Document Type : Original Article
Authors
بیرجند- دانشگاه بیرجند- دانشکده علوم گروهزمین شناسی
Abstract
Keywords
مقدمه
منطقه مورد مطالعه در 41 کیلومتری جنوبباختری بیرجند (شکل 1) و محدوده "21 ́34 ˚32 تا "49 َ39 ˚32 عرض شمالی و 00 ˚59 تا ″56 ′10 °59 طول خاوری، در بخش شمالی زون جوشخورده سیستان (Tirrul et al., 1983) قرار گرفته است. در این منطقه تودههای نیمه نفوذی با مورفولوژی گنبدی و در مواردی حلقوی شکل بههمراه سنگهای آتشفشانی با سن ائوسن به درون واحدهای شیل و ماسه سنگی (نهشتههای تیپ فلیش) پالئوژن (Eftekhar-Nezhad et al., 1978)، تزریق شدهاند. تا کنون هیچگونه مطالعه پترولوژیک بر روی این منطقه انجام نشده است. تنها آنالیز یک نمونه از سنگهای منطقه گیوشاد گزارش شده است (Jung et al., 1983). هدف از این پژوهش، مطالعات صحرایی، پتروگرافی، ژئوشیمی و پتروژنز سنگهای آتشفشانی و نیمه نفوذی محدوده روستای گیوشاد است.
زمینشناسی عمومی
ایالت ساختاری سیستان، زمیندرز ناشی از برخورد پهنه لوت با بلوک افغان است، که روند کلی آن شمالی– جنوبی است (Tirrul et al., 1983). به دنبال فاز فشارى کرتاسه پایانى که با دگرگونى، چینخوردگى، بالاآمدگى و فرارانش افیولیتها همراه بوده است، فاز کششى مهمى در سرتاسر ایران (بهجز زاگرس و کپهداغ) حکمفرما شد که نتیجه آن ولکانیسم شدید ائوسن است (امامی، 1379)، که این ولکانیسم در شرق ایران نیز بهطور گسترده مشاهده میشود. قدیمیترین واحدهای سنگی موجود در منطقه گیوشاد شامل مجموعهای از ماسه سنگ و شیلهای پالئوسن هستند که توسط ماگماتیسم بعد از پالئوسن با ترکیب آندزیت، پیروکسن آندزیت، آندزیت بازالتی و دیوریت پورفیری مورد هجوم قرار گرفتهاند (شکل 1).
آثار پختگی ناشی از نفوذ دیوریت پورفیری به درون شیل و ماسه سنگ در مرز توده مشاهده میشود. تودههای نیمه نفوذی دیوریت پورفیری با خصلت آداکیتی در شمال باختری این منطقه، در محدوه رچ رخنمون دارند که سنسنجی به روش زیرکن – اورانیم – سرب شده، سن ائوسن را بهدست دادهاند (زرینکوب و همکاران، 1389).
شکل 1- نقشه زمینشناسی منطقه مورد مطالعه (با تغییرات از Eftekhar-Nezhad و همکاران، 1978).
روش انجام پژوهش
در این مطالعه، با استفاده از عکسهای هوایی 20000: 1 منطقه، پیمایشهای صحرایی و مطالعات سنگ نگاری، نقشه زمینشناسی، تهیه شد. از بین نمونههای سنگی برداشت شده، 100 عدد مقطع نازک تهیه و 10 نمونه برای تجزیه شیمیایی به روش ICP-MS به شرکت SGS کانادا ارسال شد. برای تعبیر و تفسیر دادههای ژئوشیمیایی از نرمافزارهای GCDkit و Minpet استفاده شده است.
پتروگرافی
سنگهای آتشفشانی و نیمه نفوذی منطقه گیوشاد، عمدتاً شامل آندزیت، پیروکسنآندزیت و دیوریت پورفیری هستند. حضور آنکلاوهای آمفیبولیتی و متاپلیتی از ویژگیهای بارز این سنگهاست. رخنمونهای منفردی از آندزیت بازالتی، در جنوبخاوری منطقه مشاهده میشوند (شکل 1). بافت غالب سنگهای آندزیتی و دیوریت، پورفیری با زمینه میکروگرانولار، پورفیری و گلومروپورفیری است (شکلهای 2- A، 2-B، 2- C). فراوانترین فنوکریست در این سنگها درشت بلورهای پلاژیوکلاز (الیگوکلاز- آندزین) هستند که معمولاً منطقهبندی داشته، بافت غربالی نشان میدهند. برخی درشت بلورهای پلاژیوکلاز به کانیهای رسی (شکل 2- D) و کربنات (شکل 2- E) دگرسان شدهاند.
