Document Type : Original Article
Authors
اصفهان- سه راه سیمین- کوچه جنب اداره مالیات- مجتمع شهاب- واحد 3- آیتی
Abstract
Keywords
مقدمه
کمربند ماگمایی ارومیه- دختر به‌علت اینکه در اثر تحولات ناشی از بسته شدن اقیانوس آلپی نئوتتیس حاصل شده و یا به‌عبارتی حاصل هضم پوسته اقیانوسی نئوتتیس از طریق فرورانش به زیر پوسته قاره‌ای است، مانند دیگر کمان‌های ماگمایی حاشیه قاره مانند آند (آمریکای جنوبی) و کردیلرا (آمریکای شمالی)، میزبان کانسارهای مس پورفیری به‌همراه دیگر کانسارهای وابسته (همچون طلا و مولیبدن) به این خاستگاه ژئودینامیکی است. بیش‌ترین کانسارهای مس پورفیری ایران مانند مس سرچشمه، میدوک و سونگون هم در این کمربند قرار دارند (Amidi, 1975; Forster, 1978). احتمال بالای پیدایش کانسارهای مس پورفیری در رابطه با پهنه فرورانش اقیانوس نئوتتیس و کمربند ماگمایی ارومیه- دختر ضرورت پی‌جویی و اکتشاف این نوع کانسار را در ایران توجیه می‌نماید. محدوده مورد بررسی عمدتاً از توده‌های نفوذی تا نیمه‌آتشفشانی با ترکیب حدواسط تا اسیدی تشکیل شده است. با تأثیر محلول‌های گرمابی، انواع دگرسانی (پتاسیک، فیلیک، پروپیلیتیک و به‌صورت محلی آرژیلیک) و به‌همراه آن کانه‌زایی مس و طلا در این مجموعه دیده می‌شود. نتایج آنالیز شیمیایی در بیشتر نمونه‌ها، تمرکز بالایی تا حد بیش از 75/0 درصد مس و حدود 2/1 گرم در تن طلا را نشان می‌دهد (آیتی و همکاران، 1387). این پژوهش به مطالعه سیالات درگیر و بررسی کانه‌نگاری به‌منظور بررسی شرایط تشکیل کانسار در محدوده مورد مطالعه می‌پردازد.
زمین‌شناسی منطقه
محدوده دالی در60 کیلومتری شمال‌شرق شهرستان اراک و از نظر ژئودینامیکی در نوار ماگمایی ارومیه- دختر و در جنوب‌غربی ورقه 250000/1 قم (امامی، 1371) در محدوده جغرافیایی 15َ 50ْ تا 30َ 50َْ طول‌های شرقی و 14َ 34ْ تا 30َ 34ْ عرض‌های شمالی واقع شده است. توده‌های کانه‌زایی شده در یک امتداد 55 درجه شمال‌شرقی به طول 3 تا 4 کیلومتر، در داخل یک پهنه گسله به عرض 1 تا 2 کیلومتر قرار دارند و به مرکز یک استراتوولکان متشکل از آندزیت- آذرآواری‌های آندزیتی (میوسن- پلیوسن) نفوذ کرده‌اند. رخنمون‌های اطراف نفوذی‌های کانی‌سازی شده، سنگ‌های آذرآواری و گدازه‌های هورنبلند- آندزیت با دگرسانی پروپیلیتیک هستند (شکل 1). پهنه کانی‌سازی شده اصلی (توده جنوبی)، با ترکیب هورنبلند- دیوریت پورفیروئید و به شکل یک توده مخروطی برونزد دارد. این توده در بررسی‌های سطحی به‌وسیله دگرسانی پتاسیک، دگرسانی فیلیک و همراه با رگه‌ها و استوک ورک‌های شدیداً سیلیسی مشخص می‌شود (شکل 2). وجود استوک ورک‌های با تراکم بالای کوارتز- مگنتیت در نمونه‌های سطحی و مغزه‌های حفاری دلیلی بر تأثیر شدید محلول‌های گرمابی در سیستم دگرسانی منطقه است (شکل 3). تراکم رگه‌ها و استوک ورک‌ها (کوارتز، مگنتیت و اکسید آهن) بسیار بالاست و به 10 تا بیش از 50 رگه در متر می‌رسد. بعضی از پهنه‌های رگه‌ای به‌قدری در هم‌آمیخته‌اند که باعث تشکیل رگه‌هایی با 5/2 تا 4 متر عرض شده است. سه مرحله تشکیل این رگچه‌ها عبارتند از: رگچه‌های میلی‌متری مگنتیت، رگچه‌های کوارتز- مگنتیت- سولفید (با پهنای 1 تا 3 سانتی‌متر) و رگچه‌های کوارتز- اسپکولاریت- سولفیدی. مگنتیت در پهنه پتاسیک غالب بوده و به بیش از 5 درصد حجمی می‌رسد، در حالی‌که میزان اسپکولاریت به حدود 10 درصد حجمی می‌رسد. آثار کانی مالاکیت، آزوریت و کریزوکولا در رخنمون‌ها مشاهده می‌شود و مقدار آن به بیش از 2 درصد حجمی کانسنگ می‌رسد. در حدود 7/1 کیلومتر به سمت شمال‌شرق، توده نفوذی دیگری به نام پورفیری مرکزی قرار دارد. این توده با دگرسانی پتاسیک و پروپیلیتیک، هسته‌ای از هورنبلند- بیوتیت تونالیت پورفیروئید دارد که به درون آندزیت‌های میزبان نفوذ کرده است (Ayati et al., 2008). در حدود 2/1 کیلومتر به سمت شمال‌شرق، منطقه کانی‌سازی شمالی با دگرسانی فیلیک در حدود 100 متر در 50 متر دیده می‌شودکه فقیر از مس و تا حدودی غنی از طلاست.
