بخشی از مقاله
مقدمه
همراهی متفاوتی از پلی مورفهای سیلیکاتهای آلومین در سـنگهـای رسی دگرگون شده وجود دارد، برای مثال آنـدالوزیت + سـیلیمانیت و Leake
and) Skirrow, 1960; Rumble, 1973; Okrusch and Pattison, 1992; (Evans, 1970; Cavosie et al., 2002 و آندالوزیت + کیانیت ( Evans and
.(Berti, 1986; Kerrick, 1988; Grambling, 1981 پایـداری آنـدالوزیت در دماهای بالا موضوعی است که مورد توجه بسیاری از زمین شناسان قـرار گرفتـه است، بطوریکه مدلهـای مختلفـی بـرای حضـور و پایـداری آنـدالوزیت در زون سیلیمانیت و زون اسپینل- کردیریت ارائه شده است که بعضی از این مدلها در زیر آورده شده اند. پایداری نمونههای دارای آندالوزیت در محدوده سـیلیمانیت، در هالههای دگرگـونی مجـاورتی گـزارش شـده اسـت (Pattison, 1992) کـه اوراستپینگ (overstepping) آنـدالوزیت نامیـده مـی شـود Cesare et al.,) .(2002 میزان این اوراستپینگ (overstepping) متغیـر اسـت، بعنـوان مثـال، گاهی میزان آن 50 تا 80 درجه سانتیگراد گـزارش شـده اسـت Larson and) (Sharp, 2001، در حالی که مقـدار آن را تـا 250 درجـه سـانتیگراد بـالاتر از
ایزوگراد آندالوزیت (And-out isograd) نیـز ذکـر کـردهانـد Cesare et al.,) .(2002 بطور کلی علل مختلفی برای توجیه این مسئله مطرح شده است که از آن جمله تاثیر Mn و Fe3+ است که در صورت تمرکـز در آنـدالوزیت، میـدان پایداری آنرا تغییر خواهد داد و باعث افزایش پایداری آندالوزیت تا دماهای بـالاتر میشود (Kerrick and Speer, 1988; Grambling and Williarns, 1985)
یکی دیگر از علل حضـور نیمـه پایـدار آنـدالوزیت در محـدوده سـیلیمانیت S (آنتروپی) پایین واکنش پلی مورفیک آندالوزیت- سـیلیمانیت اسـت Walther) .(and Wood, 1984 تاثیر این عامل، بخصوص در دگرگونی مجاورتی مشـاهده میشود که نرخ گرم شدگی سریع است(Pattison, 1992 )ظاهراً. هرقـدر دوره دمایی تحمیل شده به سنگ کمتر باشد، دامنهoverstepping بیشتر خواهد شد و به همین دلیل است که میـزان آن در زنولیتهـا، بیشـتر از تمـام مـوارد اسـت
.(Cesare et al., 2002; Cesare, 1999) میگماتیتهای همدان، شاید بـدلیل وجود پلی مورفهای سیلیکات آلومین، منطقه بسیار جـالبی از لحـاظ مطالعـات کانی شناسی دگرگونی باشند ولی مطالعات اندکی بر روی ایـن سـنگهـا انجـام شده است. نکته مهم در این منطقه، نیمه پایداری کانی آندالوزیت بصورت شـکل
1
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
دروغین(سودومورف) بجای استارولیت در محدوده زون سـیلیمانیت و اسـپینل-کردیریت است که در این مطالعه به بررسی، علل آن میپردازیم.