شکل 2- تصاویر میکروسکوپی XPL از:A) پلاژیوکلاز(Plg)و هورنبلند(Hb)در آندزیت،B) فنوکریستهای درشتپلاژیوکلاز در دیوریت پورفیری، C) بافت گلومروپورفیری در آندزیت، D) دگرسانی پلاژیوکلاز به کانیهای رسی، E) کربناتی شدن پلاژیوکلاز، F) کانیهای پلاژیوکلازو کلینوپیروکسن (Cpx)در پیروکسن آندزیت، G) بلور الیوین (Ol)ایدنگزیتیشده و میکرولیتهای پلاژیوکلازدر آندزیتبازالتی (علایم اختصاری کانیها از کتابPichler، 1997). |
درشت بلورهای هورنبلند از نظر فراوانی در درجه دوم قرار دارند. بیوتیت، کلینوپیروکسن و بهندرت الیوین نیز بهصورت فنوکریست مشاهده میشوند. در حاشیه خارجی برخی از فنوکریستهای هورنبلند و بیوتیت، لایهای از اکسیدهای آهن جایگزین شده است. این مسأله به نبود تعادل این کانیها در شرایط نزدیک سطح زمین (فوگاسیته بالای اکسیژن) و افزایش درجه حرارت نسبت داده شده است (Ringwood, 1974; Middlemost, 1986; Rutherford et al., 2003). برخی نمونهها با افزایش فنوکریستهای کلینوپیروکسن به سمت پیروکسنآندزیت متمایل میشوند (شکل 2- F).در جنوبخاوری منطقه مورد مطالعه، واحد آندزیتبازالتی رخنمون دارد (شکل 2- G). این سنگها دارای بافت پورفیری میکرولیتی بوده، پلاژیوکلاز همراه مقادیر کمی پیروکسن و الیوین ایدینگزیتی شده، فنوکریستهای متداول آنها هستند. حضور آنکلاوهای آمفیبولیتی و متاپلیتی از ویژگیهای بارز مجموعه آندزیت، پیروکسنآندزیت و دیوریت پورفیری در منطقه است. آنکلاوهای آمفیبولیتی میتوانند قطعاتی جدا شده از بخشهای زیرین پوسته باشند که در ماگمای در حال صعود به دام افتادهاند. هورنبلند سبز و پلاژیوکلاز دو سازنده اصلی این آنکلاوها هستند (شکل 3- A).
آنکلاوهای متاپلیتی حاوی ذرات ریز کانیهای کوارتز، فلدسپار و بیوتیت هستند. به نظر میرسد این آنکلاوها قطعات کنده شده از رسوبات فلیش دگرگون شده هستند که در مسیر صعود ماگما قرار گرفتهاند (شکل 3- B).
ژئوشیمی
ده نمونه از بین سالمترین نمونهها برای آنالیز شیمیایی انتخاب شدهاند (جدول 1). بر اساس نتایج آنالیزهای شیمیایی، سنگهای مورد مطالعه در محدوده تراکیآندزیت، آندزیت و آندزیتبازالتی و در قلمرو ماگماهای سابآلکالن (Le Bas et al., 1986)قرار میگیرند (شکل 4). بر اساس نمودار AFM، برگرفته از Irvin و Baragar (1971) نمونهها در محدوده کالکآلکالن جای میگیرند (شکل 5). نمودار عناصر کمیاب بههنجار شده با کندریت Thompson (1982)، حاکی از آنومالی مثبت عناصر Th و K، و آنومالی منفی Ti و Nb است (شکل 6). نمودار عناصر خاکی کمیاب بههنجار شده با کندریت Nakamora (1974)، حاکی از غنیشدگی LREEها و تهیشدگی از عناصر HREE و نبود آنومالی منفی Eu است (شکل 7).
