ژئوشیمی گابرو، گرانیت و انکلاوهای مافیک باتولیت الوند، با نگرشی ویژه به منشا آنها
| دسته | پترولوژی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و نهمین گردهمایی علوم زمین |
| نویسنده | جلیل قلمقاش ، حسن میرنژاد۲، حمیده رشید۱، کوروش محمدیها۱، مهرداد قهرایی‌پور۱ و مائده ذاکری |
| تاريخ برگزاری | ۳۰ بهمن ۱۳۸۵ |
۱-مقدمه
توده الوند در بخش میانى پهنه سنندج-سیرجان واقع است. سنگهاى مافیک با ترکیب گابرویى و سنگهاى فلسیک با ترکیب گرانیتى حجم اصلى باتولیت را پدید آورده اند. سنگهاى نفوذى یاد شده توسط رگه‌ها و دایک‌هاى آپلیتى-پگماتیتى قطع شده‌اند.
منشاء بخشهاى گرانیتى و گابرویى توده توسط محققان مختلف مورد بحث قرار گرفته است. ولى زاده و صادقیان (۱۳۷۵) با توجه به ویژگیهاى کانى‌شناسى، ژئوشیمیایى و زمین شناسى، سنگهاى گرانیتى الوند را از نوع S دانسته‌اند. ایشان بخش گابرویى را قدیمى‌تر از بخش گرانیتى معرفى نموده و به دلیل حضور بیوتیتهاى ثانویه در سنگهاى گابرویى ، تاثیر شیمیایى گرانیت الوند بر سنگهاى بازیک چشمه قصابان و شمال روستاى سرکان را مطرح نموده‌اند. سپاهى‌گرو (۱۳۷۸) منشاء سنگهاى گابرویى، دیوریتى و تونالیتى الوند را ماگماى توله‌ایتى با منشاء گوشته‌اى، و منشاء سنگهاى گرانیتى سنگهایى با ترکیب کوارتزدیوریت در پوسته میانى ـ پایینى دانسته است. اشراقى و همکاران (۱۳۸۲) سنگهاى حدواسط الوند را به فرآیند متاسوماتیسم مربوط به تاثیر سیالات گرانیتى بر روى گابروها مرتبط مى‌د‌انند. قلمقاش و همکاران (۱۳۸۳) ضمن معرفى منطقه حدواسط بین ماگماهاى گرانیتى و گابرویى، با ارائه شواهد صحرایى و سنگ‌نگارى وجود انکلاوهاى مافیک را به فرآیندهاى آمیزش (mingling) و اختلاط (mixing) ماگمایى نسبت داده‌اند. در این مقاله قصد داریم با استفاده از ویژگیهاى ژئوشیمیایى و کانى‌شناسى، منشاء گابرو، گرانیت و انکلاوهاى مافیک الوند را بررسى نمائیم.
۲-بخشهاى مختلف توده الوند
سنگهاى نفوذى توده الوند در چهار گروه قابل طبقه‌بندى و مطالعه هستند: (۱)سنگهاى گابرویى اولیه بدون آثار تغییرات ثانویه که بیشتر ترکیب الیوین گابرویى دارند (۲) سنگهاى منطقه تداخلى با ترکیب مافیک که همراه گرانیتها ویا بر فراز رخنمون‌هاى گرانیتى برونزد دارند. (۳)سنگهاى گرانیتى, (۴) رگه‌ها و دایک‌هاى آپلیتى-پگماتیتى که در این مطالعه مورد توجه نیستند.
۳-پتروگرافى
سنگهاى گابرویى اولیه رنگ خاکسترى تیره تا سیاه دارند. بافت این سنگها، تمام بلورین و پویى‌کلیتیک است. ترکیب کانى شناسى این سنگها پلاژیوکلاز+پیروکسن+هورنبلند+ الیوین+ بیوتیت مى باشد. کانى‌هاى کدر±آپاتیت±اسفن به مقدار جزیى در این سنگها وجود دارند. بیشتر کانى‌هاى این سنگها سالم ویا کم دگرسانند. نام سنگهاى مافیک اولیه الوند، در خارج از منطقه تداخلى، ملاگابرو، الیوین گابرو و گابرو است.
