنگشناسی و کانیشناسی اسکارن معدنجو
در گستره معدنجو، نفوذ توده مونزوگرانیتی ائوسن به داخل شیل، مادستون آهکی و ماسه‌سنگی ژوراسیک و سنگآهک و آهک دولومیتی کرتاسه بالایی سبب تشکیل سنگهای اسکارن و کانهزایی شده است. مناطق اسکارن به‌ویژه در تماس تودههای نفوذی با سنگهای کربناتی کرتاسه بالایی توسعه یافته است، به طوریکه شار حرارتی و سیالات گرمابی ناشی از تودههای نفوذی، باعث دگرگونی ایزوشیمیایی و تبدیل سنگهای آهکی خالص به مرمر و آهک‌های دولومیتی به اسکارن شده است. در فرآیند زایش اسکارن واکنش سیال با کانیهای سنگ میزبان باعث دگرسانی متاسوماتیک پیشرونده و ایجاد کانیهای کالکسیلیکاتی بیآب (فورستریت، فاساییت، پیروکسن ولاستونیت و گارنت) میشود و در گامه‌های پایانی مرحله پیشرونده، منیتیت تشکیل شده است. مرحله تاخیری (پسرونده) با تغییرات شرایط فیزیکوشیمیایی و نفوذ آبهای جوی حرارت پایین و اختلاط آنها با سیال گرمابی همراه است. طی مرحله تاخیری، در اثر فرآیندهای هیدرولیز و کربنگیری، کانیهای سیلیکاتی بیآب به کانیهای آبدار تبدیل میشوند. در این مرحله گارنت بیشتر به اپیدوت و کلسیت و پیروکسن به سیلیکاتهای آبدار (ترمولیت- اکتینولیت) تبدیل میشود. در این مرحله کاهش دما و مصرف H+ توسط هیدرولیز کانیهای کالکسیلیکاتی بیآب و کانیهای کربناته (کلسیت) باعث ناپایداری کمپلکسهای کلریدی و تهنشست کانیهای اکسیدی (منیتیت) و سولفیدی (پیریت، کالکوپیریت و پیروتیت) میشود (Einaudi et al., 1981). بر پایه مطالعات سنگ‌نگاری و کانیشناسی، در گستره معدنجو پهنههای اسکارنی زیر شناسایی شده است.
الیوین- پیروکسن- گارنت اسکارن: این پهنه اسکارنی شامل کانیهای الیوین، فاساییت، گارنت، پیروکسن و منیتیت است. مجموعه این کانیها در مرحله پیشرونده اسکارن تشکیل شده است. در این پهنه، کانهزایی منیتیت به صورت‌های تودهای و رگه‌ای مشاهده میشود. وجود کانی الیوین شاهدی بر وجود توده نفوذی در نزدیکی این پهنه و دلیلی بر اسکارن نوع منیزیمی میباشد (شکل5- الف).
گارنت- پیروکسن اسکارن: کانی غالب در این زون گارنت است و بوسیله پیروکسن همراهی میشود. شواهد بافتی نشان از هم‌رشدی گارنت و پیروکسن در مرحله پیشرونده که با منیتیت، اپیدوت و کلریت مرحله تاخیری دنبال میشود، میباشد ( شکل5-ب).
گارنت اسکارن: در گستره معدنجو، گارنت محصول دگرسانی متاسوماتیک پیشرونده و فقیر از آهن است. بلورهای گارنت در این پهنه اغلب شکلدار تا نیمهشکلدار و دارای بافت گرانوبلاستیک هستند. همراهی گارنت با بلورهای درشت کلسیت نشان از نزدیکی این پهنه به محل همبری توده نفوذی است. گارنتهای معدنجو دارای پهنه‌بندی مشخص است که بیانگر تغییر ترکیب شیمیایی آنها میباشد (شکل5-پ). گارنتهای موجود در سنگهای دگرگونی گاهی فاقد پهنه‌بندی هستند. تغییرات شیمیایی در مقدار عناصر از مرکز به حاشیه‌ی آنها مشاهده نمی‌شود و دلیل اصلی آن رشد سریع گارنت در یک سیستم بسته است. این ویژگی در گارنتهای موجود در سنگهای دگرگونی پهنه بروجرد گزارش شده است (رحمانی جوانمرد و همکاران، 1399).
پیروکسن- ولاستونیت- منیتیت اسکارن: پهنه پیروکسن یک پهنه پیشرونده اسکارن است و در همه اسکارنها مشاهده میشود. این پهنه تنوع ترکیبی مشخصی از خود نشان میدهند. این پهنه اسکارنی در قسمت شمال‌غرب گستره معدنجو و در واحد توفهای آرژیلیشده همراه با تناوبی از سنگآهکهای خاکستری مشاهده میشود. بر پایه مطالعات میکروسکوپی پیروکسن کانی غالب این پهنه است و با ولاستونیت، منیتیت و اپیدوت همراهی میشود (شکل5- ت).
شکل5. الف) الیوین، پیروکسن، گارنت و منیتیت تشکیل درشت بلورهای الیوین و پیروکسن مقدم بر گارنت و منیتیت هستند، ب) تصویر میکروسکوپی از پهنه گارنت- پیروکسن اسکارن که گارنت و پیروکسن بوسیله منیتیت، اپیدوت و کلریت همراهی میشوند، پ) پهنه‌بندی مشخص در گارنت که نشان از تغییر ترکیب شیمیایی در ساختار بلورهای گارنت است و ت) تصویر میکروسکوپی از کانیهای پیروکسن، ولاستونیت و اپیدوت به همراه منیتیت. Ep: اپیدوت، Px: پیروکسن، Mag: منیتیت، Ol: الیوین، Grt: گارنت، Tr: ترمولیت، Wo: ولاستونیت، Cal: کلسیت، Chl: کلریت نشانه‌های اختصاری از Whitney and Evans (2010)
منیتیت اسکارن: منیتیت اسکارن، پهنه اصلی کانهزایی آهن در گستره معدنجو است. در این پهنه، منیتیت بیشتر دارای ساختار تودهای است، اما گاهی به شکل‌های رگه- رگچهای و دانهپراکنده نیز مشاهده میشود. در نمونهها به همراه منیتیت کانیهای پیریت، کالکوپیریت و بندرت پیروتیت وجود دارد (شکل6-الف).
فلوگوپیت اسکارن: در گستره اکتشافی معدنجو با توجه به گسترش وسیع سنگ میزبان دولومیتی و آهک دولومیتی، شرایط برای تشکیل فلوگوپیت مناسب میباشند. کانی غالب در این پهنه فلوگوپیت است و در مواردی با منیتیت همراه است (شکل6-ب). وجود این کانی نشانی بر منیزیمی بودن اسکارن معدنجو است.
ترمولیت- اکتینولیت اسکارن: ظهور اکتینولیت با ظهور زوئیزیت و کلینوزوئیزیت همزمان است، زیرا واکنشهایی که سبب پیدایش زوئیزیت میشوند، اکتینولیت را نیز تولید میکنند. ترمولیت مختص سنگهای کربناتی (دولومیتی) دگرگون شده است. کانی غالب در این پهنه ترمولیت است که به همراه آن اکتینولیت نیز مشاهده میشود، ترمولیتها در مرحله دگرگونی پسرونده (تاخیری) از تبدیل پیروکسنها ایجاد میشود (شکل6-پ).
اپیدوت اسکارن: این پهنه از گسترش به نسبت وسیعی در گستره معدنجو برخوردار است. زوئیزیت یک کانی کم و بیش بدون آهن از کانیهای شاخص گروه اپیدوت در این پهنه است. تشکیل زوئیزیت در دمای بالای حدود 400 درجه سانتیگراد، فقط زمانی که سیال محیطی از آب خالص باشد XCO2 < 0.05))، رخ میدهد (Groat et al., 2014). کانیهای این پهنه که در مرحله دگرگونی پسرونده تشکیل شدهاند شامل زوئیزیت، کلریت، کلسیت، اپیدوت، گارنت و منیتیت مرحله تاخیری هستند (شکل6-ت).
