بخشی از مقاله
مقدمه
کانیهای صنعتی زیادی تاکنون تحت عنوان خاکهای صنعتی به کار گرفته شدهاند. اساس تقسیمبندی خاک های صنعتی در کشورها بسته به کاربردشان متفاوت است، اما در یک مورد مشترک هستند و آن این است که عمده خاکهای صنعتی در گروه انواع کانیهای رسی قرار میگیرند. فراوانی کانیهای رسی در طبیعت و تغییرات ترکیب شیمیایی آنها با توجه به شرایط فیزیکوشیمیایی و حضور یونهای مختلف فلزی، تغییرات و جانشینی آنها گردیده است که این کانیها دارای انواع خصوصیات از جمله عکس العمل نسبت به افزایش درجه حرارت، واکنش با ترکیبات آلی و غیرآلی، خاصیت پوششی خوب و ظرفیت جذب و...گردد.
با توجه به این خصوصیات کانیهای رسی در صنایع مختلف به صورت گسترده به عنوان ماده اصلی به کار میروند. صنایع مصرف کننده این کانیها شامل صنایع آجرنسوز، سرامیک، ظروف چینی، کاغذسازی، گل حفاری، رنگ سازی، صنایع داروئی و ... است. در محدودهی یانیق دگرسانی آرژیلیک نسبتاً شدید منجر به تشکیل کانیهای رسی شده است که در این
مقاله به بررسی دگرسانی در منطقه، ویژگیهای کانیشناسی و ژئوشیمیایی و کاربردهای صنعتی خاک صنعتی حاصل از آن پرداخته شده است.
زمین شناسی منطقه
منطقه مورد مطالعه در استان آذربایجان شرقی و حدود 27 کیلومتری جنوب غرب هشترود، در اراضی روستای یانیق و در مختصات طولهای جغرافیایی 46 ,50', 24/99" تا 46 , 56' , 58/7" و عرضهای جغرافیایی" 37 ,23' ,47/05 تا 37 ,16' ,48/53" واقع شده است. از نظر دسترسی به منطقه، راه آسفالته هشترود- مراغه از داخل محدوده عبور
میکند (شکل.(1 قدیمی ترین سنگهای رخنمون یافته در منطقه متعلق به دوران سنوزوئیک هستند. رخنمونهای اصلی سنگها در محدوده مورد مطالعه که تحت تأثیر دگرسانی شدید قرار گرفتهاند شامل انواع سنگ های آتشفشانی و آذرآواری میوسن و پلیوسن میباشند. واحدهای سنگی در منطقه مورد مطالعه به شرح ذیل می باشند (رضایی و فنودی، .(1388 :M2ms این واحد شامل تناوبی از مارنهای صورتی متمایل به قرمز و سبز گچدار و ماسه سنگهایی سرخ تا خاکستری همراه با لایههایی از سنگ آهکهای آواری است. نهشتههای میوسن در اثر عملکرد فاز آستیرین چین خورده و روند محور چینها شمال غرب - جنوب شرق میباشد. در مارن های رنگارنگ، لایههایی از گچ (ژیپس) نازک لایه نیز تشکیل شده است. : M2cs این واحد به طور عمده در شمال شرق نقشه مورد مطالعه گسترش دارد (شکل(2 و از نظر سنگ شناسی شامل ماسه سنگ توفی سرخ و خاکستری و به مقدار کم کنگلومرا در قسمت پایین است. در بخشهای بالایی ضخامت کنگلومرا زیاد میشود . جنس قطعات کنگلومرا بیشتر آتشفشانی بوده و علاوه بر آن قلوههایی از سنگ آهک های ریفی میوسن زیرین نیز در آن دیده میشود.
: Plt a این واحد بیشتر به رنگ قهوهای و بنفش دیده میشود و شامل گنبدهای نیمه آتشفشانی با ترکیب سنگ شناسی آندزیت- آندزیت بازالتی میباشد (شکل.(2
49
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 93، شماره × 11
شکل .1 نقشه راههای دسترسی به منطقه مورد مطالعه
شکل.2 نقشه زمینشناسی محدوده مورد مطالعه
50
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
روش کار
از آنجا که کانیهای مهم تشکیل دهنده خاک صنعتی انواع کانیهای رسی بوده و نوع و مقدار آنها عامل بسیار تعیین کنندهای در ارائه ویژگیهای فنی خاک میباشد، بدین منظور پمایشهای صحرایی، شناسایی واحدهای سنگی، نمونهبرداری بصورت سیستماتیک از بخش دگرسان انجام گردید. موقعیت نمونهها بر روی تصویر ماهوارهای google earth در (شکل(3 مشاهده میشود. از نمونههای دگرسان برداشت شده، مقاطع نازک تهیه و مورد بررسی قرار گرفت . برای بررسی کانیشناسی تعداد 5 نمونه در آزمایشگاه کانساران بینالود به روش پراش پرتو ایکس (XRD) مورد تجزیه قرار گرفت و به منظور مطالعات ژئوشیمیایی تعداد 7 نمونه (R13, R1, R10a, R10b, R11b, R14b, R15) برای انجام آنالیز به روش طیف سنج جرمی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-MS) به آزمایشگاه ACME کانادا ارسال شد. لازم به ذکر است از هر نمونه حدود 200 گرم (بصورت نمونه سنگی) به آزمایشگاه ارسال گردید و مراحل آماده سازی در همانجا انجام شده است. همچنین بر روی3 نمونه از خاک صنعتی منطقه در آزمایشگاه کارخانجات معتبر از جمله کاشی نیلو، اصفهان و کاشی تبریز آزمونهای سرامیکی صورت گرفت.
