زمین‌شیمی عناصر نادر خاکی در گارنت‌های اسکارنی در کانسار خوت و پناهکوه، غرب یزد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه سیستان و بلوچستان،‌ زاهدان،‌ ایران

2 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان،‌ ایران

چکیده

کانسار اسکارن خوت و پناهکوه در 50 کیلومتری شمال‌غرب شهرستان تفت در استان یزد واقع شده است. آنالیز عناصر اصلی و نادر خاکی توسط Microprobe و LA-ICP-MS نشان داد که دو نوع گارنت اصلی در اسکارن‌های خوت- پناهکوه وجود دارد. ترکیب شیمیایی گارنت‌ها در اسکارن خوت از محلول جامد گروسولاریت- آندرادیت تا آندرادیت تقریباً خالص تغییر می‌کند، در حالی که تمام گارنت‌های اسکارنی پناهکوه آندرادیت تقریباً خالص و ایزوتروپ هستند. گارنت‌ها در طی فرآیند متاسوماتیسم غنی از عناصر نادر خاکی می‌شوند. نمودار Fe/Ti در مقابل نسبت‌های Al/(Al + Fe + Mn) در اسکارن‌های خوت- پناهکوه نشان داد که بیش از 50 درصد فاز سیال گرمابی در تشکیل گارنت‌ها مؤثر بوده است. مقایسه روندهای عناصر نادر خاکی به‌هنجار شده نسبت به کندریت در دو نوع متفاوت گارنت نشان داد که همه گارنت‌ها غنی از عناصر نادر خاکی سبک و تهی از عناصر نادر خاکی سنگین همراه با آنومالی‌های متفاوتی از یوروپیم (Eu) هستند. گارنت‌های غنی از آهن با آنومالی مثبت Eu مشخص می‌شوند در حالی‌که گراندیت‌ها آنومالی منفی Eu را نشان می‌دهد. تفاوت در مقدار آنومالی‌ها نشان‌دهنده ناهمگونی‌های سامانه اسکارنی نظیر تغییرات محلی سنگ مادر و سیال متاسوماتیک است. الگوی فراوانی نسبتاً همسان عناصر نادر خاکی در اسکارن و گارنت بیانگر این است که در اسکارن‌های مطالعه شده، گارنت مهم‌ترین کانی میزبان برای عناصر نادر خاکی است. بنابراین، مطالعه رفتار زمین‌شیمیایی عناصر نادر خاکی گارنت در شناخت تکامل سیالات متاسوماتیک سودمند است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

REE geochemistry in skarn garnets from Khut and Panah-Kuh Ore feposit, West of Yazd

نویسندگان [English]

  • Azam Zahedi 1
  • Mohammad Boomeri 1
  • Mohammad Ali Mackizadeh 2
چکیده [English]

The Khut and Panah-Kuh skarn deposit is located at about 50 km northwest of Taft in Yazd province. The analyses of major and REE's by microprobe and LA-ICP-MS show that there are two major types of garnet at Khut and Panah Kuh skarns. The garnets in the Khut skarn range from (Ad74.30Gr24.81- d32.06Gr66.61) to almost pure andradite (Adr>96) in composition whereas all Panh-Kuh skarn garnets are almost pure andradite and isotropic. The REE become commonly enriched in garnets during metasomatic process. On the Fe/Ti versus Al/(Al + Fe + Mn) diagrams, these rocks suggests that over 50% of hydrothermal fluid phase has been effective in the formation of garnets. Comparison of chondrite- normalized REE patterns garnets exhibit that all garnets have light REE (LREE) enrichment and heavy REE (HREE) depletion, with different Eu anomalies. Fe-enriched garnets are characterized with positive Eu anomaly whereas grandite show negative Eu anomaly. Differences in the magnitude of the anomaly reflect local heterogeneities of the system such as protolith as well as metasomatic fluid. The same abundance pattern of REE in the skarn and garnet suggests that garnet is the most important REE host mineral. Therefore, the study of REE geochemical behavior is benefiial in understanding the evolution of metasomatic fluids.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geochemistry
  • REE's
  • REE's
  • Khut and Panah-Kuh
  • REE's
  • Garnet
  • skarn
  • Khut and Panah
  • Kuh

مقدمه

بیش‌ترین مطالعات رفتار عناصر نادر خاکی (REE) در محیط‌های گرمابی در سامانه‌های فعال بررسی شده است. تاکنون مطالعات نسبتاً اندکی بر روی روندهای توزیع عناصر نادر خاکی در سامانه‌های گرمابی فسیل شده و یا محصولات متاسوماتیسم تراوشی حاصل از سیالات آذرین، دگرگونی یا گرمابی مرتبط با کانسارهای اسکارنی تراوشی در سنگ‌های کربناته و سیلیکات‌های مجاور انجام شده است. متاسوماتیسم گسترده عناصر نادر خاکی می‌تواند در سامانه‌های گرمابی در اعماق کم تا متوسط رخ دهد و زمین‌شیمی این عناصر می‌تواند در شناسایی منشأ اسکارن‌ها و کانسارهای وابسته مفید باشد (Adriana et al., 2009). گارنت‌های اسکارنی در کانسار خوت- پناهکوه مانند دیگر گارنت‌های گرمابی در اسکارن‌های اسلو ریفت و کرون جول واشینگتون تغییرات درون‌بلوری شدیدی را در توزیع عناصر نادر خاکی نشان می‌دهند. Jamtveit و Hervig (1994) علت این تغییرات را به منشأ سیال ماگمایی و جوی نسبت داده است. در این مطالعه به‌منظور بررسی شرایط تشکیل اسکارن در سامانه اسکارنی خوت- پناهکوه به بررسی رخداد تغییرات روندهای عناصر نادر و نادر خاکی در گارنت‌های اسکارنی منطقه خوت و پناهکوه پرداخته می‌شود.

 

زمین‌شناسی منطقه

کانسار اسکارنی خوت- پناهکوه در 60 کیلومتری غرب مرکز استان یزد واقع شده است. به‌طور کلی این منطقه در قسمت میانی کمربند ماگمایی ارومیه- دختر که خود بخشی از حاشیه غربی پهنه زمین‌ساختی ایران مرکزی است، واقع شده است. منطقه غرب یزد از لحاظ تنوع زمین‌شناسی و گسترش کانه‌زایی اسکارن، یکی از مناطقی محسوب می‌شود که همواره مورد توجه زمین‌شناسان قرار گرفته است. با توجه به مطالعات Zarasvandi و همکاران (2005) وجود باتولیت گرانیتی شیرکوه، توده‌های گرانیتوئیدی الیگومیوسن (16-30 میلیون سال) و گنبدهای آتشفشانی نئوژن بر اهمیت این منطقه افزوده است به‌طوری‌که چندین ذخیره مس و آهن به ‌صورت اسکارن- پورفیری، پورفیری و رگه‌ای چند فلزی در منطقه گزارش شده است (شریفی، 1387). اسکارن‌زایی در منطقه خوت و پناهکوه به‌ترتیب در بخش‌های آهکی سازند نایبند و جمال رخ داده است. توده‌های نفوذی در منطقه پناهکوه به‌صورت رخنمون‌های پراکنده حضور دارند و در سه رخنمون توده اصلی، بی‌نظم و کوچک تا قطر 250 متر جدا از هم مشاهده می‌شوند به‌طوری‌که زبانه‌های کوچکتر از توده نفوذی نیز دیده می‌شوند. مشاهدات صحرایی نشان می‌دهد که اسکارن‌های کلسیمی در منطقه پناهکوه در تماس مستقیم با زبانه‌های کوچک توده نفوذی در منطقه تشکیل شده‌اند. رخداد اسکارن‌زایی در منطقه پناهکوه در برخی از رخنمون‌ها محدود به ضخامت 30 تا 50 متر است. در مواردی اسکارن‌های منیزیمی به صورت رگچه‌ای دور از توده نفوذی و در امتداد شکستگی‌ها و لایه‌بندی سنگ‌های کربناته میزبان شکل گرفته است. در این گونه رخدادها ضخامت آن نیز به یک متر می‌رسد. در شکل 1 تصویری شماتیک از پروفیل کانسار اسکارنی منطقه پناهکوه آورده شده است. اسکارن‌ها در منطقه خوت به‌صورت توده‌ای بوده و توسط مرمرها محصور شده‌اند (شکل 2- a). مرمرها بیش‌ترین میزبان کانه‌زایی مس در منطقه خوت بوده است (شکل 2- b). اسکارن‌های منطقه خوت در ارتباط نزدیک با توده نفوذی هستند اما تماس مستقیم با توده نفوذی ندارند. رسوبات شیلی، ماسه‌سنگی و آهکی سازند نایبند بیش‌ترین گسترش را در منطقه دارند که توسط دایک‌ها و زبانه‌هایی با ترکیب گرانیتیوئیدی قطع شده‌اند (شکل 2- c).

