کانی‌شناسی، شیمی کانی‌ها و ژئوشیمی ایزوتوپی گوگرد در کانسار مس بهاریه (شمال-خاور کاشمر): رهیافتی برای دستیابی به ژنز کانسار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 عضو هیئت علمی، دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

کانسار بهاریه با تناژ تقریبی یک میلیون تن مس، در استان خراسان رضوی و فاصله 30 کیلومتری شمال‌خاور شهرستان کاشمر قرار دارد. طبق تقسیم‌بندی‌های ساختاری زمین‌شناسی ایران، این ذخیره در پهنه سبزوار و منطقه فلززایی تکنار واقع شده‌ است. کانه‌زایی بصورت چینه‌کران در یک افق معدنی با درازای تقریبی 200 متر، ضخامت متغیر 5 تا 10 متر و راستای خاوری-‌باختری در میزبان آندزیت و ریولیت توف با سن ائوسن میانی، رخداده ‌است. کالکوپیریت و پیریت کانه‌‌های سولفیدی اصلی هستند که بورنیت، گالن، اسفالریت، کوولیت، کالکوسیت، مالاکیت و هماتیت به صورت فرعی آنها را همراهی می‌کنند. طبق شواهد تجزیه ریزکاو الکترونی (EPMA)، بیشینه طلا و نقره به ترتیب معادل 21/0 و 1/0 درصد وزنی در میزبان کالکوپیریت و بیشینه نقره 14/0 درصد وزنی در ترکیب کانی گالن، آشکار شد. براساس بررسی‌های شیمی کانی، در پیریت‌های کانسار بهاریه، میانگین نسبت Co/Niبرابر 71/2 بدست آمد که می‌تواند نشانگر خاستگاه گرمابی آن باشد. با توجه به نتایج زمین دماسنجی نسبتBi /Sb در گالن و ژئوشیمی اسفالریت (تمرکز بالای Cd با مقدار میانگین 92/0 درصد وزنی و نسبت Zn/Cd ناچیز 54/67) شرایط فیزیکوشیمیایی و ترمودینامیکی سیال کانه‌دار در کانسار بهاریه با کانسارهای گرمابی-ماگمایی دما متوسط همخوانی دارد. دامنه تغییرات ایزوتوپی δ34S نمونه‌های کالکوپیریت و پیریت بین 3/7- تا 5/0 پرمیل در تغییر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Mineralogy, mineral chemistry and sulfur isotope geochemistry of the Baharieh copper deposit (NE Kashmar): implications for ore genesis

نویسندگان [English]

  • Razieh Rezaeihamid 1
  • Ebrahim Tale Fazel 2
1 Department of Geology, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
2 Department of Geology, Faculty of science, Bu-Ali Sina university
چکیده [English]

The Baharieh copper deposit with an approximately tonnage 1 million tons of copper ore, is located in the Khorasan Razavi Province and 30 km of northeastern of the Kashmar. Based on subdivision structural geology of the Iran, the deposit is situated in the Sabzevar zone and Taknar complex. The mineralization as stratabound nature in an ore-horizon with an approximately length of 200 m and E-W trending occurs in middle Eocene andesitic to rhyolitic-tuff. Chalcopyrite and pyrite are the main sulfide minerals which accompanies with accessory minerals such as bornite, galena, sphalerite, covelline, chalcocite, malachite and hematite. Based on evidence of the electron probe micro analysis (EPMA) detected the maximum gold and silver contents 0.21 and 0.1 ppm in chalcopyrite, respectively and the maximum silver content is 0.14 ppm in galena. According to mineral chemistry studies, pyrite of the Baharieh deposit obtained the average ratio Co/Ni=2.71, which can be indicate its hydrothermal source. According to the results of the geo-thermometry of the Sb/Bi ratio in the galena and geochemistry of sphalerite (high concentration of Cd with an average value of 9220 ppm and low Zn/Cd=67.54) physico-chemical and thermodynamic conditions of the ore-bearing fluid in the Baharieh deposit has been concordant with average-temperature hydrothermal-magmatic deposits. The variation ranges of δ34S isotopic in the chalcopyrite and pyrite samples are varies between -7.3 to 0.5 ‰.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Baharieh Cu deposit
  • Mineral Chemistry
  • Sulfur isotope
  • Kashmar
  • Sabzevar zone

کانسار مس بهاریه ( در مختصات ′29°35 تا ′28°35 طول‌ جغرافیایی خاوری و ′67°58 تا ′66°58 عرض جغرافیایی ‌شمالی) در استان خراسان رضوی و 30 کیلومتری شمال‌خاوری شهرستان کاشمر (شمال‏‌خاوری ایران) جای گرفته است. از دیدگاه Khoei و همکاران (1999)، منطقة فلززایی تکنار در شمال‏‌خاوری ایران، از مهم‌ترین پهنه‌های فلززایی مس در ایران به‌شمار می‌رود (شکل 1).

وجود اندیس‏‌ها و کانی‌سازی‌های فلزی (آهن، طلا، مس، نقره، کروم، سرب و روی) (Almasi et al., 2016) و غیرفلزی (کائولینیت، بوکسیت و باریت) فراوانِ فعال و متروک در این مجموعه، به‌همراه ویژگی‌های زمین‏‌ساختی، ماگمایی و دگرسانی، به‌ویژه در بازة زمانی ترشیری، این منطقه را از دیدگاه زمین‏‌شناسی از پهنه‌های مستعد برای پتانسیل‏‌های معدنی فلزی و غیرفلزی کرده است (Khoei et al., 1999).

 

 

 

 

شکل 1- A) نقشة ساختاری ایران (Alavi, 1991) و نمایش موقعیت پهنة سبز‏‌وار در آن؛ B) جایگاه منطقة فلززایی تکنار در پهنة سبزوار و جایگاه کانسار بهاریه در آن که با نماد ستارة سرخ‌رنگ نمایش داده شده است

 


کانسار مس بهاریه یکی از این رخدادهای معدنی است که بررسی زمین‌شناسی، چگونگی رخداد کانی‌سازی و ویژگی‌های زمین‌شیمیایی آن افزون‌بر جنبه پژوهشی، نقش مهمی در پیشبرد اهداف اکتشافی در منطقة معدنی بهاریه خواهد داشت. تازه‌ترین فعالیت‌های انجام‌شده در منطقة معدنی بهاریه را شرکت آتیه کانسار جویان (Atiyeh Kansar Joyan Co., 2014) در غالب اکتشاف‌های تفصیلی انجام داده ‏‌است. تناژ کانسار بهاریه نزدیک به یک میلیون تن، عیار مس آن برابربا 1 درصد (با حداکثر عیار بازیابی 22 درصد) و میانگین نقره 5 گرم در تن است (Atiyeh Kansar Joyan Co., 2014). در این پژوهش افزون‌بر معرفی ویژگی‌های زمین‌شناسی و کانی‌سازی در کانسار مس بهاریه، با کمک بررسی‌های ایزوتوپ‏‌های پایدار گوگرد در کانی‏‌های سولفیدی، ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و تحول سیال کانه‌ساز بررسی شدند. بررسی حضور پیریت در ترکیب سنگ میزبان آندزیت پورفیری و نقش آن در رخداد کانه‏‌زایی مس در منطقة معدنی بهاریه از دستاوردهای اصلی این پژوهش است. برپایة جایگاه کانسار بهاریه در پهنة سبزوار و وجود نشانه‏‌های معدنی فراوانِ مس در این پهنه، چه‌بسا کاربرد این داده‌ها در راستای اهداف اکتشافی و معدنکاری در کانسار بهاریه و بخش‌های مجاور سودمند است و به ردیابی ذخایر مشابه در این زیرپهنه کمک می‌کند.

 

زمین‏‌شناسی منطقه

از دیدگاه زمین‌شناسی ساختاری، کانسار بهاریه در پهنة سبزوار است و با گسل تکنار (ریوش) در شمال و گسل درونه در جنوب فراگرفته شده است (Alavi, 1991). منطقه فلززایی تکنار که به‌صورت مجموعة ماگمایی گوه‌ای‌شکل در شمالی‌ترین برونزد خردقاره ایران مرکزی رخنمون دارد. برپایة برگة زمین‌شناسی 1:25000 منطقة بهاریه (Atiyeh Kansar Joyan Co., 2014)، دست‌کم دو گروه سنگی با چینه‌نگاری اصلی دیده می‌شوند:

1- واحدهای آذرین خروجی تا نیمه‌ژرف؛

2- توده‌های نفوذی با سن ائوسن زیرین تا الیگوسن در منطقه رخنمون دارند که نهشته‏‌های آبرفتی عهدحاضر بخش‌هایی از این واحدها را پوشانده ‏‌است (شکل 2).

گروه‌های سنگی آتشفشانی منطقه دربردارندة آندزیت، ریولیت، گروه‌های سنگی آذرآواری و توف‏‌های آندزیتی تا ریولیتی و گروه‌های سنگی آذرین نیمه‌درونی و درونی دربردارندة توده‏‌های دیوریت‏‌پورفیری، گرانودیوریت، آلکالی‏‌گرانیت و مونزوگرانیت هستند.

 

 

 

شکل 2- نقشة زمین‌شناسی ساده‌شده منطقة بهاریه با مقیاس 1:25000 (با تغییرات از Atiyeh Kansar Joyan Co.، 2014) (کادر مستطیلی موقعیت کانسار بهاریه را نشان می‌دهد)

 

 

واحدهای سنگی ائوسن بیشترین حجم سنگ‌های منطقه را دربر گرفته‌اند. این سنگ‌ها به‌ترتیب از قدیم به جدید دربردارندة واحد ایگنمبریت، لاپیلی‌توف، آندزیت تا دیوریت پورفیری (Edt)، واحد توف بلورین (Et)، واحد آندزیت و ریولیت‌توف به‌همراه سنگ‏‌های آذرآواری حد واسط (Ean)، واحد آندزیت و متاکربنات‌توف (Est)، آلکالی‌ریولیت‌توف و لاوا (Ear)، سنگ‏‌های حد واسط دگرسان‌شده (Ev.a)، واحد ریولیت‌توف با دگرسانی آرژیلیک و فیلیک (Ert)، واحد هورنبلندآندزیت پورفیری (Ev) وواحد سنگی توف سیلیسی (Eat) هستند (شکل 2). پس از این سنگ‌ها، واحد توف بلورین الیگوسن (Ot) و نهشته‏‌های کواترنری شامل تراس‏‌های آبرفتی کهن، مخروط‏‌های گراولی (Qt1) و پادگانه‏‌های آبرفتی جوان (Qt2) نیز در منطقه رخنمون دارند. در این میان، اصلی‏‌ترین گروه سنگی منطقة معدنی بهاریه که میزبان کانه‌زایی نیز به‌شمار می‌رود، سری پیوسته‌ای ازواحد‌های آندزیت و ریولیت‌توف (Ean) است (شکل 3). بخش آندزیتی این واحد به رنگ خاکستری تا سبز است و بیشتر از کانی‌های اصلیِ پلاژیوکلاز (الیگوکلاز تا آندزین) و کانی‌های فرعیِ هورنبلند و بیوتیت در خمیره‏‌ای ریزبلور از همین جنس ساخته شده‏‌ ‏‌است. کانی‌های کمیاب زیرکن و آپاتیت نیز در این واحد سنگی شناسایی شدند. بخش ریولیت‌توف نیز به رنگ سفید تا زرد نخودی دیده می‏‌شود. رگة کوارتز- کالکوپیریت در میزبان بخش ریولیت‌توف روی داده ‏‌است. کانی‌های پلاژیوکلاز، کوارتز و به‌طور ناچیز بیوتیت به‌صورت ریز در زمینة سنگ دیده می‌شوند. سنگ‌های آذرآواری حد واسط با ترکیب داسیت و ریوداسیت نیز در واحد سنگی Ean شناسایی ‏‌شدند. بیشتر آنها بافت جریانی و پورفیریتیک دارند و از درشت‌بلورهای پلاژیوکلاز، آمفیبول و کوارتز در زمینه‌ای ریزبلور از همین بلورها ساخته شده‌اند و کانه‌زایی نشان نمی‌دهند. در منطقة بهاریه، مجموعه توده‏‌های آذرین نیمه‌درونی و بیرونی طیف گسترده‌ای از سنگ‏‌های اسیدی تا حد واسط را نشان می‌دهند. از دیدگاه بررسی‌های ساختاری، واحد آندزیت و ریولیت‌توف (Ean) سنگ میزبان اصلی کانی‏‌سازی به‌شمار می‌رود و محیط شکنای خوبی برای گسترش شکستگی‏‌ها و گسلش پدید آورده ‏‌است؛ به‌گونه‌ای‌که کانه‏‌زایی در رگه‏‌ها و در راستای گسل‏‌ها و شکستگی‏‌های واحد میزبان کانه‏‌دار بسیار افزایش می‏‌یابد. گسل اصلی بهاریه (F1) با روند خاوری- باختری و در برخی بخش‌ها مایل به شمال‌باختری- جنوب‌خاوری، با درازای نزدیک‌به 200 متر، مورب‌لغزِ معکوس و با شیب 70 تا 80 درجه به‌سوی جنوب در مرکز منطقه روی داده است. این گسل هم‏‌راستا با گسل درونه و از کنترل‌کننده‌های مهم کانه‌زایی در منطقه است (شکل 3).