بحث و بررسی دگرسانی
در محدوده مورد مطالعه واکنش متقابل محلولهای گرمابی با سنگ میزبان (سنگهای آتشفشانی پلیوسن) سبب ایجاد دگرسانی از نوع آرژیلیک شده است. از نظر شیمیایی دگرسانی آرژیلیک در شرایط اسیدیته نسبتاً بالا و حضور حجم زیاد آب در سنگهای غنی ازآلومینیوم در محیط رخ میدهد .(Titley and Bean, 1981) براساس مطالعات پتروگرافی صورت گرفته بر روی سنگهای سالم و دگرسان، کانیهای اصلی شامل پلاژیوکلاز، هورنبلند و
پیروکسن بوده و بافت ساب افیتیک و میکرولیتی پورفیریک در آنها غالب است. در نمونهای با دگرسانی نسبتاً شدید آثاری از کانیهای اولیه باقی نمانده، سریسیت ریز دانه، کانیهای رسی و کلسیت تشکیل شده است (شکل.(4 رخنمون این دگرسانی اغلب به صورت محدودههایی به رنگ سفید تا زرد در منطقه قابل مشاهده است (شکل.( 5 این تغییر رنگ در نتیجه توسعه هیدرومیکاها، کائولینیت و شستشوی اکسیدهای آهن میباشد. براساس نتایج آنالیز XRD نمونههای دگرسان وجود کانیهای رسی ایلیت، کائولینیت و مونتموریونیت تا یید شده است (جدول.(1 اگر درصدی از مواد قلیایی توسط محلول گرمابی در طی فرایند دگرسانی خارج شود کانیهای ایلیت و مونت موریونیت تشکیل می شود (ذبیحی و همکاران، .(1390 در دیاگرام (Cuney Na-K et al., 1989) که براساس میزان سدیم و پتاسیم موجود در سنگ در طی دگرسانی ترسیم شده است محدوده دگرسانی آرژیلیک بخش پایین دیاگرام را در برگرفته که مقدار K+Na برای نمونههای با دگرسانی آرژیلیک پیشرفته بین 0 تا 2 درصد، برای دگرسانی آرژیلیک حدواسط بین 2 تا 4 درصد و دگرسانی آرژیلیک ضعیف بین 4 تا 6 درصد میباشد (پیروان و امینی، .(1384 با این تفاسیر در این نمودار نمونههای مورد مطالعه در محدوده دگرسانی آرژیلیک حدواسط قرار گرفته است (شکل.(6 همچنین با توجه به مطالعات کانیشناسی در محدوده مورد مطالعه کانیهای شاخص دگرسانی آرژیلیک پیشرفته مانند آلونیت، پیروفیلیت و دیکیت تشخیص داده نشده است.
با توجه به تبادلات عنصری انجام گرفته در طی فرایند دگرسانی که با تهی شدگی یا غنی شدگی در سنگها همراه بوده است و نتایج آنالیز XRDمی توان دمای محلول دگرسانی را تعیین کرد. در این بررسی از تغییرات جرم عناصر با قدرت میدان بالا (HFSE) که به روش محاسبه جرم مکلین (Maclean, 1990) تعیین شده است استفاده گردید که بر مبنای عنصر ناظر
بهار 93، شماره × 11
بیتحرک، فاکتور غنیشدگی و ترکیب بازسازی شده2 استوار است . در نهایت تغییر جرم عناصر (HFSE) محاسبه و نتایج حاصله در قالب نمودارهای افزایش - کاهش ترسیم شدهاند (جدول2، شکل.(7 برای این منظور به ترتیب از روابط زیر استفاده شده است .(Maclean, 1990)
فراوانی عنصر Ti درنمونه دگرسان شده / فراوانی عنصر Ti درنمونه غیردگرسان (E.F) = فاکتور غنیشدگی
× (E.F) فراوانی ترکیب اکسیدی عنصر در نمونه دگرسان(R.C) = ترکیب بازسازی شده
فراوانی عنصر در نمونه غیردگرسان - (M.C) تغییر جرم
محاسبه میزان شاخص شیمیایی دگرسانی نشان میدهد که مقدار این شاخص برای نمونههای این کانسار از محدوده 51/51 تا %62/07 متغیر است و بالاترین مقدار این شاخص برای نمونه R15 و کمترین مقدار برای نمونه R13 بدست آمده است، همچنین شواهد پتروگرافی نشان دهنده این است که نمونه R13نسبتاً سالم و نمونه R15 نمونه با بیشترین میزان دگرسانی است.