بر اساس مطالعات  Yazdi(1991) کانسار مس خوت مرتبط با توده‌های نفوذی حدواسط تا اسیدی با بافت پورفیری بوده و از نوع پورفیری- اسکارن معرفی شده است. کانه‌زایی مس در اسکارن خوت علاوه بر رگه‌ای، به‌صورت افشان نیز در داخل توده‌های نفوذی وقوع یافته است. حفاری‌های معدنی از جمله تونل‌ها و برداشت‌های روباز در منطقه، نشان‌دهنده اهمیت کانه‌زایی فلزی (Cu) در این اسکارن است. تکامل ستون چینه‌شناسی منطقه خوت به‌صورت شماتیک در شکل 3 نشان داده شده است.

 

 

 

 

شکل 1- نیم‌رخ زمین‌شناسی منطقه پناهکوه همراه با موقعیت اسکارن‌های وابسته به توده نفوذی

                                            

   

شکل 2- نمونه دستی و تصویر صحرایی کانسار خوت؛

(a گارنت اسکارن‌های توده‌ای کانسار خوت با بیش از 90 درصد گارنت

(b کانه‌زایی مس در مرمرهای منطقه خوت

(c نفوذ توده گرانیتوئیدی خوت به درون سازند نایبند در بخش جنوب‌غربی منطقه خوت (دید به سمت شمال‌غرب)

 

 

شکل 3- ستون چینه‌شناسی از منطقه خوت همراه با موقعیت اسکارن‌های تشکیل شده در مرمرها و جایگاه نفوذی گرانیتوئید

 


روش انجام پژوهش

پس از مطالعات پتروگرافی دقیق، تعدادی مقطع نازک صیقلی با ضخامت 5/0 میلی‌متر برای آنالیز
LA-ICP-MS تهیه شد. قبل از آنالیز طیف‌سنج جرمی پلاسمای جفتیده القایی فرساب لیزری (LA-ICP-MS)، منطقه‌بندی گارنت‌های اسکارنی توسط نور عبوری و آنالیز نقطه‌ای مطالعه شده است. عناصر اصلی در گارنت‌ها توسط سوپرپروب اتوماتیک مدل JEOL JXA-8600M با ولتاژ شتاب دهنده Kv15 و جریان اشعه‌ای Am 2×10-8 در بخش علوم‌زمین و محیط زیست دانشگاه یاماگاتا در کشور ژاپن تعیین شدند. مقادیر 34 عنصر کمیاب در گارنت‌ها در چندین نقطه از مرکز تا حاشیه گارنت‌ها در دو نوع متفاوت از چندین گارنت‌ اسکارنی خوت و پناهکوه توسط LA-ICP-MS در دانشگاه آکیتای ژاپن به‌دست آمد. در جدول‌های 1 تا 4 مقادیر میانگین عناصر کمیاب در گارنت‌های متفاوت اسکارنی ارائه شده است.

 

سنگ‌نگاری

گارنت اسکارن‌ها، پهنه غالب در کانسار اسکارنی خوت و پناهکوه هستند. بر اساس مشاهدات میکروسکوپی، گارنت کانی اصلی و عمده در این نوع زون اسکارنی است و بیش از 70 درصد سنگ را تشکیل داده است. گارنت‌ها در اسکارن پناهکوه کاملاً بی‌شکل و همسانگرد هستند و در همراهی با پیروکسن‌های به‌شدت دگرسان شده یافت می‌شوند که با بافت غیرتعادلی مشخص می‌شوند (شکل 4- a).

 

جدول 1- نتایج آنالیز نقطه‌ای گارنت‌های همسانگرد غنی ازآهن (گارنت‌های آندرادیتی) در اسکارن خوت

Sample

K-14-Core-1

K-14-Core-2

K-14-Core-3

K-14-Core-4

K-14-Core-5

K-14-Rim-1

K-14-Rim-2

K-14-Rim-3

K-14-Rim-4

K-14-Rim-5

Mean K-14

SiO2

36.8

36.8

36.9

36.7

36.4

38.0

37.6

37.9

37.7

38.0

37.3

TiO2

0.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.1

0.2

0.0

Al2O3

1.0

0.6

0.3

0.1

0.0

6.0

5.3

5.3

4.6

4.4

2.8

FeO (T)

27.4

28.0

28.5

26.6

29.1

22.1

21.8

22.6

22.8

24.0

25.3

MnO

0.1

0.1

0.2

0.1

0.1

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

MgO

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.1

0.1

CaO

33.0

33.4

33.2

33.1

33.5

34.2

34.2

34.7

34.3

34.4

33.8

Total

98.4

99.0

99.2

96.7

99.1

100.5

99.2

100.8

99.6

101.2

99.4

Si

6.2

6.2

6.2

6.3

6.2

6.2

6.2

6.1

6.2

6.2

6.2

Ti

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Al

0.2

0.1

0.1

0.0

0.0

1.1

1.0

1.0

0.9

0.8

0.5

Fe+3

3.5

3.6

3.6

3.5

3.7

2.7

2.7

2.8

2.8

2.9

3.2

Mn

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Mg

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Ca

6.0

6.0

6.0

6.1

6.1

5.9

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

Total

15.9

16.0

16.0

15.9

16.0

15.9

16.0

16.0

16.0

16.0

16.0

Al+Fe+Mn

3.7

3.7

3.7

3.5

3.7

3.9

3.8

3.8

3.7

3.8

3.7

%And

94.4

96.6

97.6

98.9

99.5

69.8

71.8

72.7

75.7

77.1

85.4

%Gro

5.2

3.0

1.6

0.7

0.0

29.5

27.4

26.6

23.7

22.2

14.0

%Spes

0.4

0.5

0.7

0.3

0.6

0.7

0.7

0.7

0.6

0.7

0.6

 

ادامه جدول 1- نتایج آنالیز LA-ICP-MS در گارنت‌های همسانگرد غنی ازآهن (گارنت‌های آندرادیتی) در اسکارن خوت

Sample

K-14-Core-1

K-14-Core-3

K-14-Core-4

K-14-Core-5

K-14-Rim-1

K-14-Rim-2

K-14-Rim-5

Mean K-14

REE (ppm) by LA-ICP-MS

 

 

 

 

 

 

La

124.6

64.3

66.7

26.9

167.2

165.8

146.8

108.9

Ce

76.8

57.2

20.7

24.7

106.4

96.2

72.5

64.93

Pr

50

40.1

6.4

15.9

55.9

45.2

38.6

36.01

Nd

20.5

11.6

3

7.1

18.2

18.5

20.8

14.24

Sm

5

0

0

0

2.8

1.5

2.3

1.66

Eu

13.1

26.5

2.3

14.6

8.3

8.8

15.4

12.71

Gd

3.6

1.2

1.1

1.6

2.5

1.6

3.3

2.13

Tb

2.2

0

0

0

2.2

0

0.7

0.73

Dy

0.3

1.4

1

2.5

1.8

0.3

3

1.47

Ho

0

0

0.7

0

0

0

0

0.1

Er

0.4

0.4

0

0.7

1

0

0.6

0.44

Tm

0.7

2.5

1.6

1.5

0

0

0

0.9

Yb

1.3

0

0

0

0

0.4

0

0.24

Lu

0.7

1.6

0

0

2

0

3.4

1.1

ΣREE

299.2

206.8

103.5

95.5

368.3

338.3

307.4

245.57

ΣLREE

271.9

173.2

96.8

74.6

347.7

325.7

278.7

224.09

ΣMREE

24.2

29.1

5.1

18.7

17.6

12.2

24.7

18.8

ΣHREE

3.1

4.5

1.6

2.2

3

0.4

4

2.69

Trace element (ppm) by LA-ICP-MS

         

V

3.99

5.63

2.49

3.12

3.05

3.31

0.41

3.14

Cr

2.1

4.11

3.76

1.3

2.5

0

2.4

2.7

Co

1.38

2.36

4.1

0.81

1.3

2.17

3.07

2.17

Ni

1.56

0

4.84

0.46

1.32

3.26

1.27

2.12

Cu

0.56

17275.96

5.08

3032.12

4.76

2.65

9.24

2904.34

Zn

5.11

13.94

12.89

2.54

2.62

9.31

8.03

7.78

Rb

0

0

0.15

0.46

0.24

0.33

0

0.3

Sr

2.57

1.51

9.42

1.19

0.96

4.59

1.95

3.17

Y

2.02

1.25

0.8

0.61

1.27

0.44

1.29

1.1

Zr

0

0.82

0.95

0.05

0.05

0.05

0.31

0.32

Nb

0.05

0.19

0.05

0.1

0.07

0.05

0.12

0.09

Cs

0.13

0.08

0.25

0.23

0.26

0

0

0.19

Hf

0.1

0

0

0.21

0

0.11

0

0.14

Ta

0.53

0.33

0.15

0.05

0.66

0.32

0.58

0.37

Pb

0

0

0.51

0

0

0

0

0.51

Bi

0.08

0.42

0.31

0.16

0.06

0.27

0.28

0.23

Th

0.52

1.03

0.44

0.33

0.23

0.14

0.26

0.42

U

9.13

5.28

2.15

3.07

12.36

11.6

9.69

7.61

 