 

 

 

شکل 3- نقشة زمین‌شناسی معدنی ساده‌شده منطقة بهاریه با مقیاس 1:500، با تغییراتی پس از Atiyeh Kansar Joyan Co. (2014)


 


روش انجام پژوهش

بازدید صحرایی و نمونه‏‌برداری‏‌های از واحدهای گوناگون سنگی در منطقة بهاریه انجام و شمار 100 نمونة سنگی برداشت شد. در این راستا، برای دستیابی به ویژگی‌های سنگ‏‌های منطقه، شمار 18 مقطع نازک از نمونه‌های سطحی و شمار 9 مقطع نازک از مغزه‏‌های حفاری تهیه شد. همچنین، برای بررسی ویژگی‌های کانه‌نگاریِ بخش‏‌های کانی‏‌سازی و سنگ‌نگاریِ رگه‏‌های کانه‌دار، شمار 11 مقطع نازک- صیقلی و 9 مقطع صیقلی ساخته و‏‌ با میکروسکوپ عبوری- بازتابی زایس (مدل Axioplan2) بررسی شدند. برای شناسایی ترکیب شیمیایی کانه‌ها، شمار 45 نقطه از کانی‌های سولفیدیِ کانسار مس بهاریه (مانند: کالکوپیریت، پیریت، اسفالریت، گالن به‌همراه مگنتیت) همراه با تصاویر الکترونی برگشتی (BSE) در مرکز تحقیقات فرآوری مواد معدنی ایران، به روش ریزکاو الکترونی (EPMA) تجزیه شدند. این آزمایش روی مقطع‌های نازک- صیقلی با پوشش کربنی و با به‌کارگیری دستگاه ریزکاو الکترونی (مدل Cameca SX100) در جریان20 میلی‌آمپر، ولتاژ شتاب‏‌دهندة 15 تا 25 کیلو ولت، قطر باریکة الکترونی 10- 3 میکرومتر و زمان شمارش 12 تا 15 ثانیه انجام شد. همچنین، برای به‌دست‌آوردن نسبت ایزوتوپی گوگرد، شمار 4 نمونه کالکوپیریت (نسل دوم) و 5 نمونه پیریت (نسل دوم) در آزمایشگاه ایزوتوپی گروه علوم‌زمین و محیط زیست دانشگاه آریزونا تجزیه شدند. ایزوتوپ‏‌ پایدار گوگرد با به‌کارگیری دستگاه طیف‏‌سنج جرمی MAT252 انداز‏‌ه‏‌گیری شد و داده‌ها به‌صورت دلتا، درهزار (δ, ‰) به‌دست آورده شدند. مقدارهای δ34S دربرابر استاندارد شهاب‌سنگ کانیون دیابلو (VCDT) و با دقت تجزیة برابربا 2/0± درهزار به‌دست آمدند.

کانه‏‌زایی

کانه‌زایی در کانسار بهاریه با سرشت چینه‏‌کران در افق معدنی با راستای خاوری- باختری، درازای نزدیک به 200 متر و ستبرای برابربا 5 تا 10 متر رخ داده ‏‌است. این افق معدنی با شیب نزدیک به قائم و ژرفای بیشینة 20 متر در سنگ میزبان آندزیت‌توف تا ریولیت‌توف (Ean) به سن ائوسن میانی روی داده ‏‌است. در سنگ میزبان، پیریت‏‌های دانه‌پراکنده و پرکننده فضای تهی حضور گسترده‏‌ای نشان می‌دهند. مادة معدنی در افق یادشده بیشتر با بافت و ساخت‌های رگه- رگچه‌ای، دانه‌پراکنده، برشی و جانشینی در واحدهای سنگی Ean و ناچیز Ev پدید آمده است. برپایة ویژگی‌های صحرایی و بررسی‏‌های زمین‌فیزیکی (Atiyeh Kansar Joyan Co., 2014)، کانی‌سازی مس بیشتر با شکستگی‏‌ها و گسل‌های اصلی منطقه وابستگی مستقیم نشان می‌دهد و از روندهای کلی E–W تا NW–SE پیروی می‏‌کند (Rezaeihamid, 2016). برپایة ویژگی‌های زمین‌شناسی، کانه‌نگاری و ساخت و بافت کانه‌زایی، دست‌کم دو مرحلة کانه‌زاییِ هیپوژن و سوپرژن در کانسار بهاریه دیده می‌شود. کانه‌زایی هیپوژن دربردارندة چهار مرحله است:

- مرحلة نخست: کانه‌زایی شکافه‌پرکن تا رگه‌- رگچه‌ایِ پرعیار کالکوپیریت، پیریت‌های دانه‌پراکنده و درهمرشدی‌های هماتیت تیغه‌ای (±مگنتیت)؛

- مرحلة دوم: کانه‌زایی رگه‌- رگچه‌ای کالکوپیریت؛

- مرحلة سوم: کانه‌زایی رگه‌- رگچه‌ای کوارتز، کالکوپیریت دانه‌پراکنده (همراه با میانبار‌های ریز گالن و اسفالریت)؛

- مرحلة چهارم: کانه‌زایی برشی با سیمان کوارتز (±کلسیت)، به‌همراه کانی‌های سولفیدی کالکوپیریت دانه‌پراکنده، پیریت و بورنیت.

پس از رویداد این مرحله‌ها، بخش بزرگی از کانه‌زایی هیپوژن به‌همراه یکسری واکنش‌های شیمیایی محدود، پهنة غنی‌سازی سوپرژن را پدید آورده‌اند. هنگام انحلال سولفیدها، آب‏‌های سرشار از اکسیژن و گاز کربنیک آب‏‌های اسیدی را پدید می‏‌آورند. این فرایند شستشو و انحلال عنصرهای فراوان، به‌ویژه سولفیدهای کالکوپیریت، اسفالریت و پیریت را در پی دارد و به‌جای آنها هیدروکسیدهای آهن و سولفوریک اسید پدید می‌آورد (Evans, 1993; Guilbert and Park, 1986). شستشوی عنصرها تا بالای سطح آب‏‌های زیرزمینی روی می‌دهد و بسیاری از عنصرهای محلول از منطقة بالای سطح آب زیرزمینی با گذر زمان خارج می‏‌شوند. در این منطقه که به منطقه اکسایش یا اکسیدان شناخته می‌شود، هیدروکسیدهای آهن (مانند: گوتیت) به‌جای می‏‌مانند و کانی‏‌های مالاکیت و آزوریت، در بخش زیرین پهنة اکسیدان و در بالای سطح آب زیرزمینی پدید می‌آیند (Evans, 1993). برخورد محلول‏‌های فلزدار با سطح آب در محیط‏‌های احیایی، رسوب فازهای حل‌شده و جایگزینی سولفیدهای هیپوژن با سولفیدهای سوپرژن را در پی دارد (Putter et al., 2010). پیدایش کانه‌های ثانویة هماتیت و گوتیت، کالکوسیت، کوولیت و کربنات‏‌های آبدار مس (مالاکیت و آزوریت) از ویژگی‌های پهنة سوپرژن در منطقة بهاریه است (شکل 4).

 

 

 

شکل 4- تصویر نمونه‌های دستی و مغزة حفاری از کانی‏‌زایی منطقة بهاریه. A) دگرسانی پروپیلیتیک (کلریتی) همراه با کانی‏‌سازی مس؛ B) کانی‏‌زایی با بافت شکافه‌پرکن کالکوپیریت نسل نخست در کنار پیریت با بافت دانه‌پراکنده؛ C) کانی‏‌زایی مرحلة سوم با حضور کالکوپیریت و بافت برشی هماتیت؛ D) توف ریولیتی با دگرسانی سیلیسی- آرژیلیک حد واسط همراه با کانی‏‌سازی مس

 


دگرسانی

دگرسانی‌های سیلیسی، کلسیتی، کلریتی و آرژیلیک حد واسط از مهم‌ترین دگرسانی‌های مرتبط با کانه‌زایی در کانسار بهاریه هستند. مادة معدنی بیشتر همراه با دگرسانی‌های کلسیتی و کلریتی (واحد آندزیت‌توف) و دگرسانی‌های سیلیسی و آرژیلیک (واحد ریولیت‌توف) دیده می‌شود. دگرسانی‌های کلریتی و کلسیتی به‌صورت دگرسانی پروپیلیتیک با کانی اصلی کلریت و با رنگ سبز، به‌ویژه در توف‏‌های آندزیتی میزبان کانی‏‌سازی به رنگ سبز تا قهوه‌ای روشن شناسایی شدند (شکل 5). این دگرسانی که به رنگ سبز تا قهوه‌ای روشن است در پی تجزیة کانی‌های اولیه سنگ‏‌ها مانند پلاژیوکلاز و کانی‌های فرومنیزین (آمفیبول و بیوتیت) و جایگزینی همه یا بخشی از آنها با کانی‌های ثانویة دگرسانی (کلریت، اپیدوت و کلسیت) روی داده ‏‌است. دگرسانی آرژیلیک حد واسط از دگرسانی‏‌های دیده‏‌‌شده در واحد میزبان ریولیت‌توف است. کانی‌های کائولینیت، مونت‌موریلونیت، آلبیت و کوارتز از مهم‌ترین کانی‌های این دگرسانی به‌شمار می‌روند. دگرسانی آرژیلیک حد واسط، به‌ویژه در راستای گسل F1 و بخش‏‌های مرکز و شمال‏‌باختر منطقه، به رنگ زرد نخودی دیده می‌شود (شکل 5). این دگرسانی بیشتر در سنگ‌های آندزیت‌توف میزبان کانی‏‌سازی دیده می‌شود.