انکلاوهاى مافیک در منطقه تداخلى بافت گرانولار و میکروگرانولار دار ند. همچنین بافت‌هاى ساب افیتیک و همرشدى (میرمیکیتى) نیز در این سنگها وجود دارد. ترکیب کانى‌شناسى این سنگها شامل پلاژیوکلاز(آندزین- لابرادوریت)+ هورنبلند+ پیروکسن+ بیوتیت+ آلکالى فلدسپات±کوارتز+کانى‌هاى فرعى(آپاتیت+اوپک+اسفن) است. بر اساس ترکیب کانى شناسى سنگهاى دورگه مونزوگابرودیوریت تا کوارتزمونزونیت نامگذارى مى شود.
گرانیتها بافت پورفیریتیک و گرانولار دارند. فلدسپات‌آلکالن+پلاژیوکلاز+کوارتز+بیوتیت ± مسکویت ±گارنت+کانى‌هاى مافیک (آپاتیت، زیرکن، اوپک، تورمالین، اسپینل، آلانیت) از کانى‌هاى سازنده این سنگها هستند. ترکیب سنگهاى فلسیک الوند در حد گرانیت مى‌باشد. این سنگها سالم و غیر دگرسانند.
۴-ژئوشیمى عناصر اصلى، کمیاب و ایزوتوپهاى رادیوژنیک
در سنگهاى گابرویى اولیه الوند درصد وزنى SiO۲ حدود ۴۵ است. میزان این اکسید در انکلاوهاى مافیک منطقه تداخلى ۴۵ تا ۵۲ درصد وزنى است. در سنگهاى گرانیتى هم درصد وزنى SiO۲ ۶۲ تا ۷۵ مى‌باشد (شکل ۱).
در نمودارهاى هارکر با افزایش SiO۲ ، مقادیر Na۲O و K۲O افزایش و میزان MgO، Fe۲O۳T و CaO کاهش مى‌یابند(شکل ۱). در نمودارهاى Fe۲O۳T ، Ni و Cr در برابر MgO ، یک روند افزایشى مثبت در نمونه ها دیده مى‌شود(شکل ۲). در نمودارهاى یادشده، رفتار ژئوشیمیایى انکلاوهاى مافیک به طور مشخصى با گرانیتهاى میزبان متفاوت است. در صورتیکه تمرکز برخى عناصر (مثل (Fe, Ca, Ba در گابروهاى اولیه و انکلاوهاى مافیک تقریباً مشابه است. به طورکلى، انکلاوهاى مافیک از نظر SiO۲ ، Na۲O و K۲O غنى‌تر و از نظر MgO ، Ni و Cr فقیرتر از گابروهاى اولیه هستند. در تمام نمودارهاى ژئوشیمیایى یک نبود ترکیبى مشخص بین گرانیت و سنگهاى مافیک‌تر وجود دارد در صورتى‌که گابروهاى اولیه و انکلاوهاى مافیک همپوشانى ترکیبى نشان مى‌دهند. نکته مهم دیگر محتواى بالاى Mg# (۰.۸) ، Ni (۴۴۶-۵۱۸ ppm) و Cr (۹۹۷-۱۲۹۷ ppm) در سنگهاى گابرویى الوند است که نشانگر ایجاد آن از یک ماگماى بازیک اولیه (ویلسون ۱۹۸۹) مى‌باشد. بـر پـایـه شـاخـص هاى اشبـاع از آلـومینیوم Al۲O۳/(CaO + Na۲O + K۲O)} و {Al۲O۳/(Na۲O+K۲O)گرانیت الوند پرآلومین، گابروها و انکلاوهاى مافیک متاآلومین هستند (شکل ۳).