شکل6. الف) تصویر میکروسکوپی از هم‌رشدی کانیهای منیتیت، پیریت، کالکوپیریت و پیروتیت، ب) تصویر میکروسکوپی از همیافتی فلوگوپیت و منیتیت، پ) تصویر میکروسکوپی از ترمولیت، اکتینولیت، پیروکسن و فلوگوپیت و ت) تصویر میکروسکوپی از زوئیزیت همراه با گارنت و منیتیت تاخیری. Ep: اپیدوت، Px: پیروکسن، Mag: منیتیت، Py: پیریت، Ccp: کالکوپیریت، Po: پیروتیت، Grt: گارنت، Tr: ترمولیت، Act: اکتینولیت، Zo: زوئیزیت، Phl: فلوگوپیت نشانه‌های اختصاری از Whitney and Evans (2010)
شیمی کانیهای پهنه اسکارن
در این پژوهش مطالعه شیمی کانیها در پنج نمونه شاخص از پهنههای اسکارن معدنجو و بر روی کانیهای الیوین (فورستریت)، گارنت، پیروکسن، منیتیت، فلوگوپیت، کلریت، کلسیت، دولومیت، پیریت، کالکوپیریت و کالکوسیت به تعداد 72 نقطه انجام شده است ( جدول‌های 1، 2، 3 و شکل‌های 7 تا 9). در ادامه، تنها به توصیف شیمی کانیهای مهم پهنه اسکارن از قبیل گارنت، پیروکسن، منیتیت و الیوین اکتفاء شده است. برای اطلاع از ترکیب شیمیایی سایر کانیها به داده‌های جدول (3) رجوع شود.
شیمی گارنت: در گستره معدنجو، برای مطالعه ترکیب شیمیایی گارنت و تشخیص نوع آن، تعداد نه نقطه بر روی این کانی با استفاده از روش ریزکاو الکترونی تجزیه شده است. موقعیت نقاط تجزیه و مقادیر غلظت اکسید عناصر به ترتیب در شکل (7-الف) و جدول 1 آورده شده است. بر پایه داده‌های ژئوشیمیایی، SiO2 بیشترین درصد فراوانی را در ترکیب گارنت دارد و مقدار آن از 52/37 درصد تا 03/39 درصد تغییر میکند. CaO، FeO و Al2O3 به ترتیب در مرتبه‌های بعدی قرار دارند. مقایسه ترکیب شیمیایی گارنتهای معدنجو با ترکیب آندرادیت، گروسولار، اسپسارتین و آلماندین مرجع (webmineral.com/data)، مشابهت گارنتهای معدنجو را بیشتر با انواع آندرادیت و گروسولار نشان میدهد و غنی از کلسیم هستند (شکل7-ب). در مثلث آندرادیت، گروسولار، آلماندین+ اسپسارتین (Meinert et al., 2005)، ترکیب گارنتهای معدنجو در گستره آندرادیت- گروسولار و نزدیک به رأس آندرادیت و در گستره ترکیبی اسکارن‌های آهن‌دار جهان قرار میگیرند (شکل7-پ).
شکل7. الف) موقعیت و شماره نقاط تجزیه شیمیایی بر روی کانیهای گارنت، ب) مقایسه ترکیب شیمیایی گارنتهای معدنجو با ترکیب آندرادیت، گروسولار، اسپسارتین و آلماندین مرجع، که گارنتهای معدنجو بیشتر با انواع آندرادیت و گروسولار مشابه میباشند و غنی از کلسیم هستند و پ) موقعیت ترکیب شیمیایی گارنتهای معدنجو در نمودار مثلثی گروسولار- اسپسارتین- آندرادیت (با تغییر از Meinert et al., 2005)
جدول 1. نتایج تجزیه شیمیایی (درصد وزنی) گارنتهای انتخابی از اسکارن آهن معدنجو به روش میکروپروب الکترونی
Sample No. | Point No. | Mineral | Na2O | K2O | MgO | CaO | MnO | FeO | NiO | Al2O3 | V2O3 | Cr2O3 | SiO2 | TiO2 | Total |
SM-TP-16 | 1 |
| 0.07 | 0.04 | 0.00 | 30.42 | 0.22 | 20.74 | 0.12 | 7.96 | 0.00 | 0.00 | 38.59 | 0.23 | 98.39 |
2 |
| 0.00 | 0.10 | 0.00 | 30.50 | 0.24 | 21.21 | 0.28 | 8.13 | 0.00 | 0.00 | 39.03 | 0.00 | 99.49 | |
3 |
| 0.00 | 0.00 | 0.00 | 30.75 | 0.25 | 21.22 | 0.00 | 7.69 | 0.00 | 0.00 | 38.16 | 0.41 | 98.48 | |
4 | Andradite - | 0.07 | 0.00 | 0.00 | 30.62 | 0.33 | 20.57 | 0.14 | 8.47 | 0.00 | 0.00 | 37.69 | 0.29 | 98.18 | |
5 | Grossular | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 30.80 | 0.23 | 28.43 | 0.00 | 2.21 | 0.00 | 0.04 | 37.52 | 0.00 | 99.27 | |
6 |
| 0.09 | 0.00 | 0.00 | 30.63 | 0.23 | 26.74 | 0.00 | 2.97 | 0.00 | 0.03 | 37.57 | 0.00 | 98.26 | |
7 |
| 0.00 | 0.00 | 0.00 | 31.17 | 0.11 | 26.72 | 0.00 | 2.15 | 0.00 | 0.00 | 38.57 | 0.00 | 98.72 | |
8 |
| 0.00 | 0.00 | 0.00 | 31.53 | 0.36 | 19.14 | 0.00 | 8.95 | 0.00 | 0.00 | 38.32 | 0.38 | 98.68 | |
9 |
| 0.00 | 0.00 | 0.00 | 32.09 | 0.33 | 19.49 | 0.36 | 8.97 | 0.00 | 0.00 | 38.19 | 0.21 | 99.64 | |
Reference Andradite | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 33.11 | 0.00 | 31.42 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 35.47 | 0.00 | 100.00 | ||
Reference Grossular | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 37.35 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 22.64 | 0.00 | 0.00 | 40.02 | 0.00 | 100.00 | ||
Reference Spessartine | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 42.99 | 0.00 | 0.00 | 20.60 | 0.00 | 0.00 | 36.41 | 0.00 | 100.00 | ||
Reference almandine | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 43.30 | 0.00 | 20.48 | 0.00 | 0.00 | 36.21 | 0.00 | 100.00 | ||
شیمی پیروکسن: پیروکسن از کانیهای شاخص اسکارنها است و در مرحله پیشرونده اسکارنزایی ایجاد میشود. در گستره معدنجو پیروکسن به همراه الیوین، گارنت، ولاستونیت، فلوگوپیت و منیتیت در بیشتر پهنههای اسکارنی وجود دارد. در این گستره، برای مطالعه ترکیب شیمیایی پیروکسن و تشخیص نوع آن، تعداد سه نقطه بر روی این کانی با استفاده از روش ریزکاو الکترونی تجزیه شده است. موقعیت نقاط تجزیه و مقادیر غلظت اکسید عناصر به ترتیب در شکل (8-الف) و جدول 2 آورده شده است. مقایسه ترکیب شیمیایی پیروکسن‌های معدنجو با ترکیب دیوپسید، هدنبرگیت و ژوهانسنیت مرجع (webmineral.com/data)، مشابهت پیروکسن‌های معدنجو را بیشتر با انواع دیوپسید و هدنبرگیت نشان میدهد و غنی از کلسیم و منیزیم هستند (شکل8-ب). در نمودار مثلثی هدنبرگیت-دیوپسید-ژوهانسنیت (Meinert et al., 2005)، ترکیب پیروکسن‌های معدنجو در گستره دیوپسید- هدنبرگیت و نزدیک به رأس دیوپسید و در گستره اسکارن‌های آهن‌دار قرار میگیرند (شکل8-پ).