 

 

 

شکل 5- تصویرهای صحرایی و میکروسکوپی از دگرسانی‏‌های منطقة بهاریه. A) نمایی از محل همبری واحد توف آندزیتی با دگرسانی پروپیلیتیک (کلریتی) و ریولیت‌توف با دگرسانی سیلیسی- آرژیلیک در راستای گسل بهاریه (دید رو به خاور)؛ B) دگرسانی پروپیلیتیک (کلریتی) در میزبان توف‌ آندزیتی؛ C) دگرسانی سیلیسی- آرژیلیک در میزبان ریولیت‌توف؛ D) تصویر صحرایی از دگرسانی پروپیلیتیک (کلریتی) در توف آندزیت؛ E) دگرسانی پروپیلیتیک (کلریتی) همراه با کانی‏‌سازی (نام اختصاری کانی‌ها برپایة Whitney و Evans (2010): Ccp: کالکوپیریت؛ Opq: کانی کدر؛ Qz: کوارتز؛ Cal: کلسیت)

 

 

کانی‏‌شناسی

برپایة بررسی‌های کانه‌نگاری، کانی‌های سولفیدی، کربناته مس و اکسیدی- هیدروکسیدی آهن به‌ترتیب از مهم‌ترین فازهای کانه‌شناسی در کانسار بهاریه به‌شمار می‌روند. در پهنة هیپوژن، سولفیدهای اصلی کالکوپیریت و پیریت از مهم‌ترین فاز کانه‌زایی منطقة بهاریه هستند. در این مرحله، کانی‌های سولفیدی فرعی و کمیاب (مانند: بورنیت، اسفالریت، گالن، دیژنیت، تتراهدریت) با فراوانی کمتر همراه با کالکوپیریت دیده می‌شوند. کالکوپیریت با فراوانی بالا کانی اصلی به‌شمار می‌رود. پیریت نیز پس از کالکوپیریت با فراوانی کمابیش بالا در همة مرحله‌های کانی‏‌سازی (به‌صورت پاراژنز با کالکوپیریت) حضور دارند. بورنیت به رنگ صورتی با فراوانی کمتر از کالکوپیریت است. پیریت از دیگر کانی‌های سولفیدی منطقه‌ است که بیشتر به‌صورت جانشینی در حاشیه کالکوپیریت در دو نسل دیده می‌شود (شکل 6- A):

1- نسل نخست به‌صورت هیپوژن با درگیری تماسی و هم‌مرز با کالکوپیریت؛

2- نسل دوم به‌صورت ثانویه با بافت‏‌های جانشینی در پیرامون کالکوپیریت.

 

 

 

شکل6- تصویرهای میکروسکوپ عبوری- بازتابی از کانه‏‌های فلزی منطقة بهاریه. A) درهمرشدی بورنیت پیرامون کالکوپیریت؛ B، C) جانشینی کالکوسیت (آبی مایل به سفید) و کوولیت (آبی پررنگ) پیرامون کالکوپیریت؛ D) مالاکیت با بافت شکافه‌پرکن در حاشیة دانه‌های کالکوپیریت؛ E، F) هماتیت‌های تیغه‏‌ای اولیه در کنار کالکوپیریت؛ G، H و I) هماتیت مارتیتی ثانویه در کنار گوتیت و مگنتیت (نام اختصاری کانی‌ها برپایة Whitney و Evans (2010): Bn: بورنیت؛ Ccp: کالکوپیریت؛ Py: پیریت؛ Cct: کالکوسیت؛ Cv: کوولیت؛ Mlc: مالاکیت؛ Hem: هماتیت؛ Mag: مگنتیت؛ Gth: گوتیت؛ Qz: کوارتز؛ Cal: کلسیت)


 

 

در پهنة سوپرژن، کانی‏‌های اکسیدی- هیدروکسیدی آهن (مانند هماتیت و گوتیت) و کانی‏‌های سولفیدی مس (مانند: کالکوسیت، کوولیت و کانی‏‌های کربنات‏‌های آبدار مس شامل مالاکیت و آزوریت) از مهم‌ترین کانی‌های ثانویه هستند. این کانی‌ها به دنبال اکسید‏‌شدگی و آزادشدن آهن از ساختمان کالکوپیریت و تغلیظ آرام‌آرام مس در حاشیه و شکستگی‏‌های آن جانشین شده‏‌اند (شکل‌های 6- B تا 6- D).

برپایة ویژگی‌های صحرایی و مغزه‏‌های حفاری، یک پوشش اکسیدی- کربناته آبدار به ستبرای نزدیک به 10 متر کانسنگ سولفیدی منطقه را فرا گرفته است. این بخش، از کانی‌های هیدروکسیدی آهن و مس (مانند: گوتیت، مالاکیت، آزوریت و لیمونیت) سرشار است. در منطقة بهاریه، رخداد مالاکیت از آزوریت بیشتر است. هماتیت‌ فراوان‌ترین کانی اکسیدی در کانسار بهاریه است و در بررسی‌های میکروسکوپی به شکل‏‌های صفحه‏‌ای و تیغه‏‌ای (اسپکیولاریت)، بیشتر به‌صورت درهمرشدی همراه کالکوپیریت و پیریت (شکل‌های 6- E و 6- F) و هماتیت‏‌ مارتیتی (که در پی افزایش اکسیژن محیط در مرحلة سوپرژن جانشین مگنتیت‌ها شده‏‌اند) دیده می‌شود. مهم‌ترین ساخت هماتیت‏‌ در مقیاس صحرایی، به‌صورت هماتیت ثانویه رگه‏‌ای و رگه‏‌ای- برشی است. این رگه‌ها کانی‌های سولفیدی اصلی کالکوپیریت و پیریت را قطع کرده‏‌‌اند. ازاین‌رو، نسبت به آنها در زمان پیدایش تأخیر نشان می‌دهند. رخداد گوتیت در منطقه نیز چه‌بسا نشان‏‌دهندة افزایش فوگاسیته اکسیژن دربرابر گوگرد است. در پی این پدیده، کانی‏‌های اکسیدی (مانند: هماتیت) با فازهای آب‏‌دار کم‌دمای ثانویه‏‌ای (مانند: گوتیت) جایگزین می‏‌شوند (شکل‌های 6- G تا 6- I). در کانسار بهاریه، کانی‌های کوارتز، کلسیت و کلریت از مهم‌ترین باطله‌های همراه کانسنگ هستند.

 

شیمی کانی‏‌ها

برای شناسایی ترکیب شیمیایی کانه‌ها، نزدیک به 50 ریزنقطه از کانی‌های سولفیدی کانسار بهاریه، مانند کالکوپیریت، پیریت، اسفالریت، گالن و مگنتیت تجزیه شدند. در ادامه، به بررسی داده‌های به‌دست‌آمده پرداخته می‌شود:

کالکوپیریت: برپایة نوع بافت و همراهی با کانه‏‌های گوناگون، کالکوپیریت در چهار شکل مختلف دیده می‌شود:

1- کالکوپیریت- پیریت±هماتیت با بافت شکافه پرکن تا رگه‏‌ای پرعیار؛

2- کالکوپیریت رگه‌ای تا توده‌ای پرعیار؛

3- کالکوپیریت دانه‏‌پراکنده در رگه- رگچه کوارتز؛

4- کالکوپیریت±پیریت برشی با سیمان کوارتز و کلسیت.

در کل، برپایة تجزیه شمار 21 ریزنقطه از کانة کالکوپیریت، فراوانی عنصرهای مس (wt% 98/42- 59/33)، آهن (wt% 34/31- 93/23) و گوگرد (wt% 58/53- 4/33) که سازنده‏‌های اصلی کالکوپیریت هستند به‌دست آورده شد. در این کانی، بیسموت با فراوانی بیشینة wt%24/0، نیکل با فراوانی بیشینة wt%02/0، کادمیم با فراوانی بیشینة wt%12/0 و آنتیموان با فراوانی بیشینة wt% 06/0 از عنصرهای فرعی با فراوانی کم هستند. همچنین، فراوانی بیشینة طلا در کالکوپیریت برابربا wt%21/0 و فراوانی بیشینة نقره برابربا wt% 09/0 است. کالکوپیریت، با داشتن بیشترین میزان تمرکز طلا (فراوانیِ بیشینة 21/0 درصدوزنی) در ساختمان خود، مهم‌ترین حامل طلا در کانسار بهاریه دانسته می‏‌شود (شکل 7؛ جدول 1).


 

 

 

شکل 7- تصویرهای میکروسکوپ بازتابی عادی از کالکوپیریت و پیریت‏‌های منطقة بهاریه. A، B) پیریت دانه‌پراکنده نسل نخست در کنار کالکوپیریت‏‌های رگچه‏‌ای نسل دوم؛ C، D) پیریت‏‌های خوش‏‌وجه نسل دوم پیرامون کالکوپیریت‏‌های شکافه‌پرکن پرعیار نسل نخست؛ E) پیریت‏‌های جزیره‏‌ای؛ F) پیریت‏‌های خوش‏‌وجه نسل دوم پیرامون کالکوپیریت شکافه‌پرکن پرعیار نسل نخست (نام اختصاری کانی‌ها برپایة Whitney و Evans (2010): Ccp: کالکوپیریت؛ Py: پیریت)

 

جدول 1- داده‌های تجزیة ریزکاو الکترونی (برپایة درصدوزنی) برای کالکوپیریت در کانسار بهاریه

Generation

Ccp1

Ccp1

Ccp1

Ccp1

Ccp2

Ccp2

Ccp2

Ccp2

Ccp2

Ccp2

Cu

34.37

34.73

34.26

33.82

34.63

34.34

34.62

34.88

42.98

34.21

S

35.12

34.97

34.6

34.93

35.05

35.23

34.77

35.05

33.04

35.42

Fe

31.16

31.01

31.34

30.37

29.91

30.59

30.33

30.22

23.93

30.91

Au

<0.01

0.01

<0.01

<0.01

0.03

0.21

<0.01

<0.01

0.11

0.02

Cd

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.02

<0.01

<0.01

<0.01

Bi

<0.01

<0.01

0.05

0.04

<0.01

0.24

0.09

0.15

0.18

<0.01

Ag

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.02

<0.01

0.07

0.04

Mn

<0.01

<0.01

<0.01

0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.01

<0.01

Sb

0.06

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.03

0.01

As

0.04

<0.01

<0.01

0.03

0.04

0.05

0.06

0.45

<0.01

0.05

Ni

<0.01

0.01

0.02

<0.01

<0.01

0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.01

Total

100.76

100.74

100.27

99.2

99.66

100.68

99.91

100.76

100.35

100.69

 

Generation

Ccp3

Ccp3

Ccp3

Ccp3

Ccp3

Ccp4

Ccp4

Ccp4

Ccp4

Ccp4

Ccp4

Cu

34.47

34.47

34.57

34.98

34.59

33.87

33.84

33.54

34.51

34

33.59

S

35.38

35.44

35.29

34.15

34.33

34.82

34.77

35.59

34.34

34.68

35.6

Fe

30.2

30.5

30.48

30.2

30.4

29.78

30.54

29.31

30.22

30.46

29.98

Au

<0.01

<0.01

0.05

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.03

<0.01

0.01

Cd

<0.01

0.02

0.04

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.12

<0.01

<0.01

0.03

Bi

<0.01

0.01

<0.01

0.08

0.02

<0.01

<0.01

0.12

0.06

0.01

<0.01

Ag

0.07

0.02

0.05

<0.01

0.09

0.03

0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.09

Mn

<0.01

<0.01

<0.01

0.01

0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

Sb

<0.01

0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.03

As

0.06

<0.01

0.02

0.06

0.04

0.01

0.03

0.04

<0.01

0.22

0.03

Ni

<0.01

0.02

<0.01

0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.01

<0.01

<0.01

<0.01

Total

100.18

100.49

100.5

99.49

99.48

98.51

99.19

99.38

99.16

99.37

99.37

 


 

 

پیریت: دست کم دو نسل کانی پیریت در منطقه دیده ‏‌می‌شود (شکل 7):

1- پیریت‌های نخستینِ ریزدانه‌پراکنده و بی‏‌شکل؛

2- پیریت‌های خوش‏‌وجه دانه‌درشت.

