مطالعه ايزوتوپ کربن و اکسيژن و عناصر فرعى (Trace elements)

سنگهاى آهکى سازند مزدوران واقع در شرقى ترين بخش حوضه کپه داغ

دکتر محمدحسین آدابی

منطقه مورد مطالعه در شرق گردنه مزد آوند در ناحيه سرخس قرار دارد. اين سازند که عمدتاٌ از سنگ هاى کربناته تشکيل يافته است درمقطع تيپ ضخامتى حدود 500 متر داشته ولى به تدريج به طرف شرق حوضه از ضخامت آن کاسته مى گردد و تغيير رخساره مى دهد. بررسى هاى دقيق ژئو شيميايى و سنگ شناسى حاکى از اين است که اين رسوبات در يک درياى نسبتاٌ کم عمق (Epicontinental sea) با ترکيب اوليه آراگونيتى در محيط هاى Peritidal و در شرايط ترو پيکال بر جاى گذاشته شده است. سن اين سازندژوراسيک فوقانى (Kimmeridgian- Tithenian) مى باشد. محاسباتى که بر اساس ايزوتوپ اکسيژن 18 انجام شده است نشان مى دهد که در زمان ژوراسيک فوقانى درجه حرارت آب دريا معادل 24 درجه بوده و حوضه رسوبى در عرض جغرافيايى حدود 20 درجه شمالى قرار داشته است.
مطالعه عناصر فرعى (Fe, Na, Mn, Sr) و نيز اطلاعات ايزوتوپى به همراه مشاهدات ميکروسکوپى توانسته است نقش به سزايى در تفسير شرايط رسوبگذارى، بررسى فرايند هاى دياژنتيکى، تشخيص مينرالوژى اوليه آهک ها و نيز تعيين درجه حرارت تشکيل رسوبات اين سازند ايفا نمايد. در سالهاى اخير از اين اطلاعات جهت تمايز کربنات هاى مناطق تروپيکال از کربنات هاى مناطق معتدله، نيمه قطبى (Semi Polar) و قطبى (Polar) در سطح وسيعى استفاده شده است.