نسبت ۸۷Sr/۸۶Sr براى گرانیت الوند از ۰.۷۲۰۶۸۵ تا ۰.۷۲۵۹۹۶ مى باشد که بالاتر از مقادیر این نسبت در سنگهاى گابرویى (۰.۷۰۴۰۴۸ - ۰.۷۰۴۱۱۹)است. با توجه به سن کرتاسه براى گرانیت و ژوراسیک بالایى براى گابرو (ولى زاده و کانترال، ۱۹۷۵)، نسبت اولیه ۸۷Sr/۸۶Sr براى گرانیت ۰.۷۰۳۶۳ - ۰.۷۰۳۹۵ و گابروها بین ۰.۷۰۸۱ - ۰.۷۱۱۵ بوده است. نسبت اولیه ۱۴۳Nd/۱۴۴Nd براى گرانیت (۰.۵۱۲۲۹۱-۰.۵۱۲۴۰۶, εNd -۱.۰ to -۳.۳) پایین‌تر از همین نسبت در گابرو مى‌باشد (۰.۵۱۲۵۸۵-۰.۵۱۲۵۹۲, εNd +۲.۵ to +۲.۶) . در نمودار εNd در برابر ۸۷Sr/۸۶Sr گابرو و گرانیت به ترتیب در بخشهاى تهى‌شده و غنى‌شده قراردارند(شکل ۴).
۵-بحث
۵-۱-منشاء گابرو و گرانیت
نبود پیوستگى ژئوشیمیایى بین گابرو و گرانیت (شکل ۱ و۲ ) و اختلاف اساسى در نسبتهاى اولیه ایزوتوپى Sr و Nd احتمالاً مربوط منشاء جداگانه این سنگهاست(شکل ۴). گابرو داراى مقادیر بالاى MgO ، Ni، و Cr مى‌باشد که نشانه تبلور آنها از یک ماگماى بازیک اولیه است. همچنین مقدار مثبتεNd براى گابرو (+۲.۶) مشتق از گوشته زیرقاره‌ایى عصاره‌گیرى شده هماهنگى دارد. تولید یا ایجاد گوشته عصاره‌گیرى شده در زیر توده الوند مى‌تواند به خارج شدن مواد مذاب قبلى از گوشته بالایى و شکل‌گیرى پوسته قاره‌ایى مربوط شود. برروى دیاگرام AFM (شکل۵) گابروهاى اولیه روند تولائیتى دارند که نشانگر تبلور آنها از یک ماگماى تولائیتى است. شواهد ژئوشیمیایى پیشنهاد مى‌کنند که گرانیت به طور مستقل از ماگماى گابرویى شکل گرفته است: ۱) در نمودارهاى هارکر هیچ وابستگى ژئوشیمیایى بین گابرو و گرانیت وجود ندارد؛ ۲) مقدار εNd گرانیت -۱.۰) تا (-۳.۳ با اشتقاق این ماگما از گوشته تهى شده مطابقت ندارد ؛ ۳) برروى نمودار AFM (شکل۵) گرانیت روند کالکوآلکالن دارد.
۵-۲-منشاء انکلاوهاى مافیک از منطقه تداخلى
در نمودارهاى هارکر جانمایى انکلاوهاى مافیک با نمونه‌هاى گابرو اولیه در محتواى عناصر اصلى همپوشانى دارد که نشانگر وابستگى زایشى آنها با ماگماى گابرویى است (شکل ۱).
با توجه به ویژگیهاى منطقه تداخلى شامل انکلاوهاى مافیک با اشکال مدور و حاشیه کنگرهایى و یا حاشیه انجماد سریع در داخل گرانیت پورفیرى، وجود شبکه رگه‌هاى گرانیتى در بر گیرنده انکلاوها و دایک‌هاى قطعه‌قطعه شده همزمان با پلوتونیسم، دو ماگماى گرانیتى و گابرویى در مجاور یکدیگر حضور داشته‌اند (قلمقاش، ۱۳۸۱؛ قلمقاش و همکاران ۱۳۸۳) لذا تفاوتهاى ژئوشیمیایى انکلاوهاى مافیک با سنگهاى گابرویى اولیه مى‌تواند در نتیجه اختلاط و یا انتشار عناصر از ماگماى گرانیتى به سنگهاى گابرویى( متاسوماتیسم) در منطقه تداخلى باشد.
