Document Type : Original Article
Authors
Abstract
Keywords
مقدمه
کلینتونیت یا زانتوفیلیت از خانواده میکاهای کلسیم‌دار تری‌اکتاهدرال (Trioctahedral calcium brittle micas) با ترکیب شیمیایی آرمانی Ca(Mg2Al)(SiAl3)O10(OH)2 است (Olesch and Seifert 1976؛ زندی‌فر و همکاران، 1387). این خانواده ازمیکاها به‌عنوان عنصر اساسی در ساختمان خویش به‌جای پتاسیم، حاوی کلسیم هستند. سختی زیاد و نداشتن ورقه‌های کلیواژی الاستیک از ویژگی‌های آنهاست. با آن‌که این میکاها کمیاب هستند، در اسکارن‌های سیلیسی (Guggenheim, 1984) گاه در کربنات‌های دگرگون شده حرارتی (Wenk and Bulkan, 2004)، یا سنگ‌های دگرگون شده حرارتی غنی از کلسیم و آلومینیم (Olesch, 1975) یافت می‌شوند. همچنین، عمومی‌ترین رخداد این کانی با تالک در کلریت شیست و با اسپینل، گروسولر، کلسیت، وزوویانیت، کلینوپیروکسن (فاساییت) و فلوگوپیت در سنگ‌های آهکی و دگرسان شده متاسوماتیکی (مکی‌زاده، 1387) است.
در ایران این کانی در اسکارن‌های فشارک (احمدی، 1367؛ نوربهشت، 1370؛ Hibbard، 2002) و سپس در دو نقطه از اسکارن‌های متنوع شرق شیرکوه؛ یعنی: کوه در منشاد (نورهشت و همکاران، 1375 و 1377) و باقی‌آباد (داوودی، 1377) شناسایی شده است. شیرانیبیدآبادی (1377) و وهابی‌مقدم (1379) نیز در رساله‌های خود اسکارن‌های فشارک را مطالعه نموده‌اند.
اخیراً زندی‌فر و همکاران (1387) بر مبنای کارهای پژوهشی کلاسیک شرایط تشکیل کلینونیت را در اسکارن حسن‌آباد جنوب غرب یزد مطالعه نموده‌اند. این مقاله، بر پایه مشاهدات روابط بافتی کلینتونیت، اسپینل و گارنت در اسکارن فشارک و باقی‌آباد استوار شده و هدف آن پیش‌بینی واکنش‌های احتمالی پیدایش کلینتونیت، تنها در مرحله‌ای از تکوین این اسکارن‌هاست که ممکن است از نظر‌ها دور مانده باشد.
روش انجام پژوهش
هنگام برداشت‌های صحرایی 10 نمونه از اسکارن اسپینل‌دار فشارک و نیز 15 نمونه از اسکارن ملیلیت اسپینل‌دار شیرکوه انتخاب شد. همه نمونه‌ها مورد مطالعات سنگ شناختی توسط میکروسکوپ پلاریزان قرار گرفت. تجزیه‌های نقطه‌ای توسط مایکروپروب SX-50 Cameca در دانشگاه استراسبورگ (فرانسه) و دانشگاه اکلاهاما (آمریکا) انجام شده است. شرایط تجزیه‌های نقطه‌ای ولتاژ kV 15 و جریان الکتریسیته nA 15بوده است. تصحیحات توسط برنامه ZAF محاسبه شده است.
زمین‌شناسی و سنگ‌شناسی
اسکارن‌های فشارک در 75 کیلومتری شمال‌شرق اصفهان در شمال روستای فشارک و در مجاورت مزرعه حنا واقع شده‌اند. از دیدگاه زمین‌شناسی ایران، این منطقه در نوار ماگماتیسم سنوزوییک ایران مرکزی واقع شده است (شکل‌های 1- الف و 1- ب). در این منطقه توده نفوذی گرانودیوریتی با سن الیگو-میوسن سنگ‌های کربناته کرتاسه را تحتﺗﺄثیر قرار داده و سبب رخداد اسکارن-هورنفلس و مرمر شده است.