متد مطالعه:
در بررسى ژئو شيميايى سنگ هاى کربناته سازند مزدوران جمعاٌ 94 نمونه از سنگ هاى اين سازند (که در چهار مقطع مختلف، مقطع تيپ واقع در گردنه مزد آوند، مقطع پدها، مقطع باغک و مقطع شوريجه برداشت شده است) مورد آناليز قرار گرفته است. جهت تعيين عناصر اصلى Ca, Mg و عناصر فرعى Fe, Na, Mn, Sr از دستگاه Atomic Abserption Spectrometer و جهت تعيين عناصر فرعى Ti, Ba, K, Rb از دستگاه X- Ray Fluorescence و براى مطالعه عناصر باقيمانده غير قابل حل در اسيد (I- R) از دستگاه X- Ray Diffraction استفاده شده است. مطالعه ايزوتوپ کربن و اکسيژن به توسط دستگاه Mass Spectrometer صورت گرفته است. لازم به ياد آورى است که کليه مطالعات انجام شده در بخش زمين شناسى دانشگاه Tasmania در استراليا انجام گرفته است.
عناصر فرعى:
نسبت فراوانى عناصر Fe, Na, Mn, Sr در رسوبات اهکى سازند مزدوران تقريباٌ مشابه رسوبات آراگونيتى عهد حاضر است. رسوبات آراگونيتى عهد حاضر در مناطق تروپيکال حاوى مقادير ناچيزى Fe, Mn (حدود 20 پى پى ام)، مقادير متوسطى Na (حدود 2500 پى پى ام) و مقادير زيادى Sr (حدود 10000 پى پى ام) مى باشند. رسوبات کلسيتى دريايى عهد حاضر در مناطق معتدله حاوى مقادير ناچيزى Sr (حدود 3000 پى پى ام)، مقادير زيادى Na (حدود 5000 پى پى ام)، Mn (حدود 150 پى پى ام) و Fe (حدود 1000 پى پى ام) هستند. در صورتى که مقادير استرانسيم 114-408پى پى ام- ميانگين 264 پى پى ام) سديم (83-280 پى پى ام - ميانگين 114 پى پى ام) منگنز (53-529 پى پى ام)‌ و آهن(420-3745 پى پى ام ميانگين 1252 پى پى ام) موجود در سنگ آهک مزدوران را با مقادير اين عناصر در رسوبات آراگونيتى عهد حاضر در مناطق تروپيکال و نيز رسوبات کلسيتى عهد حاضر مناطق معتدله مقايسه نماييم مشاهده مى شود که در رسوبات آهکى سازند مزدوران مقادير Na, Sr کاهش يافته ولى مقادير Mn, Fe افزايش چشمگيرى داشته است. کاهش مقادير Na , Sr و افزايش Fe, Mn به دليل تاثير آبهاى متائوريتى در طى فرايند دياژنز (يعنى هنگام تبديل آراگونيت اوليه ناپايدار به کلسيت Low Mg) بوده است. اصولاٌ فراوانى Na , Sr در آهک ها عمدتاٌ بستگى به ضريب توزيع (Partition Coefficient) و فراوانى آنها در محلول هاى دياژنتيکى دارد. از آنجايى که عناصر Na , Sr داراى ضريب توزيع کمتر از يک مى باشند و فراوانى آنها در آبهاى متائوريتى کم است لذا کلسيت دياژنزى حاوى مقادير ناچيزى Na, Sr خواهد بود. از طرف ديگر مقادير Mn با افزايش نفوذ آبهاى متائوريتى افزايش مى يابد، زيرا مقدار P.C عنصر Mn حدود 15 بوده و به مقدار زياد در آبهاى متائوريتى يافت مى شود. در شرايط اکسيداسيونى Mn نمى تواند به مقدار زياد در شبکه کربنات کلسيم وارد شود اما در شرايط احيايى کلسيت مى تواند تا چند درصد Mn را در شبکه خود پذيرا باشد در سنگ آهک مزدوران مقادير Mn مى تواند انعکاس از تاثير آبهاى متائوريتى در طى فرايند دياژنز، شزايط اکسيداسيونى حاکم بر محيط تشکيل و ترکيب اوليه آراگونيتى باشد.
مقدار Ba در رسوبات کربناته دريايى عهد حاضر بسيار کم (کمتر از 60 پى پى ام) و در رسوبات کربنات محيط هاى آب شيرين امروزى بيش از 60 پى پى ام است. مقدار Ba در تمام نمونه هاى مطالعه شده کمتر از 60 پى پى ام بوده که خود نشانى بر منشاء دريايى اين رسوبات است. علاوه بر اين مقدار Ba با افزايش مقدار K2O افزايش يافته که اين خود نيز حاکى از تمرکز Ba در کانى رسى ايليت است.
مقدار Ti با افزايش مقدار K2O افزايش مى يابد. اين افزايش خود دليل تمرکز Ti در مينرال رسى ايليت است. ترسيم مقادير Mn, Ti بر روى دياگرام Veizer و Demevic 1973 حاکى از اين است که اين رسوبات در شرايط گرم و خشک بر جاى گذاشته شده اند.
مقدار Rb در کانيهاى رسى متفاوت است. ماکزيمم مقدار آن در ايليت (حدود 468 پى پى ام) و مينيمم آن در مونت موريلونيت (حدود 44 پى پى ام) است. مقدار Rb در کائولن حدود 78 پى پى ام است. ارتباط مستقيم بين مقادير Rb و K2O حاکى از جانشينى Rb به جاى K در ايليت مى باشد.
مواد باقيمانده:
مواد غير قابل حل در اسيد سنگ هاى آهکى سازندمزدوران عمدتاٌ از کوارتز، فلدسپات، ميکا و کانيهاى رسى تشکيل يافته است.
ايزوتوپ هاى کربن و اکسيژن
مقدار ايزوتوپ اکسيژن 18 در سنگ آهک مزدوران بين 7/8%- تا 2/6- و مقدار ايزوتوپ کربن 13 بين
0/8 تا 4/3 PDB در تغيير است. محدوده ايزوتوپى سنگ آهک مزدوران بر لبه محدوده ايزوتوپى رسوبات آهکى مناطق کم عمق و گرم دريايى عهد حاضر منطبق است و از محدوده رسوبات کلسيتى دريايى مناطق معتدله عهد حاضر کاملاٌ فاصله دارد. بنابراين مى توان نتيجه گرفت که فشار Co2 موجود در اتمسفر در زمان ژوراسيک فوقانى تقريباٌ مشابه عهد حاضر بوده است و ايزوتوپ هاى سبکتر اکسيژن (سبکتر از 2/6-% PDB) حاکى از تاثير آبهاى غير دريايى بر روى اين رسوبات است. مقدار ايزوتوپ کربن 13 در نمونه هاى آهکى اين سازند تقريبآٌ مشابه مقادير ايزوتوپ کربن 13 در براکيوپود هاى کلسيتى (Low Mg) اين سازند است. اين تشابه حاکى از تاثير گسترده دياژنز متائوريکى فرياتيک (Phreatic meteoric diagenesis) بعد از رسوبگذارى اين آهک ها بوده است. اثر دياژنز متائوريتى با رسم ايزوتوپ هاى کربن و اکسيژن و عناصر فرعى به خوبى قابل درک مى باشد. در اين دياگرامها مقدار Mn, , Fe با افزايش مقداير سبک تر ايزوتوپ اکسيژن افزايش يافته ولى مقدار Na کاهش مى يابد.
اين تغييرات بر اثر انحلال آراگونيت توسط آبهاى متائوريتى و رسوب مجدد کلسيت Low Mg بوده است. مشابه اين روند در بسيارى از سنگ هاى آهکى قديمى که تحت تاثير آبهاى متائوريتى قرار گرفته اند ديده شده است. مقدار Sr نسبت به تغييرات ايزوتوپ اکسيژن ثابت است. مقدار Mn و Fe با افزايش مقادير سبکتر ايزوتوپ کربن افزايش يافته اما مقدار Na کاهش مى يابد و مقدار Sr تقريباٌ ثابت است. اين تغييرات حاکى از فرايند گسترده دياژنز متائوريتى است. مطالعات ايزوتوپى تاييد مى نمايد که تاثير آبهاى متائوريتى در سنگ آهک هاى مزدوران در مقاطع مختلف متفاوت بوده است و فرايند burial diagenesis اهميت چندانى نداشته است.
محاسبه درجه حرارت آب دريا:
براى محاسبه درجه حرارت آب دريا، از نمونه هاى آهکى که تاثير فرايند دياژنز بر روى آنها حداقل بوده و داراى ايزوتوپ اکسيژن سنگين ترى هستند استفاده شده است. در اين محاسبه از فرمول Kennet و Shackleten استفاده شده است.
T˚c=16.9-4.38 (δc-δw)+0.10 (δc-δw)²
در اين رابطه δw صفر يعنى مشابه مقدار عددى آن در آبهاى درياهاى عهد حاضر در نظر گرفته شده است و بر اين اساس درجه حرارتى معادل 29 درجه تعيين گرديد. اما از آنجايى که در دوره ژوراسيک هيچ نشانه اى از پوشش هاى يخى (ice caps) وجود ندارد، لذا δw برابر با 1/2- درصد درنظر گرفته شده است و بر اين اساس درجه حرارت آب دريا معادل 24 درجه محاسبه گرديد.