تبادلات انتشارى بین گرانیت مایع میزبان و انکلاوهاى مذاب براى توجیح غنى شدگى فلزات آلکالى و کاتیونهاى با ظرفیت بالا (HFSE , REE) در انکلاوهاى دنیا به کار مى‌رود (Orsini et al. ۱۹۹۱; Blundy and Sparks۱:place>۱:city> ۱۹۹۲). به طور مشابه انتشار عناصر از ماگماى گرانیتى به مذاب MME۱:stockticker> ممکن است غنى شدگى عناصر فوق‌الذکر دربرابر Si، عناصر آلکالى، Rb، و Th توجیح نماید. اما ازطرفى Mg، Fe ، Ni، Cr ماگماى بازیک را ترجیح داده و به کندى انتشار مى‌یابند (Watson, ۱۹۸۲). بنابراین جابه جایى این عناصر بین گرانیت و انکلاوها رخ نداده و یا مقدار آن بسیار کم میباشد، لذا انتظار مى رود که انکلاوها و گابرو همپوشانى قابل توجهى در Mg، Fe، Cr، و Ni نشان دهند. همانطوریکه در شکل ۱ و ۲ نمایان است MME۱:stockticker> و گابروها مقادیر متفاوتى از این عناصر رابه نمایش مى گذارند. در نتیجه واکنش انتشار عناصر از میزبان گرانیتى (متاسوماتیسم) نمى‌تواند تمام ویژگیهاى ژئوشیمیایى انکلاوهاى مافیک منطقه تداخلى را توضیح دهد. در این صورت باید بپذیریم که عامل اصلى تفاوتهاى ژئوشیمیایى انکلاوهاى مافیک با سنگهاى گابرویى اولیه الوند منشاء ماگمایى آنهاست و این انکلاوها در اثر اختلاط و آمیزش ماگماهاى مافیک و فلسیک بوجود آمده اند. به علاوه، شواهد پتروگرافى مثل رگه‌ها یا پاکتهاى مواد فلسیک در انکلاوهاى مافیک، فرآیند اختلاط و آمیزش ماگمایى را حمایت مى کند. شواهد صحرایى مثل مرزهاى کنگرهایى و حاشیه ماسیده، اشکال تخم‌مرغى و بیضوى و حجم قابل توجه انکلاوها در زمینه گرانیتى نیز این پدیده را تایید مى کند.
مدلى که در اینجا ارائه مى کنیم اختلاط بین ماگماهاى گرانیتى و گابرویى و تولید ماگماى هیبرید و حدواسط است. البته، ماگماى دورگه و هیبرید از موقعیت مرزى جابه جا شده و در داخل گرانیت قطعه‌قطعه شده‌است. برخلاف محیطهاى آتشفشانى، در جایگیرى ماگماى پلوتونیک ماگماها میتوانند در محل مرزى براى مدت طولانى باقى مانده و به تعادل دمایى مى‌رسند. به ویژه در عمق، تعادل حرارتى طولانى مدت و تغذیه سطوح پایینى مخزن ماگمایى با مذاب گابرویى موجب افزایش احتمال اختلاط ماگمایى مى‌گردد. این تداخل ممکن است موجب رقیق شدن عناصرى مثل Ni ، Cr از مذاب هیبرید شده و برخى از عناصر موبایل مثل Rb، Ba، K و Na به محصول اختلاط اضافه شوند. افزایش Rb، Ba، K و Th از گابرو به سمت انکلاوهاى مافیک (شکل۱) با افزایش سهم ماگماى گرانیتى قابل توجیح است. روندهاى خطى موجود در نمودارهاى ژئوشیمیایى عناصر اصلى و کمیاب انکلاوها (شکل ۱ و ۲ ) میتواند توسط فرآیند اختلاط تولید شده باشد. نبود تغییرات یکنواخت و مستقیم در نمودارهاى ژئوشیمیایى عناصر اصلى و کمیاب گرانیت- انکلاو-گابرو به دلیل تاثیر همزمان یا متقابل فرآیندهاى تبلور تفریقى و واکنشهاى اختلاطى مى‌باشد.