شکل 1- نقشه زمین‌شناسی و آلتراسیون منطقه به‌همراه مکان‌های اصلی کانی‌زایی (توده‌های جنوبی و مرکزی) (داده‌ها منتشر نشده است).
|
شکل 2- پهنه کانی‌سازی شده اصلی (توده جنوبی) |
شکل 3- استوک ورک‌های کوارتز- مگنتیت در توده جنوبی |
بر پایه مطالعات زمین‌شناسی و زمین‌شیمیایی، فرضیه سیستم کانی‌سازی مس پورفیری غنی از طلا در منطقه بیش از پیش تقویت شد. وجود نفوذی‌های پورفیری فلسیک با ترکیب دیوریتی تا تونالیتی، دگرسانی‌های گرمابی از نوع پتاسیک، فیلیک و پروپیلیتیک، حضور فراوان رگه‌ها و استوک ورک‌های کوارتز- مگنتیت، حضور اکسیدهای آهن، مشاهده کانی کالکوپیریت به‌صورت پراکنده در مغزه‌های حفاری، عیار بالا و همبستگی معنی‌دار و مثبت دو عنصر مس و طلا از جمله دلایل این پیشنهاد هستند (آیتی و همکاران، 1387).
نتایج بررسی‌های سیالات درگیر نیز این موضوع را تأیید می‌نماید. پهنه دگرسانی پتاسیک در منطقه اکتشافی مورد بررسی توسط حضور بیوتیت ثانویه (شکل 4)، فلدسپار پتاسیم ثانویه، مگنتیت، کوارتز، کالکوپیریت و پیریت و پهنه دگرسانی فیلیک توسط حضور کوارتز، سریسیت و پیریت مشخص می‌شود. از آنجا که این مجموعه کانی‌ها به‌عنوان کانی‌های فرعی با مجموعه پتاسیک نیز رخ می‌دهد، شاخص پهنه فیلیک، وجود این کانی‌ها بدون حضور فلدسپار پتاسیم است. این دگرسانی گاهی با دگرسانی سیلیسی‌شدن و در مواردی آرژیلیکی‌شدن همراه است. پهنه دگرسانی آرژیلیک در منطقه به‌صورت پراکنده و محلی در داخل سایر دگرسانی‌ها و در مجاورت رگه‌ها و درزه‌ها در رخنمون‌های سطحی مشاهده می‌شود. نمود این دگرسانی کم و بیش به‌صورت رسی‌شدن سنگ‌های میزبان و نیز توسط حضور کائولینیت مشخص می‌شود. دگرسانی پروپیلیتیک به‌صورت هاله سبزرنگی در خارجی‌ترین بخش کانسار مشاهده می‌شود و مجموعه کانی‌های آن شامل کلریت، اپیدوت و کلسیت است.
|
شکل 4- تشکیل بیوتیت ثانویه به خرج آمفیبول (پهنه آلتراسیون پتاسیک) |
|
روش انجام پژوهش
به‌منظور بررسی انواع کانه‌ها، حدود 15 مقطع صیقلی (مربوط به نمونه‌های سطحی و مغزه‌های حفاری) در دانشگاه بروکسل بررسی و آنالیز میکروسکوپ الکترونی (SEM) و EDX (Energy dispersive X-Ray) شدند. لازمه هرگونه مطالعه بر روی سیالات درگیر، نمونه‌برداری صحیح و آماده‌سازی مقاطع خوب و قابل استفاده در مطالعات میکرومتری است. نمونه‌برداری در منطقه مورد مطالعه با توجه به گسترش خوب استوکورکهای سیلیسی، از این رگه‌ها انجام شد. برای مطالعه سیالات درگیر در مجموع 20 مقطع دو بر صیقل از نمونه‌های کوارتز (استوکورکهای حاوی کانه‌زایی) مربوط به تپه‌های جنوبی و مرکزی تهیه شد. مراحل تهیه مقاطع دو بر صیقل به‌طور خلاصه شامل پر کردن خلل و فرج مقطع بریده شده توسط چسب، بریدن مقطع، صیقل دادن آن از دو طرف و آزاد کردن مقطع از روی لام به‌کمک استن است. در تمامی این مراحل نباید به مقطع حرارت و همچنین فشار بالایی وارد شود. در این مطالعه سعی شد نمونه‌ها تا ضخامت 200 میکرون نازک شوند. مطالعات پتروگرافی ابتدا توسط میکروسکوپ معمولی و سپس با شکستن نمونه به ابعاد 4 تا 5 میلی‌متر، به‌وسیله دستگاه مطالعه سیالات درگیر از نوع Linkam مدل HF-S90 با کنترل حرارتی TMS92 و سیستم نمایش همزمان متصل به کامپیوتر در گروه زمین‌شناسی دانشگاه اصفهان انجام شد.
کانه‌نگاری
پهنه‌ها و کانی‌های تشخیص داده شده در منطقه کانه‌زایی شده مورد بررسی با توجه به گمانه‌های حفاری شده و بررسی مقاطع در پهنه اکسید، سوپرژن و هیپوژن به شرح زیر هستند: پهنه اکسید با مجموعه کانی‌هایی همچون هماتیت، گوئتیت، ژاروسیت، مالاکیت و آزوریت، پهنه سوپرژن با مجموعه کانی‌هایی همچون کالکوسیت، کالکوپیریت، کوولیت و پیریت و پهنه هیپوژن با کانی‌هایی همچون بورنیت، کالکوپیریت، پیریت و مگنتیت مشخص می‌شوند (جدول 1). پیریت با حفظ شکل بلوری خود و یا به‌صورت پرکننده رگچه‌ها و همجوار با رگچه‌های کوارتز در یال شمال- شمال‌غربی توده کانی‌سازی شده جنوبی و نیز در توده‌های مرکزی به میزان فراوان‌تر نسبت به توده جنوبی یافت می‌شود. کالکوپیریت به‌صورت ریزدانه و بی‌شکل، پرکننده رگچه‌هاست. همچنین دارای هم‌رشدی با پیریت بوده و گاهی به‌صورت ادخال در این کانی مشاهده می‌شود. کالکوسیت با رنگ خاکستری سفید متمایل به آبی و به‌صورت مجموعه چندین بلوری بدون شکل و پرکننده رگه‌ها حضور دارد. در مقاطع مورد مطالعه، کالکوسیت و کوولیت اکثراً به‌صورت جایگزین کالکوپیریت (محصولات دگرسانی کالکوپیریت) مشاهده می‌شوند و پوشش‌های نازکی را در طول شکاف‌ها یا روی این کانی تشکیل می‌دهند. در مقاطع صیقلی، خصوصاً نمونه‌های مربوط به تپه جنوبی، مگنتیت به‌عنوان کانی فلزی غالب شناخته شد. مگنتیت به‌صورت ریزدانه و ایدیومورف بوده و حاوی ادخال‌هایی از سولفیدها (عمدتاً کالکوپیریت و پیریت) است. در این مقاطع پدیده مارتیتی شدن به‌صورت ضعیف تا شدید مشهود است. بلورهای مگنتیت گاه بی‌شکل بوده که به‌علت تأثیر محلول‌های گرمابی و رخداد فرآیند جوشش، با بافت برشی یا کاتاکلاستیک بسیار زیبایی نمایان است (شکل 5). در منطقه کانه‌زایی شده مورد بررسی، همچون دیگر کانسارهای مس پورفیری، مگنتیت اولیه در شرایط هیپوژن تشکیل می‌شود و اکسیدهای آهن همچون هماتیت و گوئتیت که به محیط اکسیدان‌تری نیاز دارند، در پهنه اکسیدان و پهنه سوپرژن تشکیل می‌شوند.