جدول 2. نتایج تجزیه شیمیایی (درصد وزنی) پیروکسن‌های انتخابی از اسکارن آهن معدنجو به روش میکروپروب الکترونی
Sample No. | Point No. | Mineral | Na2O | K2O | MgO | CaO | MnO | FeO | Al2O3 | V2O3 | Cr2O3 | SiO2 | TiO2 | P2O5 | Total |
SM-TP-01 | 22 | Diopside - | 0.33 | 0.02 | 15.14 | 24.78 | 0.17 | 4.19 | 3.74 | 0.00 | 0.00 | 50.53 | 0.29 | 0.07 | 99.26 |
23 | Hedenbergite | 0.20 | 0.04 | 16.23 | 25.68 | 0.21 | 4.64 | 1.05 | 0.00 | 0.00 | 50.75 | 0.26 | 0.00 | 99.06 | |
24 |
| 0.03 | 0.09 | 18.89 | 26.53 | 0.04 | 0.49 | 0.76 | 0.00 | 0.00 | 51.63 | 0.12 | 0.00 | 98.58 | |
Reference Diopside | 0.00 | 0.00 | 18.61 | 25.90 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 55.49 | 0.00 | 0.00 | 100.00 | ||
Reference Hedenbergite | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 22.60 | 0.00 | 28.96 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 48.44 | 0.00 | 0.00 | 100.00 | ||
Reference Johannsenite | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 22.69 | 28.70 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 48.62 | 0.00 | 0.00 | 100.00 | ||
شیمی منیتیت: کانی منیتیت، یک ردیاب پتروژنتیکی مهم است و کاربردهای گسترده‌ای در بررسیهای زمینشناسی اقتصادی و اکتشافات معدنی دارد. شیمی منیتیت به تعداد 34 نقطه در نمونههای SM-TP-06، SM-B-49-131و SM-B-55-42 اندازهگیری شده است. موقعیت نقاط تجزیه و مقادیر غلظت اکسید عناصر به ترتیب در شکل (8-ت) و جدول (3) آورده شده است. مقدار FeO از کمینه 27/87 درصد تا بیشینه 45/93 درصد در منیتیتهای معدنجو تغییر میکند و متوسط آن 44/90 درصد است. از ترکیب شیمیایی منیتیت برای شناسایی منیتیتهای ماگمایی و گرمابی و انواع مختلف کانسارهای سنگ آهن استفاده میشود. به عنوان مثال نمودار Ti+V در مقابل Al+Ca+Mn، برای تشخیص انواع کانسارهای آهن بکار برده میشود (Dupuis and Beaudoin, 2011). در این نمودار شیمی منیتیتهای معدنجو در گستره کانسارهای آهن اسکارن قرار میگیرند (شکل8-ث).
جدول 3. نتایج تجزیه شیمیایی (درصد وزنی) منیتیت، فورستریت، فلوگوپیت، کلریت، کلسیت، دولومیت، پیریت، کالکوپیریتو کالکوسیت از اسکارن آهن معدنجو به روش میکروپروب الکترونی
.
Sample No. | Point No. | Mineral | SiO2 | Al2O3 | FeO | MgO | CaO | Na2O | K2O | TiO2 | P2O5 | MnO | Cr2O3 | CoO | NiO | V2O3 | SO2 | CuO | ZnO | Total |
SM-TP-06 | 22 | Magnetite | 0.03 | 0.05 | 92.97 | 0.73 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.03 | 0.00 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.90 |
23 | 0.08 | 0.15 | 89.66 | 0.74 | 0.00 | 0.08 | 0.05 | 0.07 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.57 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 91.44 | ||
24 | 3.26 | 1.09 | 87.27 | 1.19 | 0.07 | 0.76 | 0.31 | 0.12 | 0.05 | 0.02 | 0.00 | 0.00 | 1.25 | 0.00 | 0.07 | 0.00 | 0.00 | 95.46 | ||
25 | 0.01 | 0.13 | 92.65 | 0.81 | 0.00 | 0.08 | 0.03 | 0.00 | 0.10 | 0.03 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.84 | ||
26 | Chlorite | 32.81 | 0.01 | 1.55 | 59.90 | 0.00 | 0.14 | 0.00 | 0.14 | 0.00 | 0.07 | 0.00 | 0.00 | 0.16 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 94.78 | |
27 | 33.86 | 0.14 | 1.51 | 59.11 | 0.06 | 0.14 | 0.13 | 0.13 | 0.00 | 0.08 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 95.21 | ||
28 | Magnetite | 33.26 | 0.33 | 1.34 | 58.58 | 0.44 | 0.23 | 0.10 | 0.17 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.16 | 0.00 | 0.00 | 94.61 | |
29 | 0.10 | 0.02 | 91.78 | 0.71 | 0.03 | 0.02 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.75 | ||
30 | 0.31 | 0.27 | 92.69 | 0.95 | 0.04 | 0.47 | 0.17 | 0.05 | 0.00 | 0.09 | 0.00 | 0.94 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 95.98 | ||
31 | 0.15 | 0.17 | 90.95 | 0.86 | 0.00 | 0.47 | 0.11 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.03 | 0.98 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.76 | ||
32 | 0.06 | 0.17 | 89.94 | 0.81 | 0.00 | 0.18 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.08 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 91.29 | ||
33 | 0.11 | 0.20 | 89.70 | 0.98 | 0.00 | 0.33 | 0.09 | 0.00 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 91.47 | ||
34 | 0.10 | 0.09 | 90.44 | 0.46 | 0.00 | 0.36 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 0.49 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.04 | ||
39 | 0.05 | 0.09 | 91.68 | 0.87 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.73 | ||
40 | 0.51 | 0.63 | 90.52 | 1.04 | 0.00 | 0.30 | 0.14 | 0.00 | 0.00 | 0.11 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.25 | ||
41 | Chlorite | 32.92 | 0.20 | 3.34 | 58.09 | 0.14 | 0.12 | 0.11 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.19 | 0.00 | 0.00 | 95.11 | |
42 | 33.16 | 0.16 | 2.88 | 57.90 | 0.14 | 0.12 | 0.16 | 0.00 | 0.00 | 0.03 | 0.00 | 0.20 | 0.00 | 0.00 | 0.16 | 0.00 | 0.00 | 94.91 | ||
35 | Pyrite | 0.07 | 0.00 | 45.86 | 0.08 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 52.78 | 0.00 | 0.00 | 98.79 | |
36 | 0.06 | 0.00 | 45.75 | 0.04 | 0.01 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 52.50 | 0.12 | 0.00 | 98.48 | ||
37 | 0.07 | 0.00 | 45.47 | 0.09 | 0.01 | 0.00 | 0.00 | 0.01 | 0.04 | 0.01 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 52.91 | 0.00 | 0.00 | 98.61 | ||
38 | 0.08 | 0.00 | 45.70 | 0.22 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.01 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 52.60 | 0.00 | 0.00 | 98.66 | ||
SM-B-49-131 | 1 | Magnetite | 0.07 | 0.16 | 91.04 | 0.86 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.03 | 0.04 | 0.09 | 0.00 | 0.00 | 0.41 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.70 |
2 | 0.03 | 0.17 | 91.86 | 0.83 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.99 | ||
3 | 0.20 | 0.17 | 91.22 | 0.83 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.63 | ||
4 | 0.10 | 0.11 | 90.86 | 0.90 | 0.00 | 0.05 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.09 | ||
5 | Calcite | 0.18 | 0.01 | 0.02 | 0.45 | 54.15 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.07 | 0.13 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 55.01 | |
6 | 0.12 | 0.00 | 0.13 | 0.33 | 54.98 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.11 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 55.67 | ||
7 | Magnetite | 0.08 | 0.22 | 91.69 | 1.09 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.21 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.38 | |
8 | 0.03 | 0.00 | 91.24 | 0.86 | 0.01 | 0.00 | 0.00 | 0.05 | 0.00 | 0.03 | 0.00 | 0.00 | 0.33 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 92.59 | ||
9 | 0.15 | 0.04 | 91.42 | 0.60 | 0.04 | 0.07 | 0.00 | 0.10 | 0.00 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.54 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.01 | ||