در بررسی میکروسکوپی، پیریت با بافت‏‌های بافت‏‌های پرکنندة فضاهای تهی، جانشینی، برشی (کاتاکلاستیک)، جزیره‏‌ای و گاه به‌صورت میانبار در کنار دیگر کانی‏‌ها شناسایی شد. برخی شکل‏‌های دانه‌پراکنده پیریت در پی فشارهای بعدی دچار تبلور دوباره شده‏‌اند. این دانه‌ها به‌صورت شکل‏‌های خوش‏‌وجهی از پیریت در آمده‏‌اند که در سنگ میزبان به فراوانی یافت می‏‌شوند. همچنین، بخش بزرگی از این پیریت‏‌ها در اثر فرایندهای سوپرژن و در اثر سیال‏‌های کانه‏‌ساز اکسیدان سرشار از مس با سولفیدهای مس و هماتیت جانشین شده‏‌اند و به‌طور کامل و یا از حاشیه و در راستای شکستگی‏‌ها با اکسید و هیدروکسیدهای ثانویه آهن (گوتیت و هماتیت) جایگزین شده‏‌اند. میانبار‏‌های کوچک کالکوپیریت، اسفالریت، گالن در برخی پیریت‏‌های همراه با کانه‏‌زایی نیز نشان‌دهندة پیدایش پیریت نخستین در همة مرحله‌های کانه‏‌زایی است. گاه پیریت به‌صورت میانبار‏‌های درشت تا ریز (220- 15 میکرون) شکل‏‌دار تا بی‏‌شکل در کالکوپیریت دیده‏‌ می‌شود. تجزیة شمار 12 ریزنقطه از این کانه نشان می‏‌دهد دو عنصر گوگرد (26/54- 8/51 درصدوزنی) و آهن (31/47- 5/44 درصدوزنی) سازنده‏‌های اصلی این کانی هستند و بیشترین فراوانی را در ترکیب پیریت دارند. همچنین، در ساختمان پیریت، فراوانی بیشینة نیکل برابربا wt%04/0، کادمیم برابربا wt% 06/0 و بیسموت برابربا wt% 13/0 ‏‌است. پیریت‏‌های سرشار از آرسنیک بیش از 1/3 درصدوزنی آرسنیک دارند (Lin et al., 2011). در منطقة بهاریه، فراوانی بیشینة آرسنیک در ساختمان پیریت برابربا wt% 07/0 به‌دست آورده شد. حضور عنصر مس در این کانی با فراوانی بیشینة wt% 58/0 نشان می‏‌دهد فاز سولفیدی پیریت نخستین، در حمل و تمرکز عنصر مس در منطقه نقش مهمی داشته است. همچنین، در فاز سولفیدی، فراوانی بیشینة عنصر طلا برابربا 1/0 درصدوزنی و نقره برابربا 1/0 درصدوزنی است. پس در کانسار بهاریه، کانة سولفیدی پیریت نیز انتقال‌دهندة خوبی برای عنصرهای طلا و نقره بوده است (جدول 2).

 

 

جدول 2- داده‌های تجزیة ریزکاو الکترونی (برپایة درصدوزنی) برای پیریت در کانسار بهاریه

Generation

Py1

Py1

Py1

Py1

Py1

Py1

Py2

Py2

Py2

Py2

Py2

Py2

S

53.39

53.05

53.8

53.24

53.34

54.26

53.07

52.29

53.58

53.87

52.44

51.8

Fe

45.73

46.03

45.68

45.74

45.73

44.5

47.03

45.98

46.3

44.6

46.11

47.31

Cu

0.05

0.08

0.01

<0.01

<0.01

0.05

0.08

0.26

0.04

0.08

0.58

0.58

Bi

<0.01

0.06

0.13

<0.01

<0.01

0.08

0.03

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

Ag

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.08

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.1

As

0.06

<0.01

0.04

<0.01

0.06

0.07

0.05

0.01

0.04

0.03

0.03

0.05

Cd

<0.01

<0.01

<0.01

0.01

0.02

0.02

0.01

0.04

0.06

<0.01

<0.01

<0.01

Ni

0.05

0.06

0.04

<0.01

0.11

<0.01

0.11

0.03

0.01

0.07

0.05

<0.01

Mn

0.01

<0.01

0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.03

<0.01

0.01

<0.01

<0.01

Au

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.1

<0.01

0.04

0.05

<0.01

0.01

Co

<0.01

0.31

0.23

0.36

0.42

0.74

0.01

0.35

<0.01

0.41

0.31

<0.01

Total

99.27

99.25

99.71

99.09

99.16

99.06

100.41

99.04

100.08

98.68

99.17

99.94

 


مگنتیت: مگنتیت در منطقة بهاریه به‌صورت بلورهای تجمعی و بافت توده‏‌ای تا موزاییکی همراه کانسنگ مس دیده می‏‌شود (شکل‏‌های 6- G، 6- H و 8- B). رخداد مگنتیت در این کانسار، بسیار اندک است. شمار 8 ریزنقطه از کانة مگنتیت تجزیه شد که بر این پایه، مقدار اکسید عنصرهای آهن ( wt%53/77- 84/75)، تیتانیم (wt%52/13- 38/12)، وانادیم (wt% 54/0- 48/0)، کروم (wt% 06/0- 04/0)، منگنز ( wt%41/1- 19/0)، سیلیس ( wt%13/0- 07/0)، فسفر (wt% 07/0- 02/0)، کلسیم ( wt%06/0- 02/0)، گوگرد ( wt%05/0- 01/0) و نیکل ( wt%02/0- 01/0) در ترکیب مگنتیت گزارش شده ‏‌است (جدول 3).

 

 

جدول 3- داده‌های تجزیة ریزکاو الکترونی (برپایة درصدوزنی) برای مگنتیت در کانسار بهاریه

Point No.

1

2

3

4

5

6

SiO2

0.11

0.1

0.13

0.07

0.1

0.11

TiO2

12.93

13.39

13.51

12.38

13.03

13.52

Cr2O3

0.05

0.06

0.04

0.04

0.04

0.04

FeO

77.53

77.1

75.84

76.88

77.51

76.36

MnO

0.87

0.41

0.39

1.41

0.19

1.1

CaO

<0.01

0.02

0.06

0.03

0.02

0.05

NiO

0.01

<0.01

0.02

0.01

<0.01

0.01

P2O5

0.06

<0.01

0.02

<0.01

<0.01

0.07

V2O3

0.53

0.5

0.54

0.49

0.5

0.48

SO2

0.01

<0.01

0.05

<0.01

<0.01

<0.01

Total

92.11

91.58

90.6

91.31

91.39

91.74

 

 

شکل 8- تصویرهای میکروسکوپ الکترونی روبشی (BSE) و میکروسکوپ عبوری- بازتابی از کانی‌های کمیاب منطقة بهاریه. A) کالکوپیریت نسل نخست با بافت پرعیار شکافه‌پرکن همراه با میانبار‏‌های ریز سیلیکات؛ B) مگنتیت‏‌های توده‏‌ای؛ C) اسفالریت در کنار بلور خودشکل پیریت به‌صورت میانبار در کالکوپیریت؛ D) میانبار‏‌های ریز اسفالریت و گالن و پیریت در زمینة کالکوپیریت (نام اختصاری کانی‌ها: Ccp: کالکوپیریت؛ Py: پیریت؛ Mag: مگنتیت؛ Qz: کوارتز؛ Chl: کلسیت؛ Sp: اسفالریت؛ Gn: گالن)


 


اسفالریت: اسفالریت در بررسی میکروسکوپی فراوانی کمی دارد و بیشتر به‌صورت میانبار‌های کوچک‌تر از 100 میکرون در میزبان کالکوپیریت دیده می‌شود (شکل‌های 8- C و 8- D). همچنین، گاه دانه‌های کالکوپیریت در اسفالریت به‌صورت میانبار‏‌های ریز کالکوپیریت دیده می‌شوند. شمار 5 ریزنقطه از این کانه تجزیه شدند. بر این پایه، مقدار آهن در اسفالریت‌ها برابربا 3/0 تا 6/4 درصدوزنی (معادل درصدمولی FeS برابربا 5/0 تا 1/7) است. دو عنصرِ روی با فراوانی برابربا 2/64 تا 87/55 درصدوزنی و گوگرد با فراوانی برابربا 81/33 تا 21/33 درصدوزنی از سازنده‏‌های اصلی این کانی هستند و بیشترین فراوانی را در ترکیب اسفالریت‏‌ها دارند. همچنین، در اسفالریت، مقدار مس برابربا 37/4- 85/0 درصدوزنی، کادمیم برابربا 2/1- 35/0 درصدوزنی، بیشینة مقدار کبالت برابربا 01/0 درصدوزنی، بیشینة مقدار بیسموت برابربا 06/0 درصدوزنی، بیشینة مقدار نیکل برابربا 02/0 درصدوزنی و بیشینة مقدار آرسنیک برابربا 02/0 درصدوزنی به‌دست آورده شده‌اند. همچنین، مقدارهای فراوانی بیشینة طلا برابربا 15/0 درصدوزنی و نقره برابربا 07/0 درصدوزنی هستند (جدول 4).

 

 

جدول 4- داده‌های تجزیة ریزکاو الکترونی (برپایة درصدوزنی) برای اسفالریت در کانسار بهاریه

Point No.

Zn

S

Fe

Cu

Cd

Ag

As

Mn

Ni

Au

Bi

Te

Total

1

55.87

33.73

4.64

4.37

0.53

<0.01

0.02

<0.01

<0.01

<0.01

0.06

<0.01

99.22

2

63.69

33.83

0.39

0.12

1.03

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

99.06

3

64.2

33.21

0.27

0.17

0.73

0.02

<0.01

0.02

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

98.68

4

63.6

33.22

1.41

0.89

1.2

0.07

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.01

100.41

5

64.03

33.30

1.42

0.85

1.12

<0.01

0.02

0.01

0.02

0.15

<0.01

<0.01

100.93

 

 

گالن: گالن مهم‌ترین کانی سولفیدی سرب در کانسار بهاریه است. در بررسی میکروسکوپی، این کانه بیشتر به‌صورت میانبار‏‌های ریز با اندازة 40- 15 میکرون در زمینة کالکوپیریت دیده می‌شود و با اسفالریت هم‌رشدی نشان می‌دهد (شکل 8- D). شمار 2 ریزنقطه از این کانی با روش EPMA تجزیه شدند. داده‌های به‌دست‌آمده نشان می‏‌دهند دو عنصر سرب با فراوانی برابربا 87 تا 67/86 درصدوزنی و عنصر گوگرد با فراوانی برابربا 18/12 تا 91/11 درصدوزنی از سازنده‏‌های اصلی این کانی هستند و بیشترین فراوانی را در ترکیب گالن نشان می‌دهند. عنصر نقره با بالاترین مقدار تمرکز در گالن، از دیدگاه اقتصادی محصول جانبی ارزشمندی به‌شمار می‏‌رود. مقدار فراوانی نقره در گالن‌های بررسی‌شده برابربا 14/0 تا 1/0 درصدوزنی ‏‌است. مقدار مس در گالن برابربا 3/0 تا 09/0 درصدوزنی ، آهن برابربا 6/0 تا 02/0 درصدوزنی، بیشینة آرسنیک‏‌ برابربا 16/0 درصدوزنی، بیشینة کادمیم برابربا 08/0 درصدوزنی، تلوریم برابربا 05/0 تا 01/0 درصدوزنی و بیشینة آنتیموان برابربا 03/0 درصدوزنی به‌دست آورده شده ‏‌است (جدول 5).

 

 

جدول 5- داده‌های تجزیة ریزکاو الکترونی (برپایة درصدوزنی) برای گالن در کانسار بهاریه

Point No.