جدول 1- روابط پاراژنتیکی کانه‌های پهنه‌های مختلف در منطقه کانه‌زایی شده دالی
گوئتیت از دیگر کانی‌های مشاهده شده در مقاطع صیقلی است که می‌تواند در نتیجه دگرسانی حرارت پایین هماتیت تشکیل شود. گوئتیت معمولاً اولین کانی دارای آهن فریک است که طی هوازدگی کانی‌های سولفیدی آهن تشکیل می‌شود (Alpers and Brimhall, 1989). کانی‌های کالکوپیریت، پیریت، کالکوسیت و بورنیت از دیگر کانی‌های فلزی مشاهده شده در مقاطع است که گاه حاوی ادخال‌هایی از بیسموت، پلاتین و نقره هستند. از طرفی کالکوپیریت حاوی ادخالی از Pt-Pd-Te است که به‌عنوان کانی مرنسکیت (Merenskyite) ((Pd,Pt)Te2) توسط آنالیز SEM در دانشگاه بروکسل شناسایی و برای نخستین بار در این کانسار گزارش می‌شود. فرمول شیمیایی محاسبه شده این کانی Te2.076 (Pd0.74Pt0.185) با نسبت عناصر استوکیومتری آن مطابقت می‌کند (شکل 6 تا 10 و جدول 2).
|
شکل 5- بافت کاتاکلاستیک در مگنتیت |
شکل 6- ادخال گالن، بورنیت و تلورید نقره داخل پیریت (زمینه اکسید آهن) |
|
شکل 7- جایگزینی پیریت توسط کالکوپیریت و حضور ادخال تلورید نقره در پیریت |
شکل 8- ادخال بیسموت (Bi)- نقره (Ag) به همراه کالکوپیریت (پرکننده حفره) در زمینه پیریت |
|
شکل 9- الف و ب) تصاویر SEM تهیه شده از کانی مرنسکیت (Me) در زمینه کالکوپیریت |
|
شکل 10- نمودار آنالیز کیفی از ادخال مرنسکیت در زمینه کالکوپیریت (آنالیز SEM)
جدول 2- نتایج آنالیز EDX از کالکوپیریت و ادخال کانی مرنسکیت در داخل آن
|
Cpy |
Inclusion |
Elements |
||
|
Wt % |
Atomic % |
Wt % |
Atomic % |
|
|
0.0 |
0.0 |
69.78 |
60.92 |
Te |
|
42.61 |
58.09 |
- |
- |
S |
|
0.0 |
0.0 |
20.73 |
21.85 |
Pd |
|
0.48 |
0.11 |
9.49 |
5.44 |
Pt |
|
28.15 |
22.03 |
- |
- |
Fe |
|
28.75 |
19.77 |
- |
- |
Cu |
از جمله کانسارهای مس پورفیری که کانی مرنسکیت از آن‌ها گزارش شده است می‌توان به کانسار مس- مولیبدن پورفیری روسیه (Berzina et al., 2007) و منگولیا (Vitaliy et al., 2001) اشاره نمود. نهشته‌های مس پورفیری غنی از طلا در محیط‌های جزایر قوسی در مقایسه با نهشته‌های محیط‌های حاشیه قاره‌ای دارای میزان بالاتری از Pt+Pd هستند (Tarkian et al.,1999). شایان ذکر است که نوع ماگما، سن زمین‌شناسی و ترکیب شیمیایی بر روی میزان این عناصر تأثیری ندارد (Tarkian et al., 1999). کانی‌های گروه پلاتین در نهشته‌های مس پورفیری در تعداد محدودی از کانسارها گزارش شده است. این کانی‌ها (اساساً مرنسکیت بدون بیسموت، گاهی اوقات محلول‌های جامد مرنسکیت- مونشئیت) به‌صورت انکلوزیون در کالکوپیریت، بورنیت و به‌ندرت در پیریت، در کانسارهایی همچون اسکوری (یونان)، سانتو توماس و بیگا (فیلیپین)، بوشچکول (قزاقستان)، الاسیت (بلغارستان) یافت شده‌اند (Berzina et al., 2007). با توجه به مطالعات تجربی، میزان زیادی از Pd و Pt توسط کمپلکس‌های کلریدی و توسط محلول‌های گرمابی در شرایط بالای فوگاسیته اکسیژن
(log fO2>-25) و یا شرایط اسیدی (pH<2) در حرارت 300 تا 500 درجه‌سانتیگراد حمل می‌شوند (Gammons et al., 1992). کانی‌های اصلی هیپوژن در منطقه شامل پیریت، کالکوپیریت و بورنیت است. کالکوپیریت و پیریت به‌صورت پراکنده و یا پرکننده رگچه‌ها مشاهده می‌شوند. بورنیت می‌تواند با کالکوپیریت و کالکوسیت به شکل‌های مختلف هم‌رشدی داشته باشد و یا جانشین کالکوپیریت شود (شکل 11). خارج شدن آهن طی هوازدگی سوپرژن، افزایش غلظت مس از سطح به سمت پایین در اثر فرآیند شستشو و کاهش فوگاسیته سولفور باعث دگرسانی و تبدیل کالکوپیریت