موقعیّت جغرافیایی و زمینشناسی
زون سنندج سـیرجان کـه میزبـان تـودههـای گرانیـت زیـادی از جملـه باتولیت الوند میباشد دارای طولی در حدود 1500 و عرض حدود200 کیلـومتر است که از شمالغرب تا جنوب شـرق کشـور ادامـه دارد. منطقـه مـورد مطالعـه بخشی از این نوار دگرگونی موسوم به زون سنندج -سیرجان است که به صـورت نوار طویل شده ای در امتـداد و بـه مـوازات رورانـدگی زاگـرس، گسـترش دارد .(Alavi, 2004) زون سنندج- سیرجان را جزئـی از کـوهزاد زاگـرس دانسـته (شکل(1a و آنرا زون زاگرس فلس مانند نامیده است. منطقه مورد مطالعـه بـین طولهای جغرافیایی 48 25 تا 48 33 شرقی و عـرضهـای 34 33 تـا 34 42 شمالی قرار دارد. بر طبـق نظـر (Mohajjel et al., 2003) منطقـه مورد مطالعه احتمالا در زیر پهنه با دگرشکلی پیچیده قرار دارد که شامل سنگ-های آذرین و دگرگونی می باشد. سنگها و واحدهای رسـوبی منطقـه در طـی بسته شدن نئوتتیس و برخورد قاره اورازیا و گنـدوانا تحـت تـاثیر فعالیـتهـای موجود در حاشیه قاره دچار دگرگونی شده اند. افزایش فشار و گرمـا در منطقـه باعث رخداد یک دگرگونی دیناموترمال در منطقه شـده اسـت کـه سـنگهـای دگرگونی ناحیه ای را ایجاد کردهاند. ادامه روند برخورد قاره ای و تکامل فراینـد کوهزائی باعث شروع فعالیتهای پلوتونیسم و ایجاد باتولیـت الونـد شـده اسـت. انتشار گرمای ماگما سبب شده است که سنگهای دگرگونی مجاورتی در منطقه ظاهر شود.
سنگ شناسی عمومی منطقه
سنگهای مجموعه دگرگونی همدان در مراحل مختلف دگرگونی ناحیـه ای و مجاورتی تشکیل شدهاند:
سنگهای دگرگونی ناحیه ای: سنگهای دگرگـونی ناحیـه ای بـه سـن پالئوزئیک تا اوایل ژوراسیک قـدیمیترین سـازندهای زمـین شناسـی منطقـه را تشکیل داده اند که اغلب شامل اسلیت، فیلیت، انواع شیستها، هستند. در مورد نوع دگرگونی ناحیه ای همدان، (صادقیان.، ( 1373 معتقد است نوع دگرگـونی ها از نوع دما و فشار متوسط، تیـپ بـارووین(کیانیـت- سـیلیمانیت) مـی باشـد. بهاری فر، 1383 نوع دگرگونی ناحیهای سـنگهـای منطقـه همـدان را فشـار پایین- دما بالا و مربوط به یک قوس ماگمایی میداند.
سنگهای دگرگونی مجاورتی: سنگهای دگرگونی مجاورتی کـه شـامل انواع شیستهای لکه دار، هورنفلسها و میگماتیتها (شکل(1b مـی باشـند در اطراف توده نفوذی الوند قرار دارند. هورنفلس شیسـتهـا و هـورنفلسهـا تنـوع زیادی داشته و از تأثیر دگرگونی مجاورتی بـر سـنگهـای دگرگـونی ناحیـهای حاصل شدهاند. این سنگها در نتیجه تأثیر حرارتی تودههای بازیک و اسیدی بر روی سنگهای قدیمیتر به وجود آمده اند. (بهـاری فـر، 1383 و سـپاهی گـرو 1378، سپاهی گرو 1380،Sepahi et al., 2004 )حداکثر فشار بـرای تشـکیل سنگهای سیلیکات آلومیندار را در حدود 4 کیلوبار و دما در حدود 606 درجه
2
×تابستان 91، شماره 4، جلد 1
سانتیگراد در نظر گرفته و متوسط گرادیان زمین گرمایی در منطقـه حـدود 49 درجه سانتی گراد بر کیلومتر تخمین زده اند (بهاری فر، . (1383
با توجه به اینکه آندالوزیت در مزوسوم میگماتیتهای همدان پایدار است یا به عبارت دیگر اوراستپینگ (overstepping) شدید آندالوزیت در این سنگ-ها رخ داده است، در زیر پتروگرافی میگماتیتهای رسی همـدان مـورد بررسـی قرار میگیرد.