شکل 3- A) بافت میکروگرانولار در آنکلاو آمفیبولیتی (XPL)، B) آنکلاو متاپلیتی درون دیوریت پورفیری (XPL)
جدول 1- نتایج آنالیز شیمیایی عناصر اصلی و عناصر کمیاب واحدهای مختلف توده آتشفشانی و نیمه نفوذی گیوشاد
Sample No. |
F12 |
F20 |
F61 |
F68 |
F74 |
F79 |
F93 |
F147 |
F149 |
T6 |
(wt%) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SiO2 |
57.60 |
53.20 |
58.00 |
59.00 |
58.60 |
58.00 |
58.80 |
56.90 |
57.80 |
55.30 |
Al2O3 |
16.20 |
16.90 |
17.20 |
16.80 |
16.80 |
16.90 |
16.30 |
16.50 |
16.10 |
16.60 |
Fe2O3t |
6.31 |
7.60 |
7.73 |
6.88 |
6.17 |
6.07 |
6.17 |
6.56 |
6.75 |
7.25 |
CaO |
6.20 |
8.93 |
5.92 |
6.03 |
6.30 |
6.20 |
7.10 |
7.11 |
6.82 |
7.33 |
Na2O |
3.90 |
3.60 |
3.90 |
3.50 |
3.60 |
3.80 |
3.70 |
3.50 |
3.60 |
3.50 |
K2O |
2.61 |
1.75 |
2.74 |
2.80 |
2.72 |
2.76 |
3.77 |
3.85 |
3.72 |
1.55 |
MgO |
2.33 |
5.64 |
2.40 |
2.31 |
2.30 |
2.23 |
1.32 |
0.62 |
1.70 |
5.14 |
TiO2 |
0.55 |
0.64 |
0.58 |
0.55 |
0.56 |
0.55 |
0.66 |
0.65 |
0.64 |
0.76 |
MnO |
0.14 |
0.13 |
0.16 |
0.15 |
0.15 |
0.14 |
0.11 |
0.12 |
0.17 |
0.13 |
P2O5 |
0.30 |
0.19 |
0.31 |
0.29 |
0.29 |
0.31 |
0.36 |
0.36 |
0.34 |
0.27 |
L.O.I |
4.40 |
2.96 |
2.42 |
2.53 |
2.59 |
2.58 |
2.41 |
4.09 |
3.32 |
1.36 |
Total |
100.5 |
101.6 |
101.4 |
100.8 |
100.1 |
99.6 |
100.7 |
100.3 |
100.9 |
99.3 |
Mg# |
49.40 |
64.65 |
43.80 |
45.97 |
50.00 |
49.59 |
37.08 |
20.08 |
39.62 |
64.97 |
(ppm) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rb |
68 |
39.8 |
75.8 |
77.4 |
72.2 |
71.4 |
110 |
116 |
109 |
41.2 |
Sr |
730 |
670 |
750 |
710 |
760 |
730 |
810 |
770 |
810 |
480 |
Y |
16.9 |
14.2 |
17.5 |
16.8 |
16.9 |
16.3 |
18.2 |
17.9 |
17.5 |
0.5> |
Zr |
110 |
70 |
120 |
110 |
110 |
110 |
140 |
140 |
130 |
110 |
Nb |
5 |
2 |
6 |
6 |
6 |
5 |
7 |
7 |
6 |
6 |
Cs |
3.9 |
0.7 |
2.3 |
3.7 |
1.7 |
1.7 |
11.9 |
14.7 |
13.1 |
2.1 |
Ba |
760 |
530 |
780 |
770 |
770 |
730 |
820 |
820 |
800 |
410 |
La |
21.5 |
11.5 |
25.4 |
24.2 |
24.9 |
24.1 |
25 |
23.8 |
22.8 |
17.1 |
Ce |
41.8 |
22.2 |
46.4 |
45.7 |
44.9 |
44.7 |
48.4 |
45.8 |
44.5 |
33.1 |
Pr |
4.73 |
2.75 |
5.18 |
5.15 |
5 |
4.95 |
5.45 |
5.30 |
5.20 |
3.77 |
Nd |
19.2 |
12.2 |
21.2 |
20.6 |
20.0 |
19.9 |
22.6 |
22.4 |
21.5 |
15.6 |
Sm |
3.5 |
2.5 |
3.7 |
3.4 |
3.4 |
3.4 |
3.6 |
4.0 |
3.7 |
3.0 |
Eu |
0.95 |
0.80 |
1.05 |
1.01 |
0.99 |
0.99 |
1.08 |
1.04 |
1.01 |
0.97 |
Tb |
0.45 |
0.41 |
0.46 |
0.47 |
0.45 |
0.45 |
0.52 |
0.49 |
0.49 |
0.47 |
Dy |
2.76 |
2.62 |
3.12 |
2.86 |
2.92 |
2.91 |
3.17 |
3.02 |
3.06 |
2.94 |
Ho |
0.59 |
0.52 |
0.58 |
0.61 |
0.59 |
0.55 |
0.61 |
0.58 |
0.66 |
0.54 |
Er |
1.69 |
1.55 |
1.84 |
1.76 |
1.75 |
1.72 |
1.93 |
1.83 |
1.84 |
1.69 |
Tm |
0.24 |
0.23 |
0.26 |
0.24 |
0.25 |
0.25 |
0.27 |
0.26 |
0.27 |
0.25 |
Yb |
1.7 |
1.5 |
1.9 |
1.9 |
1.7 |
1.7 |
1.8 |
1.8 |
1.8 |
1.7 |
Lu |
0.25 |
0.19 |
0.27 |
0.24 |
0.25 |
0.23 |
0.26 |
0.23 |
0.26 |
0.22 |
Th |
7.4 |
3.4 |
7.7 |
7.8 |
7.6 |
7.2 |
10.5 |
10.4 |
10.2 |
6.2 |
U |
1.55 |
1.07 |
1.70 |
1.62 |
1.65 |
1.65 |
2.64 |
2.10 |
2.59 |
2.38 |
شکل 4- سنگهای مورد مطالعه منطقه گیوشاد در محدوده تراکی آندزیت، آندزیت و آندزیت بازالتی (Le Bas et al., 1986) قرار گرفتهاند.