10 | 0.30 | 0.43 | 90.00 | 1.93 | 0.08 | 0.07 | 0.00 | 0.14 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.11 | ||
11 | 0.29 | 0.61 | 90.74 | 1.12 | 0.03 | 0.07 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.11 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.21 | ||
12 | 0.31 | 0.43 | 90.62 | 1.27 | 0.12 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.09 | 0.00 | 0.00 | 0.16 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.04 | ||
13 | 0.21 | 0.26 | 91.41 | 1.72 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.13 | 0.00 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.81 | ||
14 | 0.15 | 0.30 | 90.34 | 1.69 | 0.02 | 0.04 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.10 | 0.00 | 0.00 | 0.29 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.99 | ||
15 | Calcite | 0.22 | 0.35 | 91.21 | 1.64 | 0.01 | 0.06 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.07 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.60 | |
16 | 0.03 | 0.00 | 0.13 | 0.00 | 55.86 | 0.00 | 0.00 | 0.05 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 56.12 | ||
17 | Dolomite | 0.06 | 0.03 | 0.24 | 1.25 | 54.40 | 0.00 | 0.00 | 0.02 | 0.06 | 0.16 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 56.22 | |
18 | 0.06 | 0.00 | 0.32 | 22.85 | 32.39 | 0.00 | 0.00 | 0.01 | 0.05 | 0.77 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 56.45 | ||
19 | Phlogopite | 40.94 | 11.49 | 3.41 | 30.36 | 0.00 | 0.08 | 8.94 | 0.05 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.00 | 0.07 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 95.36 | |
20 | 40.33 | 11.30 | 3.68 | 30.39 | 0.00 | 0.17 | 8.70 | 0.03 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.07 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 94.67 | ||
21 | 39.00 | 10.67 | 4.62 | 31.56 | 0.00 | 0.09 | 6.56 | 0.02 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.65 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.17 | ||
22 | Chlorite | 41.10 | 4.36 | 1.20 | 41.20 | 0.00 | 0.04 | 0.03 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 87.99 | |
23 | Magnetite | 0.07 | 0.06 | 91.85 | 0.49 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.06 | 0.07 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.65 | |
24 | Pyrite | 0 | 0 | 45.31 | 0.13 | 0.11 | 0 | 0 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0.1 | 0.17 | 0 | 52.72 | 0.29 | 0.13 | 98.97 | |
25 | 0 | 0.06 | 45.5 | 0.07 | 0.03 | 0 | 0 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0.03 | 0 | 0 | 52.45 | 0.87 | 0 | 99.02 | ||
26 | Chalcocite | 0.06 | 0 | 1.62 | 0.08 | 0.02 | 0 | 0 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0.36 | 0.12 | 0 | 21.34 | 77.12 | 0 | 100.73 | |
27 | 0.07 | 0 | 1.47 | 0.03 | 0.08 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.26 | 0 | 0 | 21.02 | 77.16 | 0.36 | 100.45 | ||
28 | Chalcopyrite | 0.05 | 0 | 29.88 | 0 | 0.05 | 0 | 0 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0.81 | 0.39 | 0 | 33.75 | 33.89 | 0.01 | 98.84 | |
SM-B-55-42 | 29 | Magnetite | 0.07 | 0.18 | 90.88 | 1.33 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.11 | 0.00 | 0.00 | 0.16 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.75 |
30 | 0.12 | 0.17 | 91.24 | 1.22 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.03 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.96 | ||
31 | 0.10 | 0.12 | 93.45 | 1.31 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.09 | 0.00 | 0.00 | 0.71 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 96.09 | ||
32 | Forsterite | 34.01 | 0.00 | 2.07 | 58.25 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.33 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 94.75 | |
33 | 34.44 | 0.00 | 2.03 | 58.53 | 0.02 | 0.10 | 0.00 | 0.33 | 0.06 | 0.07 | 0.00 | 0.00 | 0.21 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 95.79 | ||
34 | 35.49 | 0.03 | 1.90 | 59.45 | 0.05 | 0.06 | 0.03 | 0.26 | 0.12 | 0.05 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 97.52 | ||
35 | Magnetite | 0.07 | 0.06 | 92.76 | 0.93 | 0.04 | 0.00 | 0.13 | 0.03 | 0.06 | 0.10 | 0.00 | 0.05 | 0.20 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 95.12 | |
36 | 0.67 | 0.11 | 89.56 | 1.05 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.03 | 0.07 | 0.08 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 91.87 | ||
37 | 0.13 | 0.10 | 91.88 | 1.23 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | 0.87 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 94.30 | ||
38 | 0.11 | 0.12 | 90.40 | 1.33 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.09 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 92.09 | ||
39 | 0.13 | 0.10 | 91.51 | 1.11 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.09 | 0.00 | 0.00 | 0.16 | 0.02 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 93.12 |
شیمی الیوین: الیوین (فورستریت) از جمله کانیهای دما بالا در گستره معدنجو است و همراه با کانیهای فاساییت، پیروکسن، گارنت و منیتیت در پهنه اسکارن مشاهده شده است. تجزیه‌ی شیمیایی کانیها با استفاده از روش ریزکاو الکترونی همانند روش سنگ‌نگاری وجود الیوین را در نمونهی SMB-TP-55-42 ثابت میکند. نتایج تجزیه تعداد سه نقطه (نقاط تجزیه 32، 33و 34) بر روی کانی الیوین (فورستریت) در جدول (3) آورده شده است. بر پایه نتایج تجزیههای شیمیایی MgO و SiO2 بیشترین درصد وزنی این کانی را تشکیل میدهند. مقدار MgO از 25/58 درصد تا 45/59 درصد و SiO2 از 01/34 تا 49/34 تغییر میکند. در نمودار مثلثی Mn2SiO4 (تفروئیت)، Mg2SiO4 (فورستریت)، Fe2SiO4 (فایالیت) (Deer et al., 1996)، هر سه نقطه در گستره فورستریت قرار میگیرند (شکل9).
شکل9. نمودار مثلثی فورستریت- فایالیت- تفروئیت و موقعیت نمونهها در گستره فورستریت
زمین دما- فشارسنجی بر اساس ترکیب پیروکسن
ترکیب شیمیایی کلینوپیروکسنها تابعی از تغییرات شرایط فشار و دما است (Yavuz, 2013; Aydin et al., 2009). بر این اساس، از ترکیب شیمیایی پیروکسنها برای تعیین دما و فشار سنگهای حامل آنها استفاده میشود (Putirka, 2008). دو نوع مدل دما- فشارسنج بر اساس ترکیب تک کلینوپیروکسن و کلینوپیروکسن- مذاب ارائه شده است (Nimis and Taylor, 2000). روش تک کلینوپیروکسن بر اساس محاسبه میزان فعالیت انستاتیت در کلینوپیروکسن و بدون دخالت ترکیب مذاب طراحی شده است و همواره بر پایه تعادل Ca-Mg میباشد (Putirka, 2008). در این پژوهش برای تخمین شرایط فشار و دما به روش تک کلینوپیروکسن از برنامه Winpyrox (Yavuz, 2013) استفاده شد. بر اساس رابطه زیر برای تخمین شرایط دما و فشار تبلور پیروکسن در اسکارن معدنجو اقدام شده است:
T(K)=93100 +544P(kbar)/61.1+36.6(XTi cpx)+ 10.9(XFe cpx)- 0.95 (XAl cpx +XCr cpx -XNa cpx -XK cpx )+ 0.395 [ln(aEn cpx ]2
بر اساس این معادله دمای تشکیل کلینوپیروکسنهای اسکارن معدنجو بین 458 تا 689 درجه سانتیگراد و فشار 21/2 کیلوبار بر آورد شده است. شکل (10-الف) نمودار فشار- دما را برای کلینوپیروکسنهای اسکارن معدنجو نشان میدهد.