جدول 2- نتایج آنالیز نقطه‌ای گارنت‌های گراندیتی در اسکارن خوت

Sample

K-10

K-10

K-10

K-10

K-10

K-10

K-10

K-10

K-10

K-10

Mean K-10

Core-1

Core-2

Core-3

Core-5

Rim-6

Rim-8

Rim-9

Rim-10

Rim-12

Rim-13

SiO2

38.24

38.51

38.11

38.34

37.72

38.85

37.48

38.23

38.13

39.3

38.29

TiO2

0.19

0

0

0.02

0.15

0.57

0.2

0.01

0.31

0.47

0.19

Al2O3

10.21

10.53

9.83

9.45

5.91

13.55

4.84

6.89

6.4

13.53

9.11

FeO T

15.89

15.79

16.56

17.05

21.06

11.31

22.81

20.28

20.29

10.2

17.12

MnO

0.47

0.52

0.52

0.49

0.28

0.32

0.26

0.34

0.25

0.38

0.38

MgO

0.07

0.06

0.09

0.07

0.05

0.07

0.03

0.07

0.04

0.06

0.06

CaO

34.41

34.39

34.05

34.47

34.39

35.64

34.16

34.3

34.6

35.54

34.6

Total

99.49

99.84

99.2

99.89

99.56

100.3

99.79

100.2

100

99.49

99.78

Si

6.11

6.13

6.12

6.13

6.16

6.06

6.14

6.17

6.17

6.16

6.14

Ti

0.02

0

0

0

0.02

0.07

0.03

0

0.04

0.06

0.02

Al

1.92

1.97

1.86

1.78

1.14

2.49

0.93

1.31

1.22

2.5

1.71

Fe3+

1.91

1.89

2

2.05

2.59

1.33

2.81

2.46

2.47

1.2

2.07

Mn

0.06

0.07

0.07

0.07

0.04

0.04

0.04

0.05

0.03

0.05

0.05

Mg

0.02

0.01

0.02

0.02

0.01

0.02

0.01

0.02

0.01

0.01

0.02

Ca

5.89

5.86

5.86

5.9

6.01

5.96

6

5.93

6

5.96

5.94

Total

15.95

15.94

15.95

15.95

15.96

15.97

15.96

15.95

15.95

15.94

15.95

Al+Fe+Mn

3.9

3.94

3.93

3.9

3.76

3.86

3.78

3.82

3.73

3.75

3.84

%And

49.03

48.03

50.9

52.61

68.74

34.39

74.36

64.49

66.3

32.06

54.09

%Gro

49.33

50.18

47.3

45.7

30.24

64.5

24.7

34.29

32.77

66.61

44.56

%Spes

1.64

1.79

1.8

1.7

1.02

1.11

0.94

1.22

0.92

1.33

1.35

 

 

ادامه جدول 2- نتایج آنالیز LA-ICP-MS در گارنت‌های گراندیتی در اسکارن خوت

Sample

Kh-10-Core-1

Kh-10-Core-2

Kh-10-Core-3

Kh-10-Core-5

Kh-10-Rim-6

Kh-10-Rim-8

Kh-10-Rim-9

Kh-10-Rim-10

Kh-10-Rim-12

Kh-10-Rim-13

Mean-K-10

REE (ppm) by LA-ICP-MS

               

La

17.15

183.4

1.32

2.62

4.13

4.84

2.03

2.24

0.77

1.09

21.96

Ce

21.72

148.7

6.72

4.71

4.75

12.54

3.82

8.17

4.22

4.07

21.94

Pr

29.28

70.37

24.05

14.63

9.02

18.89

13.6

27.01

11.15

15.34

23.33

Nd

33.79

21.51

44.84

25.02

17.89

26.92

23.46

42.22

16.96

25.37

27.8

Sm

32.05

1.88

53.86

33.64

26.65

39.56

43.42

45.53

27.85

45.89

35.03

Eu

13.74

7.04

29.96

21.41

17.62

34.02

24.1

26.63

19.58

23.35

21.75

Gd

32.11

2.21

25.63

25.9

24.57

31.42

24.86

16.35

25.29

49.08

25.74

Tb

28.06

1.24

21.03

19.76

25.66

33.61

22.75

14.06

19.86

48.16

23.42

Dy

15.31

0

18.66

17.12

14.94

32.71

18.82

9.29

18.82

30.86

17.65

Ho

23.49

0.47

14.74

13.51

15.29

29.94

13.67

5.52

11.05

30.3

15.8

Er

20.44

0.54

9.63

14.76

17.3

30.06

9.95

4.9

12.61

27.74

14.79

Tm

14.72

0

10.16

13.35

12.53

23.66

6.41

3.53

9.68

31.02

12.51

Yb

13.6

1.44

8.86

11.29

8.36

20.86

7.39

2.51

9.78

23.48

10.76

Lu

11.04

0

5.4

15.37

17.75

17.91

6.33

5.85

10.47

23.67

11.38

ΣREE

306.5

438.8

274.9

233.1

216.5

356.9

220.6

213.8

198.1

379.4

283.9

Σ LREE

101.9

424

76.93

46.98

35.79

63.19

42.91

79.64

33.1

45.87

95.03

ΣMREE

144.8

12.84

163.9

131.3

124.7

201.3

147.6

117.4

122.5

227.6

139.4

ΣHREE

59.8

1.98

34.05

54.77

55.94

92.49

30.08

16.79

42.54

105.9

49.44

Trace element (ppm) by LA-ICP-MS

             

Cr

2.09

13.51

8.97

16.18

18.43

13.79

0

2.46

2.22

27.61

11.7

Co

1.47

0.55

1.36

1.34

1.16

0.63

0.68

0.52

1.17

1.01

0.99

Ni

1.14

0.39

2.19

4.4

1.71

1.71

0.87

1.55

2.37

2.81

1.91

Cu

3.53

19.3

1.17

146.9

72.9

51.86

7.02

11.67

66.65

83.44

46.44

Zn

3.3

3.85

0.4

25.15

7.14

6.7

1.05

0

5.99

5.61

6.58

Rb

0.36

0.36

0.7

1.18

0.47

0.06

0.03

0

0

0

0.45

Sr

0.3

0.58

0

31.71

13.65

2.9

1.26

0.31

0

0.88

6.45

Y

38.35

0.8

21.78

21.65

23.39

49.84

20.05

10.9

23.82

48.79

25.94

Zr

36.04

0.68

41.77

75.81

128.4

113.6

14.08

33.58

38.27

112.3

59.45

Nb

8.2

0

6.43

11.37

11.21

12.74

4.02

4.6

11.84

9.3

8.86

Cs

0

0

0

0

0

0.12

0

0

0.38

0

0.25

Ba

0.44

0

0

5.65

0.46

0.3

1.48

0.19

0

0.54

1.29

Hf

0.86

 

0.73

2.07

4.73

2.43

0.36

1

0.21

5.99

2.04

Ta

0.26

0.39

0.21

1.12

0.75

0.88

0.03

0.22

0.3

0.63

0.48

Bi

0

0.04

0.05

0

0

0.03

0

0

0.04

0

0.04

Th

8.8

0.2

0.32

0.65

1.69

1.62

0.54

1.36

0.89

0.88

1.7

U

2.33

14.94

0.76

0.93

1.28

3.6

0.32

1.79

1.13

1.55

2.86

                           

 