۶-نتیجه‌گیرى
سنگهاى گابرویى الوند از ذوب‌بخشى گوشته بالایى تهى‌شده پدید آمده اند به همین دلیل این سنگها مقادیر پایینى از نسبت اولیه ۸۷Sr/۸۶Sr و مقادیر بالایى از εNd نشان مى‌دهند. مقادیر بالاى نسبت اولیه ۸۷Sr/۸۶Sr و مقادیر پایین εNd در سنگهاى گرانیتى تشکیل این سنگها از ذوب بخشى سنگهاى پوسته‌ایى را تایید مى کند.
تشکیل ماگماى هیبرید با ترکیب حدواسط احتمالاً به دلیل اختلاط ماگماى مافیک و فلسیک در منطقه مرزى گابرو و گرانیت بوده است که شواهد صحرایى و بافتى این پدید را تایید مى کند. در تحولات ماگمایى سنگهاى نفوذى الوند انتشار یا جابه‌جایى عناصر بین گرانیت و گابرو موثر نبوده است زیرا فراوانى برخى عناصر غیر متحرک مثل Cr، Ni، Mg از گابرو به انکلاوهاى مافیک تغییر مى‌نماید.
۷-سپاسگزارى
از ریاست محترم سازمان زمین شناسى کشور، معاونت و مدیریت زمین شناسى سازمان و معاونت محترم پژوهشى وزارت علوم به دلیل حمایت مالى-لجسیتکى جهت انجام این تحقیق در قالب طرح "مطالعه گرانیتوئیدهاى پهنه سنندج-سیرجان" صمیمانه سپاسگزارى مى‌نمائیم.
۸-منابع
اشراقى، ص.،۱۳۸۲، نقشه زمین شناسى تویسرکان با مقیاس ۱:۱۰۰۰۰۰، سازمان زمین شناسى و اکتشافات کشور.
سپاهى گرو،ْ.آ.،۱۳۷۸، پترولوژى مجموعه پلوتونیک الوند…. پایان نامه دکترى، دانشگاه تربیت معلم.
قلمقاش،ج.، ۱۳۸۱، پترولوژى سنگهاى نفوذى منطقه ارومیه-اشنویه و ساز و کار جایگیرى آنها، رساله دوره دکترى، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی.
قلمقاش،ج.، محمدیها، ک.، رشید، ح.، و قهرایى‌پور،م.، ۱۳۸۳،آمیزش و اختلاط ماگماى مافیک و فلسیک در توده نفوذى الوند: شواهد جایگیرى همزمان، خلاصه مقالات ۲۳ گردهمایى علوم زمین. سازمان زمین‌شناسى و اکتشافات معدنى کشور.
ولى زاده،م.و.، و صادقیان، م.،۱۳۷۵ ،پتروژنز چند توده آذرین نفوذى بازیک واقع در نوار دگرگونى سنندج-سیرجان. مجله علوم زمین دانشگاه تهران جلد ۲۲، شماره ۱، ۷۹-۹۸.
Tepper, J.h., and Kuehner, S.M., ۲۰۰۴, Geochemistry of Mafic Enclaves and Host Granitoids from the Chilliwack Batholith, Washington: Chemical Exchange Processes between Coexisting Mafic and Felsic Magmas and Implications for the Interpretation of Enclave Chemical Traits, The Journal of Geology,۱۱۲, pages ۳۴۹–۳۶۷.
Valizadeh, M.V., and Cantagral, J.M., ۱۹۷۵, Premieres donnees radiometrique (K-Ar et Rb-Sr) sur Les-micas du complex magmatique du mont۱:place>۱:state> Alvand, Pres Hamadan (Iran۱:place>۱:country-region> occidental), Comptes, Rauda Academie des Sciences Paris, SerieD, ۲۸۱, ۱۰۸۳-۱۰۸۶.
Wilson۱:place>۱:city>, M., ۱۹۸۹, Igneous petrogenesis, Unwin Hyman Ltd., ۴۶۶ pp.