تعیین زایش کانسار آهن دلکن با تکیه بر بررسی‏‌های زمین‌شناسی، زمین‏‌ساخت، سنگ‏‌نگاری و ایزوتوپ‌های پایدار δ18O و δ34S (جنوب‏‌باختری بردسکن، استان خراسان رضوی)

مقدمه

معدن آهن دلکن در 36 کیلومتری جنوب شهر بردسکن در نزدیکی بلندی‌های کوه دلکن و کال‌اسب جای دارد. از دیدگاه پهنه‌بندی زمین‌شناسی، این محدوده در بخش خاوری پهنة ایران مرکزی جای دارد (Stöcklin, 1968, 1977). همچنین، در پهنه‌‌بندی ساختاری ایران، معدن آهن دلکن در شمال‏‌خاوری پهنة زمین‏‌ساختی کاشمر- کرمان (شکل 1-A) و در یال شمال‏‌خاوری کوه سرهنگی (شکل 1-B) جای دارد. برخی از مهم‌ترین معادن آهن ایران در پهنة ساختاری کاشمر-کرمان جای گرفته‌اند که از میان آنها می‌توان معادن آهن در منطقه بافق با مجموع ذخیرة 5 میلیارد تن (Torabian, 2007) را نام برد. کانسارهای پده‌بید، زبرکوه، کمرکاسه، ده‌زمان و نرم، نزدیک‌ترین معادن آهن به کانسار آهن دلکن هستند.

شکل 1. A) جایگاه کوه سرهنگی در پهنة ساختاری کاشمر- کرمان که در کادر سبز‌ رنگ نمایش داده شده است (برگرفته از رمضانی و تاکر (Ramezani and Tucker, 2003)؛ B) نقشة زمین‌شناسی کوه سرهنگی و جایگاه برخی از معادن آهن (برگرفته از: Nozaem et al., 2013; Parvaresh Darbandi et al., 2020).

Figure 1. A) The location of Kuh-e-Sarhangi in the Kashmar-Kerman structural zone, shown in the green box (adapted from Ramezani and Tucker, 2003); B) Geological map of Kuh-e-Sarhangi and some of the iron mines (adapted from Nozaem et al., 2013; Parvaresh Darbandi et al., 2020).

در این بخش به شماری از مهم‌ترین پژوهش‌های پیشین در این ناحیه پرداخته می‌شود. نقشة 1:100000 قاسم‌آباد (Sahandi et al., 2010) که در این نقشه و گزارش آن زمین‌شناسی و چینه‌شناسی منطقه را بررسی و اشارة کوتاهی نیز به مباحث ساختاری و پتانسیل اقتصادی در این منطقه کرده‌اند. بررسی‏‌های ملکزاده‌شفارودی و همکاران (Malekzadeh Shafaroudi et al., 2018) نشان می‌دهد سنگ‌های میزبان در کانسار آهن پده‌بید شامل تناوبی از سنگ‌های کربناته دگرگون‌شده، اسلیت و فیلیت هستند که توده‌های دیوریتی و گابرویی در آنها نفوذ کرده‌اند. همچنین، با توجه به شواهد زمین‏‌شیمیایی تیپ این کانسار را اسکارن دما پایین دانسته‌اند. تحلیل دگرریختی گسترده کوه سرهنگی در شمال‏‌باختری بلوک لوت در پایان‌نامه دکتری و مقاله‌های مستخرج از این پایان‌نامه (Nozaem, 2012; Nozaem et al., 2013) که نتیجه آن پیشنهاد الگوی زمین‏‌ساختی فرادرون‌ورقه‌ای برای این بخش از ایران مرکزی در نیمة شمالی بلوک لوت در سنوزوییک پایانی بوده است. از مهم‌ترین معادن آهن در کوه سرهنگی معدن سنگ آهن ده‌زمان است (شکل 1-B) که در جنوب باختری معدن دلکن جای گرفته است. در بررسی‏‌های ایمان‌پور و همکاران (Imanpour et al., 2016) این کانسار کانه‌زایی هماتیت به‌صورت نواری، هم‌شیب و هم‌راستا با سنگ‌های رسوبی دگرگون‌شده میزبان با سن پرکامبرین نشان می‌دهد که با توجه به بررسی‌های زمین‏‌شیمیایی به روش ریزپردازش الکترونی روی کانسنگ و بررسی اکسیدهای اصلی، شباهت‌های بسیاری میان این کانسار و کانسارهای آهن نواری دیده شد و از این‌رو، رخداد این کانسار را در ارتباط با رسوب آهن در محیط رسوبی نزدیک به ساحل و دور از خاستگاه دانسته شده است. بررسی‏‌های پرورش‌دربندی و همکاران (Parvaresh Darbandi et al., 2020) در کانسار آهن نرم (شکل 1-B) نشان می‌دهد کانه‌زایی اصلی آهن در این محدوده مگنتیت است، شباهت‌هایی میان این کانسار با کانسار‌های اکسید آهن آپاتیت^[1] دیده‌اند و توده‌های ماگمایی در محدوده را از نوع آلکالن دانسته‌اند که در جایگاه درون‌صفحه‌ای پدید آمده‌اند. بررسی زمین‌شناسی و کانه‌زایی در معدن دلکن (Shabani et al., 2015) که داده‏‌های آن شناسایی دو فاز کانه‌زایی در محدوده به‌صورت: 1) کانی‌سازی اسکارن با کانی‌های نخستین مگنتیت و پیریت و کانی‌های ثانویه هماتیت، مالاکیت و لیمونیت؛ 2) کانی‌سازی رگه‌ای شامل گالن، اسفالریت، کالکوپیریت و پیریت در پهنة مگنتیتی بوده است.

با توجه به شباهت‌های بسیاری که کانسار آهن دلکن با چندین تیپ (گروه) متفاوت از کانه‌زایی‌های آهن دارد، هدف از این پژوهش شناخت بیشتر مکانیسم‌های تأثیر‌گذار بر پیدایش کانسار، بررسی دقیق‌تر زمین‌شناسی و کانه‌زایی، زمین‏‌ساخت، ایزوتوپ‌های پایدار و در پایان، تعیین تیپ کانسار با استفاده از مجموعه‌ بررسی‏‌های جدید و پژوهش‌های پیشین در این محدوده بوده است.

