مقدمه ای بر میکروفاسیس سنگهای کربناته

An Introduction to Microfacies of Carbonate Rocks

قسمت دوم

انواع تخلخل در سنگهای کربناته:

 تخلخل درون ذره اي يا درون دانه اي (Intra granular porosity & Intra Particlar porosity) :
   اين نوع تخلخل بيشتر در داخل دانه ها و بيشتر در سنگ هاي آهكي اسكلتي ديده مي شود و عبارتست از حفرات اوليه كه در داخل اسكلت موجودات بعد از مرگشان وجود دارد. به عنوان مثال بريوزوئرها، مرجان ها و نرمتنان عمدتاً اين نوع تخلخل را ايجاد مي كنند.
  
   تخلخل پناهگاهي (Shelter):
   حفره هايي هستند كه به صورت پناهگاهي در زير دانه هاي درشت باقي مي مانند به عنوان مثال وقتي صدف دو كفه اي يا براكيوپود به صورت محدب در رسوبات قرار گيرد ، قسمت زير صدف به صورت حفره باقي مي ماند. اگر اين حفره توسط كلسيت ثانويه پرشود، بافت ژئوپتال را تشكيل مي دهدكه از روي آن مي توانيم به برگشته بودن يا عادي بودن لايه ها پي ببريم.

تخلخل درون شبكه اي حاصل از رشد موجودات (Growth-Frame work):
   بر اثر رشد موجودات زنده درون حوضه رسوبي و در بين اسکلت آنها بوجود مي آيد.
   اين نوع تخلخل بيشتر درون رسوبات ريفي در زير اسكلت موجودات سازنده نظير ريف هاي استروماتوئيدها ، جلبكي و مرجاني ديده مي شود.
   حفرات استروماتا كتيس نوع ديگري از حفرات است (1 تا 5 ميليمتر) که داراي سقف نامنظم، فاقد تكيه گاه و يك كف مسطح بوده و مشخصه ريف هاي مرجاني است. اين حفرات در اثر تخريب بخش هاي نرم موجودات ريف ساز بوجود مي آيند.
  
   تخلخل بين بلوري(intercrystalline porosity):
   اين نوع تخلخل در دولوميت ها بيشتر وجود دارد، هنگامي كه كلسيت به دولوميت تبديل مي شود، کاهش حجمي حاصل مي گردد که بر اثر همين کاهش حجم تخلخل ايجاد مي گردد (حجم دولوميت 13% كمتر از حجم كلسيت مي باشد).
  
   تخلخل روزنه اي (Fenestral):
   اين نوع تخلخل به شكل عدسي، كروي يا بدون شكل به دنبال يكديگر قرار گرفته اند. اين حفرات بر اثر از دست دادن آب بين ذرات و تخمير جلبك ها در هنگام خشك شدن رسوبات حاصل شده اند. تخلخل روزنه اي به صورت حفرات نامنظم و بصورت لنزي كشيده و لوله اي شكل ديده مي شوند. بعضي از اين حفرات به صورت چشم پرنده اي بوده كه به آنها تخلخل چشم پرنده اي (Birds eye) مي گويند. اين نوع تخلخل در اثر بدام افتادن حباب هاي هوا توسط امواج كف آلود ساحلي و در اثر تخمير مواد آلي و فتوسنتز جلبك ها به وجود مي آيند و شاخص نواحي بين جذر و مدي و بالاي جذر و مدي است.
  
   تخلخل حفره اي (Vuggy):
   اين نوع تخلخل در اثر انحلال قسمتي از سنگ حاصل مي شود. امكان دارد اين نوع تخلخل فابريك سنگ را قطع نمايد كه وجه تمايز آن از تخلخل قالبي است. اين نوع تخلخل عمدتاً در سنگ هاي كربناته ديده مي شود. اگر حفره خيلي بزرگ باشد، به آن تخلخل غاري (Cavern) مي گويند و اگر در اثر انحلال در طول شكستگي ها به صورت كانال در آمده باشد ، به آن تخلخل كانالي مي گويند.
  