جدول 3- نتایج آنالیز نقطه‌ای گارنت‌های آندرادیتی در اسکارن پناهکوه

Sample

M-9-2-1

M-9-2-2

M-11-2-1

M-11-2-2

M-7-3-1

M-7-3-2

M-7-3-3

M-7-3-4

M-7-3-5

Mean

SiO2

37.08

36.76

36.52

36.45

36.66

36.82

37.53

36.14

36.57

36.73

TiO2

0.04

0.03

0.02

0.00

0.12

0.09

0.35

0.14

0.03

0.09

Al2O3

0.73

1.08

0.20

0.24

1.36

2.05

2.00

1.18

0.75

1.07

FeO T

27.80

27.98

28.99

29.45

27.00

26.42

26.71

27.91

27.95

27.80

MnO

0.39

0.35

0.51

0.55

0.42

0.41

0.43

0.64

0.37

0.45

MgO

0.03

0.02

0.04

0.06

0.06

0.04

0.07

0.08

0.04

0.05

CaO

33.66

33.40

32.33

32.33

32.42

32.97

33.58

32.74

32.85

32.92

Total

99.72

99.63

98.63

99.13

98.04

98.80

100.68

98.84

98.57

99.12

Si

6.21

6.16

6.20

6.17

6.22

6.18

6.18

6.11

6.20

6.18

Ti

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.01

0.04

0.02

0.00

0.01

Al

0.14

0.21

0.04

0.05

0.27

0.41

0.39

0.24

0.15

0.21

Fe3+

3.50

3.53

3.71

3.75

3.44

3.34

3.31

3.55

3.56

3.52

Mn

0.06

0.05

0.07

0.08

0.06

0.06

0.06

0.09

0.05

0.06

Mg

0.01

0.01

0.01

0.01

0.02

0.01

0.02

0.02

0.01

0.01

Ca

6.04

6.00

5.88

5.86

5.89

5.93

5.92

5.94

5.96

5.94

Total

15.96

15.96

15.92

15.94

15.91

15.93

15.93

15.97

15.95

15.94

Al+Fe+Mn

3.70

3.79

3.82

3.88

3.78

3.80

3.76

3.88

3.77

3.80

%And

94.63

93.03

97.04

96.71

91.21

87.79

88.08

91.55

94.63

92.74

%Gro

3.88

5.65

1.05

1.24

7.21

10.69

10.31

6.07

3.95

5.56

%Spes

1.49

1.33

1.91

2.05

1.58

1.52

1.61

2.38

1.41

1.70

 

ادامه جدول 3- نتایج آنالیز LA- ICP-MS در گارنت‌های آندرادیتی در اسکارن پناهکوه

Sample

M-9-2C

M-9-2R

M-11-2A

M-11-2B

M-11-2C

M-7-3-01A

M-7-3-01B

M-7-3-01C

Mean

REE (ppm) by LA-ICP-MS

             

La

28.00

70.25

36.64

19.52

32.90

11.22

11.70

64.46

34.34

Ce

23.34

35.44

17.97

9.97

9.97

20.39

23.18

45.34

23.20

Pr

20.50

14.14

10.15

5.31

5.08

26.30

26.23

20.23

15.99

Nd

3.97

4.27

3.75

3.32

3.62

17.39

24.76

5.17

8.28

Sm

2.34

0.60

2.39

2.41

3.49

3.54

4.29

0.82

2.48

Eu

5.72

4.43

2.29

0.46

0.76

14.75

13.70

1.79

5.49

Gd

2.15

0.42

2.96

2.98

2.47

8.80

3.29

1.88

3.12

Tb

0.99

0.00

0.85

0.85

1.06

9.99

9.69

1.55

3.12

Dy

0.29

0.00

2.09

0.79

0.87

13.50

8.64

0.57

3.34

Ho

1.71

1.06

0.27

1.36

1.35

12.81

10.55

0.36

3.68

Er

0.70

0.27

0.57

0.86

0.95

13.44

6.00

0.67

2.93

Tm

1.41

1.09

0.00

0.61

0.00

11.06

9.97

4.40

3.57

Yb

0.45

0.69

1.60

0.40

0.33

12.22

6.92

0.00

2.83

Lu

0.73

1.69

0.00

0.00

0.00

8.60

7.60

2.18

2.60

ΣREE

92.28

134.34

81.53

48.85

62.85

184.01

166.52

149.42

114.97

ΣLREE

75.81

124.10

68.51

38.12

51.56

75.30

85.87

135.20

81.81

ΣMREE

13.19

6.50

10.84

8.85

10.00

63.39

50.17

6.97

21.24

ΣHREE

3.29

3.74

2.18

1.88

1.29

45.32

30.48

7.25

11.93

Trace element (ppm) by LA-ICP-MS

           

Sc

1.89

2.12

0

1.07

1.25

2.25

1.52

0.24

1.48

V

174.96

118.18

110.22

95.61

53.60

55.47

74.19

6.89

86.14

Cr

2.67

2.55

0

0.31

1.02

0

0

1.55

1.62

Co

1.76

5.30

0.69

0.71

0.68

0.59

0.44

0.52

1.34

Ni

4.53

10.24

0.22

1.35

0.28

0.12

0

0.33

2.44

Cu

207.09

564.19

6.07

6.71

5.25

3.53

5.72

0

114.08

Zn

10.54

23.19

2.85

0

0.12

2.56

1.45

0

6.79

Rb

0.66

1.03

0.13

0

0.18

0

0

0

0.50

Sr

7.53

21.47

0.56

0.19

0.14

10.29

87.88

1.81

0

Y

1.18

0.60

1.17

1.84

1.63

26.10

14.53

0.92

6.00

Zr

0.24

0.04

0.04

0.00

0.03

66.14

75.37

0.68

17.82

Nb

0.99

0.27

0.04

0.10

0.03

3.99

4.11

0.40

1.24

Cs

0.43

0

0.46

0.37

1.00

0.61

1.10

0.27

0.61

Ba

73.26

1.79

0.12

0.13

0

0.90

0.35

0

12.76

Hf

0.21

0.08

0.28

0.10

0

1.72

2.03

0

0.74

Ta

0.03

0.66

0.21

0.21

0.39

0.26

0.24

0.40

0.30

Pb

0

0.05

0.00

0.11

0.07

1.42

1.05

0.32

0.43

Bi

0

0.11

0.28

0.34

0.33

0.03

0.05

0.03

0.17

Th

0.88

0.38

0

0.09

0

1.49

1.39

0.14

0.73

U

19.15

31.36

92.77

43.19

69.99

7.38

6.62

25.14

36.95

 

جدول 4- نتایج آنالیز  LA- ICP-MSآنالیز در گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه

Sample

گارنت‌های آندرادیتی خوت

گارنت‌های گراندیتی خوت

گارنت‌های آندرادیتی پناهکوه

K-14-1

K-14-2

K-10-1

K-10-2

M-1

M-2

REE (ppm) by LA-ICP-MS

 

       

La

89

110

19.1

22.3

31.2

36

Ce

58

70

18.1

23.4

22.3

24.1

Pr

33

40

21.2

25.7

15.1

16.2

Nd

12

16.5

24.1

30.5

8.1

9.1

Sm

1.1

2.1

34

37.2

1.4

3.3

Eu

11.1

13.5

19.5

23.7

5.1

6.6

Gd

2.1

2.5

24.1

28.2

3.1

4.3

Tb

0.6

0.9

21.2

24.1

3.1

4.5

Dy

1.4

2.1

17.1

19.4

3.2

4.2

Ho

0.12

0.14

14.1

17.3

2.5

4.1

Er

0.5

0.66

13.3

18.2

2.3

3.5

Tm

0.7

1.00

12.3

15.1

2.7

3.9

Yb

0.22

0.26

12.1

13.4

2.5

4.1

Lu

1.4

1.8

10.1

13.7

2.3

4.8

ΣREE

211.24

261.46

260.3

312.20

104.90

128.70

ΣLREE

192

236.5

82.5

101.9

76.7

85.4

ΣMREE

16.42

21.24

130

149.9

18.4

27

ΣHREE

2.82

3.72

47.8

60.4

9.8

16.3

 

 

پیروکسن‌ها به‌شدت تجزیه‌شدگی نشان داده به‌طوری‌که تنها قالبی از آن باقی‌مانده است. اورالیتی‌شدن به‌طور کامل در پیروکسن‌ها رخ داده و تشکیل پزدومورف‌ها رخدادی عادی است (شکل 4- c و b). کلینوپیروکسن‌ها در اسکارن خوت عمدتاً به‌صورت بلورهای ریز بی‌شکل تا نیمه‌شکل‌دار مشاهده می‌شود. این کانی به‌صورت ادخال در گارنت تشکیل شده است که نشان‌دهنده رشد هم‌زمان این دو کانی یا تبلور زودتر کلینوپیروکسن است (شکل 4- d).