Pb

S

Cu

Fe

As

Ag

Cd

Te

Sb

Bi

Total

1

86.67

12.18

0.43

0.02

<0.01

0.14

0.08

0.05

0.03

<0.01

99.6

2

87

11.91

0.09

0.06

0.16

0.1

<0.01

0.01

<0.01

0.01

99.34

 


 


طلا و نقره: داده‌های شیمیایی به‌دست‌آمده از تجزیة سولفیدهای مس بررسی‌شده در کانسار مس بهاریه نشان‌دهندة بیشترین مقدار طلا در کالکوپیریت (برابربا 21/0درصدوزنی) و بیشترین مقدار نقره در گالن (برابربا 14/0 درصدوزنی) هستند. بیشترین همچنین، مقدارهای طلای گزارش‌شده در اسفالریت برابربا 15/0 درصدوزنی و در پیریت برابربا 1/0 درصدوزنی هستند. بیشترین مقدار نقرة گزارش‌شده برای کالکوپیریت نیز برابربا 09/0 درصدوزنی، در پیریت برابربا 1/0 درصدوزنی و در اسفالریت برابربا 07/0 درصدوزنی به‌دست آمده ‏‌است. مرحله‌های زمانی رخداد کانه‌زایی در کانسار مس بهاریه به‌طور شماتیک در شکل 9 نشان داده شده ‏‌است.

 

 

 

شکل 9- توالی پاراژنتیک کانسار مس بهاریه (ضخامت خط‌ها نشان‌دهندة فراوانی است)

 


ایزوتوپ‏‌ پایدار گوگرد: خاستگاه گوگرد مورد نیاز برای پیدایش کانسار با به‌کارگیری ایزوتوپ‏‌های گوگرد را به‌دست آورده می‌شود. همچنین، دماسنجی سیال کانه‏‌دار، سنجش نسبت مؤثر آب به سنگ در هنگام رویداد کانی‏‌سازی، ارزیابی درجة تعادل در سیستم و در پایان بررسی سازوکار پیدایش و ته‏‌نشست مواد معدنی از دیگرکاربردهای ایزوتوپ‏‌های گوگرد است (Hoefs, 2015). درکل، تغییرات در مقدار δ34S در کانی‏‌های سولفیدی برپایة تغییرات دمایی، شرایط احیایی، تغییرات pH و نیز مقدار ایزوتوپ، خاستگاه نخستین پدید می‌آید (Ohmoto, 1972). برای به‌دست‌آوردن نسبت ایزوتوپ گوگرد سیال مرتبط با پیدایش کالکوپیریت و پیریت از معادلة تصحیح دمایی پیشنهادیِ Ohmoto و Rye (1997) بهره گرفته شد:

 

1000 lnαi- H2S=a*106/T2+b*103/T+C (T in kelvin)

 

در این روش، برای سنجش دما از مقدار میانگین دمای بررسی‌های سیال درگیر کوارتزهای باطله به‌همراه کالکوپیریت و پیریت بهره گرفته شد (Rezaeihamid, 2016). ویژگی‏‌های نمونه‏‌ها و داده‌های تجزیة ایزوتوپی گوگرد در جدول 6 آورده شده‌اند.

در کانسار بهاریه، دامنة تغییرات مقدار δ34SV-CDT (Vinenna- Canyon Diablo Troilite) برای کانی کالکوپیریت، در گسترة 3/4- تا 5/1- پرمیل (میانگین: 85/2- پرمیل) اندازه‏‌گیری شد و مقدار δ34SH2S در گسترة 1/4- تا 3/1- پرمیل (میانگین: 66/2- پرمیل) به‌دست آورده شد. دامنة تغییرات δ34S برای پیریت برابربا 6- تا 5/0 پرمیل (میانگین: 69/2- پرمیل) اندازه‏‌گیری شد و مقدار δ34SH2S برابربا 3/7- تا 85/0 پرمیل (میانگین: 95/3- پرمیل) به‌دست آورده شد (شکل 10). در کل، برای کانه‏‌های پیریت و کالکوپیریت کانسار بهاریه، در داده‏‌های ایزوتوپی δ34S اندازه‏‌گیری‌شده کمترین مقدار δ34S برابربا 3/7- پرمیل و بیشترین مقدار δ34S برابربا 5/0پرمیل به‌دست آمدند. دامنة تغییرات ایزوتوپی δ34S نمونه‏‌های سولفیدی در کانسار بهاریه از دو دیدگاه اهمیت دارد: (1) گسترة محدود مقدارهای δ34S (منبع شناخته‌شده گوگرد)؛ (2) مقدارهای کمابیش منفی δ34S (در پی فرایند کاهیدگی).

برخی کانسارها دامنة تغییرات ایزوتوپی δ34S محدودی دارند. این ویژگی نشان‌دهندة خاستگاه گوگرد کمابیش مشخصی است؛ اما تغییرات گستردة δ34S در یک ذخیره چه‌بسا چندخاستگاهی‌بودن گوگرد را نشان می‌دهد (Fazli et al., 2019; Rollinson, 1993). در کانسار بهاریه، دامنة محدودِ تغییرات δ34S برای کانی‏‌های گوگرد‏‌دار نشان‏‌دهندة خاستگاه گوگرد کمابیش شناخته‌شده‌ای است که نشان می‌دهد هم ترکیب ایزوتوپی خاستگاه و هم فرایندهای تفکیکی میان اجزای گوگرد در سیال کانه‏‌دار در هنگام رویداد کانی‏‌سازی یکسان بوده‌اند. بررسی ایزوتوپ گوگرد در منطقه نشان‌دهندة خاستگاه ماگمایى گوگرد و سرچشمه‌گرفتن گوگردِ سیال گرمابی از سنگ‏‌هاى ماگمایى ‏‌است. این نکته گویای پیدایش کانی‏‌های سولفیدی منطقه از سیالی است که سولفور آن خاستگاه ماگمایی داشته است.

 

 

جدول 6- داده‏‌های ایزوتوپ گوگرد از کانه‏‌های سولفیدی کانسار بهاریه

Sample No.

Mineral

Mean Th (°C)

δ34Ssulfide- CDT (‰) 1

1000 lnα

δ34SH2S (‰) 2

N1

Chalcopyrite

271

- 4.3

- 0.16

- 4.14

N2

Chalcopyrite

271

- 2.3

- 0.16

- 2.14

N3

Chalcopyrite

271

- 1.5

- 0.16

- 1.34

N4

Chalcopyrite

271

- 3.3

- 0.16

- 3.14

N5

Pyrite

271

- 1.1

1.35

- 2.45

N6

Pyrite

271

0.5

1.35

- 0.85

N7

Pyrite

271

- 4.5

1.35

- 5.58

N8

Pyrite

271

- 6

1.35

- 7.35

N9

Pyrite

271

- 2.2

1.35

- 3.55

1 Canyon Diablo Troilite

2 Calculated by Ohmoto and Rye (1997)

 

شکل 10- A) نمودار فراوانی δ34S در کانه‏‌های سولفیدی کانسار بهاریه؛ B) موقعیت ترکیب ایزوتوپی δ34S کانسار بهاریه دربرابر محدوده‏‌های ایزوتوپی گوگرد در سنگ‏‌های گوناگون (Hofes, 2015)

 

 


بحث

ارزیابی شرایط دمایی و وضعیت سولفیداسیون

کاربرد شیمی کانی‏‌ها یکی از روش‏‌های کارآمد برای دستیابی به ویژگی‏‌های زمین‌شیمی کانسار و شرایط پیدایش کانسنگ و سنگ میزبان به‌شمار می‌رود و ازاین‌رو، در این پژوهش به آن پرداخته شده است. برپایة بررسی‌های Bralia و همکاران (1979)، محتوا و نسبت دو عنصر Ni وCo در پیریت برای شناسایی خاستگاه فلزها کاربرد دارد:

1- پیریت با خاستگاه رسوبی با مقدارهای کم کبالت و نیکل و همچنین، مقدارهای کم نسبت 63/0 Co/Ni= شناخته می‏‌شود؛

2- پیریت‏‌های گرمابی مقدارهای متفاوتی از کبالت و نیکل دارند و با نسبت‌های متوسط 17/1Co/Ni= شناخته می‏‌شوند؛

3- پیریت با خاستگاه آتشفشانی- بروندمی در نهشته‏‌های سولفید توده‏‌ای و با نسبت بالای Co/Ni برابربا 5-50 (میانگین: 7/8) شناخته می‏‌شود.

در منطقة بهاریه، هیچگونه کانی مستقلی از کبالت در بررسی‌های میکروسکوپی نمونه‏‌های معدنی شناسایی نشد و داده‏‌های تجزیه نقطه‏‌ای نشان‌دهندة حضور Co در ساختمان پیریت و اسفالریت هستند. برپایة داده‌های تجزیة ریزکاو الکترونی برای پیریت‏‌های کانسار بهاریه، میانگین Co برابربا ppm383، میانگین Ni برابربا ppm141 و میانگین نسبت Co/Ni برابربا 71/2 به‌دست آمدند (جدول 2). این مقدارها چه‌بسا نشان‌دهندة خاستگاه گرمابی پیریت هستند (شکل 11). برپایة نمودار دو محوری کبالت- نیکل (پایة درصدوزنی یا wt%) برای نسل‏‌های گوناگون پیریت در منطقة بهاریه، نمونه‏‌های با نسبت Co/Ni کمتر از 1/0 در محدودة پیریت‏‌های رسوبی فرامبوئیدال و نمونه‏‌های با نسبت Co/Ni بیشتر از 1/0 در محدودة پیریت‏‌های گرمابی خوش‏‌وجه جای می‏‌گیرند. بر این پایه، نمونه‏‌های منطقة بهاریه در محدودة پیریت‏‌های گرمابی خوش‏‌وجه جای گرفته‏‌اند (شکل 11).

در همین راستا، شیمی کانة گالن نیز گویای دمای نسبی پیدایش کانسار است و داده‌های به‌دست‌آمده از بررسی سیال‌های درگیر نیز آن را تأیید می‌کنند.

 

شکل 11- نمودار مقادیر کبالت- نیکل در پیریت‏‌های منطقة بهاریه

 

مقدارBi و Sb در گالن به دمای پیدایش وابسته است و نسبت Bi/Sb در گالن ‏شرایط رویداد کانی‏‌سازی را ‌نشان‌ می‌دهد؛ به‌گونه‌ای‌که نسبت Bi /Sb کمتر از 6/0 نشان‌دهندة شرایط دما و فشار بالا برای پیدایش گالن و نسبت Bi /Sb برابربا 6 تا 13 نشان‌دهندة شرایط دما و فشار کم برای پیدایش گالن است (Malakhov, 1968). برپایة داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیة ریزکاو الکترونی برای نمونه‏‌های گالن‏‌ در منطقة بهاریه، مقدار میانگین نسبت Bi/Sb برابر 2 است و ازاین‌رو، این مقدار میان دو بازة دما و فشار کم و دما و فشار بالاست. پس پیدایش گالن‏‌ منطقة بهاریه در شرایط دما و فشار متوسط کانی‏‌سازی و در دمای متوسط گرمابی روی داده است (جدول 5). همچنین، اسفالریت با فرمول ساده‌اش، طیف گسترده‌ای از عنصرهای کمیاب را از راه جانشینی ساده به‌جای Zn در ساختار خود دارد (Cook et al., 2009; Lin et al., 2011).