زمین‌شناسی و زمین‏‌ساخت ناحیه‌ای

زمین‌ساخت بخش شمال‏‌خاوری پهنة کاشمر کرمان با پهنة گسله کمرتاجی در شمال و گسل کوه سرهنگی در جنوب که ادامه گسل‌های بزرگ پشت‌بادام و کوهبنان هستند، کنترل می‌شود. در این منطقه واحدهای سنگی دگرگون‌شده و دگرریخت‌شده پرکامبرین شامل مجموعة آمفیبولیت، میکاشیست‌های گرونادار، مجموعه اسلیت و فیلیت‌های پرکامبرین، سنگ‌های کربناته بلورین، مرمر، میکاشیست‌، سنگ‌های دولومیتی و شیل‌های سازند ریزو و سلطانیه، ماسه‌سنگ‌ها و سنگ‌های کربناته سری زبرکوه، گنیس‌ها و گرانیت‌های میلونیتی‌شده در کنار واحدهای سنگی از پالئوزوییک مانند سازندهای زاگون، لالون، میلا، نیور، پادها، سردر و سازندهای تریاس، با مرزهای گسله و راندگی‌ها جای گرفته‌اند. حرکت‌های راستالغز راست‌بر با مؤلفه فشارشی گسل‌های کوهبنان و پشت بادام و عملکرد گسل بزرگ درونه،مجموعه‌های بزرگ سنگی را به‌صورت گوه‌های زمین‏‌ساختی درهم‌فرو برده است (Sahandi et al., 2010). گمان می‌رود گوة بزرگ زمین‏‌ساختی شامل واحدهای پالئوزوییک و مزوزوییک در جنوب خاوری کوه‌های سرهنگی که با چین‌خوردگی و راندگی همراه است، بدین‌گونه جای گرفته باشد. همچنین، نفوذ توده‌های ده‌زمان، لاخ برقشی، رباط زنگیچه و یخاب، هم‌زمان با کوه‌زایی کاتانگایی و پیامد فرورانش اقیانوس پروتوتتیس به زیر ایران مرکزی دانسته شده است که در نخستین مرحله دگرریختی به‌صورت سازوکار ترافشارشی چپ‌گرد در این ناحیه روی ‌داده است (Nozaem et al., 2013). این رخداد به دگرگونی و دگرریختی سنگ‌های پرکامبرین پسین منطقه نیز انجامیده است. با توجه به بررسی‏‌های پیشین (Nozaem et al., 2013; Rosseti et al., 2015; Hajimirzajan et al., 2019) نخستین و مهم‌ترین رخداد ماگماتیسم در این منطقه گرانیت و ریولیت‌های دگرگون‌شده هستند که با توجه به بررسی‏‌های سن‌سنجی به روش اورانیم-سرب روی کانی زیرکن به سن 3/۵۲۱ تا ۵۵۷ میلیون سال پیش هستند. ماگماتیسم جدید در منطقه چه‌بسا در پی رخداد فرایندهای زمین‏‌ساخت تراکششی محلی روی داده است (Nozaem, 2012).

زمین‌شناسی محدوده

نقشة زمین‌شناسی معدن دلکن در (شکل 2) نشان داده شده است. بررسی‏‌های پیشین (Sahandi et al., 2010; Nozaem, 2012; Parvaresh Darbandi et al., 2020) در منطقة کوه سرهنگی، منابع اصلی برای شناسایی سن واحد‌های زمین‌شناسی گزارش‌شده در نقشة زمین‌شناسی معدن دلکن هستند. مجموعه‌ای مرکب از بررسی‏‌های، تصویرهای ماهواره‌ای، نقشه‌ها و گزارش‌های پیشین زمین‌شناسی در محدوده و بررسی‏‌های زمین‌شناسی انجام‌شده در این پژوهش، شامل ویژگی‌‌های صحرایی (بافت، لایه‌بندی، شیستوزیته، کانی‌شناسی، آثار فسیل و ...)، به‌کارگیری ابزار‌های صحرایی (کیت سختی‌سنجی و اسیدکلریدریک رقیق در بررسی انواع کربنات‌ها، لوپ، کمپاس، جی‌پی‌اس و ...)، بررسی کانی‌ها و ثبت کانی‌های شاخص (گارنت، پیریت، کلریت، اپیدوت کانی‌های منیزیم‌دار مانند ترمولیت و ...)، بررسی‌های ساختاری (ثبت روند، شیب و بررسی خش‌لغزها در گسل‌های محدوده)، نمونه‌برداری از همة واحد‌های سنگی و انجام بررسی‏‌های میکروسکوپی و ماکروسکوپی آنها، برای ترسیم نقشة زمین‌شناسی محدوده بهره گرفته شده ‌است. واحدهای سنگی محدوده شامل واحدهای بیشتر دگرریخت و دگرگون‌شدة شیست، کوارتزیت، سنگ آهک، دولومیت و آمفیبولیت به سن پرکامبرین (با پیشوند PC)، واحدهای سنگ آهک، دولومیت شیل‌های کربن‌دار، شیست و کوارتزیت به سن کامبرین (با پیشوند CM)، واحد‌های سازنده از طریق ماگماتیسم و دگرگونی همبری به‏‌دست‏‌آمده از نفوذ استوک مونزونیتی و کانه‌زایی‌های متأخر با سن سیلورین و در آخر رسوبات سنوزوییک و باطله‌های به‏‌دست‏‌آمده از فرایندهای استخراج ماده معدنی هستند.