مطالعات صحرایی و پتروگرافی میگماتیت های دارای آلومینوسیلیکاتها
مزوسوم: مزوسوم بخـش خاکسـتری رنـگ میگماتیـتهـای همـدان را تشکیل میدهد(شکل .(2a,b,c رنگ تیره آن بدلیل وجود کانیهای فرومنیـزین بویژه بیوتیت و کردیریت است. در سنگهـا مسـکویت اولیـهای مشـاهده نشـده است. مطالعات میکروسکوپی نشان میدهد که کانیهای اصـلی تشـکیل دهنـده سنگ عبارتند از بیوتیت، کردیریت و آندالوزیت بطوریکه در بخشهـای حاشـیه-ای آندالوزیت، اسپینل شکل گرفته است و با کوارتز واکنش داده و کردیریتهای ریزی در اطراف خود بوجود آورده است بطوریکه از واکنش بیشتر آن بـا کـوارتز محافظت کرده است (توجه شود در اینجا اسـپینل در داخـل کردیریـت بصـورت ادخال نمی باشد). در این سنگها فلدسپارپتاسیم به سـیلیمانیت تبـدیل شـده اند و در بعضی از نقاط مزوسوم تبدیل بیوتیت بـه ارتوپیروکسـن بـه مقـدار کـم دیده میشود. در مزوسوم میگماتیتها آندالوزیتهایی دیده میشـود کـه تـا 10 سـانتیمتر طـول دارنـد(شـکل (2d,e,f و همچنـین در مطالعـات میکروسـکوپی مشخص گردید آندالوزیتهـایی بـه انـدازه 8 میلیمتـر بشـکل صـلیب در قالـب استارولیت بصورت شکل دروغین (سودومورف) متبلور شدهانـد (ایـن صـلیبها بـا توجه به اینکه در جهت طولی کشیدهتر هسـتند از صـلیب کیاسـتولیت متمـایز هسـتند، شـکل .(2e,f ریـز سـاختارهای کرونـا (سـیمپلتیک) در حاشـیه ایـن آندالوزیت به اندازه چند میلیمتر قابل مشاهده است که از اسپینل تشکیل شـده است (شکل 2fو (3c و بعد از هاله اسپینل، کردیریتهایی مشاهده می شوند که از واکنش کوارتز با اسپینل بوجود آمده اند و در اطراف اسپینلها دیده میشـوند و با کردیریتهای درشت 10) میلیمتر) که دارای ماکل سـاعت شـنی هسـتند و در متن سنگ دیده مـیشـوند متفـاوت هسـتند. در بعضـی از نقـاط در اطـراف اسپینل حاشیه نازکی از پلاژیوکلاز نیز به چشم میخورد.
ملانوســوم: ملانوســوم درســنگهــای میگمــاتیتی همــدان در صــحرا تاحدودی از مزوسوم و لویکوسوم قابل تشخیص است، بطوریکه تکـههـای زاویـه دار و شناوری از آن که رنگشان از مزوسوم تیره تر اسـت در لوکوسـوم شـناورند ولی در مقاطع نازک تفاوت بسیار مشخص اسـت بطوریکـه کـه ملانوسـوم دارای مودال بیشتری از کانیهای حرارت بالا نسبت به مزوسوم میباشد و مقدار کانی بیوتیت در آن به نحو چشمگیری کاهش یافته است. آندالوزیت در ایـن بخـش از میگماتیــتهــا دیــده نمــیشــود. ملانوســوم (بخــش تیــره رنــگ) شــامل ارتوپیروکســن(شــکل(3b، ســیلیمانیت، اســپینل، کردیریــت، بیوتیــت، گارنــت، فلدسپار پتاسیم، پلاژیوکلاز، کوارتز و کانی فلزی است. گارنـت بصـورت ادخـال درون کردیریت دیده میشود و در متن سـنگ کمتـر دیـده مـیشـود، بیوتیـت
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
نسبت به مزوسوم خیلی کمتر شده بطوریکه کمتر از 5 درصد حجمی مـیباشـد. سیلیمانیتها و اسپینلها معمولاً به همراه کردیزیت دیده میشوند و مقدار آنهـا زیاد است(شکل .(3a