و بورنیت به کالکوسیت می‌شود که با رنگ خاکستری آبی، باقی‌مانده‌های کالکوپیریت را احاطه می‌کند (شکل 12)، در حقیقت کالکوپیریت توسط کانی‌های ثانوی مس مانند کالکوسیت جایگزین می‌شود. سرد شدن، اختلاط سیالات، جوشش و واکنش سیال- سنگ نقش مهمی در رسوب کالکوپیریت و مس از سیالات گرمابی دارد. علاوه بر این، رقیق‌شدگی سیالات کانه‌زای شور نیز باعث رسوب مس از سیالات می‌شود (Ulrich et al., 2002). کالکوپیریت می‌تواند جایگزین پیریت (شکل 7)، پیروتیت و اسفالریت شود و خود توسط هماتیت، مگنتیت به همراه تشکیل بورنیت یا کالکوسیت جایگزین شود (شکل‌های 11 و 12). در اکثر موارد، کالکوپیریت یک کانی اولیه و هیپوژن است. در فرآیند سوپرژن و نیز در پهنه اکسیدان، هماتیت جانشین کالکوپیریت می‌شود. اکسیداسیون کالکوپیریت بستگی به شرایط محیط دارد. در بعضی موارد، هوازدگی، مستقیماً توسط ایجاد لیمونیت مشخص می‌شود. با وجود این، معمولاً یک لایه بسیار نازک از کالکوسیت یا کوولیت در ابتدا تشکیل می‌شود (شکل 13). در طول این فرآیند، قسمت اصلی مس از کالکوپیریت خارج شده و در سطح یا زیر سطح ایستابی دوباره رسوب می‌کند. قسمتی از مس هم در قسمتی از کانسار که حاوی کربنات باشد (پهنه گوسان با گسترش محدود در منطقه مورد بررسی) به‌صورت مالاکیت و یا دیگر کانی‌هایی از این قبیل، باقی می‌ماند. در کل می‌توان گفت که کانی‌های غنی از مس، از کانی‌های فقیر از مس به‌صورت توالی زیر تشکیل می‌شوند:
کالکوپیریت بورنیت کوولیت کالکوسیت
دو عضو میانی (بورنیت و کوولیت) اغلب اوقات، غایب هستند. گاهی اوقات و در مواقعی که آب و محلول‌های مورد نیاز برای این واکنش‌ها، غنی از آهن و فقیر از مس باشند، حالت عکس رخ می‌دهد. تحت این شرایط، برای مثال می‌توان پوسته‌هایی از کالکوپیریت را در شکستگی‌های موجود در بورنیت مشاهده کرد یا گاهی اوقات، پوسته‌هایی از کالکوپیریت بر روی کوولیت دیده می‌شود. مطالعات مختلف بر روی نهشته معدنی مورد بررسی مشخص نمود که این نهشته حامل طلا است (آیتی و همکاران، 1387). به‌منظور تشخیص دقیق‌تر طلای آزاد در مقاطع، از آنالیز میکروسکوپ الکترونی استفاده شد که حضور این عنصر را تأیید نمود. این بررسی‌ها نشان داد که اکثر کانی‌سازی مس در پهنه پتاسیک و کانی‌سازی طلا نیز در فاز همراه با دگرسانی پتاسیک و در مرحله بعدی همراه با استوک ورک‌های سیلیسی مربوط به این پهنه صورت گرفته است (آیتی و همکاران، 1387). در اکثر سیستم‌های مس پورفیری، طلا ارتباط نزدیکی با مس دارد و در اغلب اوقات در طول مراحل اولیه دگرسانی و کانه‌زایی، همراه مس است. بالاترین میزان مس و طلا معمولاً در قسمت مرکزی نهشته‌ها (پهنه پتاسیک) رخ می‌دهد. میزان طلا در سیالات کانسار ساز حرارت بالا، به‌علت قابلیت انحلال پذیری بالاتر آن، بیشتر است. در نهشته مورد بررسی همچون دیگر نهشته‌های مس پورفیری، طلا به‌صورت ادخال در سولفیدهای مس- آهن- سولفور و همچنین درون باطله سیلیسی مشاهده می‌شود (شکل‌های 14 تا 18).
مطالعه سیالات درگیر
مطالعه سیالات درگیر، ما را در بیان حقایقی از مراحل تشکیل نهشته‌های معدنی یاری می‌نماید (Roedder, 1984). مطالعه سیالات درگیر اولیه ثابت کرده است که بهترین وسیله تعیین دمای نهشته است. نبود رخ، شفافیت کانی و توانایی تبلور مجدد آسان، کانی کوارتز را به یک میزبان مناسب برای سیالات درگیر تبدیل کرده است (Walshe and Hobbs, 1999). بنابراین بررسی‌های ریزدماسنجی بر روی سیالات درگیر موجود در 20 مقطع دو بر صیقل کوارتز مربوط به رگه‌ها و استوک ورک‌های مرتبط با کانه‌زایی منطقه انجام شد.