بر اساس ویژگی‌های نوری، نسل‌های مختلف گارنت در اسکارن خوت و پناهکوه تشخیص داده شده است که نشان‌دهنده طبیعت پویای سامانه اسکارنی خوت و پناهکوه است. در اسکارن خوت دو نسل گارنت با ترکیب شیمیایی متفاوت شناسایی شد. گارنت‌های مرحله پیش‌رونده پیشین ناهمسانگرد هستند و ماکل قطاعی نشان می‌دهند (Ad74.30 Gr24.81 - Ad32.06 Gr66.61) در حالی‌که گارنت‌های پیش‌رونده پسین دارای هسته‌های خودشکل همسانگرد هستند (Ad>94%) که توسط رورشدی‌های ناهمسانگرد بعدی محصور می‌شوند (شکل 5- a و b). این گارنت‌های همسانگرد، اغلب برشی شده‌اند که نشان‌دهنده تغییر در فشار سیال است. دگرسانی آن‌ها به اپیدوت، کلریت و کلسیت در قسمت مرکزی گارنت آشکار است (شکل 5- c). گارنت‌های اسکارنی پناهکوه، آندرادیت تقریباً خالص هستند (Ad>87%) که به‌صورت تجمعات توده‌ای در نوارهای غنی از گارنت دیده می‌شود و بیش از 90 درصد سنگ اسکارنی را تشکیل داده است (شکل 6- a). گارنت‌های موجود در این زون، درشت‌بلور، بی‌شکل و همسانگرد همراه با شکستگی‌های فراوان هستند که فضای بین آن‌ها را مگنتیت پر کرده است (شکل 6- b).

 

شیمی‌بلور گارنت

گارنت‌ها دارای فرمول شیمیایی X3Y2Z3O12 هستند که در آن X کاتیون‌های دو ظرفیتی (Fe2+, Ca, Mg and Mn) با هم‌آرایی هشت، Y کاتیون‌های سه‌ظرفیتی (Fe3+, Al and Cr) با هم آرایی شش و Z اغلب Si بوده، با هم‌آرایی 4 چهار شرکت می‌کنند (Menzer, 1926). عناصر فرعی و جزیی شرکت کننده در ساختار گارنت در جدول 5 فهرست شده است.

بر اساس نظر McIntire (1963)، حداقل چهار فرآیند اصلی در مشارکت عناصر جزیی به داخل بلورها وجود دارد که عبارتند از: جذب سطحی، جفت‌شدگی، فرآیندهای جانشینی و محلول جامد میان بلورین. جذب سطحی و جفت‌شدگی توسط تأثیرات جنبشی در زمان رشد کانی کنترل می‌شود در حالی‌که جانشینی و محلول جامد اساساً توسط شیمی بلور کنترل می‌شود. عدم توازن بار و شعاع یونی بین کاتیون میزبان و کاتیون جانشین شونده در یک جایگاه مشخص توسط فرآیند جانشینی کنترل می‌شود (قانون اول گلدشمیت).

 

   
   

شکل 4- تصاویر میکروسکوپی از کانی‌ها در اسکارن خوت و پناهکوه. (a هجوم گارنت‌های بی‌شکل به پیروکسن‌ها و جانشینی پیروکسن‌ها توسط گارنت در اسکارن پناهکوه (XPL)، b و c پزودومورف پیروکسن در اسکارن پناهکوه که کاملاً با آمفیبول رشته‌ای جایگزین شده است (اورالیتی‌زاسیون) (XPL, PPL) و (d میکروفنوکریست‌های کلینوپیروکسن در گارنت‌های منطقه خوت (XPL)

 

   

شکل 5- تصاویر میکروسکوپی از نسل‌های مختلف گارنت‌های اسکارنی خوت (XPL)

(a گارنت ناهمسانگرد با ماکل قطاعی

(b گارنت همسانگرد با هسته خودشکل در مرکز که در حاشیه اندکی ناهمسانگردی نشان می‌دهد

(c جانشینی گارنت توسط اپیدوت و کلریت در مرکز گارنت در مرحله متاسوماتیسم پسرونده

 
   

شکل 6- تصاویر صحرایی و میکروسکوپی از گارنت‌های اسکارنی پناهکوه. (a رخنمون توده‌ای از گارنت‌های اسکارنی، (b گارنت‌های همسانگرد بی‌شکل با شکستگی‌های فراوان که توسط مگنتیت پر شده است.

 

 

مشارکت REE و Y تنها توسط جانشینی کاتیون‌های X2+ در جایگاه دودکاهدرال امکان‌پذیر است. برای Eu2+ جانشینی از نوع هم‌ظرفیت بوده و عدم تعادل بار وجود ندارد. برای عناصرREE3+ و Y یک جانشینی از نوع ظرفیت متغیر جهت خنثی کردن بار الکتریکی در ساختار گارنت لازم است. جانشینی‌های دوتایی مانند  معمولاً برای ساخت گارنت‌های استفاده شده برای مواد شیشه‌ای کاربرد دارد (برای مثال: yttrium aluminum garnet-YAG) یا مانند  که فرآیندهای اصلی جانشینی REE3+ در گارنت‌ها هستند (X1+ برابر Na+ است) (McIntire, 1963; Smith et al., 2004). فرآیندهای دیگر شامل ایجاد فضای خالی در ساختار بلور است که نقش مهمی را بازی نمی‌کند.

 

 

جدول 5- عناصر فرعی و کمیاب شرکت کننده در جایگاه‌های ساختاری گارنت (Gaspar et al., 2008)

Z-site (4 coordination)

Y-site (6 coordination)

X-site

 

Al, Ti, Fe3+, P

Ti, V, Fe2+, Zr, Sn

Zn, Y, Na

Minor

 

 

Li, Be, B, F, Sc, Cu, Ga, Ge, Sr, Nb, Ag, Cd, In, REE, U

Trace

 

 

زمین‌شیمی عناصر کمیاب در گارنت

عناصر کمیاب، ردیاب‌های مهمی در فرآیندهای متاسوماتیک هستند (Griffin et al., 1996) و جزییات بیشتری را نسبت به عناصر اصلی ثبت می‌کنند. زمین‌شیمی عناصر کمیاب، مهم‌ترین ابزار برای بررسی‌های زمین‌شیمیدانان، زمین‌شناسان و زمین‌شناسان اکتشافی است.

 

زمین‌شیمی عناصر نادر خاکی

تفکیک عناصر کمیاب مانند REE بین سیال متاسوماتیک و گارنت در حال رشد، پیچیده است و به‌شدت توسط شیمی بلور، تعادل بلور- مذاب، اثرات کینتیکی مانند نرخ رشد و جذب سطحی کنترل می‌شود Hickmott and Spear, 1992)؛ Jamtveit and Hervig, 1994؛ Chernoff and Carlson, 1999؛ Smith et al., 2004). با نگاهی کلی به رفتار عناصر خاکی کمیاب در گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه مشاهده می‌شود که عناصر نادر خاکی سبک نسبت به عناصر نادر خاکی سنگین غنی‌شدگی بیشتری نشان می‌دهند که ناشی از تحرک بیشتر آن‌ها در فرآیندهای متاسوماتیک است. مقایسه روندهای عناصر نادر خاکی به‌هنجار شده نسبت به کندریت در گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه نشان می‌دهد که گارنت‌های اسکارنی خوت نسبت به گارنت‌های منطقه پناهکوه غنی‌شدگی بیشتری از عناصر نادر خاکی سبک و سنگین نشان می‌دهند به‌طوری‌که بیش‌ترین غنی‌شدگی عناصر نادر خاکی به‌ترتیب مربوط به گارنت‌های گراندیتی و آندرادیتی خوت بوده است (شکل 7). عناصر نادر خاکی در گارنت‌های گراندیتی خوت بیشتر از گارنت‌های آندرادیتی است زیرا در ترکیبات حدواسط، عناصر نادر خاکی نسبت به اعضای نهایی محلول‌تر هستند که نشان‌دهنده تطابق مثبت بین مقدار Al و REE است (Gaspar et al., 2008) (شکل 8- a) افزایش عناصر نادر خاکی در گارنت‌های گراندیتی همچنین می‌تواند توسط جانشینی کاتیونی محلی (REE به جای کلسیم) و مشارکت عناصر نادر خاکی در جایگاه X توضیح داده شود.