لویکوسوم: لویکوسوم بخش روشن رنگ میگماتیتها را تشـکیل مـی-دهد که به شکلهای مختلفی در میگماتیتهای همدان دیده میشود از مقیاس میکروسکوپی (شکل (2a,b,c تا رگههایی به ضخامت 20 تا 30 سـانتیمتر دیـده میشود و معمولاً دارای کانیهای کوارتز، فلدسپار پتاسـیم، پلاژیـوکلاز و گارنـت میباشد. بیشترین حجم این بخش از میگماتیـتهـا از فلدسپارپتاسـیم تشـکیل شده است که داراری بافت میکروپرتیتی میباشند و باعث شـدهانـد کـه ترکیـب لویکوسوم شبیه به یک آلکالی گرانیت باشد. بعـلاوه بلورهـای گارنـت بـه انـدازه چند میلیمتر در این بخش دیده میشوند. بعلاوه بخشهـایی کـه بافـت آذریـن دارند و از کانیهای با رنگ روشن (فلدسپارپتاسم، پلاژیـوکلاز و کـوارتز) تشـکیل شدهاند بصورت گرهکهایی در این بخش از میگماتیتها بوجود آمده اسـت کـه ترکیب کانی شناسی گرانیت دارند و کانیهـا بافـت آذریـن را نشـان مـیدهنـد (شکل.(3d, e
واکنشهای ذوب در میگماتیت های همدان
شکلگیری آندالوزیتهای صـلیبی شـکل در قالـب اسـتارولیت در مزوسـوم میگماتیتهای همدان بر اساس واکنش زیر میباشند.
×تابستان 91، شماره 4، جلد 1
St+Qtz = Grt+And+H2O (1)
حضـور پـاراژنز کـانیهــای اسـپینل- کـوارتز و ارتوپیروکسـن در مزوســوم و ملانوسوم میگماتیتهای همدان، بیانگر گذر از رخساره هورنبلند- هـورنفلس بـه رخساره پیروکسن- هورنفلس در این سنگها مـیباشـد و معمـولاً بـا توجـه بـه شواهدی از جمله حضور گرهکهای مذاب در مزوسوم در مقیاس میکروسـکوپی (بافت آذریـن و ترکیـب گرانیتـی) و حضـور کـانیهـای دمـای بـالا (اسـپینل و ارتوپیروکسن) فرآیند ذوب بخشی بدون سیال در این سـنگهـا رخ داده اسـت. حضـــور مـــذاب نشـــان مـــیدهـــد کـــه بافـــت حاشـــیهای (ســـیمپلیتیک) اسپینل+کردیریت+پلاژیوکلاز بجـای آنـدالوزیت تحـت شـرایط ذوب بخشـی رخ داده اســت. بنــابراین، مشــاهدات پتروگرافــی، شــواهد بــافتی و مجموعــههــا در میگماتیتهای رسی منطقه همدان نشان میدهد که واکنشهای شـماره 2 و 3 مهمترین واکنشهای ایجاد مذاب در این میگماتیتها هستند. توجـه شـود کـه گارنتهای موجود در لویکوسوم شکلدار و حاصل تبلور از یک مذاب هستند.
(2) And + Bt = Crd + Spl+ Kfs + melt
(3) Bt+Als+Pl+Qtz = Grt+Kfs+melt
کاهش مقدار SiO2 و یا جدا شدن کانی آندالوزیت از منـاطق غنـی از SiO2 بوسیله رشد کردیریت، سبب ایجاد مناطقی در اطراف بلور آندالوزیت میشود که از SiO2 فقیر میباشند و همین عامل، سبب رشد اسپینل در حاشیه آنـدالوزیت شده است. ایـن واکـنش (2) عامـل اصـلی ایجـاد مـذاب و بافـت حاشـیهای در میگماتیتهای همدان میباشد.
شکل 1 الف. موقعیت زون سنندج- سیرجان و منطقه مورد مطالعه، ب. نقشه زمین سناسی کمپلکس الوند و هاله دگرگونی اطراف آن (با تغییراتی از Sepahi et al., .(2004 سنگهای کالک-سیلیکاته در قسمت شمال شرقی توده الوند رخنمون دارند.