|
شکل 11- اکسولوشن تیغه‌های کالکوپیریت در بورنیت |
شکل 12- جانشینی کالکوپیریت توسط کالکوسیت (Cc) در پهنه غنی‌سازی ثانویه (شرایط هوازدگی سوپرژن)
|
شکل 13- جایگزین شدن کالکوپیریت توسط کولیت |
|
شکل 14- حضور طلا در زمینه سیلیسی (تصویر (SEM |
شکل 15- حضور ادخال طلا در کالکوپیریت در زمینه‌ای از اکسید آهن درون رگه سیلیسی |
شکل 17- حضور طلا به‌صورت ادخال در باطله سیلیسی
|
|
|
||
|
شکل 16- الف و ب) ادخال طلا درون اکسید آهن در زمینه سیلیسی |
||
|
|
||
|
شکل 18- الف و ب) همیافتی پیریت و کالکوپیریت (جایگزینی پیریت توسط کالکوپیریت) و حضور ادخال‌هایی از طلا، نقره و گالن درون کالکوپیریت |
||
بررسی ویژگی‌های سیالات درگیر در محدوده مورد مطالعه
در نمونه‌های مورد مطالعه اندازه سیالات درگیر بین حدود 5 تا 10 میکرون متغیر است. بزرگ‌ترین سیالات درگیر از نوع سه فازی (جامد- مایع- گاز) هستند اما از فراوانی کمتری نسبت به سیالات درگیر دو فازی برخوردارند. با بررسی‌های میکروسکوپی مشخص شد که فراوان‌ترین سیالات سه فازی منطبق بر بزرگ‌ترین اندازه‌های سیالات (5 تا 10 میکرون) و فراوان‌ترین سیالات دو فازی منطبق با کوچک‌ترین اندازه‌های سیالات (در حد 5 میکرون) هستند. در مطالعه اخیر، سیالات دو فازی بیشتر به شکل کروی، استوانه‌ای و نامنظم هستند. سیالات سه فازی بیشتر به شکل‌های چندضلعی، بیضوی و نامنظم دیده می‌شوند. در نمونه‌های مورد مطالعه، اکثر سیالات درگیر، دو فازی (غنی از مایع) و چند فازی همراه با بخار (مایع+بخار+هماتیت (شناسایی بر اساس خصوصیات ظاهری مانند رنگ و شکل) و هالیت) و گاهی تک فازی غنی ازگاز هستند. در نمونه‌های کوارتز مورد مطالعه انواع سیالات درگیر اولیه و منفرد و سیالات درگیر ثانویه دیده می‌شوند (شکل‌های 19 تا 24). نسبت فاز مایع به گاز در دو فازی‌ها متفاوت است. گاهی حباب گاز بسیار کوچک و گاهی اکثر حجم سیال درگیر را در برگرفته است که تشکیل این سیالات درگیر را در دمای بالا نشان می‌دهند. سیالات درگیر ثانویه اغلب ریز و به‌صورت ردیفی در یک امتداد (راستای صفحات شکستگی کوارتز) قرار دارند (شکل 24) و نسبت‌های فازی آن‌ها متفاوت است. سیالات درگیر اولیه رگه‌های کوارتز در مشاهدات میکروسکوپی، کامل‌تر، شکیل‌تر و نیز درشت‌تر از انواع ثانویه به نظر می‌آیند. از مطالعه بلورهای کوارتز در رگه‌های منطقه مورد مطالعه، سه نوع سیال درگیر شناسایی شده است.
1- سیالات درگیر نوع L+V: سیالات درگیر دو فازه (High vapour, High liquid)
2- سیالات درگیر نوع L+V+S: سیالات درگیر سه فازه
3- سیالات درگیر نوع L+V+S1+S2: سیالات درگیر چند فازه
مطالعات ریزدماسنجی
دماسنجی سیالات درگیر در مقیاس میکروسکوپی در بخش گرمایش انجام شد. در این مرحله با انتخاب سیالات نسبتاً بزرگ و قابل کار، مشخصات سیال مانند شکل، نوع سیال (اولیه یا ثانویه)، ترکیب فازی (جامد، مایع و گاز) بررسی شد و عکسبرداری در مواردی که امکان‌پذیر بود، انجام شد. سپس صورت پذیرفت. در مرحله مطالعه گرمایش سیالات درگیر، برای به‌دست آوردن دمای همگن‌شدن سیال درگیر، نمونه به‌قدری حرارت داده شد تا سیال همگن و یک‌دست شود. در نمونه‌های اندازه‌گیری شده، زمانی که حباب گاز ناپدید شد، دما را یادداشت کرده که این همان دمای همگن‌شدن (Th) است که با کمی اغماض همان درجه حرارت تشکیل کانی است (Roedder, 1984). تقریباً اکثر سیالات مورد مطالعه به فاز مایع همگن شدند. گاهی در هنگام حرارت دادن، حتی در آخرین حد ظرفیت حرارت‌دهی دستگاه، هیچ‌گونه تغییری درحجم حباب گاز به‌وجود نیامده و در درجه حرارت بالای 600 درجه‌سانتیگراد هم حباب‌ها ناپدید نشدند (جدول 3). در سیالات درگیر حاوی بلور دختر هالیت، در آغاز افزایش حرارت، این بلور شروع به گرد شدن می‌کند و این همزمان با کاهش حجم حباب است. در هنگام حرارت دادن، دو نوع همگن شدن (هموژنی‌زاسیون) رخ می دهد: 1- مایع بخش اعظم میان‌بار را فراگرفته و حباب گاز در خور توجه نیست. پس از گرما دادن، حجم مایع بیشتر می‌شود و حباب‌های گاز کوچک‌تر شده و در نهایت ناپدید می‌شود و تمام حجم درون سیال درگیر را مایع پر می‌کند. این پدیده را همگن‌شدن در فاز مایع می‌نامند، 2- در نوع دوم همگن‌شدن، حباب گاز بزرگ و بخش مایع کوچک هستند.