گارنت‌های غنی از آهن در منطقه خوت و پناهکوه غنی‌شدگی بیشتری از عناصر LREE نسبت به HREE دارند در حالی که گارنت‌های گراندیتی غنی از Al در منطقه خوت غنی‌شدگی کمتری از عناصر LREE را نسبت به HREE نشان می‌دهند (شکل 7). همان‌طور که مشاهده می‌شود، روندهای فراوانی به‌دست آمده از عناصر نادر خاکی در گارنت‌ها تشابه بسیاری با ترکیب اسکارن‌های منطقه نشان می‌دهد که نشان‌دهنده قرابت ژنتیکی میان آن‌ها است (شکل 8- b). این الگوی فراوانی نسبتاً همسان عناصر نادر خاکی در اسکارن و گارنت بیانگر این است که در اسکارن‌های مورد مطالعه گارنت مهم‌ترین کانی میزبان برای عناصر نادر خاکی است. همان‌طور که در شکل 7 مشاهده می‌شود عناصر نادر خاکی سبک (La تا Nd) در گارنت‌های آندرادیتی خوت و پناهکوه با شیب نسبتاً تند کاهش می‌یابند. در محل Eu آنومالی مثبت می‌شود به طوری که شدت آنومالی مثبت Eu در گارنت‌های آندرادیتی خوت بیشتر از پناهکوه است. تفاوت در مقدار آنومالی‌ها نشان‌دهنده ناهمگونی‌های سامانه اسکارنی نظیر تغییرات محلی سنگ مادر و سیال متاسوماتیک است. وجود مگنتیت و پیروتیت در اسکارن خوت (شکل 8- c) نشان‌دهنده یک محیط احیایی با ƒO2 زیر بافر هماتیت- مگنتیت است (Gaspar, 2005). در چنین شرایط احیایی، Eu به صورت Eu2+ حضور دارد (شکل 8- c) که تا حدودی رفتاری متفاوت از دیگر REEs و نسبت‌های Eu/Eu* نشان می‌دهد. پتانسیل اکسایش- کاهش Eu3+/Eu2+ در سیالات گرمابی اساساً بستگی به دما و گونه‌زایی دارد و به pH و فشار وابستگی اندکی دارد. گونه‌زایی می‌تواند باعث گسترش پایداری Eu3+ در دماهای پایین شود. در دماهای بالاتر از 250 درجه سانتیگراد، Eu2+ غالب است (Sverjensky, 1984)، بنابراین، در دماهای نسبتاً بالا در سامانه‌های اسکارنی از دیگر عناصر نادر خاکی تفکیک می‌شود. عناصر نادر خاکی سبک و سنگین در گارنت‌های گراندیتی خوت تفاوت آشکاری را نشان نمی‌دهند و روند تقریباً صاف و یکنواختی را نشان می‌دهند. تنها تغییرات در آنومالی منفی نسبتاً ضعیف Eu مشاهده می‌شود. آنومالی منفی Eu به عدم وجود لیگاندهایی مانند Cl- مربوط می‌شود که قادر به انتقال Eu2+ است.

 

عناصر نادر خاکی سبک (LREE)

همان‌طور که در جدول‌های 1 تا 4 مشاهده می‌شود، La بالاترین غلظت عناصر نادر خاکی سبک را در تمام گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه نشان می‌دهد، به‌طوری که میانگین فراوانی این عنصر در گارنت‌های گراندیتی خوت ppm 22، گارنت‌های آندرادیتی پناهکوه
ppm 34/34 و در گارنت‌های آندرادیتی خوت به بیش‌ترین مقدار خود (ppm 109) می‌رسد. La جزو کاتیون‌های با قدرت میدان بالاست ولی ماهیت هیگروماگماتوفیلی بالایی دارد بنابراین، می‌تواند در ترکیب سیال ماگمایی محلول باشد (Jenner, 1996).

 

 

 

شکل 7- میانگین عناصر نادر خاکی به‌هنجار شده از گارنت‌های اسکارنی خوت نسبت به کندریت (مقادیر کندریت از Boynton (1984)

 

b

a

   

شکل 8- (a تطابق بین مقادیر میانگین Al و ΣREE در گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه، (b روندهای عناصر نادر خاکی به‌هنجار شده نسبت به کندریت در گارنت‌های اسکارنی پناهکوه به همراه اسکارن‌های مرتبط با آن (Sk نماد سنگ اسکارنی و Gr نماد گارنت اسکارنی است) و (c نمودار LogƒO2-pH که واکنش‌های Eu3+-Eu2+ و دیگر واکنش‌های مرتبط برای سامانه گرمابی خوت را نشان می‌دهد (Gaspar et al., 2008).

 

 

 

سریم (Ce) پس از لانتانیم (La) بالاترین غلظت عناصر نادر خاکی را در گارنت‌های اسکارنی خوت- پناهکوه تشکیل می‌دهد. رفتار زمین‌شیمیایی این عنصر شبیه لانتانیم بوده و هیگروماگماتوفیلی بالایی دارد. میانگین فراوانی این عنصر در گارنت‌های گراندیتی خوت ppm 22، گارنت‌های آندرادیتی پناهکوه ppm 23 و در گارنت‌های آندرادیتی خوت مانند لانتانیم به بیش‌ترین مقدار خود ppm 65 می‌رسد (جدول‌های 1 تا 3). عنصر پرازئودیمیم (Pr) و نئودیمیم (Nd) نسبت به سایر عناصر نادر خاکی سبک غنی‌شدگی کمتری دارد که می‌تواند به‌علت فراوانی کمتر این عناصر در پوسته زمین و گرانیت‌ها باشد.

 

عناصر نادر خاکی متوسط (MREE)

ساماریم (Sm)، گادولینیم (Gd) و دیسپروزیم (Dy) رفتار زمین‌شیمیایی کاملاً مشابهی دارند. فراوانی تقریباً یکسان این عناصر در گرانیت‌ها و پوسته زمین، یکسان بودن رفتار زمین‌شیمیایی این عناصر را تأیید می‌کند. فراوانی ساماریم در گارنت‌های آندرادیتی خوت و پناهکوه تقریباً یکسان بوده است. بالاترین مقادیر ساماریم، گادولینیم و دیسپروزیم مربوط به گارنت‌های گراندیتی خوت است. به نظر می‌رسد فراوانی این عناصر با اکسید کلسیم در گارنت‌ها ارتباط مستقیم دارد. عناصر کمیاب متوسط دیگر شامل سه عنصر یوروپیم (Eu)، تربیم (Tb) و هولمیم (Ho) هستند که دارای رفتار زمین‌شیمیایی تقریباً مشابهی هستند. پایین بودن فراوانی این عناصر (جدول‌های 1 تا 4) نسبت به عناصر Sm، Dy و Gd مربوط به فراوانی پایین آن‌ها در طبیعت است. فراوانی این عناصر در گارنت‌های اسکارنی مورد مطالعه با اکسید سیلیسیم و اکسید کلسیم ارتباط مستقیم دارد (Jenner, 1996) به‌طوری‌که در گارنت‌های گراندیتی خوت که مقادیر اکسید سیلیسیم و کلسیم بیشتری دارند مقادیر این عناصر بیشتر است (جدول‌های 1 تا 3).

 

عناصر نادر خاکی سنگین (HREE)

عناصر نادر خاکی سنگین در رده عناصر با هیگروماگماتوفیلی پایین قرار می‌گیرند (Jenner, 1996). ضریب توزیع آن‌ها تقریباً 1/0 (D~ 0.1) بوده و جزو کاتیون‌های با قدرت میدان بالا هستند. در سامانه‌هایی که آب، سیال غالبی است، عناصری نامتحرک‌اند، ولی با اضافه شدن کربنات به سامانه ممکن است تا حدودی متحرک شوند (Jenner, 1996). بنابراین، انتظار می‌رود که این عناصر در گارنت‌های حاوی CaO بیش‌ترین غنی‌شدگی را نشان دهند. از آنجا که گارنت‌های گراندیتی خوت دارای مقادیر بالاتری از اکسید کلسیم نسبت به سایر گارنت‌های اسکارنی مورد مطالعه هستند. بنابراین، نسبت به سایر گارنت‌ها غنی‌شدگی بیشتری از عناصر نادر خاکی سنگین را نشان می‌دهند (جدول 2). اربیم (Er) و ایتربیم (Yb) هر دو در سیال غنی از آب نامتحرک‌اند، ولی با ورود کربنات‌ها رفتاری متحرک از خود نشان می‌دهند بنابراین، غلظت این عناصر در ترکیب گارنت‌های گراندیتی خوت که اکسید کلسیم بیشتری شرکت دارد نسبت به گارنت‌های آندرادیتی خوت- پناهکوه نیز بیشتر است. تولیم (Tm+3) و لوتسیم (Lu+3) کم‌ترین غلظت را در بین عناصر نادر خاکی سنگین در گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه نشان می‌دهد که به‌علت فراوانی پایین آن‌ها در طبیعت است.

 

عناصر نادر لیتوفیل

همه گارنت‌های اسکارنی خوت- پناهکوه به‌شدت از عناصر لیتوفیل بزرگ یون (LILE) تهی شده‌اند و دارای مقادیر اندکی از Rb و Cs هستند (جدول‌های 1 تا 3). مقادیر Sr و Ba در گارنت‌ها بسیار پایین‌تر از مقادیر کندریت‌هاست که به‌علت شعاع یونی بزرگتر این عناصر نسبت به جایگاه‌های 8 تایی با هم‌آرایی 8 در ساختار گارنت است (Gaspar et al., 2008). عناصر با شدت میدان بالا (HFSE) و نادر خاکی (REE) تغییرات سازگارتری با زمین‌شیمی عناصر اصلی و مشاهدات سنگ‌نگاری نشان می‌دهند (شکل 9).