شکل10. الف) نمودار دما- فشار برای کلینوپیروکسنهای اسکارن معدنجو، ب) تصویر شماتیک از ساختار لیتوسفر (کلینوپیروکسنها در عمق 1تا 5/2 کیلومتری متبلور شدهاند) (Putirka, 2008)
مطالعه میانبارهای سیال
در سامانههای ماگمایی -گرمابی، ماگماها از نظر تأمین حرارت، سیالات ماگمایی و فلزات دارای اهمیت میباشند. پتانسیل کانهزایی این ماگماها تابع ترکیب سیالات ماگمایی و زمان خروج آنها از ماگما است که در سیالات و مذابهای درگیر ثبت میشود ((John et al., 2010. بررسی دمای تشکیل کانسارها، شوری و ترکیب شیمیایی سیالات کانهساز و فشار حاکم بر محیط کانهزایی در شناخت نوع کانهزایی و ارائه مدل اکتشافی بسیار مهم است (Beane, 1983). در گستره معدنجو برای بررسی میانبارهای سیال در کانیهای گارنت، پیروکسن، ترمولیت و کلسیت، تعداد هفت نمونه از پهنههای مختلف اسکارن معدنجو انتخاب شد. این کانیها شامل: 1- گارنت، از پهنههای گارنت و پیروکسن- گارنت اسکارن، 2- پیروکسن، از پهنه پیروکسن اسکارن، 3- ترمولیت، از پهنه ترمولیت- اکتینولیت اسکارن و 4- کلسیت از پهنههای منیتیت و گارنت- پیروکسن اسکارن میباشد. در این پژوهش، تعداد 70 میانبار سیال اولیه مورد آزمایش ریزدماسنجی قرار گرفت.
پتروگرافی میانبارهای سیال
پتروگرافی، یکی از مهمترین مراحل مطالعه میانبارهای سیال است. میانبارهای سیال در نمونههای معدنجو دارای اندازههای سه تا 20 میکرون هستند. میانبارهای سیال از نظر شکلظاهری به صورت‌های بیشکل، نیمهشکلدار، تمامشکلدار، کشیده و بلور منفی میباشند. در برخی از میانبارهای سیال پدیده باریکشدگی نیز دیده میشود. از دید ژنتیکی، میانبارهای سیال از نوع میانبارهای اولیه (P) و ثانویه (S) تشخیص داده شدهاند. این میانبارها در همه نمونهها بیشتر دارای دو فاز ترکیبی مایع و گاز هستند و میانبارهای تکفازی مایع و سهفازی جامد- مایع- گاز به تعداد خیلی کم در نمونهها مشاهده شده است. از نظر تعداد فاز، چهار نوع میانبار سیال در این کانیها مشاهده شده است، میانبارها عبارت از میانبارهای تکفازی مایع ( L)، میانبارهای دوفازی غنی از مایع ( L+V)، میانبارهای دوفازی غنی از گاز (V+L)، میانبارهای سهفازی مایع- گاز- هالیت (L+V+S) میباشند (شکل11-الف، ب، پ، ت).
شکل11. تصاویر میانبارهای سیال از کانیهای اسکارن معدنجو. الف) میانبارهای سیال دوفازی (L+V)، (V+L) در کلسیت، ب، پ) میانبارهای سیال تکفازی (L)، دوفازی (L+V) و (V+L)، سهفازی (L+V+S) و میانبارهای ثانویه در گارنت، ت) میانبارهای سیال دوفازی (L+V) در پیروکسن
ریزدماسنجی میانبارهای سیال
روش ریزدماسنجی میانبارهای سیال بر پایه مشاهده دقیق و تشخیص تغییرات فازی درون میانبارهای سیال هنگام گرمایش و سرمایش است. با اندازهگیری دقیق دمایی که این تغییرات در آن رخ میدهد، میتوان به وضعیت سیالها در زمان به دام افتادن پی برد (Shepherd et al., 1985). نتایج حاصل از مطالعات ریزدماسنجی برای کانیهای گارنت، کلسیت، پیروکسن و ترمولیت از پهنه اسکارن آهن معدنجو به ترتیب در جدول 4 آورده شده است. نتایج مطالعات گرمایش سیالات نشان میدهد، تغییرات دمای همگن شدن میانبارها به فاز مایع برای پیروکسن مرحله پیشرونده از 330 تا 380 درجه سانتیگراد، گارنت پیشرونده از 390 تا 410 درجه سانتیگراد، گارنت مرحله تاخیری از 170 تا 200 درجه سانتیگراد، ترمولیت تاخیری 275 تا 300 درجه سانتیگراد، کلسیت تاخیری از 120 تا 135 درجه سانتیگراد و کلسیت پس از کانه‌زائی از 95 تا 190 درجه سانتیگراد تغییر میکند. در کل دامنه تغییرات دما برای تمام کانیها از 95 تا 410 درجه سانتیگراد است. مقدار کمینه دما برای کلسیت و مقدار بیشینه آن برای گارنت مرحله پیشرونده ثبت شده است (شکل12- الف). مقدار شوری میانبارهای سیال برای پیروکسن از 17/37 تا 57/57، گارنت پیشرونده از 02/33 تا 38/42، گارنت تاخیری از 53/29 تا 05/49، ترمولیت از 40/35 تا 38/42، کلسیت تاخیری از 33/16 تا 14/27 و برای کلسیت پس از کانه‌زائی از 01/2 تا 32/15 درصد وزنی معادل نمک طعام در تغییر است. کمینه شوری با مقدار 01/2 در کلسیت و بیشینه آن با مقدار 57/57 درصد وزنی معادل نمک طعام در پیروکسن ثبت شده است (شکل12- ب).
جدول4. نتایج مطالعات ریزدماسنجی میانبارهای سیال برای کلسیت، گارنت، پیروکسن و ترمولیت در اسکارن آهن معدنجو
Salinity (wt.% NaCl eq.) | Th (°C) | Tm (ice) (°C) | Te (°C) | Phases | Type | Size (µm) | Sample- Point |
گارنت | SM-13 | ||||||
58/43 | 195 | 46- | 135- | L+V | P | 3 | 1 |
14/40 | 200 | 43- | 109- | L+V | P | 5 | 2 |
04/49 | 190 | 50- | 100- | L+V | P | 4 | 3 |
37/42 | 185 | 45- | 110- | L+V | P | 3 | 4 |
05/49 | 180 | 50- | 115- | L+V | P | 4 | 5 |
17/37 | 170 | 40- | 85- | L+V | P | 3 | 6 |
18/46 | 190 | 48- | 95- | L+V | P | 5 | 7 |
38/42 | 180 | 45- | 90- | L+V | P | 4 | 8 |
02/33 | 185 | 35- | 85- | L+V | P | 3 | 9 |
53/29 | 200 | 30- | 75- | V+L | P | 7 | 10 |
02/33 | 410 | 35- | 95- | L+V | P | 5 | 11 |
38/42 | 405 | 45- | 110- | L+V+S | P | 4 | 12 |
38/42 | 400 | 45- | 100- | L+V | P | 5 | 13 |
02/33 | 390 | 35- | 100- | L+V | P | 6 | 14 |
40/35 | 395 | 38- | 105- | L+V | P | 7 | 15 |
کلسیت | SM-13 | ||||||
49/9 | 125 | 6- | 35- | L+V | P | 3 | 1 |
32/15 | 110 | 11- | 40- | L+V | P | 7 | 2 |
13/8 | 105 | 5- | 35- | L+V | P | 5 | 3 |
00/12 | 95 | 8- | 32- | L+V | P | 3 | 4 |
13/8 | 100 | 5- | 35- | L+V | P | 4 | 5 |
08/19 | 130 | 15- | 42- | L+V | P | 7 | 6 |
33/16 | 135 | 12- | 37- | L+V | P | 7 | 7 |
32/15 | 140 | 11- | 37- | L+V | P | 6 | 8 |
کلسیت | SM-55-67 | ||||||
14/27 | 120 | 10- | 40- | L+V | P | 4 | 9 |
00/12 | 125 | 8- | 35- | L+V | P | 5 | 10 |
00/12 | 95 | 8- | 28- | L+V | P | 4 | 11 |
33/16 | 100 | 12- | 23- | L+V | P | 4 | 12 |
16/13 | 105 | 9- | 35- | L+V | P | 5 | 13 |
32/15 | 95 | 11- | 27- | L+V | P | 5 | 14 |
71/6 | 110 | 4- | 38- | L+V | P | 5 | 15 |
65/3 | 100 | 2- | 30- | L+V | P | 4 | 16 |
00/12 | 95 | 8- | 33- | L+V | P | 5 | 17 |
77/10 | 95 | 7- | 32- | L+V | P | 5 | 18 |
65/3 | 190 | 2- | 45- | L+V | P | 6 | 19 |
01/2 | 185 | 1- | 37- | L+V | P | 5 | 20 |