3
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×تابستان 91، شماره 4، جلد 1
شکل ( a. 2 رخنمون مزوسوم و لویکوسوم در میگماتیتهای رسی همدان، (b آندالوزیتهای درشت که در مزوسوم میگماتیتها پایدار است،(c لویکوسوم رگـه ای بـا ترکیـب گرانیـت گارنت دار، (d آندالوزیت صلیبی در مزوسوم که بجای استارولیت شکل گرفته استe، (f آندالوزیت صلیبی موجود در مزوسوم در نور پلاریزه و طبیعی.
شکل ( a. 3 تصویر میکروسکوپی سیلیمانیت و اسپینل که بر روی زمینه ای از کردیریت رشد کردهاند، طـول میـدان دیـد 2/5 میلیمتـر، (b تصـویر میکروسـکوپی ارتوپیروکسنهای موجود در ملانوسوم، طول میدان دید 2/5 میلیمتر،(c تصویر میکروسکوپی آندالوزیت که از حاشیه به اسپینل و کردیریت تبدیل شده اسـت، طـول میدان دید 2/5 میلیمتر، (d تصویر میکروسکوپی ریز ساختارهای ذوب که ترکیب گرانیتی دارند (گرهکهای لویکوسوم)که در زمینه مزوسوم بوجود آمـدهانـد، طـول میدان دید 5 میلیمتر (eگرهکهای لویکوسوم موجود در شکل d که با بزرگنمایی بیشتر نمایش داده شدهاند، طول میدان دید 2/5میلیمتر.
4
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
بحث
در منطقه همدان سنگهای با درجـه دگرگـونی بـالا (میگماتیـتهـا) در هاله دگرگونی مجاورتی الوند (کمتر از 3 کیلومتر) قرار دارنـد بطوریکـه، حـرارت ناشی از توده نفوذی الوند سبب توسعه پدیده ذوب بخشی در این سنگها شـده اســت و همــانطور کــه در بخــش پتروگرافــی شــرح داده شــد در مزوســوم ایــن میگماتیتها آندالوزیتهای صلیبی شکل حضور دارند که از نظـر کـانی شناسـی پدیدهای غیر عادی محسوب میشود زیرا، در ایـن شـرایط معمـولاً سـیلیمانیت پلی مورف پایدار آلمینوسیلیکاتها میباشد. در شکل 4 نتـایج ژئوترموبـارومتری سنگهای دگرگونی مجاورتی دمای بالا و دارای سیلیکات آلومین (آنـدالوزیت) در منطقه همدان نشـان داده شـده اسـت .( Sepahi et al., 2004) مهمتـرین نکتهای که در این زمینه وجود دارد، این است کـه دمـای شـکل گیـری پـاراژنز اسپینل- کردیریت-کوارتز در میگماتیتها 700 تا 750 درجه سانتیگراد اسـت( (Saki et al., 2012; Saki, 2011 و در این دما آندالوزیت نیمه پایـدار اسـت و فقط از حاشیه به اسپینل تبدیل شده است، این موضوع یعنی قرارگیری نمونـه-های دارای آندالوزیت (ستاره بر روی شکل(4، در محدوده سیلیمانیت و رخسـاره گرانولیـت (پیروکســن- هــورنفلس) ابهــام برانگیــز اســت. بـر اســاس نتــایج ژئوترموبارومتری، میـزان overstepping آنـدالوزیت در منطقـه همـدان تـا 50
200 درجه سانتیگراد نیز میرسد. بطور کلی علل مختلفی برای توجیـه ایـن مسئله در نظر گرفته شده است که از آن جمله تاثیر Fe3+ و Mn3+ است کـه در صــورت تمرکــز در آنــدالوزیت، میــدان پایــداری آنــرا تغییــر خواهــد داد، ( (Grambling, 1981; Pattison, 1992 در منطقه همـدان ترکیـب شـیمیایی آندالوزیت و سیلیمانیت از نظر عناصر فوق شبیه بـه هـم بـوده و بطـور متوسـط حدود 0/5 درصد ناخالصی در ترکیب هر دو دیده میشود( بهاری فر، (1383 بـا توجه به مقدار کم ناخالصی و مطابق با داده های Kerrick and Speer, 1988) و (Whitney et al., 1996، بعید به نظر میرسد که حضور آنـدالوزیت از ایـن مسئله متاثر شده باشد. از طرف دیگر، وجود 1/5 درصد Fe2O3 تنها مـیتوانـد به میزان 20 درجـه سـانتیگراد منحنـی آنـدالوزیت سـیلیمانیت را جابجـا کنـد