روش انجام پژوهش

پس از بررسی‌های صحرایی برای بررسی‏‌های ساختاری شمار 37 صفحة گسلی برداشت ساختاری شدند. همچنین، برای بررسی‏‌های سنگ‌شناسی، کانی‌شناسی و کانه‌زایی، شمار 284 نمونه سنگی از سطح و همچنین، از مغزه‌های حفاری‌شده در آرشیو مغزه‌های معدن برداشت شد. پس از بررسی نمونه‌ها شمار 42 مقطع نازک صیقلی، 23 مقطع صیقلی و 8 مقطع نازک از نمونه‌های منتخب تهیه شد. بررسی مقاطع با استفاده از میکروسکوپ سه‌چشمی دو‌کاره (نور گذری-بازتابی الیمپوس) مدل BX60F5 در آزمایشگاه تحصیلات تکمیلی گروه زمین‌شناسی دانشگاه اصفهان انجام شد و تصویر مقاطع نیز با استفاده از دوربین کانُن نصب‌شده روی همین میکروسکوپ تهیه شد. سپس نقشة زمین‌شناسی و دیگر نقشه‌های منطقه با نرم‌افزار ArcGIS رسم شد. نیمرخ شمار 36 نمونة سنگی از نقاط گوناگون سطحی کانسار برداشت شد و پس از خردایش و نرم‌کردن برای بررسی مقدار اکسیدهای اصلی به آزمایشگاه شرکت زرآزما تهران فرستاده شد. نمونه‌ها با روش ذوب پراکسیدی^[2] آماده‌سازی، سپس با روش طیف‌سنجی نشری پلاسمای جفت‌شده القایی^[3] تجزیه شدند.

شمار 2 نمونه از کانه مگنتیت و 2 نمونه از کانی کوارتز برای انجام تجزیة ایزوتوپ پایدار δ¹⁸O و 2 نمونه از کانی پیریت برای انجام تجزیة ایزوتوپ پایدار δ³⁴S از بخش‌های گوناگون معدن با درنظرگرفتن ارتباط نمونه‌ها با مراحل گوناگون کانه‌زایی، میزان تأثیر دگرسانی بر نمونه و امکان جداسازی کانی یا کانه مورد نظر از باطله برگزیده شدند.

شکل 2. نقشة زمین‌شناسی معدن آهن دلکن.

Figure 2. Geological map of Delkan iron mine.

نخست هر یک از نمونه‌ها خرد شده و کانی‌های کوارتز، پیریت و کانه مگنتیت، بی‌هرگونه آلودگی، با میکروسکوپ بایناکولار به روش دستی در آزمایشگاه تحصیلات تکمیلی دانشگاه اصفهان جداسازی شدند و پس از خردشدن و نرم‌سازی نهایی در هاون آگاتی، تعداد 6 نمونه با وزن نزدیک به دست‌کم 1 گرم برای هر نمونه، برای اندازه‌گیری نسبت‌های ایزوتوپی به آزمایشگاه تحقیقاتی ایزوتوپ‌های پایدار دانشگاه اراک فرستاده شد. در این آزمایشگاه برای تجزیة ایزوتوپی اکسیژن، پس از پیرولیز^[4] هر نمونه جامد در دمای بالا (℃1450) در تجزیة عنصری^[5] همة اتم‌های اکسیژن در نمونه به گاز CO تبدیل می‌شوند. همة ناخالصی‌های این گاز‌ پس از گذر آن از ستون‌ تصفیه و تله آبی در سیستم، تصفیه و جدا می‌شوند. پس از تصفیه همة ناخالصی‌ها ستون جذب دارای نمونه (تا دمای ℃150) گرم می‌شوند و پس از گذر از تلة آبی دوم همة گاز CO به طیف‌سنج جرمی نسبت ایزوتوپی^[6] وارد می‌شود. در این مرحله مقدار نسبت جرمی 28/30 به‌دست آورده شد که برای ارزیابی نسبت δ¹⁸O در نمونه به‌کار برده می‌شود. تجزیة نمونه‌های ایزوتوپی اکسیژن با دستگاه Isoprime مدل Precision انجام شد. برای تأیید کل روش و کالیبراسیون گاز‌های مرجع، اندازه‌گیری‌های مکررِ مادة مرجع (IAEA-NBS-28) با مقدارهای استاندارد δ¹⁸O برابر با (‰1/0 ± ‰6/96) انجام شد. مقدارهای پذیرفته‌شده برای انحراف معیار δ¹⁸O برابر با (‰3/0≥) است. برای تجزیة مقدارهای ایزوتوپی گوگرد، پس از احتراق^[7] هر نمونه جامد در دمای ℃1150 در تجزیة عنصری همة اتم‌های گوگرد در نمونه به گاز SO₂ تبدیل می‌شود. همة ناخالصی‌های در این گاز‌ پس از عبور آن از ستون‌ تصفیه و تله آبی در سیستم، تصفیه و جدا می‌شوند. پس از تصفیه همة ناخالصی‌ها ستون جذب حاوی نمونه (تا دمای ℃220) گرم می‌شود و همة گاز SO₂ به طیف‌سنج جرمی نسبت ایزوتوپی وارد می‌شود. در این مرحله، مقدارهای نسبت جرمی 64/66 به‌دست آمد که برای ارزیابی نسبت δ³⁴S در نمونه به‌کار برده می‌شود. تجزیة نمونه‌های ایزوتوپی گوگرد با دستگاه Isoprime مدل 100 انجام شد. برای تأیید کل روش و کالیبراسیون گاز‌های مرجع، اندازه‌گیری‌های مکرر مادة مرجع (IAEA-S-34) با مقدارهای استاندارد δ³⁴S برابر با (‰2/0 ± ‰9/16) و همچنین، یک نمونه استاندارد ثانویه با مقدارهای δ³⁴S برابر با (‰2/0 ± ‰3/6) صورت ‌پذیرفت. مقدارهای پذیرفته‌شده برای انحراف معیار δ³⁴S برابر با (‰2/0≥) است.