   تخلخل قالبي (Fabric & Pelmoldic ):
   اين نوع تخلخل در اثر انحلال خود دانه و يا آلوكم به وجود مي آيد مثلاً اگر يك فسيل كربناتي حل شود، قالب آن به صورت تخلخل باقي مي ماند.

تخلخل حاصل از شكستگي (Fracture):
   اين نوع تخلخل، تخلخلي است كه بر اثر شكستگي سنگ ها به ويژه در مناطق تكتونيكي به وجود مي آيد.
   در سنگهاي آهكي که تا حدودي سخت يا سيماني شده، ترك هاي ورقه اي و دايك هاي نپتوني تشكيل مي شوند. تركهاي ورقه اي معمولاً حفراتي به موازات لايه بندي هستند كه داراي ديواره مسطح مي باشند. در صورتي که دايك هاي نپتوني لايه بندي را قطع نموده و ممكن است به طرف پائين تا چندين متر از يك سطح لايه بندي خاصي نفوذ نمايند.
   ساخت هاي ديگري از قبيل رپيل مارك، فلوت كست و . . . نيز در سنگ آهك ها مشاهده مي شود.
   اين ساخت ها (تخلخل ها) به سه نوع Fabric selected (انتخابي توسط فابريك)، Non Fabric selected و Fabric selected or not تقسيم مي شوند.
   تخلخل هاي بين ذره اي، درون ذره اي، روزانه اي (Fenestral)، حاصل از رشد (Growth Frame Work) و پناهگاهي از نوع انتخابي توسط فابريك هستند. تخلخل هاي حاصل از خشك شدگي، بارو، بورينگ (Boring) و تخلخل حاصل از برشي شدن ميتواند از نوع تابع فابريک و عدم تابعيت از فابريک باشند . تخلخل شكستگي (Fracture)، كانالي و حفره اي جزء عدم تبعيت از فابريك مي باشند.
   اين ساختمان شاخص مفيدي براي تعيين جهت بالاي لايه مي باشد.
  
   دياژنزسنگ هاي كربناتي:
   دياژنز كربنات ها در ارتباط با فرآيندهاي مختلف است كه در محيط هاي نزديك سطح دريا و متئوريك و به طرف پايين تا محيط دفن عميق صورت مي گيرد. فرآيندهاي اصلي دياژنز شامل سيماني شدن ، تراكم، ميكريتي شدن، نئومورفيسم، انحلال، دولوميتي شدن و سيليسي شدن مي باشد.
   سيماني شدن فرآيند اصلي دياژنتيكي است كه يك سنگ آهك سخت را از يك رسوب سست بوجود مي آورد. كاني شناسي سيمان به شيمي آب به ويژه منشأ CO2 و نسبت Mg/Ca و نرخ تأمين كربنات بستگي دارد.
   نئومورفيسم براي توصيف فرآيندهاي جانشيني و تبلور مجدد در جائيكه ممكن است تغييري در كاني شناسي صورت گرفته باشد به كار مي رود مانند درشت شدن اندازه بلورها در يك گل آهكي (نئومورفيسم افزايشي) و جانشيني پوسته ها و سيمان هاي آراگونيتي توسط كلسيت (كليستي شدن).
   انواع محيطهاي دياژنتيكي به صورت ذيل مي باشد:
  