بر حسب مجموعه کانی‌های غالب مشاهده شده، می‌توان اسکارن‌های متنوعی را شناسایی کرد: اسکارن‌های گارنت‌دار، گارنت – پیروکسن‌دار، ولاستونیت-پیروکسن‌دار، مگنتیت-گارنت اپیدوت‌دار و اسپینل-کلینتونیت‌دار. اسکارن‌های اخیر با مجموعه کانی‌های زیر دیده می‌شوند (نوربهشت، 1370):
Spinel + Garnet + Clintonite+ Dolomite ± Phlogopite ± Vesuvianite
اسپینل در نمونه دستی با رنگ سبز تند متمایل به آبی در متن روشن دیده می‌شود. اسپینل‌ها به‌طور تقریباً یکنواخت در تمام اسکارن پراکنده هستند. در مشاهدات میکروسکوپی، اسپینل‌ها نیمه‌شکل تا بی‌شکل بوده، در PPL به رنگ سبز تند دیده می‌شوند (شکل 2) و در XPL کاملاً همسانگرد هستند. تجزیه شیمیایی اسپینل‌ها نشان می‌دهد که از نوع آلومینیم و منیزیم‌دار هستند (جدول 1).
|
(الف) |
(ب) |
|
(پ) |
|
شکل 1- الف) جایگاه اسکارن‌های مورد مطالعه در نوار ماگماتیسم سنوزوییک ایران مرکزی (F= فشارک وS= شیرکوه)، ب) نقشه زمین‌شناسی اسکارن فشارک اصفهان (برگرفته ازنوربهشت، 1370)، پ) نقشه زمین‌شناسی اسکارن شیرکوه یزد (برگرفته از مکی زاده، 1387با تغییرات) (مقیاس 1:250000)
شکل 2- بلورهای نیمه‌شکل‌دار اسپینل (Spn) در مجاورت یک بلور درشت کلسیت (Cal) (تصویر PPL)
در رخداد دستی گارنت عموماً توده‌ای با رنگ حنایی تا کرمی است. مشاهدات میکروسکوپی PPL آنها را بی‌رنگ و شفاف نشان می‌دهد و در XPL کاملاً همسانگرد هستند. گارنت‌ها بیشتر حجم مقاطع را فرا گرفته‌اند. در برخی موارد، ارتباط تنگاتنگی با اسپینل نشان می‌دهند (شکل 3) و به شکل ادخال‌های تحلیل رفته در کلینتونیت یا در همراهی تنگاتنگ با آنها قرار گرفته‌اند (شکل های 4 و 5). گارنت‌ها از نوع آلومینیم-کلسیم‌دار هستند (جدول 2).
جدول 1- تجزیه شیمیایی و فرمول ساختمانی و درصد اعضای نهایی اسپینل‌ها
|
اسپینل (شیرکوه) |
اسپینل (فشارک) |
Sample No. |
||
|
4 |
3 |
2 |
1 |
|
|
08/0 |
07/0 |
09/0 |
08/0 |
SiO2 |
|
06/0 |
09/0 |
- |
- |
TiO2 |
|
27/67 |
10/67 |
82/67 |
90/67 |
Al2O3 |
|
87/6 |
90/6 |
19/6 |
30/6 |
FeO |
|
0.76 |
0.98 |
1.10 |
.0.99 |
MnO |
|
48/24 |
49/24 |
81/23 |
82/23 |
MgO |
|
29/0 |
35/0 |
32/0 |
30/0 |
CaO |
|
01/0 |
00/0 |
00/0 |
00/0 |
K2O |
|
06/0 |
07/0 |
06/0 |
05/0 |
Na2O |
|
99.19 |
99.17 |
99.39 |
99.44 |
Total |
|
تعداد کاتیون بر مبنای 4 اتم اکسیژن |
||||
|
00/0 |
00/0 |
00/0 |
00/0 |
Ti |
|
91/1 |
95/1 |
03/2 |
03/2 |
Al |
|
14/0 |
14/0 |
12/0 |
11/0 |
Fe |
|
00/0 |
00/0 |
01/0 |
01/0 |
Mn |
|
82/0 |
92/0 |
84/0 |
84/0 |
Mg |
|
درصد اعضای نهایی اسپینل‌ها |
||||
|
24/85 |
76/86 |
21/87 |
51/87 |
Spinel |
|
55/14 |
14/13 |
64/11 |
24/11 |
Hercynite |
|
21/0 |
09/0 |
14/1 |
24/1 |
Galaxite |
جدول 2- تجزیه شیمیایی و فرمول ساختمانی و درصد اعضای نهایی گارنت‌ها
|
گارنت (فشارک) |
||
|
2 |
1 |
Sample No. |
|
51/39 |
37/39 |
SiO2 |
|
21/0 |
20/0 |
TiO2 |
|
15/20 |
19/20 |
Al2O3 |
|
37/2 |
57/2 |
FeO |
|
06/0 |
11/0 |
MnO |
|
52/0 |
22/0 |
MgO |
|
82/36 |
63/37 |
CaO |
|
01/0 |
- |
K2O |
|
00/0 |
- |
Na2O |
|
66/99 |
31/100 |
Total |
|
تعداد کاتیون‌ها بر مبنای 12 اتم اکسیژن |
||
|
03/6 |
99/5 |
Si |
|
02/0 |
02/0 |