کانه‌زایی

کانه‌زایی آهن در معدن دلکن به دو صورت 1) اکسیدهای آهن همراه با آپاتیت با بافت پراکنده و رگچه‌ای و 2) اکسیدهای آهن توده‌ای بدون آپاتیت دیده می‌شود. کانه‌زایی اکسید آهن همراه با آپاتیت در این محدوده بیشتر متمرکز در خود استوک نفوذی مونزونیتی است (شکل 3-A). این نوع کانه‌زایی از نظر حجم و شدت کانی‌سازی ارزش اقتصادی کمتری دارد و با توجه بسیار تأثیر بالای فرایندهای دگرسانی در استوک نفوذی، حفظ‌شدگی خوبی ندارد. بیشترین مقدار آپاتیت‌های تجزیه‌نشده را می‌توان در حاشیه‌های شمال‏‌باختری توده نفودی یافت که کمی کمتر دچار دگرسانی شده است و ازاین‌رو، کانی‌های آپاتیت همراه با اکسیدهای آهن را می‌توان در نمونه‌های سنگی برداشت‌شده از این بخش دید. جایگاه رخداد کانه‌زایی‌های توده‌ای آهن (بدون آپاتیت)‌ دو دسته است: دسته نخست، کانه‌زایی همجوار با تودة آذرین درونی^[8] است که شامل کانه‌زایی‌های اندواسکارن اکسید‌های آهن توده‌ای (مگنتیت و هماتیت) درون خود استوک نفوذی (شکل‌های 3-B و 3-C) و همچنین، کانه‌زایی‌های اگزواسکارن، در محل همبری^[9] میان حاشیه جنوبی تودة آذرین درونی با واحد‌های فیلیتی است (شکل 3-F). در این واحد‌ها مقدار فراوانی پیریت نیز با بافت پراکنده در کانه‌زایی دیده می‌شود. دستة دوم، شامل کانه‌زایی‌های آهن با فاصله از تودة آذرین درونی^[10] می‌شود که در محل همبری گسله واحد‌های شیستی و آهکی در فاصلة 70 متری جنوب تودة آذرین درونی (شکل‌های 3-D و 3-E) و همچنین، در محل همبری واحد‌های شیست و مرمر در فاصلة 1 کیلومتری از جنوب‌خاوری تودة آذرین درونی دیده می‌شوند (شکل 3-H).

شکل 3. A) کانه‌زایی‌های آهن همراه با آپاتیت‌های میکروسکوپی در بخش باختری کانسار، کانه‌زایی‌های در این ناحیه بسیار دچار هوازدگی شده است؛ B) کانه‌زایی اصلی مگنتیت در کنار استوک مونزونیتی مرتبط با کانه‌زایی، در سایت استخراجی ماده معدنی؛ C) استوک نفوذی مونزونیتی بسیار دگرسان‌شده در مرز گسله با لایه دولومیت؛ D) نمایی از برخی واحدهای سنگی در حاشیة کانه‌زایی که اوپن‌پیت[11] در این نما به‌علت قرارگیری در فروافتادگی میان واحدها، دیده نمی‌شود؛ E) واحد گارنت اسکارن؛ F) فیلیت‌های تیره‌رنگ با مقدار بالای گرافیت، رگة سیلیسی نیز در سمت چپ تصویر به‌خوبی دیده می‌شود؛ G) نمایی از اوپن‌پیت معدن، آیینه گسلی یکی از گسل‌های عرضی نیز به خوبی در مرکز این تصویر دیده می‌شود؛ H) کانه‌زایی مگنتیت دور از استوک نفوذی در ناحیه جنوب‌خاوری محدوده (1 کیلومتری در جهت جنوب‌خاوری استوک نفوذی).

Figure 3. A) Iron mineralization with microscopic apatites in the western part of the deposit, mineralization in this area has been severely affected by weathering; B) Main proximal magnetite mineralization next to the monzonite stock within the open-pits mining area; C) Highly altered monzonite intrusive stock at the fault boundary with the dolomite layer; D) A view of some of the rock units at the margin of the mineralization, where the Open-Pit is not visible in this view due to its location in a depression between the units; E) Garnet skarn unit; F) Dark phyllites containing high amounts of graphite, silica vein is also clearly visible on the left side of the image; G) A view of the open-pit, the fault mirror of one of the transverse faults is also clearly visible in the center of this image; H) Distal magnetite mineralization in the southeastern area (1 km southeast of the intrusive stock).

داده‏‌های تجزیة مقدار اکسید‌های اصلی در نمونه‌های برداشت شده از سطح کانه‌زایی‌های بخش مرکزی محدوده در (جدول 1) گزارش شده است، مقدار آهن کل (Fe_t) در این جدول بر پایة محاسبة وزن‌اتمی عنصر آهن در Fe₂O₃ برای هر نمونه به‌دست آمده است. تغییرات مقدار آهن کل و تغییرات P₂O₅ که مقدارهای آن بسته به تغییرات آپاتیت در نمونه‌های نخستین (پیش از آماده‌سازی) بوده است در (شکل 4) دیده می‌شود.

شکل 3. ادامه.

Figure 3. Continued.

الگوی گسل‏‌ها و ارتباط آن با کانه‌زایی آهن در معدن دلکن

بررسی‏‌های تصویرهای ماهواره‏‌ای و شواهد صحرایی دو پراکندگی اصلی گسل در منطقه معدن را نشان می‌دهند (شکل 5). بر پایة وضعیت امتداد این گسل‏‌ها نسبت به امتداد ساختارها در کوه سرهنگی، دو روند شامل گسل‏‌های طولی با روند شمال‏‌خاوری- جنوب‏‌باختری موازی روند کوه سرهنگی و گسل‏‌های عرضی با روند شمال‌باختری- جنوب‌خاوری به‌صورت کمابیش عمود بر روند کوه سرهنگی دیده می‌شوند (شکل 3-G). بر پایة بررسی‏‌های پیشین (Sahandi et al., 2010; Nozaem, 2012) ناحیة کوه سرهنگی و ناحیة دلکن دچار تناوب‌هایی میان فازهای زمین‏‌ساختی ترافشارشی (فاز ترافشارشی چپ‌گرد در زمان پرکامبرین‌پسین- کامبرین آغازین، فاز ترافشارشی چپ‌گرد در دونین‌میانی) و فازهای تراکششی همراه با نفوذ واحد‌های آذرین درونی و کانه‌زایی (فاز کششی در سیلورین) بوده است.