 

 

   
   
   

شکل 9- تغییرات ترکیبی عناصر کمیاب نسبت به ترکیب گارنت‌های اسکارنی پناهکوه

 

 

مقایسه عناصر HFSE در گارنت‌های غنی از Al و Fe در اسکارن‌های خوت و پناهکوه نشان می‌دهد که عناصر Y، Zr و Nb تفاوت آشکارتری را نسبت به عناصر Ta، Hf و Th نشان می‌دهند که می‌تواند به‌علت فراوانی کمتر عناصر Ta، Hf و Th باشد (Gaspar et al., 2008) (جدول‌های 1 تا 3).

Y اغلب رفتاری مشابه با عناصر نادر خاکی سنگین (HREE) دارد و تقریباً برای گارنت‌های همسانگرد در اسکارن خوت رابطه خطی بین Y و SREE3+ تا غلظت‌های ppm 2 و ppm 222 به‌ترتیب برای Y و SREE3+ وجود دارد (شکل 10- a). در مقادیر بالاتر از این، از حالت خطی منحرف شده که نشان‌دهنده ناهمگونی‌های شیمیایی پروتولیت یا تغییرات ترکیب سیال در زمان رشد گارنت است. همچنین، چنین رابطه خطی بین Y و SREE3+ در تمام غلظت‌های Y و SREE3+ برای گارنت‌های ناهمسانگرد خوت و گارنت‌های همسانگرد پناهکوه وجود دارد (شکل 10- b و c).

تغییرات عناصر هافنیوم (Hf) و زیرکونیوم (Zr) در گارنت‌های آندرادیتی خوت- پناهکوه به‌علت یکسان بودن رفتار زمین‌شیمیایی این دو عنصر، بسیار مشابه است. از آن‌جا که این دو عنصر در گروه عناصر نامتحرک با قدرت هیدروماگماتوفیل کم قرار می‌گیرند، بنابراین غنی‌شدگی چندانی را در آندرادیت‌های اسکارنی خوت- پناهکوه نشان نمی‌دهند اما گارنت‌های گراندیتی خوت دارای مقادیر بیشتری زیرکونیوم هستند که می‌تواند به‌علت جانشینی این عنصر به جای آلومینیوم در جایگاه Y گارنت‌ها باشد (شکل 9). تانتالوم (Ta) اندازه و بار یونی مشابه نیوبیوم (Nb) دارد و جزو عناصر نامتحرک محسوب می‌شود، بنابراین، رفتار زمین‌شیمیایی یکسانی را با تغییرات میزان عضو انتهایی آندرادیت در گارنت‌های پناهکوه نشان می‌دهند. فراوانی اندک این عنصر می‌تواند به‌علت غلظت اندک این عنصر در سنگ میزبان باشد. غلظت Nb در گارنت‌های ناهمسانگرد و آلومینیم‌دار خوت بیشتر از گارنت‌های آهن‌دار و همسانگرد خوت- پناهکوه است که می‌تواند به‌علت جانشینی این عنصر همراه با تیتانیوم به‌جای آلومینیوم در جایگاه Y گارنت باشد (شکل 9).

اسکاندیم (Sc) و کبالت (Co)، تغییرات چشمگیری را نسبت به میزان عضو انتهایی آندرادیت نشان نمی‌دهند. آهن در گارنت‌های آندرادیتی تنها به‌صورت آهن فریک وجود دارد. از آنجا که اسکاندیم و کبالت جانشین آهن فرو می‌شوند بنابراین طبیعی است که آندرادیت‌های منطقه خوت- پناهکوه دارای مقادیر اندکی از این عناصر باشند (شکل 9).

اورانیوم (U6+) در ترکیب گارنت‌های آندرادیتی جایگزین آهن فریک در ساختار Y گارنت‌ها می‌شود بنابراین، با افزایش میزان آهن فریک در گارنت‌ها مقدار آن افزوده می‌شود به‌طوری‌که غلظت آن در آندرادیت‌های تقریباً خالص پناهکوه (ppm 37) بیشتر از گارنت‌های آندرادیتی (ppm 6/7) و گراندیتی خوت (ppm 9/2) است و یک روند افزایشی را با میزان آندرادیت در گارنت نشان می‌دهد (شکل 9). وانادیم (V) عنصری لیتوفیل است. در شبکه گارنت‌ها جانشین آهن فریک می‌شود. بنابراین در گارنت‌های آندرادیتی بیش‌ترین جانشینی را دارد، بنابراین غلظت وانادیوم در گارنت‌های آندرادیتی خوت و پناهکوه بیشتر از گارنت‌های گراندیتی خوت است.

 

   

شکل 10- نمودار تغییرات REE3+ با Y برای گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه

 

 

 

عناصر نادر سیدروفیل

مس بالاترین مقادیر عنصر کالکوفیل را در گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه تشکیل می‌دهد. محتوای بالای مس در گارنت‌های غنی از آهن خوت ناشی از دگرسانی گارنت‌ها در زمان کانه‌زایی سولفیدی است که به افزایش مقدار مس در گارنت‌ها منجر شده است به‌طوری‌که مقادیر میانگین مس در گارنت‌های آندرادیتی خوت به ppm 2904 می‌رسد (جدول 1). در این نوع گارنت‌ها جانشینی مس به جای آهن رخ داده است. در مراحل اولیه اسکارن‌زایی، غلظت مس در سیالات گرمابی به اندازه‌ای نیست که کانه‌های سولفیدی تشکیل شوند و یا در صورت غلظت کافی مس در سیالات، شرایط فیزیکوشیمیایی نظیر دما، اکتیویته گوگرد و Eh سیالات برای تشکیل کانی‌های سولفیدی فراهم نیست. بنابراین، مس در ساختار گارنت‌های غنی از آهن جانشین آهن شده است و در زمان دگرسانی گارنت‌ها در طی مرحله کانه‌زایی سولفیدی مس از ساختار گارنت آزاد شده است. الگوی رفتاری عناصر کمیاب گارنت‌های اسکارنی خوت- پناهکوه تا حدی به کانسار اسکارنی مس- مزرعه شباهت دارد. بنابراین افزایش محتوای مس در گارنت‌های آنداردیتی را می‌توان به‌عنوان نشانگری در جهت اکتشاف کانسارهای اسکارن در نظر گرفت (Karimzadeh Somarin, 2004). در گارنت‌ها مقادیر میانگین روی بیشتر از سرب بوده و در گارنت‌های گراندیتی خوت به ppm 43/8 و در گارنت‌های آندرادیتی خوت و پناهکوه به‌ترتیب به 78/7 و 09/5 می‌رسد (جدول‌های 1 تا 3).

 

فرآیند رشد گارنت

نمودار سه‌تایی Fe-Mn-Al منشأ گرمابی اسکارن‌های خوت و پناهکوه را نشان می‌دهد (شکل 11- a). با استفاده از نمودار Al/(Al + Fe + Mn) در مقابل Fe/Ti می‌توان به درصد حجمی سیالات گرمابی شرکت‌کننده در کانسار اسکارنی پی برد (شکل 11- b). بر اساس این نمودار، مقادیر Al/(Al + Fe + Mn) برای بیشتر گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه کمتر از 3/0 است که نشان‌دهنده مشارکت بیش از 50 درصد سیالات گرمابی در تشکیل کانسار اسکارنی خوت و پناهکوه است. دوره‌های جریان سیال در سامانه‌های گرمابی هم‌زمان با رخداد جوشش بوده و فرآیند جوشش به‌صورت متناوب تکرار شده است. مطالعات میان‌بارهای سیال بر روی گارنت‌های گراندیتی و آندرادیتی خوت شاهدی بر رخداد جوشش در سامانه اسکارنی خوت- پناهکوه است. نحوه تشکیل گارنت‌های اسکارنی مورد مطالعه شباهت زیادی به اسکارن‌های توصیف شده توسط Jamtveit و همکاران (1993) در منطقه ریفت مرکزی اسلو در جنوب تروژ دارد (شکل 12). در این اسکارن‌ها رشد گارنت هم‌زمان با دوره‌های جوشش بوده است. جوشش باعث اکسیداسیون مایع باقی‌مانده شده و افزایش سریع اکتیویته Fe3+ نسبت به Al3+ را به دنبال دارد که پیامد آن ته‌نشست سریع آندرادیت در اسکارن خوت- پناهکوه است. فراوانی میان‌بارهای سیال در گارنت‌ها نشان می‌دهد که سیالات در نرخ‌های رشد بالا به دام افتاده‌اند. برشی شدن مجموعه‌های کانیایی پیش‌رونده در کانسارهای اسکارنی متداول است (Einaudi et al., 1981؛ Meinert, 1992؛ (Ciobanu and Cook, 2004 و به‌عنوان فرآیندی جهت شروع تراوش فراگیر عمل می‌کند. تراوش معمولاً توسط افزایش فشار سیالات شدت می‌یابد که توسط بافت‌های برشی مشخص می‌شود. به‌علت تحرک‌پذیری پایین عناصر شدت میدان بالا، نظیر Al، گارنت‌های گروسولاری در دوره‌های میان جوشش رشد کرده است. در این زمان گارنت‌های غنی از Al به آرامی رشد کرده و در تعادل نزدیک با سیالات منفذی محلی هستند که نشان‌دهنده نسبت‌های پایین سنگ/آب (W/R) در زمان متاسوماتیسم انتشاری هستند. در چنین شرایطی مشارکت و تفریق REE اساساً توسط فرآیندهای بیرونی و شیمی بلور کنترل می‌شود در حالی که گارنت‌های غنی از Fe به سرعت از سیالات خارجی در طی متاسوماتیسم تراوشی (advective) در نسبت‌های بالای سنگ/آب و در مکان‌هایی که جذب سطحی کنترل‌کننده اصلی روندهای REE مشاهده شده هستند، رشد می‌کنند.