Ti |
|
63/3 |
62/3 |
AL |
|
30/0 |
33/0 |
Fe |
|
01/0 |
02/0 |
Mn |
|
19/0 |
05/0 |
Mg |
|
02/6 |
14/6 |
Ca |
|
درصد اعضای نهایی گارنت‌ها |
||
|
28/8 |
70/7 |
Andradite |
|
84/0 |
56/2 |
Pyrope |
|
36/90 |
16/90 |
Grossular |
|
24/0 |
13/0 |
Spessartine |
شکل 3- همیافتی نزدیک اسپینل با گارنت (Grt) (تصویر PPL)
شکل 4- بلور گارنت با حاشیه تحلیل رفته درون کلینتونیت (Clin) (تصویر XPL)
شکل 5 - بلورهای گارنت با حاشیه‌های گرد شده (خورده‌شدگی آتولی) درون کلینتونیت (تصویر PPL)
کلینتونیت در رخداد صحرایی به‌صورت ورقه‌هایی با رنگ‌های سفید متمایل به سبز تا آبی کم‌رنگ دیده می‌شود. شکل الماسی یا هگزاگونال آنها با جلای شیشه‌ای تا مرواریدی در برخی نمونه‌های دستی دیده می‌شود. ورقه‌ها دارای رخ میکایی (001) انعطاف‌ناپذیر و شکننده هستند که از ویژگی‌های تشخیص این کانی در صحرا به‌شمار می‌رود. داشتن چند رنگی ضعیف، شکستگی (به‌خصوص در برش‌های موازی سطح قاعده)، برجستگی بالا، رخ‌های میکایی واضح و ضخیم، رنگ‌های تداخلی خاکستری سری اول تا سری دوم از ویژگی‌های این کانی در زیر میکروسکوپ است (شکل 4). داده‌های تجزیه شیمیایی جدول 3 نیز ﻣﺆید وجود کلینتونیت هستند.
همیافتی کلینتونیت با اسپینل همیشه دیده شده است. اسپینل‌ها به‌صورت پوئی‌کیلوبلاستیک داخل بلورهای کلینتونیت دیده می‌شوند (شکل 6).
جدول 3- تجزیه شیمیایی و فرمول ساختمانی کلینتونیت‌ها
|
کلینتونیت (شیرکوه) |
کلینتونیت (فشارک) |
|
||
|
4 |
3 |
2 |
1 |
Sample No. |
|
93/15 |
98/15 |
40/15 |
01/15 |
SiO2 |
|
09/0 |
07/0 |
00/0 |
02/0 |
TiO2 |
|
03/45 |
05/45 |
78/45 |
02/46 |
Al2O3 |
|
80/1 |
64/1 |
86/0 |
13/1 |
FeO |
|
00/0 |
00/0 |
08/0 |
05/0 |
MnO |
|
91/18 |
18.75 |
19/18 |
17/18 |
MgO |
|
18/13 |
32/13 |
05/13 |
30/13 |
CaO |
|
01/0 |
00/0 |
00/0 |
00/0 |
K2O |
|
04/0 |
02/0 |
051/0 |
08/0 |
Na2O |
|
99/94 |
82/94 |
42/93 |
92/93 |
Total |
|
تعداد کاتیون بر مبنای 22 اتم اکسیژن |
||||
|
30/2 |
24/2 |
22/2 |
14/2 |
Si |
|
01/0 |
00/0 |
00/0 |
00/0 |
Ti |
|
82/5 |
92/5 |
8/5 |
86/5 |
[Al]4 |
|
65/1 |
74/1 |
80/1 |
91/1 |
Al]6 |
|
22/0 |
2/0 |
10/0 |
13/0 |
Fe |
|
00/0 |
00/0 |
01/0 |
01/0 |
Mn |
|
15/4 |
12/4 |
94/3 |
87/3 |
Mg |
|
05/2 |
03/2 |
02/2 |
04/2 |
Ca |
|
01/0 |
00/0 |
01/0 |
02/0 |
Na |
شکل 6- چند بلور اسپنیل با بافت پویی‌کیلوبلاست و حاشیه‌های تحلیل رفته درون کلینتونیت (تصویر XPL)
بافت حلقوی (atoll texture) ناشی از خورده‌شدگی اسپینل و گردشدگی حواشی اسپینل‌های محاط شده، حکایت از تحلیل رفتن اسپینل دارد. این‌گونه اسپینل‌ها در مرکز همسانگردی و در حواشی دارای بی‌رفرنژانس ضعیف هستند (نوربهشت، 1370). فلوگوپیت به مقدار خیلی کم در همیافتی با کلینتونیت دیده می‌شود. برجستگی کمتر، رخ‌های ظریف و رنگ‌های تداخلی سری سوم آن را از کلینتونیت متمایز می‌کند. بلورهای بزرگ و بی‌شکل وزوویانیت با رنگ‌های تداخلی غیر عادی در آخرین مرحله سایر کانی‌های این مجموعه؛ یعنی گارنت، اسپینل، کلینتونیت را در بر گرفته‌اند. روابط بافتی وزوویانیت‌های درشت با کلینتونیت نشان می‌دهد که کلینتونیت‌ها با مرز ناپایدار در همراهی با وزوویانیت وجود دارند (شکل 7).