   محيط وادوز Vadose
   اين زون بالاي سطح ايستايي (سفره آب زيرزميني) قرار دارد و به صورت متئوريك و دريائي ديده مي شود. در زون وادوز بخشي از حفرات سنگ با آب و بخشي ديگر با هوا پر شده است.
   سيمان در سنگ هاي ساحلي عهد حاضرعمدتاً آراگونيت يا كلسيت پرمنيزيم است. سيمان هاي تشكيل شده در منطقه وادوز شامل سيمان حاشيه اي نامتقارن (ثقلي، استالاگتيتي) و مينسكاس (كاوسيما Meniscus) كه در محل تماس دانه ها تمركز مي يابد. سيمان ثقلي در زير سطح دانه ها ايجاد شده و در اين قسمت ضخيم تر از قسمت هاي ديگر دانه است.
   از ديگر سيمان هاي تشكيل شده در منطقه وادوز دريائي، سيمان ويسكر است. اين سيمان در حفراتي كه در جهات مختلف گسترش مي يابد ايجاد مي شود.
   وجود بلورهاي انيدريت كه حل شده و احتمالاً با سيمان آب شيرين پر شده اند نشان دهنده دياژنز وادوز است. برش هاي ريزشي از نشانه هاي ديگر اين محيط است.
   فرآيند غالب در محيط وادوز انحلال است و لذا شكل انحلالي در اين منطقه مانند تخلخل قالبي يافت مي شود. سيمان دروزي موازئيك برون آهكي در محيط وادوز (متئوريك) تشكيل مي شود.
  
   محيط فراتيك (متئوريك و دريائي):
   درمحيط فراتيك تمام حفرات سنگ ها با آب پر مي شود. در محيط فراتيك دريائي سيمان فيبري هم ضخامت (Isopachus Cement) و سيمان هم محور (سين تكسيال) بر روي قطعات اكينودرم رشد مي كند. در سيمان دروزي موزائيك اندازه ذرات بلور در حاشيه حفره كوچك و به سمت داخل حفره بزرگ مي شود. سيمان دروزي موزائيك آهن دار در محيط فراتيك متئوريك تشكيل مي شود.
  
   محيط مخلوط (Mixing Zone)
   در محيط مخلوط مهمترين پديده دولوميتي شدن است كه مي تواند از دولوميتي شدن گل آهكي زمينه شروع شده و با پيشروي، آلوكم ها را نيز تحت تأثير قرار دهد و گاه آنقدر پيش مي رود كه گل سنگ از بلورهاي شفاف دولوميت تشكيل مي شود.
   در آب دريا به علت فعاليت يوني زياد و رسوب كلسيت فرايند دولوميتي شدن آهسته مي باشد (نسبت Mg/Ca در آب دريا بين 3 تا 5 است و در آب شيرين 1 < Mg/Ca ). در منطقه مخلوط كه گذري از اين دو نوع آب است اين نسبت به يك نزديك مي شود (ساختمان دولوميت ايده آل متشکل از يك لايه CaCO3 و يك لايه MgCO3 ) علاوه بر اين، در آب شيرين يون هاي SO4 (مزاحم) شسته شده و لذا دولوميت تشكيل مي شود.

محيط تدفيني:
   در محيطهاي دفني انواع جانشيني وجود دارد و از آنجايي که محيط اكسيدان نيست، Fe+2 وارد شده و سيمان آهن دار دفني شكل مي گيرد. سيمان درشت بلور بلوكي شكل (پويكلوتوپيك) از ديگر سيمان هاي شكل گرفته در اين منطقه است.
   سيمان كلسيتي پرمنيزيم بصورت حاشيه هاي ميكريتي و تيره رنگ در اطراف ذرات ديده مي شود. سيمان آرگونيتي مي تواند بصورت شبكه هاي سوزني شكل و يا فيبري و بادبزني باشد.
   تراكم به دو صورت فيزيكي و شيميائي است.
   در اثر وزن رسوبات بر روي رسوبات زيرين، تراكم ايجاد مي شود و باعث هم نزديك شدن ذرات مي گردد. در تراكم مكانيكي ذرات بحالت مماسي ، محدب و مقعر به همديگر مي چسبند.
   در تراكم شيميائي ذرات به حالت مضرس به هم مي چسبند و در محل تماس عمل انحلال صورت مي گيرد که بنام انحلال فشاري (Pressure Solution) ناميده مي شود و باعث تشكيل سطوح استيلوليت مي گردد. در محيط تدفين كلسيت هاي آزاد شده از عمل انحلال فشاري بصورت سيمان درشت بلور در اطراف ذرات رشد مي نمايد.
   نئورفيسم به معناي نوشكلي است. دو حالت نئومورفيسم وجود دارد كه عبارتند از افزاينده و كاهنده.
   نوع افزاينده باعث مي شود كه در اثر تبلور مجدد اندازه كريستال ها بزرگتر مي شود مانند تبديل ميكريت به ميكرواسپار.
   در نوع كاهنده، كاهش اندازه ذرات وجود دارد که تحت تأثير استرس هاي تكتونيكي مي گيرد. كلسيتي شدن كه با افزايش اندازه بلور همراه است، جزء فرآيند نئومورفيسم بوده و همراه با حفظ شكل و ساختمان داخلي صدف است.
   جانشيني (Replacement) جزء فرآيند نئومورفيسم است كه در آن ساختمان داخلي صدف حفظ نمي شود.
  