|
شکل 19- سیال درگیر اولیه (L>V>S) و ثانویه |
شکل 20- سیالات درگیر دو فازی غنی از مایع (L>V)
|
|
شکل 21- همجواری سیالات درگیر سه فازی (مایع+گاز+ نمک) و چندفازی (مایع، گاز، هماتیت (رنگ قرمز) با بلورهای درشتی از نمک)
|
شکل 22- سیالات درگیر دو فازی (L+V) و سه فازی (L+V+S) با حباب گاز بزرگ (V>L) (نشانه جوشش) |
|
شکل 23- بلور هماتیت در سیال سه فازی همراه حباب بزرگ گاز |
شکل 24- سیالات درگیر ثانویه ریز با نسبت‌های فازی متفاوت |
این نوع پدیده را همگن‌شدن در فاز گاز می‌نامند. در مطالعه نمونه‌های منطقه مورد بررسی حالت همگن‌شدن سیالات درگیر اکثراً به‌صورت مایع است. اکثر بلورهای دختر مشاهده شده شامل هالیت و هماتیت و گاهی سیلویت است. حضور بلورهای دختر با نمک‌گونگی بالا مانند هالیت (معمولی‌ترین بلور دختر) و کم و بیش سیلویت می‌تواند حاکی از حضور محلول‌های گرمابی غنی از کمپلکس‌های کلرید باشد که این کمپلکس‌ها باعث انتقال فلزات پایه می‌شوند (شکل 25). در نمونه‌هایی که شوری بالاتری دارند، اندازه بلور بزرگتر است. سیالات درگیر مورد مطالعه با توجه به حضور هالیت، شوری نسبتاً بالایی دارند (بالای 26 درصد وزنی نمک طعام) که جهت تشکیل کانسارهای اقتصادی مس پورفیری مهم هستند. محلول‌های گرمابی غنی از کلرورسدیم قادرند مس را از ماگما جدا کنند. برای سیالات درگیری که حاوی هالیت هستند، جهت تعیین شوری نیازی به روش انجماد و ذوب مجدد نیست، بلکه برای تعیین شوری می‌توان از دمای انحلال هالیت استفاده نمود (شکل 26 و جدول 4). در نمونه‌های مورد بررسی، متوسط شوری در نمونه‌های اندازه‌گیری شده 5/46 درصد وزنی نمک طعام است که بسیار بالا است. حداکثر شوری در سیالات 71 درصد است. مثال‌هایی از تعیین شوری سیال با استفاده از دمای ذوب هالیت در نمونه‌های مورد مطالعه در جدول 5 خلاصه شده است. الگوی توزیع سیالات درگیر از الگوی پهنه‌بندی دگرسانی- کانی‌زایی نهشته پورفیری تبعیت می‌کند. مطالعه سیالات درگیر در منطقه که بر روی نمونه‌های پهنه پتاسیک و فیلیک انجام گرفت، کاهشی را در درجه حرارت و شوری سیالات از پهنه پتاسیک به سمت پهنه فیلیک نشان می‌دهد. درجه حرارت محلول‌ها در پهنه پتاسیک از حدود 350 تا 650 درجه‌سانتیگراد در تغییر است. سیالات به دام افتاده در کانی کوارتز از دامنه وسیع دمای یکنواخت‌شدگی برخوردار هستند. بیش‌ترین درجه حرارت همگن‌شدن در نمونه‌های مورد مطالعه، مربوط به دمای حدود 600 درجه‌سانتیگراد (پهنه پتاسیک) و کم‌ترین درجه حرارت همگن‌شدن مربوط به دمای حدود 200 درجه‌سانتیگراد (پهنه فیلیک) است (جدول 3). در چندین نمونه مربوط به پهنه دگرسانی فیلیک، سیالات درگیر اکثرا ریز و تک فازی (L) تا دو فازی (L+S) هستند. همجواری سیالات درگیر چندفازه با سیالات درگیر غنی از گاز، مبین حبس شدن سیالات در نقطه جوشش است، یعنی در حالتی که بخار با مایع به حال تعادل بوده است. در نتیجه این جوشش، قسمتی از مس موجود در محلول می‌تواند اکثراً به‌صورت کالکوپیریت نهشته شود. درجه حرارت تشکیل آن‌ها بین بیشتر از 600 درجه سانتیگراد تا حدود 360 درجه‌سانتیگراد متغیر است. بیش‌ترین فراوانی درجه همگن‌شدن مربوط به دمای حدود 400 تا 500 درجه سانتیگراد است که به طور تقریبی منطبق بر بالاترین دماهاست. شواهد بسیار محکمی وجود دارد که بیانگر فرآیند جوشش در کانسارهای مس پورفیری از جمله در منطقه مورد مطالعه است. این شواهد نشان می‌دهد که جوشش، بخش مهمی از فرآیندهای کانسارسازی را تشکیل می‌دهد، به‌طوری‌که به‌نظر می‌رسد بایستی ارتباط زمانی و مکانی مابین فرآیند جوشش محلول و تشکیل کانسار وجود داشته باشد. شرایط جدید فیزیکوشیمیایی، تغییرات در pH و درجه حرارت در گذر از شرایط لیتوستاتیک به هیدروستاتیک، که همراه مرحله جوشش اتفاق می افتد (Cunningham, 1978)، به احتمال زیاد سبب ترسیب کوارتز و انواع سولفیدها می‌شود. حضور فراوان استوک ورک‌ها و رگه‌های سیلیسی در منطقه و همراهی رگه‌های مگنتیت، کوارتز و آثاری از پیریت و کالکوپیریت به‌صورت پراکنده یا رگه‌ای مثال بارز این رخداد است.
در تصویر 27 فراوانی درجه همگن‌شدن نسبت به دو فازی یا سه فازی بودن سیالات درگیر در نمونه‌های منطقه آورده شده است. سیالات با شوری (نمک‌گونگی) کم در دمای پایین و سیالات با شوری زیاد در دماهای بالا همگن می‌شوند. همزیستی سیالات درگیر شور با سیالات درگیر غنی از بخار نشان دهنده جوشش با حرارت بالاست. نتایج مطالعات سیالات درگیر در نمونه‌های مورد مطالعه نشان می‌دهد که سیالات درگیر با نمک‌گونگی بالا در پهنه پتاسیک و در محدوده مرکزی کانسار به‌وجود می‌آیند درحالی‌که سیالات درگیر با نمک‌گونگی پایین تا متوسط و درجه حرارت همگن‌شدن پایین در پهنه‌های فیلیک و آرژیلیک و یا حتی در حاشیه توده معدنی به وجود می‌آیند. در حقیقت، حوزه فعالیت محلول‌های با منشأ ماگماتیک در هسته پهنه کانه‌زایی شده و حوزه فعالیت محلول‌های با منشأ جوی در حاشیه این پهنه است (Takenouchi, 1980).