شکل 7- تحلیل رفتن کلینتونیت (ورقه 001) درون وزوویانت (Ves) (تصویر XPL)
گستره اسکارن- مرمر شیرکوه
این سنگ‌ها در فاصله 40 کیلومتری جنوب‌غرب یزد (جنوب تفت) واقع شده‌اند. این منطقه نیز جزئی از نوار ماگماتیسم سنوزوییک ایران مرکزی محسوب می‌شود و پی‌سنگ باتولیت گرانیتوییدی شیرکوه (ژوراسیک میانی) و کربنات‌های کرتاسه زیرین بر روی آن بنیاد سنگ‌شناسی کوهستان شیرکوه را تشکیل می‌دهند (شکل های 1- الف و 1- ج). در امتداد گسل شمالی – جنوبی موسوم به تفت - منشاد که از حاشیه شرقی شیرکوه عبور می‌کند، توده‌های کوچک و دایک‌ها با ترکیب دیوریت تا گرانیت نفوذ کرده و همین توده‌ها مرمر و اسکارن سازی متنوع را در چند نقطه باعث شده‌اند. در منطقه مورد مطالعه (باقی‌آباد) می‌توان به ترتیب از توده نفوذی به سنگ آهک دولومیتی، اسکارن‌های پلاژیوکلاز –کلینوپیروکسن دار، ملیلیت اسپینل دار، کلینوپیروکسن- اسپینل‌دار و مرمرهای پری کلاز- بروسیت‌دار را تشخیص داد. مجموعه کانیایی ویژه در بخشی از ملیلیت اسکارن‌های باقی‌آباد به شرح زیر است (داوودی، 1377):
Melilite + Spinel + Clintonite + Dolomite ± Phlogopite
نمودهای صحرایی اسکارن‌های اسپینل‌دار در باقی‌آباد با توده‌های ملیلیت خاکستری رنگ و اسپینل‌های درشت بلور و پراکنده در آن (سیاه رنگ) شاخص است. در مقاطع نازک و در PPL ملیلیت‌ها بی‌رنگ با برجستگی متوسط خود شکل تا نیمه‌شکل‌دار هستند. در حالت آرمانی به‌صورت بلورهای ستونی (tabular) در زمینه کلسیت دیده می‌شوند. در XPL با رنگ‌های تداخلی خاکستری (بیشتر) و کمتر رنگ‌های تداخلی غیرعادی قهوه‌ای تا غیرعادی آبی دیده می‌شوند. اسپینل در این میان به‌صورت ادخال در ملیلیت‌های بزرگ و معمولاً با حاشیه‌ای از کلینتونیت به تنهایی یا به‌ندرت در همراهی با فلوگوپیت دیده می‌شود. رابطه بافتی کلینتونیت با اسپینل در اینجا نیز مانند اسکارن‌های فشارک ناپایدار است. بافت هاله‌ای (corona) از کلینتونیت به دور اسپینل‌های بزرگ، گویای شکل‌گیری کلینتونیت به خرج اسپینل است (شکل 8).
شکل 8- اسپنیل با هاله‌ای از کلینتونیت (تصویر PPL)
بافت حلقوی، تحلیل‌رفتگی و گردشدگی حواشی اسپینل بازمانده و وجود بلورهای کشیده اسپینل در امتداد کلیواژهای کلینتونیت (شکل 9) همه گویای شکل‌گیری کلینتونیت به‌خرج اسپینل است. داده‌های تجزیه شیمیایی اسپینل (جدول 1) وکلینتونیت (جدول 3) نشان‌دهنده شباهت زیاد این کانی‌ها در دو منطقه فشارک و شیرکوه هستند.