49/9 | 185 | 6- | 35- | L+V | P | 5 | 21 |
65/3 | 143 | 2- | 40- | L+V | P | 5 | 22 |
71/6 | 137 | 4- | 37- | L+V | P | 4 | 23 |
13/8 | 130 | 5- | 37- | L+V | P | 5 | 24 |
71/6 | 132 | 4- | 30- | L+V | P | 5 | 25 |
71/6 | 130 | 4- | 42- | V+L | P | 4 | 26 |
22/5 | 125 | 3- | 35- | V+L | P | 6 | 27 |
13/8 | 127 | 5- | 35- | V+L | P | 6 | 28 |
65/3 | 127 | 2- | 36- | L+V | P | 5 | 29 |
71/6 | 130 | 4- | 38- | L+V | P | 6 | 30 |
00/12 | 125 | 8- | 35- | L+V | P | 7 | 31 |
77/10 | 120 | 7- | 32- | L+V | P | 7 | 32 |
49/9 | 120 | 6- | 34- | L+V | P | 6 | 33 |
13/8 | 115 | 5- | 31- | L+V | P | 5 | 34 |
27/14 | 135 | 10- | 40- | L+V | P | 6 | 35 |
77/10 | 140 | 7- | 37- | L+V | P | 6 | 36 |
71/6 | 125 | 4- | 33- | L+V | P | 5 | 37 |
65/3 | 120 | 2- | 27- | L+V | P | 5 | 38 |
32/15 | 160 | 11- | 42- | L+V+S | P | 10 | 39 |
16/13 | 130 | 9- | 40- | V+L | P | 12 | 40 |
72/20 | 135 | 17- | 43- | L+V | P | 5 | 41 |
33/16 | 130 | 12- | 34- | L+V | P | 5 | 42 |
29/17 | 127 | 13- | 33- | L+V | P | 4 | 43 |
08/19 | 124 | 15- | 35- | L+V | P | 7 | 44 |
20/18 | 125 | 14- | 35- | L+V | P | 6 | 45 |
پیروکسن | SM-01 | ||||||
10/39 | 350 | 42- | 95- | L+V | P | 6 | 1 |
85/44 | 380 | 47- | 90- | L+V | P | 4 | 2 |
38/42 | 375 | 45- | 94- | L+V | P | 3 | 3 |
57/57 | 355 | 55- | 92- | L+V | P | 5 | 4 |
17/37 | 330 | 40- | 70- | L+V | P | 4 | 5 |
ترمولیت | SM-11 | ||||||
38/42 | 300 | 43- | 75- | L+V | P | 5 | 1 |
17/37 | 285 | 40- | 70- | L+V | P | 4 | 2 |
40/35 | 275 | 38- | 65- | L+V | P | 3 | 3 |
شکل12. مطالعات ریزدماسنجی میانبارهای سیال در اسکارن آهن معدنجو. الف) نمودار ستونی فراوانی دمای همگن شدن، ب) نمودار ستونی فراوانی شوری میانبارهای سیال در کانیهای شاخص اسکارن
بحث
چگالي، فشار و عمق بهدام افتادن میانبارهای سیال
با استفاده از نمودارهایی که بر اساس دمای همگنشدن و شوری میانبارهای سیال برای محاسبه چگالی، فشار بخار و عمق به دام افتادن میانبارهای سیال طراحی شده است (Driesner and Heinrich, 2007; Wilkinson, 2001)، چگالی سیالها برای همه کانیها از یک تا 1/1 تغییر میکند و فشار بخار در دامنه‌ی 10 تا 400 بار قرار میگیرد، پیروکسن و گارنت پیشرونده تحت فشار بخار 100 تا 400 بار و ترمولیت، گارنت تاخیری و کلسیت تاخیری تحت فشار بخار کمتر از 100 بار تشکیل شدهاند (شکل13-الف، ب). براساس نمودار دماـ فشارـ عمق (Haas, 1971)، کلسیت و گارنت تاخیری در عمق 100 تا 150 متر، ترمولیت در عمق 600 متر، پیروکسن در عمق 1200و گارنت پیشرونده در عمق 1400 متر تشکیل شده است. براساس مقادیر کمینه و بیشینه دمای همگنشدن و شوری، عمق تقریبی کانه‌زائی به ترتیب 100 متر و 1400 متر تخمین زده میشود (شکل13-پ). لازم به ذکر است که عمق تخمینی برای تبلور پیروکسن بر اساس داده‌های میانبار سیال (2/1 کیلومتر) با عمق محاسبه شده بر اساس دما- فشارسنجی پیروکسن (1 تا 5/2 کیلومتر، شکل10-الف) تایید میشود.
شکل13. الف) نمودار دما- شوری برای تعیین چگالی محلولهای NaCl-H2O اشباع از بخار (Wilkinson, 2001)، ب) نمودار تعیین فشار بخار محلول بر حسب دمای همگن شدن و شوری (Driesner and Heinrich, 2007)، آمیختگی سیالها، رقیق شدگی سیال و جوشش از عوامل مهم در نهشت کانیها در اسکارن معدنجو هستند، پ) نمودار دما- فشار- عمق جهت تعیین عمق تشکیل کانسار (Haas, 1971)، (در نمودار عمق تقریبی به دام افتادن میانبارهای سیال در کانیهای شاخص اسکارن معدنجو مشخص شده است)
منشاء و تکامل سیال کانسارساز
در نهشت کانیها و تشکیل ذخایر معدنی، عوامل تغییر دما (سرد شدن سیالات کانهساز)، تغییر فشار، تغییرات شیمیایی ناشی از واکنش سیال کانهساز با سنگ میزبان و تغییرات شیمیایی ناشی از پدیده آمیختگی سیال‌های ماگمایی و جوی و جوشش سیال از اهمیت بالایی برخور هستند (Barnes, 1997). جوشش و آمیختگی سیالات دو عامل مهمی هستند که همواره باعث فوق اشباع شدن سریع سیالات ماگمایی و ایجاد شرایط لازم جهت تهنشست کانهها در سنگهای میزبان میشوند (Wilkinson, 2001). بر اساس داده‌های ریزدماسنجی، پراکنش شوریها در مقابل دمای همگنشدگی در میانبارهای سیال اسکارن معدنجو، روندهای متفاوت آمیختگی همدما، جوشش و رقیقشدگی سطحی سیال مشاهده میشود (شکل13-ب). فرآیندهای آمیختگی همدما و رقیقشدگی سطحی سیالات از عوامل مهم در ناپایداری کمپلکسهای کلریدی و نهشت آهن در پهنههای اسکارنی و به دنبال آن تشکیل فازهای سولفیدی و اکسیدی در مراحل پایانی کانهزایی است. پدیده جوشش سیال نیز در نتیجه کاهش ناگهانی فشار در شکستگیها و گسلها ایجاد میشود. شواهدی از قبیل وجود ساختار برشی و میانبارهای سیال غنی از بخار رخداد احتمالی جوشش سیال را در پهنه معدنجو تایید میکنند. پدیده آمیختگی سیالها موجب کاهش دمای سیستم، کاهش دمای انحلال سیال و کاهش انحلالپذیری عناصر کانهساز و نهشت ماده معدنی میشود (تقی‌پور و بذرافشان، 1394؛ Drummond and Ohmoto, 1985). به عبارتی سیال گرمابی و شور اولیه با سیال با درجه شوری پایینتر (آبهای جوی و آبهای سازندی) در انتهای مراحل کانهزایی مخلوط شده است. همچنین وجود بلورهای نمک NaCl در میانبارهای سیال نشان میدهد، کاتیونهای آهن از طریق یونهای کلر منتقل شدهاند. میزان کلرید محلولهای متاسوماتیکی به احتمال زیاد بیشترین کنترلکننده انتقال و تهنشست آهن در اسکارنها است (Meinert, 1992). بر اساس نتایج مطالعه میانبارهای سیال سه مرحله پاراژنتیک اصلی تشکیل اسکارن و نهشت مواد معدنی در کانسار معدنجو شناخته شده است: 1) مرحله پیشرونده با تشکیل پیروکسن و گارنتهای پیشرونده در دمای 330 تا 410 درجه سانتیگراد با شوری سیال بین 33 تا 58 درصد وزنی معادل نمک NaCl توسعه یافته است، 2) مرحله پسرونده با پیدایش گارنتهای تاخیری، ترمولیت- اکتینولیت و کلسیت مرحله تاخیری در دمای 120 تا 300 درجه سانتیگراد با شوری سیال 16 تا 49 درصد وزنی معادل NaCl تشکیل شده است و 3) مرحله پس از کانه‌زائی با رگه‌های کلسیت و بندرت کوارتز که در دمای 95 تا 190 درجه سانتیگراد با دامنه شوری 2 تا 15 درصد وزنی معادل NaCl بوجود آمده است.