 

 

 

a

 

شکل 11- (a نمودار سه‌تایی (mol%) Fe-Mn-Al، تفکیک کننده میدان ترکیبی سیالات گرمابی از سیالات غیرگرمابی با استفاده از آنالیز شیمیایی اسکارن‌های غنی از گارنت (Heimann et al., 2009) و (b نمودار (Al + Fe + Mn) Al/ در مقابل Fe/Ti: اعداد روی منحنی درصد حجمی سیالات گرمابی شرکت کننده در تشکیل کانسار اسکارنی را مشخص می‌کند (Heimann et al., 2009).

 

 

شکل 12- این مدل توسط Jamtveit و Hervig (1994) برای تشکیل گارنت‌های گراندیتی (آندرادیت- گروسولار) در منطقه ریفت مرکزی اسلو در جنوب نروژ پیشنهاد شده است و به‌علت شباهت تشکیل آن با گارنت‌های مورد مطالعه به کانسار اسکارنی خوت و پناهکوه بسط داده شده است (XLS= Solid phases, Vap= H2O-rich fluid phase).

 

 

نتیجه‌گیری

گارنت‌های اسکارنی خوت و پناهکوه در جنوب‌غرب یزد در یک سامانه گرمابی پیچیده توسط متاسوماتیسم تراواشی شکل گرفته‌اند و روندهای متفاوت توزیع عناصر نادر خاکی را ایجاد کرده‌اند. تمام گارنت‌های اسکارنی خوت- پناهکوه غنی‌شدگی بیشتری از عناصر نادر خاکی سبک نسبت به سنگین را نشان می‌دهند. عناصر نادر خاکی سبک در گارنت‌های گراندیتی بیش‌ترین غنی‌شدگی را دارند، زیرا در ترکیبات حدواسط عناصر نادر خاکی نسبت به اعضای نهایی محلول‌تر هستند که نشان‌دهنده تطابق مثبت بین مقدار Al و REE است. همچنین، این غنی‌شدگی می‌تواند توسط تفاوت در شعاع‌های یونی بین Ca2+ و یون‌های REE3+ در جایگاه X توضیح داده شود. این نتایج نشان می‌دهد که تحرک اساسی عناصر نادر خاکی می‌تواند در سامانه‌های گرمابی در سنگ‌های کربناته در عمق کم تا متوسط در پوسته قاره‌ای رخ دهد، در نتیجه روندهای توزیع REE در گارنت‌های اسکارنی می‌تواند برای مطالعه فرآیندهای زمین‌شیمیایی همچون شرایط شکل‌گیری اسکارن مؤثر واقع شود. بنابراین، بررسی عناصر نادر خاکی در شناسایی خاستگاه اسکارن‌ها و کانسارهای اقتصادی وابسته بسیار مؤثر خواهد بود.

 

سپاسگزاری

از همکاری‌های پروفسور ناکاشیما از بخش علوم‌زمین دانشگاه یاماگاتا در ژاپن برای انجام آنالیز نقطه‌ای کانی‌ها و همچنین پروفسور ایشی‌یاما برای انجام آنالیز LA-ICP-Ms گارنت‌ها در دانشگاه آکیتای ژاپن تشکر و قدردانی می‌شود.

شریفی، ر. (1387) بررسی خصوصیات زمین‌شیمیایی اندیس‌های فلزی در منطقه پناه‌کوه یزد با دیدگاه اکتشافی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران.

Adriana, H., Paul, G. S., Graham, S. T., Colin, H. H. and Wolfgang, R. L. (2009) Geochemistry of garnet-rich rocks in the southern Curnamona Province, Australia, and their genetic relationship to Broken Hill-type Pb-Zn-Ag mineralization. Economic Geologists 104: 687-712.

Boynton, W. V. (1984) Geochemistry of the rare earth elements: meteorite studies. In: Henderson, P. (Ed.): Rare earth element geochemistry. Elsevier, London, 63-114.

Chernoff, C. B. and Carlson, W. D. (1999) Trace element zoning as a record of chemical disequilibrium during garnet growth. Geology 27: 555-558.

Ciobanu, C. L. and Cook, N. J. (2004) Skarn textures and a case study: the ocna de fier-dognecea orefield, Banat, Romania. Ore Geology Reviews 24: 315-370.

Einaudi, M. T., Meinert, L. D. and Newberry, R. J. (1981) Skarn deposits. 75th Anniversary Volume, Society of Economic Geologists, USA.

Gaspar, M. (2005) The Crown Jewel gold skarn deposit. Ph.D. Thesis, Washington State University, Washington, USA.

Gaspar, M., Knaack, C., Meinert, L. D. and Moretti, R. (2008) REE in skarn system: A LA-ICP-MS study of Garnet from the Crown Jewel gold deposit. Geochemica et Cosmochimica Acta 72: 185-205.

Griffin, W. L., Smith, D., Ryan, C. G., O'Reilly, S. Y. and Win, T. T. (1996) Trace element zoning in mantle minerals: metasomatism and thermal events in the upper mantle. Canadian Mineralogist 34: 1179-1193.

Heimann, A., Spry, P. G., Teale, G. S., Conor, C. H. H. and Leyh, W. R. (2009) Geochemistry of garnet-rich rocks in the Southern Curnamona province, Australia and their genetic relationship to Broken Hill-type Pb-Zn-Ag mineralization geology. Economic Geology 104: 687-712.

Hickmott, D. D. and Spear, F. S. (1992) Major and trace element zoning in garnets from calcareous pelites in the NW Shelburne Falls Quadrangle, Massachusetts: garnet growth histories in retrograded rocks. Journal of Petrology 33: 965-1005.

Jamtveit, B. and Hervig, R. L. (1994) Constraints on transport and kinetics in hydrothermal systems from zoned garnet crystals. Science 263: 505-508.

Jamtveit, B., Wogelius R. A. and Fraser, D. G. (1993) Zonation patterns of skarn garnets: Records of hydrothermal system evolution. Geology 21: 113-116.

Jenner, G. A. (1996) Trace element geochemistry of igneous rocks: geochemical nomenclature and analytical geochemistry. In: Wyman, D. A. (Ed.): trace element geochemistry of volcanic rocks: applications for massive sulphide exploration. Geological Association of Canada Short Course Notes 12: 51-77.

Karimzadeh Somarin, A. (2004) Garnet composition as an indicator of Cu mineralization: Evidence from Skarn deposits of NW Iran. Journal of Geochemical Exploration 81: 47-57.

McIntire, W. L. (1963) Trace element partition coefficients: A review of theory and applications to geology. Geochemica et Cosmochimica Acta 27: 1209-1264.

Meinert, L. D. (1992) Skarns and skarn deposits. Geoscience Canada 19: 145-162.

Menzer, G. (1926) Die kristall structure von granat. Zeitschift fu Kristallographie 63: 157-158.

Smith, M. P., Henderson, P., Jeffries, T. E. R., Long, J. and Williams, C. T. (2004) The rare earth elements and uranium in garnets from the Beinn and Dubhaich aureole, Skye, Scotland, UK: constraints on processes in a dynamic hydrothermal system. Journal of Petrology 45: 457-484.

Sverjensky, D. M. (1984) Europium redox equilibria in aqueous solution. Earth and planetary Science Letters 67: 70-78.

Yazdi, M. (1991) The study of economic geology and lithology in Khut ore deposit, Ms. thesis, Shahid Beheshti university, Tehran, Iran.

Zarasvandi, A., Liaghat, S., Zentilli, M. A. (2005) Geology of Darreh-Zerreshk and Ali-Abad porphyry copper deposits, Central Iran. International Geology Reviews 47: 620-646.