آهن اصلی‏‌ترین عنصری است که در ترکیب اسفالریت جانشین روی می‌شود. مقدار تراکم آهن در ترکیب اسفالریت چه‌بسا نشان‌دهندة دما و فشار پیدایش آن است. اسفالریت با آهن بیشتر به رنگ تیره‏‌تر و در نمونه‏‌های با آهن کمتر روشن‏‌تر است. در شرایط پیدایش کانسنگ، مقدار آهن در اسفالریت با دما نسبت مستقیم و با فعالیت گوگرد و فشار حاکم (ƒS) نسبت عکس دارد. همچنین، با افزایش دما، مقدار FeS در اسفالریت با ثابت‌بودن فشار افزایش می‏‌یابد و با ثابت‌بودن دما به‌ازای افزایش فشار، مقدار FeS کاهش می‏‌یابد (Barnes, 1997). ازاین‌رو، برپایة داده‌های شیمیایی نمونه‏‌های اسفالریت بهاریه، محتوای آهن برابربا 3/0 تا 6/4 درصدوزنی و تغییرات درصدمولی FeS برابربا 5/0 تا 1/7 به‌دست آورده شد. اسفالریت‏‌ها بیشتر به رنگ خاکستری روشن دیده می‌شوند و محتوی آهن آنها کم تا متوسط است. این ویژگی ‌نشان‌دهندة سولفیدشدگی حد واسط ذخیرة بهاریه و پیدایش آن در دماهای متوسط است (جدول 4؛ شکل‌های 8- C و 8- D). با رسم تغییرات درصدمولی FeS (5/0- 1/7) نمونه‏‌های اسفالریت در نمودار دوتایی T دربرابر Log aS2 (Scott and Barnes, 1971)، برای Log aS2 سیال مقدار عددی 9 به‌دست آمد (شکل 12). این مقدار شرایط سولفیداسیون حد واسط را برای ذخیرة گرمابی بهاریه پیشنهاد می‏‌کند.

 

 

شکل 12- نمودار ارتباط فازی در سیستم Fe-Zn-S (Scott., 1971). خط‌های پیوسته و ناپیوسته به‌ترتیب مقدار درصدمولی FeS و میزان حضور طلا را نشان می‏‌دهند. برپایة میانگین دمای پیدایش کانسار بهاریه و مقدار درصدمولی FeS (کادر سیاه‌رنگ) به تغییرات Log aS2پی‏‌برده می‌شود.

در همین راستا، مقدار تراکم Cd و نسبت Zn/Cd در اسفالریت موضوع تازه‌ترین پژوهش‏‌ها روی رده‏‌بندی‌های گوناگون ذخیره‌های سرب و روی در چین است و برپایة 70 نمونه اسفالریت جداشده (از شمار 9 کانسار شناخته‌شده) که تجزیه شدند، این ذخیره‌ها به سه گروهِ دما بالا، کم دما و بروندمی (متصاعدی- رسوبی یا SEDEX) رده‌بندی شده‏‌اند (Schmitt et al., 2009):

الف) سیستم دما بالا که طیف گسترده‌ای از ذخیره‌های گرمابی با خاستگاه وابسته به توده‏‌های نفوذی، پورفیری، اسکارنی و سولفید توده‏‌ای را دربر می‏‌گیرد، در شرایط دمایی میان °C250- 200 روی داده است. در این سیستم، مقدار میانگین تراکم Cd برابربا ppm 4126- 2410 (میانگین: ppm 2933) و نسبت Zn/Cd برابربا ppm 223- 155 (میانگین: ppm 195) است؛

ب) سیستمِ کم دما در ذخیره‌های نوع درة می‏‌سی‏‌سی‏‌پی (MVT) دیده می‌شود. روشن است که این سیستم در دمای کمتر از °C200 روی می‌دهد و در آن، مقدار Cd تراکم بالا (34981 تا ppm 2415؛ میانگین: ppm 9399) و نسبت Zn/Cd از گروه‏‌های دیگر کمتر است (ppm 201- 17؛ میانگین: ppm 101)؛

پ) سیستم ذخیره‌های SEDEX که با مقدارهای ناچیز تراکم Cd ( ppm996- 595؛ میانگین: ppm 832) و نسبت Zn/Cd چشمگیر (368 تا ppm 316؛ میانگین: ppm 353) شناخته می‌شوند.

برپایة داده‌های تجزیه ریزکاو الکترونی برای منطقة بهاریه، میانگین تراکم Zn در نمونه‏‌های اسفالریت برابربا ppm 622780 است و تراکم Cd بالایی دارند (ppm11200- 5300؛ میانگین: ppm 9220). همچنین، نسبت Zn/Cd ناچیزی برابربا 54/67 نشان می‌دهند (جدول 4).

همبستگی منفی آهن با کادمیم در این نمونه‌ها به‌روشنی دیده می‏‌شود؛ به‌گونه‌ای‌که مقدار کادمیم در اسفالریت‏‌های روشن بیشتر از اسفالریت‌های تیره‏‌تر است. از سوی دیگر، میان کادمیم با روی همبستگی مثبت دیده می‏‌شود. این دو عنصر با آهن همبستگی منفی دارند؛ به‌گونه‌ای‌که با افزایش آهن در اسفالریت‏‌ها، تراکم عنصرها روی و کادمیم کاسته می‏‌شود. برپایة بررسی‌های دما- فشارسنجی اسفالریت‏‌های منطقة بهاریه، فشارسنجی برپایة نمودار دوتایی دما دربرابر FeS mol% در اسفالریت (که به‌علت قرار نگرفتن اسفالریت منطقة بهاریه در محدوده، این نمودار ارایه نشده‏‌ است)، فشاری بیشتر از 10 کیلوبار (معادل Kb13) به‌دست آورده شد. روشن است که این فشار با شرایط زمین‏‌شناسی منطقة بهاریه همخوانی ندارد و این نکته چه‌بسا پیامد نبود پیروتیت در کانسار بهاریه (مقایسه شود با Toulmin et al., 1991) و همچنین، آغشتگی اسفالریت با CuS است که روی درصدمولی FeS در اسفالریت اثر می‏‌گذارد.

 

خاستگاه گوگرد

گوگرد در محیط طبیعی دو خاستگاه نخستین و اصلی دارد: خاستگاه ماگمایی و خاستگاه آب دریا (Hoefs, 2015). معمول‏‌ترین و شناخته‌شده‏‌ترین خاستگاه گوگرد، سولفات‏‌های دریایی هستند (Ghazban et al., 1994). در شرایط فیزیکی و شیمیایی درنظرگرفته‌شده برای مرحلة اصلی سیال (T<300 ºC و pH و Eh کم)، سهم اصلی گوگرد به‌صورت H2S است. در این دماها، مقدار δ34S در سولفیدها همانند مقدار δ34SH2S در سیال است (Ohmoto and Rye, 1997). با فرض اینکه سولفات‏‌های دریایی خاستگاه گوگرد باشند، تغییر در مقدار δ34S چه‌بسا به فرایند احیاء SO4 به H2S مربوط است. این فرایند در پی فرایندهای باکتریایی و یا شیمیایی (احیای ترموشیمیایی سولفات) رخ می‌دهد (Machel, 2001). دامنة تغییرات δ34S در سولفیدهای گرمابی با خاستگاه ماگمایی برابربا 3- تا 1+ پرمیل است (Hoefs, 2015). خاستگاه گوگرد ماگمایی نیز ترکیبی است از گوگرد حل‌شده از نفوذی‏‌ها و استوک‏‌ها و گوگرد شسته‌شده از سنگ‏‌های میزبان آتشفشانی (Carrillo- Rosúa et al., 2014; Kojima et al., 2008). همچنین، دامنة تغییر δ34S برای گوگرد خاستگاه‌گرفته از سنگ‏‌های آذرین برابربا 2- تا 10+ پرمیل است. در کل، داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیه‏‌ ایزوتوپیδ34S در نمونه‏‌های کالکوپیریت و پیریت کانسار بهاریه دامنة تغییرات اندکی نشان می‏‌دهند که از نزدیک به صفر تا مقدارهای کمی منفی (3/7- تا 5/0پرمیل) است. این مقدارها نشان‌دهندة خاستگاه ماگمایی نخستین برای مقدارهای نزدیک به صفرδ34S و تهی‏‌شدگی نسبی آن به سبب فرایندهای احیایی برای داده‏‌های کمابیش منفی δ34S هستند. در کانسار بهاریه، خاستگاه گوگرد ماگمایی برای مقدارهای ایزوتوپی نزدیک به صفر δ34S، چه‌بسا ترکیبی از گوگرد حل‌شده از نفوذی‏‌ها و گوگرد شسته‏‌شده از سنگ‏‌های میزبان آتشفشانی است. نکته جالب دربارة کانسار بهاریه داشتن مقدارهای کمابیش منفی δ34S است. این مقدارها نشان می‌دهند گوگرد از فرایندهایی خاستگاه‌ گرفته است که غلظت δ34S در ترکیب آنها را کاهش داده‏‌ است. مهم‌ترین فرایندی که مقدارهای ایزوتوپی گوگرد برای این کانسار را منفی کرده ‏‌است، فرایند احیای باکتریایی سولفات آب دریاست. باکتری‏‌ها در اثر احیای سولفات آب دریا هنگامی‌که مواد آلی- کربنی اکسید‏ می‌شوند، انرژی دریافت می‏‌کنند. از سوی دیگر، باکتری‏‌هایِ حوضه با مصرف مواد آلی، سولفات آب دریا را دچار احیای شدید باکتریایی می‏‌کنند. در کانسار بهاریه نیز فعالیت میکروارگانیسم‏‌های احیاءکننده سولفات آب دریا را احیاء می‌کنند و گوگرد آزاد می‌شود. سپس با واکنش این گوگرد با آهن محیط، پیریت پدید می‌آید که نخستین سولفید است و به‏‌صورت پرکننده فضای تهی و پیریت‏‌های ریزدانه‌پراکنده در سنگ میزبان آندزیت پورفیری دیده می‌شود. در این مرحله، حضور پیریت عامل مهمی برای پیدایش وضعیت احیایی در سنگ میزبان کانه‏‌زایی به‌شمار می‏‌رود. در کل، برپایة داده‏‌های چینه‏‌شناسی و کانی‏‌شناسی سنگ میزبان، پیریت‏‌های نخستین ریزبلور در زمینه‏‌سنگ میزبان محتمل‏‌ترین خاستگاه گوگرد برای کانی‏‌سازی سولفیدی در کانسار بهاریه دانسته شده‌اند. این پیریت‌ها در منفی‌شدن مقدارهای ایزوتوپ گوگرد در بهاریه نقش داشته‏‌اند. برپایة بررسی‌های کانه‌نگاری، پیریت‏‌های دانه‏‌ریز و خوش‏‌وجه در کانسار بهاریه به‌صورت پراکنده و بیشتر به‌صورت درگیر با کالکوپیریت هستند. در کانسار بهاریه، حضور پیریت به‌صورت دانه‏‌ریز پراکنده در زمینة سنگ آشکارتر است. حضور پیریت و وضعیت احیایی این واحد سنگی عامل اصلی تمرکز کانه‏‌زایی مس در منطقه است ‏‌و محدود‌بودن کانه‏‌زایی به این واحد نشان‌دهندة وضعیت چینه‏‌کران کانسار بهاریه است. حضور پیریت‏‌های پراکنده دانه‏‌ریز در منطقه نشان می‏‌دهد محیط پیدایش کانسار بهاریه در دوره‏‌ای پس از پیدایش ذخیره، احیایی شده است. رخداد شرایط احیایی، محیط خوبی برای پیدایش پیریت احیایی و جانشینی کانی‏‌های سولفیدی در آنها پدید آورده است (Subias et al., 2003). در چنین شرایطی، کالکوپیریت و بورنیت به‌جای پیریت دانه‌پراکنده جانشینی می‌شوند و بافت جانشینی را پدید می‌آورند. ظاهر خوش‏‌وجه پیریت نیز از شکل‏‌های متداول پیریت است که در مرحلة دیاژنز نخستین از واکنش سولفید (پدیدآمده از احیای سولفات‏‌ها) با آهن دوظرفیتی یا سه‏‌ظرفیتی (پدیدآمده از احیای باکتریایی Fe+3) پدید می‌آید (Taylor and Macquaker, 2000). این پیریت‏‌ها در مرحلة پایانی دیاژنز پدید می‌آیند (Hajikazemi et al., 2010). برپایة ویژگی‏‌های شناسایی‌شده، رخداد کانه‏‌زایی مس کانسار بهاریه همانند کانسارهای مس (نقره) تیپ مانتو در شیلی است. همچنین، داده‏‌های ایزوتوپی گوگرد کانسار مس بهاریه همانند اندوختة مس نوع مانتو است (شکل 13). در بسیاری از اندوخته‌های تیپ مانتو، رویداد فرایند باکتریایی احیای سولفات (Bacterial Sulfate Reduction) گزارش شده است (Nejadhadad et al., 2018; Carrillo-Rosúa et al., 2014; Wilson, 2000; Wilson and Zentilli, 2006). خاستگاه عمدة گوگرد در اندوخته‌های مس نوع مانتو در بخش‌های شمالی شیلی، ماگمایی و در اندوخته‌های بخش‌های مرکزی شیلی، بیشتر سولفات آب دریایی است که باکتری‌ها آن را احیاء کرده است. ایزوتوپ‏‌های گوگرد از سولفیدهای مس نخستین در بخش‌های شمالی شیلی، کمابیش به‌خوبی همگن شده‏‌اند و بیشتر آنها دامنه‏‌های کمی منفی و نزدیک به صفر و خاستگاه ماگمایی را برای گوگرد را نشان می‌دهند (Kojima et al., 2008; Carrillo- Rosúa et al., 2014). همانند دیگر کانسارهای تیپ مانتو در دنیا، رخداد کانه‏‌زایی کانسار بهاریه دو مرحلة مهم را سپری کرده است:

1- پیدایش پیریت در زمینه سنگ آندزیت پورفیری و پیدایش شرایط احیایی در محیط؛

2- ورود سیال‏‌های اکسیدان سرشار از مس که با جانشینی سولفیدهای مس و هماتیت به‌جای پیریت فاز نخست، کانه‏‌زایی مس را به‌دنبال داشته است.