1) Archaean orogenic Au; 2) Epithermal Au-Ag; 3) Volcanogenic massive sulphide; 4) Tennant Creek Au-Cu,Australia; 5) Porphyry Cu-Au
شکل 25- نمودار دمای همگن‌شدن- شوری سیالات درگیر در سیستم‌های کانسارساز گرمابی (large et al., 1988)
شکل 26- روابط فاز اشباع از بخار در سیستم NaCl-H2O در دمای بالا (Bodnar and Roedder, 1997)
شکل 27- فراوانی داده‌های حاصل از درجه همگن‌شدن نسبت به سیالات دو فازی و سه فازی بر حسب درجه‌سانتیگراد
جدول 3- خلاصه‌ای از درجه حرارت‌های همگن‌شدن در سیالات درگیر مطالعه شده (پهنه‌های پتاسیک و فیلیک کانسار دالی)
|
ملاحظات |
اولیه/ثانویه/کاذب |
تعداد و نوع فازها |
NaCl %wt |
Th ºC |
شماره نمونه |
ردیف |
|
پهنه دگرسانی پتاسیک |
اولیه |
L+V+S1+S2 |
27.8 |
510 |
D0 |
1 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
- |
440 |
D1 |
2 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
- |
440 |
D1 |
3 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
59.6 |
600< |
DII |
4 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
- |
340 |
DII |
5 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
- |
400 |
D.T |
6 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
- |
430 |
D.T |
7 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
- |
600< |
DT1 |
8 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
- |
600< |
DT1 |
9 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
68.2 |
570 |
DT2 |
10 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
71 |
570 |
DT2 |
11 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V |
- |
466 |
DT3 |
12 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
65.3 |
470 |
DT4 |
13 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V |
- |
470 |
DT5 |
14 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V |
- |
483 |
DT5 |
15 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V |
- |
440 |
DT6 |
16 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V |
- |
440 |
DT6 |
17 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V+S |
28.45 |
360 |
DT7 |
18 |
|
پتاسیک |
اولیه |
L+V |
|
360 |
DT7 |
19 |
|
پهنه دگرسانی فیلیک |
اولیه |
L+V |
|
305 |
Ph1 |
20 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V+S |
26.8 |
305 |
Ph1 |
21 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V |
- |
305 |
Ph2 |
22 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V |
- |
305 |
Ph2 |
23 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V |
- |
300 |
Ph3 |
24 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V+S |
26.56 |
270 |
Ph4 |
25 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V |
- |
270 |
Ph5 |
26 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V |
- |
165 |
Ph6 |
27 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V |
- |
184 |
Ph7 |
28 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V |
- |
184 |
Ph7 |
29 |
|
فیلیک |
اولیه |
L+V |
- |
184 |
Ph8 |
30 |
جدول 4- محاسبه شوری سیال با استفاده از دمای ذوب (هموژن شدن) هالیت (Bodnar et al., 1997)
|
Tm halite |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
0 |
26.2 |
26.3 |
26.4 |
26.5 |
26.7 |
26.8 |
27 |
27.2 |
27.4 |
27.7 |
|
100 |
28.2 |
28.3 |
28.6 |
28.9 |
29. |
29.7 |
30.1 |
30.5 |
30.9 |
31.4 |
|
200 |
31.9 |
32.4 |
32.9 |
33.5 |
34.1 |
34.7 |
35.3 |
36 |
36.7 |
37.4 |
|
300 |
38.2 |
38.9 |
39.8 |
40.6 |
41.5 |
42.4 |
43.3 |
44.3 |
45.3 |
46.4 |
|
400 |
47.4 |
48.5 |
49.7 |
50.8 |
52 |
53.3 |
54.5 |
55.8 |
57.1 |
58.4 |
|
500 |
59.8 |
61.1 |
62.5 |
63.9 |
65.3 |
66.8 |
68.2 |
69.6 |
71.1 |
72.5 |
|
600 |
74 |
75.4 |
76.9 |
78.3 |
79.7 |
81.1 |
82.5 |
83.9 |
85.3 |
86.6 |
|
700 |
87.9 |
89.2 |
90.5 |
91.8 |
93 |
94.2 |
95.4 |
96.6 |
97.7 |
98.9 |
|
800 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
جدول 5- تعیین درصد شوری (با استفاده از دمای ذوب هالیت) در نمونه‌های مربوط به پهنه پتاسیک و فیلیک
|
NaCl %wt |
Tm NaCl |
Th ºC |
تعدادفازها |
ردیف |
|
28.45 |
115 |
340 |
3 |
1 |
|
27.8 |
97 |
510 |
3 |
2 |
|
68.2 |
560 |
570 |
3 |
3 |
|
71 |
579 |
570 |
3 |
4 |
|
59.6 |
498 |
600 |
3 |
5 |
|
26.8 |
50 |
305 |
3 |
6 |
|
26.56 |
35 |
270 |
3 |
7 |
مطالعه سیالات درگیر در کانسارهای مس پورفیری و تعیین نوع ذخیره
مطالعه سیالات درگیر زیادی بر روی سیستم‌های مس پورفیری انجام شده است. این مطالعات نقش مهمی در تعیین منشأ سیالات و فلزات در سیستم‌های مس پورفیری بازی می‌کنند. امروزه معمولاً پذیرفته شده است که سیالات و احتمالاً اغلب فلزات مورد نیاز برای تشکیل کانسارهای پورفیری از یک میزبان نفوذی مشتق شده‌اند. بر اساس مطالعه سیالات درگیر، کانسارهای مس پورفیری از نظر دمایی معمولاً در محدوده 200 تا 700 درجه‌سانتیگراد و شوری در محدوده 25 تا 70 درصد وزنی معادل نمک طعام واقع می‌شوند (Walshe and Hobbs, 1999). در شکل 25 محدوده ذخایر معدنی بر اساس داده‌های دمای همگن‌شدن و شوری نشان داده شده‌اند که این محدوده‌ها منعکس کننده ویژگی‌های اصلی سیالات درگیر در آن‌هاست. بر اساس مقایسه این نمودار با دما و شوری‌های حاصل از مطالعات سیالات درگیر، ذخیره مورد مطالعه جزو ذخایر نوع پورفیری است (شکل 25). بر مبنای بررسی‌های انجام شده، گزینه احتمالی زیر را در خصوص حضور طلا به‌صورت ادخال در ساختار سولفیدها در محدوده مورد مطالعه می‌توان بیان نمود: با توجه به مطالعات سیالات درگیر در نمونه‌های مربوط به منطقه معدنی مورد مطالعه (وجود حرارت بالا در پهنه پتاسیک) و با توجه به همبستگی مثبت بین مس و طلا (آیتی و همکاران، 1387) می‌توان چنین اظهار داشت که طلا همراه با محلول‌های کانه‌ساز توسط کمپلکس‌های کلریدی و شاید بی‌سولفیدی حمل شده و با تغییرات شرایط فیزیکوشیمیایی محیط و محلول، از جمله کاهش حرارت، فشار، رخداد جوشش، کاهش فوگاسیته سولفور (به‌علت نهشته‌شدن کانی‌های سولفیدی)، کمپلکس‌های حامل این عنصر ناپایدار شده و بنابراین طلا آزاد و وارد کانی‌های سولفیدی شده است و همراه آن‌ها رسوب می‌کند. به‌عبارتی می‌توان بیان کرد که حضور طلا در ساختار کالکوپیریت و همچنین به‌صورت ادخال‌های آزاد در این نهشته، به‌علت جانشینی طلا به جای مس در سولفیدهای نسبتاً حرارت بالای مس- آهن- سولفور است که با کاهش حرارت از حدود بیش از 600 درجه‌سانتیگراد به حدود 250 درجه‌سانتیگراد ، طلا از ساختار کالکوپیریت آزاد و به‌صورت ادخال درون آن مشاهده می‌شود. از طرفی در مقاطع صیقلی مطالعه شده، ادخال‌های طلا درون باطله سیلیسی هم مشاهده می‌شود (شکل‌های 15 تا 17).