مقایسه کانسار آهن معدنجو با سایر کانسارهای آهن در ناحیه سنگان
در گستره معدنجو، کانه‌زائی آهن (بیشتر به صورت منیتیت) با ساختار توده‌اي، نواری، رگه- رگچهای، برشی و دانهپراکنده در سنگ‌هاي ميزبان رسوبی دگرگون شده (بیشتر سنگهای آهکی- دولومیتی) در مرحله عبور از فاز پیشرونده به تاخیری و به همراه سيليکات‌هاي بدون آب تشکیل شده است (شکل4-الف-ج). تودههای نفوذی و ساختارهای زمینشناسی از قبیل گسلها و درزه‌ها مجراهایی برای عبور سیال کانهساز هستند و در رخداد کانه‌زائی نقش مهمی دارند. اسکارن معدنجو بر اساس نوع و درصد کانیهای شاخص به مناطق مختلف تقسیم شده است. ترکیب گارنتهای معدنجو در گستره آندرادیت-گروسولار (بیشتر آندرادیت) و ترکیب پیروکسنها در گستره دیوپسید- هدنبرگیت (بیشتر دیوپسید) و در گستره اسکارن‌های آهن‌دار قرار میگیرند (شکل‌های7-پ، 8-پ). ترکیب اجزای گارنتهای معدنجو میان Andradit: 49.82-83.60، Grossular: 10.44-42.38، Spessartine: 0.26-0.83 و پیروکسن معدنجو میان Wollastonite: 39.18-50.77، Enstatite: 33.99-50.69، Forsterite: 4.89-16.43 در نوسان است. در آنومالی آهن سنجدک I تغييرات ترکيب گارنت‌ها از مرکز به حاشيه براي آندراديت از 6/42 تا 100 درصد، برای گروسولار از صفر تا 32/55 درصد و برای اسپسارتين از صفر تا 39/1 درصد در تغيير است و ترکيب پيروکسن‌ها براي ديوپسيد از 63 تا 92 درصد، برای هدنبرگيت از چهار تا 35 درصد و برای ژوهانسيت از 5/0 تا 9/3 درصد تغیير میکند (مظهری و همکاران، 1395). ترکيب گارنت‌ها در آنومالیهای آهن A، ׳A و C جنوبی، آندرادیت- گراسولار (Adr50-97Grs0-45Sps-Alm2-7) و ترکيب پیروکسنها هدنبرگیت-دیوپسید (Hd75.5Di20Jo4.5) است. ترکیب پیروکسن‌های آنومالیهای آهن باغک و C شمالی دیوپسیدی (Hd20Di80) است (Golmohammadi et al., 2015). ترکيب گارنت‌ها در آنومالی آهن دردوی آندرادیت- گراسولار (Andradite40-60Grossular38-59) و ترکيب پیروکسنها در گستره دیوپسید- هدنبرگیت (بیشتر دیوپسید) است (Mehrabi et al., 2021). بر اساس مقادیر غلظت عناصر اصلی و کمیاب، شیمی منیتیتهای معدنجو در گستره کانسارهای آهن اسکارن قرار میگیرند (شکل8-ث). در ترکیب الیوین مقدار MgO از 25/58 درصد تا 45/59 درصدو SiO2 از 01/34 تا 49/34 تغییر میکند و از نظر ترکیب شیمیایی در گستره فورستریت هستند (شکل9). مطالعات انجام شده روي آنومالیهای آهن غربی (آنومالیهای A، ׳A، C جنوبی و شمالی)، مرکزی (آنومالیهای باغک و دردوی) و شرقی (آنومالی سنجدک I) نشان میدهد، آنومالیهای آهن A، ׳A و C جنوبی از نوع اسکارن کلسیمی هستند و با حرکت به سوی شرق، اسکارن کلسيمي به منيزیمي تغییر می‌یابد به طوريکه آنومالیهای C شمالی، باغک، دردوي و سنجدک I ترکيب منيزیمي دارند (Golmohammadi et al., 2015؛ مظهری و همکاران، 1395). کانهزایی آهن بغل‌بید که از آنومالیهای شرقی آهن سنگان است از نوع گرمابی معرفی شده است (سربوزی حسین‌آبادی و همکاران، 1399). اگرچه ویژگی‌های زمینشناسی، کانیشناسی و ژئوشیمیایی آنومالی آهن معدنجو بی‌شباهت با سایر آنومالیهای آهن در ناحیه معدنی سنگان نیست، با وجود این قرابت آن به آنومالی سنجدک I بیشتر است و ترکیب منیزیمی دارد.
نتیجهگیری
کانسار آهن معدنجو در بخش شرقی ناحیه معدنی سنگان در شمال‌شرق ایران واقع است. سنگهای آهکی و دولومیتی کرتاسه بالایی میزبان اصلی کانهزایی آهن است و در امتداد ساختارهای گسلی با روند NE-SW و در مجاورت با تودههای نفوذی دگرگون شدهاند. اگرچه رخنمونی از سنگهای نفوذی در معدنجو مشاهده نمی‌شود، اما وجود کانی الیوین در پهنه اسکارن شاهدی بر نزدیکی سنگهای میزبان به تودههای نفوذی است و رخنمون تودههای بیوتیت گرانیت در سه کیلومتری گستره مورد مطالعه، این گفته را تایید میکند. تشکیل کانیهای کالکسیلیکاتی بیآب الیوین، پیروکسن و گارنت و سیلیکاتهای آبدار فلوگوپیت، ترمولیت، اکتینولیت، هورنبلند، اپیدوت و کلریت، اسکارنزایی را تایید میکند. کانه‌زائی آهن (بیشتر مگنتیت) به صورت‌های تودهای، نواری، رگه- رگچهای، برشی و دانهپراکنده در گذر از مرحله اسکارن پیشرونده به مرحله تاخیری رخ داده است. ترکیب شیمیایی گارنت، پیروکسن و منیتیت معدنجو در گستره اسکارن‌های آهن‌دار قرار میگیرد. داده‌های میانبار سیال نشان میدهد، کانیهای اسکارن پیشرونده در دمای 330 تا 410 درجه سانتیگراد و شوری 33 تا 58 درصد وزنی معادل نمکNaCl ، کانیهای اسکارن تاخیری در دمای 120 تا 300 درجه سانتیگراد و شوری 16 تا 49 درصد وزنی معادلNaCl و رگه‌های کلسیت و کوارتز پس از کانه‌زائی در دمای 95 تا 190 درجه سانتیگراد و شوری دو تا 15 درصد وزنی معادل NaCl تشکیل شده است. به عبارتی آب ماگمائی مسئول تشکیل کانیهای اسکارن پیشرونده دمای بالا و شوری زیاد است. با رقیق شدگی سیال ماگمایی و کاهش دمای آن در نتیجه اختلاط با آب جوی و جوشش سیال شرایط برای تشکیل سیلیکاتهای آبدار مرحله تاخیری و در ادامه برای کلسیت و کوارتز پس از کانه‌زائی فراهم میشود. شواهد صحرایی، همیافتی کانیشناسی، شیمی کانی و میانبار سیال تیپ کانه‌زائی آهن معدنجو را اگزواسکارن منیزیمی پیشنهاد میکند.