با وجود دیدگاه‌های گوناگون دربارة چگونگی پیدایش کانسارهای مس مانتو، الگوی پیدایش اپی‏‌ژنتیک- دیاژنتیک برای پیدایش کانسار بهاریه پیشنهاد می‌شود. به‌باور پژوهشگرانی مانند Kirkham (1996) و Campano و Guerra (1975)، مقدارهای بالایی از مس به‏‌طور نخستین در سنگ میزبان بوده‌اند و در هنگام رویداد دیاژنز تدفینی و دگرسانی گرمابی، فروشست شده‏‌اند. در کل، در کانسار بهاریه، با رویداد فرایند آتشفشانی (پیش از کانه‏‌زایی) و با حاکم‌شدن شرایط کششی بر پهنة درون کمان آتشفشانی ائوسن در پهنة سبزوار، همزمان گدازه‏‌ها به‏‌صورت متناوب با توف‏‌ها بیرون‌ریخته‌اند (با فرایند‏‌های آتشفشانی زیردریایی به‌همراه دگرسانی پروپلیتیک) و سنگ‏‌های آتشفشانی- رسوبی را پدید آورده‌اند که مقدار مس در آنها بالاست. به‌دنبال آن، با رویداد مرحلة پیریت‏‌زایی (پیش از کانی‏‌زایی) در هنگام رویداد دیاژنز نخستین، فعالیت میکروارگانیسم‏‌های احیاء‌کنندة سولفات آب دریا سولفات آب دریا را احیاء کرده و گوگرد آزاد شده است. سپس این گوگرد در واکنش با آهن محیط، پیریت را به‏‌صورت پرکننده فضای تهی و دانه‌پراکنده در سنگ میزبان آندزیت و ریولیت‌توف پدید آورده است که نخستین سولفید پدیدآمده به‌شمار می‌رود. این پدیده وضعیت حوضه را احیایی کرده ‏‌است. در مرحلة دیاژنز تدفینی (مرحلة هیپوژن)، به‌دنبال افزایش ستبرای رسوب‌ها، فرونشست حوضه روی داده است و با آب‏‌زدایی واحدهای آذرآواری مس‌دار، فلزها از ساختار کانی‏‌ها آزاد شده و به شورابه حوضه‏‌ای وارد شده‌اند. درپی این فرایند، تحرک سیال‌های شورابه‏‌ای در میان توالی‏‌های آتشفشانی روی داده است (Barnes, 1997). به‌همراه ورود سیال‌های سرشار از مس در واحد میزبان احیایی، جانشینی سولفیدهای مس به‌جای پیریت‏‌های نخستین و کانه‏‌زایی در منطقه رخ داده ‏‌است.

 

 

 

شکل 13- ترکیب ایزوتوپی کانسار بهاریه در مقایسه با شماری از کانسار با خاستگاه متفاوت (Marschik et al., 2008; Sun et al., 1998; Gehlen et al., 1983)

 


ویژگی‌های فیزیکوشیمی سیال و ته‌نشینی سولفید

رخداد تیپ کانه‏‌زایی مس در منطقة بهاریه نشان‌دهندة اهمیت فرایندهای وابسته به سنگ‏‌های آتشفشانی در کانه‏‌زایی مس، افزون‌بر فرایندهای وابسته به رویدادهای آذرین درونیِ سازندة کانه‏‌زایی است. در کل، برپایة شواهد گمان می‌رود کانی‌زایی و دگرسانی‌ در کانسار مس بهاریه پیامد رفتار سیال‌های سرشار از گوگرد، pH اسیدی، شوری متوسط و با دمای بالا تا متوسط بوده‌اند. رویداد کانی‌سازی برپایة سرشت زمین‌شیمیایی سنگ‌های میزبان گویای وجود کمانی ماگمایی و بالغ در منطقه است. در کل، هنگام رویداد فرایند دیاژنز نخستین (Early diagenesis) در کانسارهای مس، به‌دنبال هیدرولیز کانی‏‌های سیلیکاتی (مانند: هورنبلند و بیوتیت) آهن از شبکه آنها آزاد می‌شود و به‌صورت هیدروکسیدآهن فریک (پیش‌مادة نخستین هماتیت) در می‌آید. همچنین، در هنگام دیاژنز نخستین و در پی تخریب مواد آلی، اسید هومیک پدید می‌آید و در محیط اسیدی ناشی از آن، تخریب برخی کانی‏‌های سیلیکاتی ادامه می‏‌یابد. در پی تخریب کانی‏‌های سیلیکاتی، جانشینی پلاژیوکلاز با پتاسیم‌فلدسپار درجازا (اوتوژنیک) و نیز شسته‏‌شدن بیوتیت، عنصرهای فلزی از شبکة آنها آزاد و جذب هیدروکسیدهای آهن و اسمکتیت موجود در زمینه می‏‌شوند. از‌آنجایی‌که آهن در ساختمان کانی‌های فرومنیزین مانند بیوتیت تمرکز یابد، با تخریب این کانی و دیگر کانی‌های همانند آن، با حضور یون‌های گوگرد، آهن از ساختمان این کانی آزاد می‌شود و پیریت را می‌سازد (واکنش 1). در مراحل بعدیِ دیاژنز، هنگام تبلور و بلوغ اکسیدهای آهن بی‏‌شکل و جانشینی آنها با هماتیت (Chan et al., 2000)، محتوای فلزی درون این کانی‏‌ها، از مس و نقره، آزاد و وارد سیال اکسیدان می‏‌شوند و با آن حمل می‌شوند. سیال اکسیدان کانه‏‌دار در رخداد کانسار مس بهاریه، مس و دیگر فلزهای آزادشده از کانی‏‌های سیلیکاتی ناپایدار را به‌صورت کمپلکس کلریدی حمل می‏‌کند و در مسیر چرخش خود درون لایه‏‌ها، با رسیدن به افق‏‌های احیایی سرشار از مواد آلی و در پی برخورد با سیال احیایی در این بخش، کمپلکس کلریدی حامل مس را ناپایدار می‏‌کند. ازاین‌رو، دانه‌های پیریت نخستین آرام‌آرام با کانه‌های سولفیدی مس (مانند: کالکوپیریت و بورنیت) جانشین می‌شوند. همچنین، سولفیدهای مس ته‏‌نشین و جانشین بخش‏‌هایی از پیریت احیایی می‏‌شوند. در واقع باکتری‏‌های بی‏‌هوازی با گرفتن انرژی مورد نیاز خود از مواد آلی، سولفات موجود در آب میان‌سازندی را به H2S احیاء می‌کنند. ازاین‌رو، مقدار بالایی از H2S پدیدآمده از احیای سولفات به‌دست باکتری‌ها در محیط آزاد می‌شود و در نتیجه، افزون‌بر پیدایش گوگرد، باعث شستشو (Bleaching) در افق سرشار از مواد آلی می‏‌شوند (Brown, 2005). در این حالت، به‌دنبال شرایط احیایی، اکسیدهای آهن از بخش‏‌های احیاء‌شده در نزدیکی گوگرد به‌صورت پیریت دیاژنتیک در سنگ‏‌میزبان ته‏‌نشست پیدا می‏‌کنند. این پیریت‌های دانه‌پراکندة پدیدآمده از فعالیت باکتری‏‌های بی‏‌هوازی، نخستین مراحل دیاژنتیک هستند که هنگام رویداد فرایند سنگ‌زایی (lithification) در سنگ میزبان کانه‌زایی منطقه پدید آمده‏‌‌اند. این فرایند به‌طور معمول محیط احیایی خوبی را برای ته‏‌نشست کانی‏‌های سولفیدی فراهم می‏‌کند. ازاین‌رو، کانی‏‌های سولفیدی مانند کالکوپیریت، بورنیت، کالکوسیت، با بافت‏‌های جانشینی، سیمان میان‏‌دانه‏‌ای و دانه‌پراکنده، در مرحلة دیاژنز میانی و پیش از دیاژنز تدفینی پدید آمده‌اند (واکنش 1).

 

واکنش 1:

2KFe3AlSi3O10(OH)2+6S2→2KAlSi3O8+6FeS2+2H2O+3O2

(Biotite → K- feldspar + Pyrite)

نتیجه‌گیری

برپایة ویژگی‌های یادشده، چکیده‌ای از مهم‌ترین دستاوردهای این پژوهش در زیر آورده شده‌اند:

1- کانه‌زایی مس در کانسار بهاریه با سرشت چینه‏‌کران در یک افق معدنی با راستای خاوری- باختری، درازای نزدیک به 200 متر و ستبرای 5 تا 10 متر، شیب نزدیک به قائم و ژرفای بیشینة 20 متر در سنگ میزبان آندزیت‌توف تا ریولیت‌توف (Ean) به سن ائوسن میانی رخ داده ‏‌است. تمرکز کانه‏‌زایی مس در این واحد پیامد شرایط احیایی این محیط و حضور پیریت در این سنگ بوده است؛

2- کانی‌های سولفیدی و کربناتة مس و اکسیدی- هیدروکسیدیِ آهن به‌ترتیب از مهم‌ترین فازهای کانه‌شناسی در کانسار بهاریه هستند. در پهنة درون‏‌زاد، سولفیدهای اصلی کالکوپیریت و پیریت از مهم‌ترین فاز کانه‌زایی منطقة بهاریه به‌شمار می‌روند. کانی‌های سولفیدی فرعی و کمیاب مانند بورنیت، اسفالریت، گالن، دیژنیت، تتراهدریت با فراوانی کمتر همراهِ کالکوپیریت دیده می‌شوند. کانی‏‌های اکسیدی- هیدروکسیدی آهن (هماتیت ثانویه و گوتیت) و کانی‏‌های سوپرژن سولفیدی مس (کالکوسیت، کوولیت) و کانی‏‌های کربنات‏‌های آبدار مس (مالاکیت و آزوریت) از مهم‌ترین کانی‏‌های ثانویه‌ و پیامد فرایند غنی‏‌سازی سوپرژن هستند؛