نتيجه گيري:

 1- مقادير عناصر فرعى (Fe, Na, Sr, Mn) موجود در سنگ آهک مزدوران تقريباٌ مشابه مقادير اين عناصر در رسوبات آراگونيتى مناطق تروپيکال عهد حاضر است، لذا پيشنهاد مى شود که مينرالوژى اوليه اين کربناتها عمدتاٌ آراگونيتى بوده است.
   2- مقادير Na, Sr با افزايش مقدار به دليل افزايش نفوذ دياژنز متائوريتى کاهش يافته است، اما مقدار Fe با افزايش Mn افزايش پيدا نموده است.
   3- Mn, Fe از نظر فراوانى با يکديگر قابل انطباق اند، هر چند که آهن به دليل P.C بيشترى که نسبت به Mn دارد فراوانتر است.
   4- مقادير Ba , Rb حاکى از اين است که بخشى از مواد باقيمانده از مينرالهاى رسى(عمدتا ايليت) تشكيل يافته است.
   5- مقادير ايزوتوپ اكسيژن و كربن حاكى از اين است كه اين رسوبات در آبهاى دريايى گرم و در حرارتى معادل 24 تا 29 درجه تشکيل يافته اند و سپس تحت تاثير دياژنز متائوريتى و تا حدودى burial diagenesis قرار گرفته اند.