سپاسگزاری
نگارندگان مقاله از دانشکده علوم زمین دانشگاه صنعتی شاهرود که بستر و محیط مناسبی را برای انجام این پژوهش آماده کرده‌اند، سپاسگزاری می‌نمایند. از همکاری معاونت محترم وقت برنامهریزی توسعه و اکتشاف مجتمع معدن سنگآهن سنگان جناب آقای دکتر عباس گلمحمدی و مدیریت محترم اکتشاف جناب آقای مهندس علی اکبر بادامه کمال امتنان را داریم. از مرکز تحقیقات فرآوری مواد معدنی ایران وابسته به سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران که تجزیههای ریزکاو الکترونی را انجام دادند، قدردانی میشود. از دست اندرکاران محترم مجله و داورانی که ارزیابی مقاله حاضر را قبول می‌فرمایند، تشکر میشود.
منابع
تقی پور، ب. و بذرافشان، آ.، 1394. سنگشناسی و زمین‌شیمی کمپلکس ماگمایی-دگرگونی توتک و تعیین منشا کانسنگ آهن عنبر کوه استان فارس. فصلنامه زمینشناسی ایران، 9، 34، 85-102. ##- رحمانی جوانمرد، س.، طهماسبی، ز.، دینگ، ز. و احمدی خلجی، ا.، 1399. بررسی رفتار زمین‌شیمیایی عناصر اصلی و کمیاب خاکی در گارنتهای موجود در سنگهای دگرگونی پهنه بروجرد (پهنه سنندج-سیرجان). فصلنامه زمینشناسی ایران، 14، 53، 87-107. ##- سربوزی حسین‌آبادی، آ.، بومری، م. و گلمحمدی، ع.، 1399. مطالعه کانه‌زائی آهن بغل‌بید با استفاده از شواهد زمینشناسی، کانیشناسی و ژئوشیمی، سنگان خواف در شمال‌خاوری ایران. فصلنامه زمینشناسی ایران، 14، 54، 54-37. ##- فتوت جامی، م.، 1398. کانيشناسي، دگرساني، ژئوشیمي و الگوی پیدایش کانسار آهن معدنجو، آنومالی شرقی معدن سنگآهن سنگان، جنوبشرقی خواف. پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شاهرود، 302. ##- گلمحمدی، ع.، مظاهری، س.ا.، ملکزاده شفارودی، آ. و کریمپور، م.ح.، 1393. سنسنجی زیرکن با روش U-Pb و ژئوشیمی تودههای گرانیتی سرخر و برمانی شرق معدن سنگآهن سنگان خواف. مجله پترولوژی، 5، 17، 83-102. ##- مظهری، ن.، ملك زاده شفارودي، آ. و قادری، م.، 1395. ژئوشیمی تودههای نفوذی، سنگشناسی اسکارن، کانیشناسی و شیمی ماده معدنی در آنومالی سنجدک I، خاور مجموعه معدنی سنگان خواف. فصلنامه علوم زمین، 25، 100، 246-235. ##- Aydin, F., Thompson, R.M., Karsli, O., Uchida, H., Burt, J.B. and Downs, R.T., 2009. C2/c pyroxene phenocrysts from three potassic series in the Neogene alkaline volcanics, NE Turkey: their crystal chemistry with petrogenetic significance as an indicator of P–T conditions. Contribution in Mineralogy and Petrology, 158 (1), 131-147. ##- Barnes, H.L., 1997. Geochemistry of hydrothermal ore deposits. 3rd Edition, New York, John Wiley and Sons, 992. ##Beane, R.E., 1983. The Magmatic–meteoric transition. Geothermal Resources Council, Special Report, 13, 245–253. ##- Deer, W.A., Howie, R.A. and Zussman, J., 1996. An introduction to the rock-forming minerals. 2 ed. Hong Kong, Longman, 695. ##- Drummond, S.E. and Ohmoto, H., 1985. Chemical evolution and mineral deposition in boiling hydrothermal systems. Economic Geology, 80, 126–147. ##- Dupuis, C. and Beaudoin, G., 2011. Discriminant diagrams for iron oxide trace element fingerprinting of mineral deposit types. Mineralium Deposita, 46(4), 319–335. ##- Driesner, T. and Heinrich, C.A., 2007. The system H2O-NaCl. Part I: Correlation formulae for phase relations in temperature-pressure-composition space from 0 to 1000 °C, 0 to 5000 bars, and 0 to 1X NaCl. Geochimica et Cosmochimica Acta, 71(20), 4880–4901. ##- Einaudi, M., Meinert, L.D. and Newberry, R.J., 1981. Skarn deposits. Economic Geology, 75th Anniversary Volume, 317–391. ##- Golmohammadi, A., Karimpour, M.H., Malekzadeh Shafaroudi, A. and Mazaheri, S.A., 2015. Alteration-mineralization, and radiometric ages of the source pluton at the Sangan iron skarn deposit, northeastern Iran. Ore Geology Reviews, 65(2), 545-563. ##- Groat, L.A., Turner, D.J. and Evans, R.J., 2014. Gem Deposits. In Treatise on Geochemistry, 2nd ed.; Holland, H.D., Ed.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 13, 595–622. ##- Haas, J.L., 1971. The effect of salinity on the maximum thermal gradient of a hydrothermal system at hydrostatic pressure. Economic Geology, 66 (6), 940-946. ##- John, D.A., Ayuso, R.A., Barton, M.D., Blakely, R.J., Bodnar, R.J., Dilles, J.H., Gray, Floyd, Graybeal, F.T., Mars, J.C., McPhee, D.K., Seal, R.R., Taylor, R.D. and Vikre, P.G., 2010. Porphyry copper deposit model, chap. B of Mineral deposit models for resource assessment. U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report, 5070–B, 169. ##- Mehrabi, B., Ghasemi Siani, M., Zhang, R., Neubauer, F., Lentz, D.R., Tale Fazel, E. and Karimi Shahraki, B., 2021. Mineralogy, petrochronology, geochemistry, and fluid inclusion characteristics of the Dardvay skarn iron deposit, Sangan mining district, NE Iran. Ore Geology Reviews, 134, 104146. ##- Meinert, L.D., Dipple, G.M. and Nicolescu, S., 2005. World Skarn Deposits. Economic Geology 100th Anniversary: Littleton, CO, USA, Volume 299–336. ##- Meinert, L.D., 1992. Skarns and skarn deposits. Geoscience Canada, 19 (4), 145–162. ##- Nimis, P. and Taylor, W.R., 2000. Single clinopyroxene thermobarometry for garnet peridotites. Part 1 Calibration and testing of a Cr-in-cpx barometer and an enstatite-incpx thermometer. Contribution in Mineralogy and Petrology, 139, 541-554. ##- Putirka, K.D., 2008. Thermometers and barometers for volcanic systems, in: Minerals, inclusions and volcanic processes, edited by: Putrika, K. and Tepley, F. Review in Mineralogy and Geochemistry, 69, 61-120. ##- Shepherd, T.J., Rankin, A.H. and Alderton, D.H.M., 1985. A practical guide to fluid inclusion studies. Blackie, Glasgow, 239. ##- Stӧcklin, J., 1968. Structural history and tectonics of Iran: a review. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 52 (7), 1229–1258. ##- Whitney, D.L. and Evans B.W., 2010. Abbreviations Sheferd et al., for names of rock-forming minerals. American Mineralogist, 95, 185-187. ##- Wilkinson, J.J., 2001. Fluid inclusions in hydrothermal ore deposits. Lithos, 55(1-4), 229- 272. ##- Yavuz, F., 2013. WinPyrox: A Windows program for pyroxene calculation classification and thermobarometry. American Mineralogist, 98(7), 1338-1359.##
[1] * نویسنده مرتبط: Masoodalipour@shahroodut.ac.ir