شکل 5- نمونههای مورد مطالعه بر روی نمودار AFM (Irvin and Baragar, 1971) در محدوده کالکآلکالن قرار میگیرند.
شکل 6- الگوی بههنجار شده عناصر جزئی نسبت به کندریت Thompson (1982) در سنگهای منطقه گیوشاد
شکل 7- الگوی بههنجار شده عناصر نادر خاکی نسبت به کندریت Nakamora (1974) در سنگهای منطقه گیوشاد
بحث
همه نمونههای مورد مطالعه در منطقه گیوشاد در محدوده سنگهای حد واسط کالکآلکالن قرار گرفتهاند. مجزا شدن دو نمونه از سایر نمونهها در شکلهای 4 و 5 این ذهنیت را ممکن است ایجاد نماید که با دو دسته سنگ متفاوت روبرو هستیم اما الگوی پراکندگی فراوانی عناصر نادر خاکی همه نمونههای سنگی آتشفشانی و نیمهنفوذی منطقه با هم موازی است (شکل 7) که میتواند بیانگر از هم ﻣﻨﺸﺄ بودن این سنگها باشد. تفاوت فراوانی عناصر ناسازگار در نمونههای آندزیبازالتی (نمونههای F20 و F6 در جدول 1) و محل قرارگیری آنها بر روی نمودار AFM حاکی از روند تکاملی این سنگها از یک ماگماست. با توجه به وجود زینولیتهای متاپلیتی در سنگهای منطقه، همراه با مقادیر بالای La/Nb (Reichew et al., 2004)، در حدود 2-6 و افزایش میزان Ba، K و Rb احتمالاً این سنگها تحتﺗﺄثیر پدیده آلایش پوستهای قراد گرفتهاند (Keskin et al., 1998).
با استفاده از نمودار فراوانی Y در برابر Zr (Muller and Grove, 1992)، نمونههای منطقه مورد مطالعه در محدوده قوس آتشفشانی قرار میگیرند (شکل 9). میانگین نسبت Zr/Nb در این سنگها (حدود 12)، نسبت بالای Ba/Nb (>28) و آنومالی منفی عناصر با قدرت میدان بالا (HFSE) از جمله Nb و Ti نیز نشاندهنده ماگماتیسم مرتبط با فرورانش (Gill, 1981; Sommer et al., 2006; Gill, 2010) است. غنیشدگی از LREEها، تهیشدگی از HREE یکی دیگر از ویژگیهای بارز سنگهای مناطق فرورانش است (Gill, 2010; Hughes, 1982; Pearce, 1983; Winter, 2001; Wilson, 2007) که در نمونههای مورد مطالعه مشاهده میشود (شکل 7). با توجه به بالا بودن مقدار SiO2 (میانگین 32/57 درصد)، Al2O3 (میانگین 56/16 درصد) و Sr (میانگین ppm722)، همراه با پایین بودن مقدار Yb (میانگین ppm75/1) و Y (میانگین ppm2/15) و نبود آنومالی منفی Eu،گرایش این مجموعه به سمت ماگماهای آداکیتی (Kay, 1978; Defant and Drummond, 1990; Kay and Kay, 1993; Wolf et al., 1994; Kelemen, 1995; Shen et al., 2003; Martin et al., 2005; Richard and Kerrich, 2007; Ghadami et al., 2008) را آشکار میکند (شکل 10). علیرغم آنکه بیش از سه دهه از زمان مطرح شدن آندزیتهای غنی از منیزیم غیر عادی جزیره آداک (Kay, 1978) و معرفی آداکیتها میگذرد اما هنوز توافق جمعی بر روی ویژگیهای ژئوشیمیایی این سنگها وجود ندارد. یکی از این موارد اختلاف نظر مقدار MgO و عدد منیزیم است که در باورهای اولیه از آداکیتها مقدار بالای MgO و عدد منیزیم مطرح شد (Kay, 1978)، در حالیکه بعداً مقدار MgO<3 و Mg#≈0.5 مورد توافق قرار گرفته است (Martin et al., 2005; Richard and Kerrich, 2007).