وجود این تناوب‌ها در رژیم زمین‏‌ساختی نقشی کلیدی در پیدایش فضای مناسب و به‌دام‌انداختن ماگماهای سیلیکاتی بازی می‌کند که مانند فاکتور‌های مهم در زمینة پیدایش کانسارهای تیپ اکسید آهن مس- طلا^[12] مرتبط با کوهزایی و همچنین، کانسار‌های تیپ اکسید آهن- آپاتیت یا تیپ کایرونا^[13]، همین تناوب‌های میان رژیم‌های زمین‏‌ساختی فشارشی و کششی است (Reich et al., 2022; Skirrow, 2022). از این رو، با توجه به ویژگی‌های صحرایی و داده‏‌های به‏‌دست‏‌آمده از برداشت‌های ساختاری گمان می‌رود فازهای تراکششی سیلورین در منطقة دلکن، نقش به‌سزایی در پیدایش فضای مناسب برای نفوذ تودة مونزونیتی از راه گسل‌های طولی را بازی کرده‌اند، که در پایان به رخداد کانه‌زایی اکسید آهن آپاتیت و توده‌ای مگنتیت، درون و همجوار با تودة آذرین درونی (شکل 3-B) در پی واکنش‌های شیمیایی میان سیالات گرمابی و سنگ‌های میزبان انجامیده است.

جدول 1. داده‏‌های به‏‌دست‏‌آمده از تجزیة اکسید‌های اصلی و آهن کل در معدن دلکن. داده‏‌های بر پایة درصد هستند.

Table 1. Results from the analysis of major oxides and total iron in the Delkan mine. Results are in %.

شکل 4. تغییرات آهن کل و P₂O₅ در نمونه‌های برداشت‌شده برای تجزیة عنصرهای اصلی در معدن دلکن.

Figure 4. Variation of total Fe (Fe_t) and P₂O₅ in the samples taken for major elements analysis of in the Delkan mine.

گسل‌های عرضی نیز نقش مسیرهای فراری را برای بخشی از سیال گرمابی داشته‌اند و به رخداد کانه‌زایی‌هایی با فاصله از تودة آذرین درونی (شکل‌های 3-E و 3-H) انجامیده‌اند.

نشانه‌های خردشدگی در مقیاس میکروسکوپی کمابیش در همة سنگ‌های این محدوده و همچنین، کانه‌های آهن دیده می‌شود که نشان‌دهندة وجود و تأثیرگذاری فعالیت‌های زمین‏‌ساختی پیشین، همزمان و پس از کانه‌زایی است. گسل‌های این محدوده اکنون نیز دچار حرکت‌های فشارشی میان صفحة عربی به‌سوی صفحة اوراسیا هستند (Moumeni et al., 2021).

دگرسانی‌ها‌

کانسار آهن دلکن همزمان بیشتر روابط کانی‌شناسی و دگرسانی‌های شاخص سه تیپ از کانه‌زایی آهن به‌صورت اسکارن، اکسید آهن آپاتیت و اکسید آهن مس- طلا را نشان می‌دهد. تفکیک و تفسیر دقیق و کامل دگرسانی‌ها و فرایند‌های پیدایش برای هر یک از تیپ‌های کانه‌زایی آهن در این محدوده، با توجه به هم‌پوشانی^[14]‌ دگرسانی‌ها و فرایندهای نخستین کانه‌زایی، با دگرسانی‌ها و فرایندهای کم‌دماتر متأخر، شاید در مراحلی از بررسی در این محدوده بسیار دشوار و یا ناشُدنی باشد. با توجه به آنچه گفته شد، به‌ترتیب رخداد، دگرسانی‌های دیده‌شده در کانسار دلکن را می‌توان به اسکارن کالک‌سیلیکاتی پیش‌رونده^[15]، سدیک، کلسیک، فیلیک و سیلیسی و کربناتی ثانویه دسته‌بندی کرد که در ادامه به شرح هر یک پرداخته می‌شود.

شکل 5. نقشة الگوی گسل‌های معدن دلکن به‌همراه جایگاه استوک نفوذی و کانه‌زایی‌های آهن و نمودار گل‌سرخی.

Figure 5. Map of the Delkan mine fault patterns and the location of the intrusive stock and iron mineralization and the Rose plot.

اسکارن کالک‌سیلیکاتی پیش‌رونده

دگرسانی کالک‌سیلیکاتی پیش‌رونده یا دگرسانی اسکارن پیش‌رونده با پیدایش کانی‌های کالک‌سیلیکاتی (مانند: گارنت، پیروکسن) شناسایی می‌شود. این دگرسانی در پی واکنش سیالات گرمابی در بازه‌های دماهایی متوسط تا بالا (℃400≤) با سنگ‌های میزبان با ترکیب کربناته با مقادیر متفاوتی از سیلیس روی می‌دهد. ترکیب شیمیایی و کمیت در کانی‌های فراورده این دگرسانی به ترکیب سیال و نوع سنگ‌های میزبان بسیار وابسته است. بررسی این دگرسانی از بهترین ابزارها برای منطقه‌بندی، اکتشاف و تفسیر فرایند‌های مؤثر در پیدایش کانسارهای اسکارن است. در کانسار آهن دلکن، دگرسانی شدید در استوک نفوذی و نیز همپوشانی و جانشینی گسترده و شدید کانی‌های سازنده از دگرسانی‌های دمابالا با دگرسانی‌های متأخر دماپایین (که نشان از حجم بالای حضور سیالات گرمابی دارد) و همچنین، حضور و همبری مستقیم لایه‌های کربناته (کلسیت و دولومیت) و لایه‌های سیلیسی شیست و شیل با تودة آذرین درونی و مجاورت سیالات گرمابی و کانه‌زایی‌ها، جدای از ترکیب سیال گرمابی، می‌توانسته‌اند منابع بزرگ و در دسترسی برای عنصرهای سیلیسی و کربناتی لازم برای پیدایش کانی‌های کالک‌سیلیکاتی باشند؛ اما با وجود این، شدت و گسترش رخداد اسکارن پیش‌رونده در کانسار دلکن بسیار اندک است؛ به‌گونه‌ای‌که کانی‌های حاصل از دگرسانی پیش‌رونده تنها بسیار اندک در واحد کوچک گارنت اسکارن (GSk در شکل‌های 2، 3-D و 3-E) (که شامل گارنت (شکل 9-F) است) و نیز شبه‌ریخت‌های^[16] نادری از گارنت و پیروکسن (که معمولاً با کلسیت جانشین شده‌اند) و در برخی بخش‌های دیگر کانسار دیده می‌شود. در ادامه دلایل این نبود گسترش نام برده می‌شود:

1) دمای نخستین در آغاز فرایندهای دگرسانی و کانه‌زایی با سیال گرمابی در این کانسار به اندازة کافی برای رخداد و گسترش دگرسانی‌های اسکارن پیش‌رونده به‌صورت گسترده بالا نبوده است و این دما در بازه‌های دمایی پایینی برای پیدایش این نوع دگرسانی بوده است؛

2) از جنبه‌های مهم در پیدایش و بررسی همة کانسار‌ها، به‌ویژه اسکارن‌ها، فوگاسیتة اکسیژن در تودة آذرین درونی و سنگ میزبان است؛ زیرا برای پیدایش هر کانی کالک‌سیلیکاته در هر شرایطی، یک واکنش کربن‌زدایی^[17] روی می‌دهد؛ از ساده‌ترین نمونه‌های آن واکنش زیر است:

CaCO_3(Calcite) + SiO_2(Quartz)  CaSiO_{3(Wollastonite)} + CO_{2(Carbon dioxide)}

و در مجموعه کانی‌های مرتبط با دگرسانی کالک‌سیلیکاتی پیش‌رونده در کانسار آهن دلکن نیز (با توجه به عدم وجود ولاستونیت) به شکل واکنش زیر است:

3CaCO_3(Calcite) + Fe₂O_3(Hematite) + 3SiO_2(Quartz)  Ca₃Fe₂(SiO₄)_3(Andradite) + 3CO_{2(Carbon dioxide)}

که محصول این واکنش‌ها جدایِ از کانی کالک‌سیلیکاته، گاز CO₂ است. گاز CO₂ باید به‌گونه‌ای از سیستم بیرون رود، وگرنه به بالارفتن فوگاسیتة CO₂ در سیستم می‌انجامد که کُند یا مختل‌کردن هرگونه واکنش کالک‌سیلیکاتی را به‌دنبال خواهد شد. در این کانسار تودة آذرین درونی از نوع کوارتز مونزونیت تا مونزونیت است که معمولاً این گونه توده‌های آذرین درونی فوگاسیتة اکسیژن متوسط تا بالا دارند (Ridolfi et al., 2010). ذخیرة آهن در آن نیز کانه‌های مگنتیت و به‌صورت کمتر، هماتیت هستند که در بازة فوگاسیته متوسط تا کمابیش بالای اکسیژن پایدار هستند؛ اما در میان مجموعه سنگ‌های میزبان در این کانسار، دو واحد شیست‌های کربن‌دار (ذغال‌دار) و فیلیت‌های سیاه رنگ وجود دارند که هر دو این واحد‌ها مقدارهای بالایی از گرافیت دارند؛ به‌گونه‌ای‌که واحدهای فیلیتی کمابیش به‌طور کامل از ذغال ساخته شده‌اند (واحد Dph در شکل‌های 2 و 3-F) که گویای کاهندگی شدید این واحدها از نظر فوگاسیتة اکسیژن است (شکل 6).

شکل 6. پتانسیل اکسایش-کاهشِ سنگ‌های آذرین درونی و سنگ‌های میزبان در کانسارهای اسکارن(برگرفته از Newberry et al., 1991; Meinert et al., 2005). شرایط اکسایش-کاهشِ سنگ‌های آذرین درونی بر پایة مقدار (Fe₂O₃/(Fe₂O₃+FeO و دیگر اندیس‌های کاهندگی نشان‌دهندة مقدار اکسایش-کاهش در سنگ‌های آذرین درونی شامل کانی‌شناسی اکسید‌ها (ایلمنیت، مگنتیت، هماتیت) و مقدارهای Fe در کانی‌های مافیک مانند پیروکسن، آمفیبول و بیوتیت است. مقدار اکسایش-کاهش در سنگ میزبان بر پایة فراوانی کربن (گرافیت، کربن، هیدروکربن)، سولفید‌ها (پیروتیت، پیریت) و اکسیدها (ایلمنیت، مگنتیت، هماتیت) است. سنجش ژرفای پیدایش کار دشوارتری است؛ با وجود این، کمتر از 5 کیلومتر ژرفای کم و بیش از 10 کیلومتر ژرفای بسیار در پیدایش کانسار‌های اسکارن است. مقدار فوگاسیتة اکسیژن بر پایة فراوانی کربن در سنگ‌های میزبان (شیست کربن‌دار و فیلیت‌های سیاه‌ رنگ) کانسار آهن دلکن با مربع سرخ رنگ درون شکل نمایش داده شده است.

Figure 6. Redox potential of plutonic rocks and host rocks in skarn deposits (adapted from Newberry et al., 1991; Meinert et al., 2005). Redox conditions of plutonic rocks are based on (Fe₂O₃/(Fe₂O₃+FeO) values and other indicators of redox values in plutonic rocks include the mineralogy of oxides (ilmenite, magnetite, hematite) and Fe values in mafic minerals such as pyroxene, amphibole and biotite. Redox values in host rocks are based on the abundance of carbon (graphite, carbon, hydrocarbons), sulfides (pyrrhotite, pyrite) and oxides (ilmenite, magnetite, hematite). Measuring the depth of formation is more difficult, however,depths of less than 5 km are low and more than 10 km are high in the formation of skarn deposits. Host rocks (carbonaceous schist and black phyllites) oxidation state based on carbon abundance in the Delken iron deposit is indicated by the red square in the figure.

پیدایش یکی از مهم‌ترین بخش‌های کانه‌زایی مگنتیت در همجواری با این فیلیت‌ها می‌تواند واکنش شدید سیال گرمابی با این واحدها و در نتیجه، کاهش فوگاسیتة اکسیژن و افزایش فوگاسیتة CO₂ در سیستم، دست‌کم در بازه‌های دمایی پایداری کانی‌های گارنت و پیروکسن را نشان دهد که باعث محدودیت در رخداد و کاهش شدت گسترش دگرسانی‌های پیشرونده شده است. احتمال تأثیرگذاری کنترل‌کننده‌های ساختاری نیز در تعیین مسیر‌های حرکت سیال‌گرمابی و پیدایش این پدیده وجود دارد.