(Holdaway and Mukhopadhyay, 1993)که در منطقـه همدان،مقـدار آن بسیار کمتر از 0/5درصد بوده و اگر هم تاثیری در پایداری پلی مورفهـا داشـته باشد، توجیه کننده اوراستپینگ (overstepping) مشاهده شـده نخواهـد بـود بهاری فر، . 1383 بنابراین، در میگماتیتهای مورد مطالعـه ترکیـب شـیمیایی آندالوزیت تاثیر چندانی در پایداری این کانی تا دماهای بـالاتر نـدارد. هنگـامی که فشار ثابت استمعمولاً( در دگرگونیهای مجاورتی)، ارتبـاط مسـتقیمی بـین انرژی آزاد گیبس و درجه حرارت وجود دارد(. (Yardley et al., 1980 در ایـن حالت خاصیتی به نام آنتروپی (S) که نشان دهنده درجه بـی نظمـی در ترتیـب قرارگیری اتمهای یک ماده میباشد، تعیین کننده نحوه تغییرات انـرژی گیـبس (G) نسبت به حرارت است و بنابراین، S واکنشهای دگرگونی کنترل کننـده پایداری کانیها در درجه حرارتهای بالاتر و یا پایینتر میباشـد. Overstepping شدید در واکنشهایی مثل And=Sill که تغییرات آنتروپـی در آن بسـیار انـدک است، رخ میدهد.
واکنش دهندهها - S فرآورده = S تغییرات آنتروپی واکنشS =
5
×تابستان 91، شماره 4، جلد 1
با توجه به اینکه در دگرگونیهای مجاورتی مشاهده میشود که نرخ گرم شدگی سریع است و دوره دمایی تحمیل شده به سنگ نسـبت بـه دیگـر انـواع دگرگـونی کمتـر مـیباشـد بنـابراین، S (آنتروپـی) واکـنش پلـی مورفیـک آندالوزیت- سیلیمانیت کاهش مییابد و دامنهoverstepping بیشترخواهد شـد
Pattison and Tracy, 1991; Cesare, 1999; Cesare et al., 2002;) .(Walther and Wood, 1984 با نگاهی به شکل5 و با توجه به حرارت و فشار
محاسبه شده برای شکل گیری میگماتیتهـای همـدان متوجـه مـیشـویم کـه گرادیان زمین گرمایی در دگرگونی مجـاورتی باتولیـت الونـد حـدود 50 درجـه سانتیگراد بر کیلومتر است و در این حالت نرخ انتشار دما بسیار بالا میباشد کـه خاص دگرگونیهای مجاورتی و دگرگونیهای مرتبط با قوسهای آتشفشانی می-باشد (Spear, 1993) با توجه به این موضوع بنظر میرسد که علل حضور نیمه پایدار آندالوزیت در محدوده سیلیمانیت در میگماتیتهای همدان بدلیل انتقـال سریع حرارت از توده الوند به سنگهـای میزبـان اسـت کـه سـبب ایجـاد هالـه دگرگونی مجاورتی درجه بالا در اطراف خود شده است و باعـث شـده اسـت کـه اوراستپینگ (overstepping) آندالوزیت در مزوسوم میگماتیت ها تا 200 50 درجه سانتیگراد برسد، بطوریکه هر چند آنـدالوزیت در ایـن زون پایـدار نیسـت لیکن به علت انتقال سریع حرارت و زمان کم، فرصت کافی برای تبـدیل تمـام و کمال همه آندالوزیت به سیلیمانیت از نظر کنتیکی فراهم نبوده است.