بر این اساس عناصر با قدرت میدان بالا (HFSE) طی فرایند دگرسانی غالباً غنیشدگی نشان میدهند (شکل(7 دمای دگرسانی مهمترین عامل در افزایش و کاهش میزان این عناصر میباشد اگر دمای دگرسانی پایین باشد مقادیر این عناصر با پیشرفت دگرسانی یک روند افزایشی نشان میدهد (Salvi .and Williams-jones,1996) همچنین در نتایج آنالیز XRD مربوط به منطقه مورد مطالعه کانیهای شاخص دما پایین دگرسانی آرژیلیک مانند
کائولینیت و مونت موریونیت ذکر شده است (جدول.(1
برای تعیین منشا محلول گرمابی نیز از تغییرات عناصر در طی دگرسانی بهره گرفته شده است که بدین شرح میباشد:
استفاده از مقادیر TiO2 نمونهها اولین مورد بوده است، مقادیر TiO2 کمتر و بیشتر از یک به ترتیب مربوط به کانسارهای با ماهیت هیپوژن و سوپرژن می باشد .(Maiza et al ., 2003) مقادیر TiO2 درتمامی نمونههای مورد بررسی به جزء یک مورد بیشتر از یک بوده است (جدول.(3 دومین روش ژئوشیمیایی در این مطالعه برای تشخیص و تفکیک نقش فرایندهای سوپرژن و هیپوژن در طی دگرسانی استفاده از نمودارهای دو متغیره (Ce+Y+La) در برابر (Ba+Sr) و TiO2 در برابر Zr بوده است .(Dill et al., 2000)
اغلب نمونه های مورد مطالعه در این نمودارها بیشتر در محدوده فرایندهای سوپرژن و تعداد معدودی از نمونهها در محدوده فرایندهای هیپوژن قرار گرفته-اند (شکل8، الف، ب). بنابراین میتوان چنین استنباط کرد که محلولهای با ماهیت سوپرژن بیشترین نقش را در تشکیل کانیهای رسی در منطقه داشته اند، ولی فرایندهای هیپوژن نیز بی تأثیر نبوده است.
شکل.3 تصویر ماهوارهای از موقعیت نمونههای برداشت شده از منطقه
51
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 93، شماره × 11
شکل .4 تصاویر میکروسکوپی نمونههایشدیداً دگرسان (نور.(XPL الف و ب) کلسیت و کانیهای رسی حاصل از تجزیه کانی های اولیه :Cal) کلسیت، :Clay کانیهای رسی).
شکل. 5 تصاویری از دگرسانی آرژیلیک موجود در منطقه مورد مطالعه
جدول 1 .ترکیب کانیشناسی نمونههای مورد مطالعه
کانیهای فرعی کانیهای اصلی شماره نمونه
کلسیت، تالک، اورتوز کلریت، کوارتز R14R4c
------- آلبیت، کلسیت، تالک، کواتز، مونتموریونیت R10b
ژیپس، ایلیت، کلریت، کائولینیت کوارتز KN12
تالک، کلسیت،مونتموریونیت کائولینیت،کوارتز، آلبیت، ایلیت KN-SA
ژیپس، ایلیت کوارتز، کلریت KN11
52
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 93، شماره × 11
شکل 6 .موقعیت نمونههای منطقه مورد مطالعه در دیاگرام (Cuney et al ., 1989) Na-K
جدول.2 تغییرات جرم عناصر HFSE نمونههای منطقه مورد مطالعه
R15 R14b
-7/11 7/41 -0/23 0/07 -65/60 10/51
R11b R10b R10a R1 R13 نمونه
Elements(M.C.)
2/57 4/28 4/61 4/48 0 Nb
0/07 0/51 0/23 0/22 0 Ta
0/83 97/54 14/78 23/93 0 Zr
شکل . 7 نمودار تغییرات جرم عناصر HFSE در نمونههای مورد مطالعه
53