   دولوميتي شدن:
   دولوميت داراي فرمول Ca.Mg(CO3)2 بوده و بلورهاي آن بصورت رمبوئدرال يا لوزي شكل است. به دولوميت هايي كه بصورت اوليه رسوب مي نمايند، پروتودولوميت مي گويند ولي اكثر دولوميت هاي امروزي ثانويه هستند. انواعي كه در مراحل اوليه دياژنز تشكيل مي گردند، سين ژنتيك و آنهايي كه در مراحل پاياني تشكيل مي شوند اپي ژنتيك ناميده مي شوند.
   بافت دولوميت به دو صورت ايديوتوپيك (سطوح بلوي لوزي شكل) و اگزنوتوپيك (بلورهاي بدون شكل و نامنظم) مي باشد.
  
   ژنز:
   -شرايط تشكيل رسوبات كربناته:
   درجه حرارت:
   امروزه رسوبات كربناته در آب هاي گرم و در عرض هاي جغرافيايي پايين (40-0) درجه تشكيل مي شوند.
   عمق:
   سنگ هاي كربناته در آب هاي كم عمق و اكثراً تا عمق 200 متري (مانند فلات قاره ) مي توانند تشكيل شوند كه بخش فلات قاره به كارخانه آهك سازي معروف است.
   -شوري:
   شوري آب هايي تشکيل دهنده رسوبات كربناته بايستي در حد نرمال باشد.
   -ميزان ورود مواد تخريبي:
   مواد تخريبي موجب كدر شدن آب دريا و جلوگيري از زيست موجودات مي شود ميزان مواد تخريبي براي تشکيل رسوبات كربناته بايد كم باشد. پس آهك ها در مناطق فعال تكتونيكي تشكيل نمي شوند و يكي از دلايل عدم تشكيل آنها در كامبرين همين موضوع است.
   بسياري از دولوميت ها از عمل متاسوماتيكي آبهاي منيزيم دار به روي سنگ آهك ها به وجود مي آيند. تغييرات انرژي آزاد اين واكنش منفي مي باشد و در واقع فرآيند دولوميتي شدن، فرآيندي خودانگيز است. ژنز دولوميت بسيار مشكل است كه علت اين امر سرعت كند نظم گرفتن كاتيوني در شبكه دولوميت است.

 رسوبات کربناته جديد:
   محيط عميق:
   الف) آهك ها از مناطق کم عمق تر براثرجريانات توربيدايتي و زير درياييو يا فعاليت جلبک هاي آهکي تشکيل مي شوند.
   ب) آهک هايي با منشأ صدف و پوسته فرامينيفر و پلانکتون در اعماق بيش از 4000 متري سرعت انحلال> سرعت رسوبگذاري است و به دليل ناپايداري پوسته آهکي، رسوبگذاري متوقف مي شود.
  
   محيط کم عمق:
   در اعماق کم به علت تبخير بالا و انرژي بالاي آب تنوع زيادي شاهده مي شود. مانند سواحل غربي خليج فارس، باهاما در کارائيب .
  