شکل 9- اسپنیل های بازمانده به شکل کشیده در کلینتونیت که همه این مجموعه در یک بلور بزرگ ملیلیت (Mel) جای گرفته‌اند (تصویر PPL)
نتیجه‌گیری
آخرین مراحل تبلور توده نفوذی در فشارک و همچنین باقی‌آباد با ازدیاد سیالات غنی از H2O و SiO2 همراه بوده است، چرا که هجوم سیالات فوق به پاراژنزهای حرارت بالا و خشک ابتدایی (اسپینل، گارنت) در محیط سرشار از CaO اسکارن سبب شکل‌گیری کلینتونیت شده است. با استناد به شواهد پتروگرافی و داده‌های شیمی کانی‌ها، می‌توان برای تشکیل کلینتونیت در هر دو منطقه واکنش زیر را پیشنهاد کرد (نوربهشت و همکاران، 1377):
2MgAl2O4 + CaMg(CO3)2 + SiO2 + H2O ↔ CaMg2Al4SiO10(OH)2 + CO2
کلینتونیت ↔ اسپینل
برای اسکارن‌های فشارک می‌توان گروسولر را نیز در واکنش شرکت داد، چرا که شواهد بافتی نیز ناپایداری نسبی گروسولر را در مقابل کلینتونیت نشان می‌دهند. لذا واکنش زیر پیشنهاد می‌شود:
2Ca3Al2Si3O12 + 2CaMg(CO3)2 + H2O ↔ CaMg2SiAl4O10(OH)2 + 7CaO + 5SiO2 + 4CO2
در اینجا مهم‌ترین محصولات واکنش فروپاشی گارنت؛ یعنی SiO2 و CaOمی‌توانند به شکل یک سامانه بازخور (feedback system) واکنش اساسی شکل‌گیری کلینتونیت به‌خرج اسپینل واکنش اول را به پیش ببرند. واکنش زیر فروپاشی توام اسپینل-گروسولر را در فشارک نشان می‌دهد:
7MgAl2O4 + Ca3Al2SiO12 + CaMg(CO3)2 + SiO2 +4H2O ↔ 4CaMg2SiAl4O10(OH)2 + 2CO2
کلینتونیت ↔ گروسولر + اسپینل
در فشارک رابطه بافتی بلورهای کلینتونیت با وزوویانیت‌های پسین که نیز پاراژنزهای پیشین را در برگرفته‌اند، نشان از ناپایداری بخشی این کانی در گامه نهایی تشکیل وزوویانیت دارد. مکی‌زاده (1387) در اسکارن کوه در Dor، واکنش زیر را برای حضور بازمانده‌های کلینتونیت درون وزوویانیت پیشنهاد کرده است:
CaMg2Al4SiO10(OH)2+9CaO+8SiO2+H2O↔ Ca10Al4Mg2Si9O34(OH)4
در نهایت، می‌توان گفت وجود فازهای کانیایی غنی از آلومینیم، مانند اسپینل و گارنت به‌عنوان منبع آلومینیم یک ضرورت برای شکل‌گیری کلینتونیت ضروری است. از آنجا که سازنده کلسیت در دمای بالایی تشکیل کلینتونیت؛ یعنی 780 تا 930 درجه سانتی‌گراد در فشارهای 5/0 تا 3 کیلوبار (Rice, 1979) ناپایدار است، در واکنش‌های فوق می‌توان آن را به شکل تفکیک شده؛ یعنی CaO نیز در نظر گرفت. همه واکنش‌های پیشنهادی فوق بر پایه روابط بافتی کانی‌ها تأیید می‌شوند. با این همه، نگارندگان بر این باورند که این واکنش‌ها همه واکنش‌های متاسوماتیکی پیدایش کلینتونیت نیستند و پژوهش‌های آینده اطلاعات با ارزشی در مورد میدان پایداری کلینتونیت در اختیار پژوهشگران قرار خواهد داد.
سپاسگزاری
این مقاله بخشی از نتایج حاصل از طرح پژوهشی با عنوان مطالعات زمین‌شناسی، ژئوشیمی و پتانسیل اقتصادی اسکارن‌ها در بخش‌های از ایران مرکزی است که بدین وسیله از اعضای شورای و معاونت محترم پژوهشی دانشگاه پیام‌نور به‌دلیل تأمین هزینه مالی این طرح پژوهشی تشکر می‌شود و همچنین، از همکاری مدیر کل تحقیقات و کارمندان زحمت‌کش این بخش نیز سپاسگزاری می‌شود. در پایان از جناب آقای دکتر محمود خلیلی، استاد گروه زمین‌شناسی دانشگاه اصفهان که با سعه صدر نیمی از آنالیزهای نقطه‌ای را در امریکا انجام داده‌اند، صمیمانه تشکر و قدردانی ویژه می‌شود.
)