3- در میزبان کالکوپیریت، فراوانی بیشینة طلا و نقره به‌ترتیب برابربا 21/0 و 1/0 درصدوزنی و در ترکیب گالن، بیشینة نقره برابربا 14/0 درصدوزنی اندازه‌گیری شد. کالکوپیریت با بالاترین میزان تمرکز طلا در ساختمان خود، مهم‌ترین حامل طلا در کانسار بهاریه دانسته می‏‌شود. پس از آن، کانة سولفیدی پیریت نیز، حامل خوبی برای عنصر طلا و نقره در کانسار بهاریه به‌شمار می‌رود. همچنین، حضور عنصر مس با فراوانی بیشینة 58/0درصد وزنی در پیریت نشان می‏‌دهد فاز سولفیدی پیریت نخستین، در حمل و تمرکز عنصر مس در منطقه نقش مهمی داشته است. عنصر نقره نیز با بالاترین مقدار تمرکز در گالن، از دیدگاه اقتصادی محصول جانبی ارزشمندی به‌شمار می‌رود؛

4- میانگین نسبت Co/Ni در پیریت‏‌های کانسار بهاریه، برابربا 71/2 به‌دست آمد و چه‌بسا نشان‌دهندة خاستگاه گرمابی برای پیریت است. برپایة داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیه نقطه‏‌ای گالن نیز‏‌ مقدار میانگین نسبت Bi/Sb برابربا 2 به‌دست آمد. ازای‌رو، دمای پیدایش گالن‏‌ کانسار بهاریه در شرایط دما و فشار متوسط کانی‏‌سازی بوده ‏‌است. برپایة داده‌های شیمیایی، فراوانی آهن در نمونه‏‌های اسفالریت، برابربا 3/0 تا 6/4 درصدوزنی است و تغییرات درصدمولی FeS برابربا 5/0 تا 1/7 به‌دست آورده شد. اسفالریت‏‌ها بیشتر به رنگ خاکستری روشن و با محتوی آهن کم تا متوسط هستند. این نکته نشان‏‌دهندة شرایط سولفیداسیون حد واسط و پیدایش کانسار بهاریه در دماهای متوسط است؛

5- دامنة تغییرات ایزوتوپی δ34S برای نمونه‏‌های کالکوپیریت و پیریت کانسار بهاریه برابربا 3/7 تا 5/0 پرمیل است. در بررسی‌های ایزوتوپ گوگرد کانسار بهاریه، بازة محدود مقدار δ34S در کانی‏‌های گوگرد‏‌دار نشان‌‏‌دهندة خاستگاه گوگرد کمابیش شناخته‌شد‌ه‌ای است و پیشنهاد می‏‌کند که هم ترکیب ایزوتوپی خاستگاه و هم فرایندهای تفکیکی میان اجزای گوگرد در سیال کانه‏‌دار در طول کانی‏‌سازی یکسان بوده ‏‌است. این نکته ‌نشان‌دهندة پیدایش کانی‏‌های سولفیدی منطقه از سیالی است که سولفور آن خاستگاه ماگمایی داشته است. در کل، برپایة داده‌های به‌دست‌آمده از تفسیر داده‏‌های ایزوتوپی، خاستگاه ماگمایی اولیه برای مقادیر δ34S نزدیک به صفر و تهی‏‌شدگی نسبی آن در پی رفتار فرایندهای احیایی برای مقادیر منفی δ34S، تأیید شد. بر این پایه، پیریت‏‌های نخستینِ ریزبلور در ‏‌سنگ میزبان کانه‏‌زایی، محتمل‏‌ترین خاستگاه گوگرد برای کانی‏‌سازی سولفیدی در کانسار بهاریه هستند‏‌ و در پیدایش مقدار منفی δ34S نقش داشته‏‌اند.

 

سپاس‌گزاری

این پژوهش با تأمین منابع مالی با قرارداد گرنت 85-96 توسط معاونت محترم پژوهش و فناوری دانشگاه بوعلی سینا انجام شده است. از جناب آقای دکتر شجاع‌الدین نیرومند، عضو هیئت علمی دانشگاه تهران، برای پیشنهادهای سازنده صمیمانه سپاس‌گزاری می‌شود. از مدیریت محترم شرکت آتیه‌کانسارجویان و به‌ویژه جناب آقای مهندس پورنیک که امکان دسترسی به منطقه مطالعاتی را فراهم کردند، سپاس‌گزاری می‌شود.

 

Alavi, M. (1991) Sedimentary and structural characteristics of the Paleo- Tethys remnants in Northeastern Iran. Geological Society of America Bulletin 103(3): 983- 992.

Almasi, A., Karimpour, M. H., Ebrahimi Nasrabadi, K., Rahimi, B. and Klötzli, U. (2016) Geology and geochemistry of subvolcanic and plutonic bodies of Kashmar (North of Lut Block). Iranian Journal of Crystallography and Mineralogy 24(3): 539- 556 (in Persian).

Atiyeh Kansar Joyan Co. (2014) Report physical advance of reconnaissance in the Baharieh Cu deposit, (Kashmar, Khorasan Razavi Province).

Barnes, H. L. (1997) Geochemistry of hydrothermal ore deposits. John Wiley Sons.

Bralia, A., Sabatoini, G. and Troja, F. (1979) A revaluation of the Co/Ni ratio in Pyrite as geochemical tool in ore genesis problems. Mineralium Deposita 14 (2): 352- 374.

Brown, A. C. (2005) Refinements for footwall red- bed diagenesis in the sediment-hosted stratiform copper deposits model. Economic Geology 100 (4): 765–771.

Campano, P. and Guerra, N. (1975) Distribución de Cr, Ni, Co, Cu, Zn y Pb en rocas ígneas y sedimentarias del norte de Chile. MSc Thesis, University of Norte, Antofagasta, Chile.

Carrillo- Rosúa, J., Boyce, A.J., Morales- Ruano, S., Morata, D., Roberts, S., Munizaga, F. and Moreno- Rodríguez, V. (2014) Extremely negative and inhomogeneous sulfur isotope signatures in Cretaceous Chilean manto- type Cu– (Ag) deposits, Coastal Range of central Chile, Ore Geology Reviews 56(3): 13–24.

Chan, M. A., Parry, W. I. and Bowman, J. R. (2000) Diagenetic hematite and manganese oxides and faultrelated fluid flow in Jurassic sandstones, southeastern Utah. American Association of Petroleum Geologists Bulletin 84(3): 1281- 1310.

Cook, N. J., Ciobanu C. L., Pring A., Skinner W., Shimizue M., Danyushevsky L., Saini- Eidukat B. and Melcher F. (2009) Trace and minor elements in sphalerite: A LA- ICPMS study. Geochimica et Cosmochimica Acta 73(4): 4761–4791.

Evans, A. M. (1993) Ore geology and industrial minerals: An introduction. Blackwell Scientific Publications, Oxford.

Fazli, S., Taghipour, B., Moore, F. and Lentz, D. (2019) Fluid inclusions, S isotopes, and Pb isotopes characteristics of the Kuh- e Surmeh carbonate- hosted Zn–Pb deposit in the Zagros Fold Belt, southwest Iran: Implications for the source of metals and sulfur and MVT genetic model. Ore Geology Reviews. 10.1016/j.oregeorev.2019.04.006.

Ghazban, F., Mcnutt, R. H. and Schwarcz, H. P. (1994) Genesis of sediment- hosted Zn- Pb- Ba deposits in the Irankuh district, Esfahan Area, West- Central Iran. Economic Geology89(5): 1262–1278.

Guilbert, J. M. and Park, C. F. (1986) The geology of ore deposits. William H. Freeman and Company, New York.

Hajikazemi, E., Al- Aasm, I. S. and Coniglio, M. (2010) Subaerial exposure and meteoric diagenesis of the Cenomanian–Turonian upper Sarvak formation, southwestern Iran. The Geological Society (Special Publication) 330(3): 253–272.

Hoefs, J. (2015) Stable isotope geochemistry. Springer Verlag, Berlin.

Khoei, N., Ghorbani, M. and Tajbakhsh, P. (1999) Copper deposits in Iran. Organization geology and mineral explorations of Iran.

Kirkham, R. V. (1996) Volcanic redbed copper. In Eckstrand, O. R., Sinclair, W. D. and Thorpe, R. I. (eds.) Geology of Canadian mineral deposit types. Geological Survey of Canada (Geology of Canada) 8(3): 241–252.

Kojima, S., Trista- Aguilera, D. and Hayashi, K. (2008) Genetic Aspects of the Manto- type Copper Deposits Based on Geochemical Studies of North Chilean Deposits. Resource Geology 59(4): 87–98.

Lin, Y., Cook, N. J., Ciobanu, C. L., Liu, Y. P., Zhang, Q., Gao, W., Yang, Y. L. and Danyushevsky L. V. (2011) Trace and minor elements in sphalerite from base metal deposits in South China: a LA- ICP- MS study. Ore Geology Reviews 39(3): 188–217.

Machel, H. G. (2001) Bacterial and thermochemical sulfate reduction in diagenetic setting. Sedimentary Geology 140(4): 143–175.

Malakhov, A. A. (1968) Bismuth and antimony in galena, indicators of conditions of ore deposition. Geokhimiya 11(2): 1283–1296.

Nejadhadad, M., Taghipour, B. and Lentz, D. (2018) Geochemical, isotopic, and fluid inclusion signatures of Zn- Pb mineralization in the Tiran mining district, Isfahan, ‎Sanandaj- Sirjan zone (Iran)‎. Ore Geology Reviews. 10.1016/j.oregeorev.2018.08.005.

Ohmoto, H. (1972) Systematics of sulfur and carbon isotopes in hydrothermal ore deposits. Economic Geology67(3): 551–579.

Ohmoto, H. and Rye, R. O. (1997) Isotopes of sulphur and carbon. In: Geochemistry of hydrothermal ore deposits (Ed. Barnes, H. L.) 509- 567. Wiley- Interscience, New York.

Putter, T. D., Mees, F., Decrée, S. and Dewaele, S. (2010) Malachite, an indicator of major Pliocene Cu remobilization in a karstic environment (Katanga, Democratic Republic of Congo). Ore Geology Reviews 38(5): 90- 100.

Rezaeihamid, R. (2016) Geology, mineralogy, geochemistry and genesis of the Baharieh Cu deposit, Taknar Metallogenic Belt (NE Kashmar). Thesis of Master of Science, Bu- Ali Sina University.

Rollinson, H. R. (1993) Using Geochemical Data: Evaluation, Presentation, and Interpretation. Longman Scientific and Technical, New York.

Schmitt, A. D., Galer, S. J. G. and Abouchami, W. (2009) High- precision cadmium stable isotope measurements by double spike thermal ionization mass spectrometry.Journal of Analytical Atomic Spectrometry 24(3): 1079–1088.

Scott, S. D. and Barnes, H. (1971) Sphalerite geothermometry and geobarometry. Economic Geology 66(4): 653–669.

Subias, I., Fanlo, I. and Mateo, J. (2003) A model for the diagenetic formation of sandstone- hosted copper deposits in Tertiary sedimentary rocks, Arago´n (NE Spain): S/C ratios and sulphur isotope systematic. Ore Geology Reviews 23(3): 55–70.

Taylor, K. G. and Macquaker, J. H. S. (2000) Early diagenetic pyrite morphology in a mudstone- dominated succession: the Lower Jurassic Clevland Ironstone Formation, eastern England. Sedimentary Geology131(5): 77–86.

Toulmin, P., Barton, P. B. and Wiggins, L. B. (1991) Commentary on the sphalerite geobarometer. American Mineralogist 76(3): 1038–1051.

Whitney, D. L. and Evans, B. W. (2010) Abbreviations for names of rock-forming minerals. American Mineralogist 95(1): 185–187.

Wilson, N. S. F. (2000) Organic petrology, chemical composition, and reflectance of pyrobitumen from the El Soldado Cu deposit, Chile. International Journal of Coal Geolog 43(3): 53–82.

Wilson, N. S. F. and Zentilli, M. (2006) Association of pyrobitumen with copper mineralization from the Uchumi and Talcuna districts, central Chile. International Journal of Coal Geology 65(2): 158–169.