دگرسانی سدیک

دگرسانی‌های گسترده سدیک معمولاً با گسترش و جانشینی کانی آلبیت و در کانسارهای اکسید آهن آپاتیت گزارش شده‌اند (Daliran, 1990; Jami, 2006; Torab, 2008; Heidarian et al., 2017)، اگرچه این دگرسانی در برخی کانسارهای اسکارن نیز دیده می‌شود. با اینکه این دگرسانی گسترش کمابیش بالایی در همة بخش‌های کانسار دارد و کانه‌زایی اکسید آهن آپاتیت تنها به خود استوک نفوذی محدود است و به‌صورت اندک در برخی بخش‌های همبری آن با سنگ میزبان است، اما از دیدگاه پاراژنتیک روابط نزدیکی در رخداد این نوع کانه‌زایی با دگرسانی سدیک وجود دارد. این دگرسانی کمابیش به‌طور کامل شامل همپوشانی با دگرسانی‌های کم‌دما شده است؛ اما نشانه‌های آن (شبه‌ریخت‌های آلبیت) با فاصله از تودة آذرین درونی، بیشتر دیده می‌شوند (شکل‌های 9-H و 9-B).

دگرسانی کلسیک

دگرسانی کلسیک با پیدایش کانی‌های غنی از کلسیم مانند اکتینولیت، کلسیت، گاهی همراه با اپیدوت و همپوشانی شدید نشانه‌هایی از دگرسانی‌های پیشین دیده می‌شود. این دگرسانی در مناطق همجوار با تودة آذرین درونی بسیار شدت بیشتری دارد، به‌گونه‌ای‌که لایه‌های توده‌ای اکتینولیت تا قطر 3 متر نیز دیده می‌شوند.

دگرسانی فیلیک و سیلیسی

دگرسانی فیلیک و سیلیسی بر همة سنگ‌های این محدوده تأثیرگذار بوده است و با پیدایش کانی‌هایی مانند سرسیت و کلریت همراه‌ بوده است. این دگرسانی بیشتر در بخش‌های حاشیه‌ای کانسار و گسترش آن معمولاً همراه با دگرسانی سیلیسی دیده می‌شود (شکل‌های 9-H و 9-D). در دگرسانی سیلیسی افزایش سطح SiO₂ به پیدایش رگه و رگچه‌های سیلیسی با کانه‌های سولفیدی مانند پیریت و گاهی کالکوپیریت و اکسیدی مانند هماتیت ثانویه نیز انجامیده است (شکل‌های 9-J، 9-K، 9-I و 9-D). دگرسانی سیلیسی با بافت پرکنندة فضای خالی، در بخش‌های همجوار با تودة آذرین درونی و در شکاف‌های ناشی از خردشدگی‌ کانه‌‌های مگنتیت توده‌ای دیده می‌شود (شکل 9-A) که از نظر پاراژنتیک رخداد این دگرسانی پس از مراحل کانه‌زایی آهن را نشان می‌دهد. با دورشدن از نواحی همجوار با تودة آذرین درونی از شدت این دگرسانی کاسته می‌شود.

دگرسانی کربناتی ثانویه

با پیدایش رگه-رگچه‌های کلسیت به‌صورت ثانویه دیده می‌شود. نقشة ساده‌شده از دگرسانی‌ها و کانی‌های شاخص در معدن دلکن در شکل 10 دیده می‌شود.

کانی‌شناسی و کانه‌نگاری

پیریت

پیریت به دو صورت پنتاگونال (شکل‌های 8 و 9-L) و نیمه‌شکل‌دار تا کوبیک (شکل 9-K) در منطقه یافت می‌شود. پیریت‌های پنتاگونال با رنگ زرد، با ابعاد 3 میلیمتر تا 7 سانتیمتر و با بافت‌های متراکم و توده‌ای دیده می‌شوند. پیدایش آنها با فرایندهای دگرگونی‌ مرتبط است. پیریت‌های نیمه‌شکل‌دار تا کوبیک با رنگ زرد تا نقره‌ای با ابعاد 10 تا 100 میکرون هستند و با کانی‌های کوارتز و کالکوپیریت همراه هستند. این کانی بافت‌های پراکنده، رگچه‌ای و پرکنندة فضای خالی نشان می‌دهد.

کوارتز

کوارتز به دو صورت اولیه و ثانویه در منطقه یافت می‌شود (شکل 9-I). کوارتز‌های نخستین به‌صورت شکل‌دار با ابعاد 150 میکرون تا 3 میلیمتر هستند و گاه سطوح رشدی متأخر نشان می‌دهند پیدایش این کوارتزها با فرایندهای پیش از رخداد دگرسانی‌ها و کانه‌زایی در این کانسار مرتبط است. کوارتز‌های ثانویه بی‌شکل هستند و با بافت‌های رگه-رگچه‌ای، پرکنندة فضای خالی و جانشینی دیده می‌شوند.

گارنت

گارنت با دو خاستگاه دگرگونی و دگرسانی در منطقه دیده می‌شود. گارنت‌های با خاستگاه دگرگونی با رنگ سرخ معمولاً در واحد‌های شیستی، به‌صورت ایزوتروپ و با ابعاد کمتر از 150 میکرون، با بافت پراکنده پدید آمده‌اند. گارنت‌های با خاستگاه دگرسانی (شکل‌های 7 و 9-F) با ابعاد بیشتر از 250 میکرون، رنگ قهوه‌ای تا سبز و به‌صورت نیمه‌شکل‌دار تا شکل‌دار دیده می‌شوند.

شکل 7. گارنت‌های (آندرادیت) با خاستگاه دگرسانی که با فلش‌های سبز رنگ در دو نمونه با کانه‌زایی مگنتیت نمایش داده شده‌اند.

Figure 7. Garnets (andradite) with alteration origin, marked by green arrows on the surface of two samples with magnetite mineralization.

آلبیت

آلبیت با ابعاد 1 تا 4 سانتیمتر و با بافت پراکنده دیده می‌شود و معمولاً با کانی‌های کوارتز، سرسیت، کلریت، هماتیت و غیره به‌طور کامل جانشین شده است.