شکل 9- نمونههای مورد مطالعه نمودار فراوانی Y در برابر Zr (Muller and Grove, 1992) در میدان مرتبط با کمان قرار میگیرند.
شکل 10- نمونههای مورد مطالعه در نمودار Sr/Y در مقابل Y (Defant and Drummond, 1990) در مرز جدا کننده سنگهای کالکآلکالن معمولی از آداکیت قرار گرفتهاند.
سنگهای منطقه مورد مطالعه نیز دارای عدد منیزیم بالایی نیستند (جدول 1). این ویژگی در سنگهای نیمه نفوذی منطقه رچ در شمالباختر منطقه مورد مطالعه نیز گزارش شده است (زرینکوب و همکاران، 1389). ماگماتیسم آداکیتی مرتبط با ذوببخشی سنگکره اقیانوسی فرورونده در زونهای فرورانش دانسته شده است (Richard and Kerrich, 2007) اما برای رخداد ذوببخشی سنگکره اقیانوسی فرورونده و ایجاد ماگمای آداکیتی شرایط مختلفی مطرح شده است که عبارتند از: فرورانش لیتوسفر داغ و جوان (Defant and Drummond, 1990; Martin, 1999; Qu et al., 2004, Jahangiri, 2007)، افزایش غیرعادی گرمای قطعه فرورونده، به هنگام فرورانش کمعمق (Shallow depths) یا توقف فرورانش (Stalled subduction) (Gutscher et al., 2000 Peacock et al., 1994)، جدایش قطعه (Slab detachment) بهدنبال برخورد (Gao et al., 2007; König et al., 2007)، فرورانش پشته (Kay et al., 1993; Guivel et al., 2003)، فرورانش شدیداً مایل (Yogodzinski et al., 1995)، بروز پنجرههایی در قطعه فرورونده (Slab windows) (Yogodzinski et al., 2001; Thorkelson and Breitsprecher, 2005). ذوببخشی متابازالتها، ترکیبهای حد واسط تا فلسیک خواهد داشت و اگر این ذوببخشی در اعماق زیر مرز شیست آبی- اکلوژیت، جاییکه گارنت پایدار است، رخ دهد دارای ویژگیهایی از جمله تهیشدگی از HREE و Y و غنیشدگی از Sr خواهد بود (Richard and Kerrich, 2007).
با توافق درباره وجود یک حوضه اقیانوسی در خاور ایران (Tirrul et al.,1983; Zarrinkoub et al., 2010) و بسته شدن آن در 86 میلیون سال پیش (زرینکوب و همکاران، 1390)، و نیز با توجه ویژگیهای ژئوشیمیایی سنگهای مورد مطالعه و جوان بودن آنها (زرینکوب و همکاران، 1389)، بنابراین، ماگماتیسم مورد نظر میتواند یک فرآیند پس برخوردی مرتبط با فرآیند فرورانش (Haschke et al., 2005)، ناشی از دگرگونی پوسته زیرین و جدایش این بخش از پوسته و فرورفتن در استنوسفر باشد.
نتیجهگیری
سنگهای آتشفشانی و نیمه نفوذی منطقه گیوشاد شامل تراکی آندزیت، آندزیت، آندزیت بازالتی و دیوریت پورفیری با ویژگی کالکآلکالن هستند. بالا بودن نسبتهای LREE/HREE، مقدار SiO2، Al2O3 و Sr، همراه با پایین بودن مقدار Yb و Y و نبود آنومالی منفی Eu، گرایش این مجموعه را به سمت ماگماهای آداکیتی نشان میدهند. این ماگما میتواند از یک خاستگاه غنی از گارنت حاصل از دگرگونی پوسته تحتانی و جدایش این بخش از پوسته و فرورفتن در استنوسفر در خاور ایران ﻣﻨﺸﺄ گرفته باشد. پدیده آلایش پوستهای این سنگها با وجود زینولیتهای متاپلیتی، مقادیر بالای La/Nb و غنیشدگی Rb، K و Ba محتمل است.