Kesler و همکاران (2002) بر این باور هستند که طلا ممکن است از محلول جامدهای مس- آهن- سولفور توسط محلول‌های کانسارساز حرارت پایین و تأخیری، جدا شود. این فرآیند می‌تواند به آزاد شدن ذرات و دانه‌های طلا و گسترش آن در کل مجموعه کانسار و یا حتی تمرکز آن در بیرون از پهنه کانسارسازی شده منجر شود. احتمالاً این فرآیند می‌تواند حضور طلا به‌صورت ذرات آزاد درون رگچه‌های سیلیسی در اطراف نهشته معدنی مورد بررسی را توجیه نماید.
نتیجه‌گیری
در منطقه کانه‌زایی مورد بررسی، پهنه اکسید با مجموعه کانی‌هایی همچون هماتیت، گوئتیت، ژاروسیت، مگنتیت، مالاکیت و آزوریت، پهنه سوپرژن با مجموعه کانی‌هایی همچون کالکوسیت، کوولیت، پیریت و پهنه هیپوژن با کانی‌هایی مانند بورنیت، کالکوپیریت، پیریت و مگنتیت مشخص می‌شوند. وجود نفوذی‌های پورفیری فلسیک با ترکیب حدواسط تا اسیدی، دگرسانی‌های گرمابی از نوع پتاسیک، فیلیک و پروپیلیتیک، حضور فراوان رگه‌ها و استوک ورک‌های کوارتز- مگنتیت، حضور اکسیدهای آهن، مشاهده کانی کالکوپیریت به‌صورت پراکنده در مغزه‌های حفاری، عیار بالا و همبستگی معنی‌دار و مثبت دو عنصر مس و طلا از جمله دلایل مبنی بر حضور کانسار مس پورفیری غنی از طلا در منطقه است. در نهشته معدنی مورد بررسی، طلا به‌صورت دانه‌های آزاد در فازهای سولفیدی همچون کالکوپیریت و نیز در زمینه اکسید آهن و کوارتز دیده می شود. مطالعات سیالات درگیر در نمونه‌های کوارتزی حاصل از سیال کانه‌ساز، دمای بین 180 تا بیش از 600 درجه سانتیگراد و شوری تا 70 درصد بر حسب نمک طعام و کاهش درجه حرارت و شوری سیالات از پهنه پتاسیک به سمت پهنه فیلیک را مشخص می‌نماید. با توجه به مطالعات سیالات درگیر در نمونه‌های مربوط به منطقه معدنی مورد مطالعه و با توجه به همبستگی مثبت بین مس و طلا می‌توان چنین اظهار داشت که طلا همراه با محلول‌های کانه‌ساز توسط کمپلکس‌های کلریدی و بی‌سولفیدی حمل شده و با تغییرات شرایط فیزیکوشیمیایی محیط و محلول، کمپلکس‌های حامل این عنصر ناپایدار شده و بنابراین طلا آزاد شده و وارد کانی‌های سولفیدی شده و همراه آن‌ها رسوب می‌کند. بررسی‌ها نشان داد که اکثر کانی‌سازی مس در پهنه پتاسیک و کانی‌سازی طلا نیز در فاز همراه با دگرسانی پتاسیک و در مرحله بعدی همراه با استوک ورک‌های سیلیسی مربوط به این پهنه رخ داده است. بالاترین میزان مس و طلا معمولاً در قسمت مرکزی نهشته‌ها (پهنه پتاسیک) رخ می‌دهد. یکی از پدیده‌هایی که هنگام نفوذ محلول‌های کانه‌ساز به درون سنگ‌های میزبان در منطقه باعث عدم پایداری کمپلکس‌ها شده، پدیده جوشش است. شواهدی همچون همسان شدن بعضی از سیالات درگیر به‌صورت فاز گاز و ترکیدگی برخی از سیالات درگیر در هنگام عمل گرمایش قبل از یکنواخت شدن، دلالت بر رخداد پدیده جوشش- در اثر کاهش فشار در درون گسل‌ها و پهنه‌های برشی کانه‌زایی شده نهشته مورد مطالعه و یا غالب شدن فشار هیدروستاتیک بر لیتوستاتیک- دارد. از طرفی کاهش درجه حرارت و فشار می‌تواند از عوامل مهم برای کانه‌زایی در این نهشته باشد.
سپاسگزاری
نویسندگان مقاله بر خود لازم می دانند از راهنمایی‌های آقای دکتر طباطبایی عضو هیأت علمی دانشکده معدن دانشگاه صنعتی اصفهان تشکر و قدردانی نمایند.
)