   سنگ آهک در محيط کم عمق از نظر محيط و تنوع رسوبي :
   محيط ساحلي :
   الف) پهنه جزر و مدي که بين بالاترين نقطه مد و پائين ترين حد جذر واقع شده است .
   ب) پهنه اصلي ساحل : مانند جزاير آندوراس دردرياي مارش، سبخاي خليج فارس .
   ج) ساخت جلبکي که تشکيل استروماتوليت را مي دهد .
  
   محيط کولابي:
   در اين محيط آب و هواي خشک و تبخيري حاکم است و جلبک هاي کاليچي را تشکيل مي دهد .
  
   محيط آب شيرين :
   اين محيط حاوي کربنات کلسيم خالص بوده و درياچه ها، چشمه ها و رودخانه ها را شامل مي شود .
  
   فرآيند دولوميتي شدن
   دولوميت بصورت اوليه خيلي كم تشكيل مي شود. در آب دريا Ca+2 , Mg+2 وجود دارد كه شعاع يوني Mg كوچكتر است و لذا تمركز بار در اطراف Mg بيشتر مي شود و به همين دليل عمل هيدراتاسيون يا تمركز مولكول هاي آب در اطراف Mg بيشتر مي شود. اين عمل دسترسي يون Mg به Co32- را كمتر مي كند. يکي از اثرات مهم دولوميتي شدن افزايش تخلخل ( 13% تخلخل ) است .
   پس سه عامل باعث عدم تشكيل دولوميت در آب دريا بصورت اوليه مي شود كه عبارتند از:
   هيدراتاسيون يون Mg
   فعاليت يوني كم كربنات
   فعاليت يوني بالاي آب دريا
   در شرايط مناسب نسبت Mg/Ca زياد شده و دولوميت تشكيل مي گردد كه اين شرايط شامل:
   خروج Ca بصورت ژيپس يا كاني هاي تبخيري
   مخلوط شدن آب دريا با 30% آب شيرين جوي
   نداشتن فسيل ، فقدان بافت بيوکلاستيک ، فقدان اووليت در دولوميت ها و اين که هيچ موجود زنده اي از خود دولوميت ترشح نمي کند ، نشانه منشأ ثانويه دولوميت است .
  
   مدل هاي دولوميتي شدن
   مدل تراوش و نفوذ (نشتي- برگشتي) كه نسبت Mg/Ca سيالات در مرداب ها و زير پهنه هاي جذر و مدي و سبخاها در اثر تبخير افزايش يافته و اين نسبت بالا در زير زمين بر اثر اختلاف چگالي با آب هاي درون حفره اي دريايي كاهش مي يابد.
   مشخصه اين دولوميت ها همراه بودن آنها با سنگ هاي تبخيري است.
   مدل سبخا
   اين محيط مناسبترين محيط تشکيل دولوميت است . در اين مدل نيز دولوميت ها همراه با رسوبات تبخيري همراهند.
   مدل مخلوط شدگي
   در اين مدل كه با تبخيري ها همراه نيست ، مخلوط شدن آب هاي جوي و دريائي را داريم.
   مدل پائين رفتن سطح آب دريا
   در اين محيطها سطح آب دريا پيوسته در حال پائين رفتن است و دولوميت در بخش هاي بالا آمده تشكيل مي گردد.
   مدل تدفيني:
   دراين مدل در اثر فشار وزن رسوبات آبهاي درون حفره اي غني از Mg و درون شبكه اي كاني هاي رسي منيزيم دار آزاد شده و به بخش هاي با فشار پائين حركت مي نمايند. دولوميت هاي تشكيل شده در اين منطقه درشت بلور هستند. اين دولوميت ها چون با محلول هاي گرمابي همراه هستند لذا با كاني هاي سولفيدي ديده مي شوند.
   از مشكلات ايجاد دولوميت در محيط دفني عدم وجود يك منبع مدام سيال در اين محيط ها مي باشد.