اکتینولیت

این کانی با ابعاد 300 میکرون تا 20 سانتی‌متر و با بافت‌های دسته‌جارویی افشان و تیغه‌ای در در این منطقه یافت می‌شود. در محل همبری جنوبی استوک نفوذی با سنگ میزبان (شیل‌های کربن‌دار)، لایه‌های کانه‌زایی همراه با کانی‌زایی‌های اکتینولیت به قطر 2 متر نیز دیده می‌شود (شکل 8).

شکل 8. کانه‌زایی مگنتیت و اکتینولیت (با بافت‌های دسته‌جارویی). نیمی از یک کانی پیریت پنتاگونال نیز که در محل شکستگی‌ها با مگنتیت جانشین شده است در پایین این تصویر دیده می‌شود.

Figure 8. Magnetite mineralization and actinolite (with fibrous textures). Half of a pentagonal pyrite mineral, replaced by magnetite along its fractures, is at the bottom of the image.

آپاتیت

آپاتیت با ابعاد 20 میکرون تا 1 سانتیمتر و به‌صورت شکل‌دار (هگزاگونال) تا نیمه‌شکل‌دار و با بافت‌های پراکنده تا رگچه‌ای به‌همراه مگنتیت‌ و بیشتر در حاشیة شمالی کانه‌زایی دیده می‌شود.

مگنتیت

مگنتیت به‌صورت شکل‌دار تا بی‌شکل، با بافت توده‌ای، پراکنده و جانشینی دیده می‌شود (شکل 9-A). این کانی در حاشیه‌های کانسار به همراه آپاتیت با بافت پراکنده و در بخش‌های مرکزی به‌صورت توده‌ای دیده می‌شود (شکل 9-D). معمولاً در نقاط نزدیک به سطح این کانی به‌صورت حاشیه‌ای، یا مارتیتیزاسیون با کانه هماتیت جانشین شده (شکل 9-B) و گاهی نیز جانشین اسپکولاریت‌های نخستین شده است.

هماتیت

هماتیت با بافت پراکنده یا جانشینی و مارتیتی‌شدن به‌جای مگنتیت دیده می‌شود (شکل‌های 9-A و 9-B). این کانه بیشتر در بخش‌های حاشیه‌ای و سطحی با کانی‌های گوتیت و لیمونیت جانشین شده است. همچنین، بسیار به‌ندرت به‌صورت اسپیکولاریت دیده می‌شود که پیدایش آنها چه‌بسا به فرایند‌های پیش از کانه‌زایی مربوط است.

کالکوپیریت

بیشتر به همراه پیریت و کوارتز، به‌صورت بی‌شکل و با بافت‌های رگه-رگچه‌ای، پراکنده و پرکننده فضای خالی دیده می‌شود (شکل 9-K). این کانی در مناطق حاشیه‌ای و سطحی، با کانی‌های کولیت و کالکوسیت، در حاشیه‌ها جانشین شده است.

شکل 9. A) کانه‌زایی اصلی مگنتیت و رگچه‌های سیلیسی با پیریت بسیار به‌عنوان باطله در این بخش دیده می‌شوند؛ B) مارتیتی‌شدن مگنتیت (جانشینی مگنتیت با هماتیت) در حاشیه‌ها و سطوح رخ دانه مگنتیت، همچنین، حضور شبه‌ریخت‌های آلبیت که با کوارتز و سریسیت جانشین شده‌اند. بلورهای تازة اپیدوت چه‌بسا نشان‌دهندة هم‌فازبودن مگنتیت‌های نخستین با دگرسانی‌های سدیک و سپس همپوشانی دگرسانی سدیک با دگرسانی‌های‌ کلسیک، فیلیک و سیلیسی است؛ C) استوک نفوذی مونزونیتی که بسیار دگرسان شده است؛ D) کانی‌زایی مگنتیت و آپاتیت نخستین در حاشیة باختری کانسار. مگنتیت‌ مارتیتی شده است و هماتیت با گوتیت جانشین شده است. دگرسانی فیلیک نیز در این ناحیه بسیار شدید است؛ E) همراهی مگنتیت و اکتینولیت. اکتینولیت در حاشیه و برخی سطوح کریستالی با کلسیت جانشین شده است؛ F) همراهی گارنت و مگنتیت با کوارتز‌های فاز دوم؛ G) نفوذ رگه کوارتز میان خردشدگی‌ها و فضاهای خالی در کانه‌زایی مگنتیت همراه با کلسیت؛ H) شبه‌ریخت‌ کانی آلبیت در مرکز تصویر که کاملا با کانی‌های کلریت و سرسیت جانشین شده که نشان‌دهندة هم‌پوشانی دگرسانی سدیک با دگرسانی فیلیک است؛ I) در مرکز تصویر، کوارتز هگزاگونال نخستین که در بیش از ۵ نسل سطوح رشد نشان می‌دهد و که با کوارتز‌های ثانویه همراه با کانه‌زایی هماتیت فراگرفته شده است؛ J) رگچه سیلیسی که با کانه‌های پیریت و کالکوپیریت و همچنین، دگرسانی کلریتی همراه است؛ K) عکس پیشین در نور بازتابی؛ L) پیریت‌ کمابیش درشت پنتاگونال. نام اختصاری کانی‌ها بر پایة وار (Warr, 2021).

Figure 9. A) Main magnetite mineralization, the presence of siliceous veinlets with high pyrite as waste is notable in this parts; B) Martitization of magnetite (replacement of magnetite by hematite) at the margins and along clevage planes of magnetite grains, the presence of albite pseudomorphs replaced by quartz and sericite, fresh epidote crystals can indicate that the primary magnetites are co-phase with sodic alteration and then overprinting by sodic, calcic, phyllic and silicic alterations; C) Monzonite intrusive stock that has been strongly altered; D) Primary magnetite and apatite mineralization on the western margin of the deposit. The magnetite has been martitized and the hematite has been replaced by goethite. Phyllic alteration is also highly intense in this area; E) Mineralization of magnetite and actinolite. Actinolite at its crystal planes and margins were replaced by calcite; F) Mineralization of garnet beside magnetite and second-phase quartz; G) Intrusion of quartz veining between fractures and cracks of magnetite and calcite mineralization; H) Pseudomorph of albite mineral in the center of the image that is completely replaced by chlorite and sercite minerals, indicating the overprint of sodic alteration by phyllic alteration; I) In the center of the image, primary hexagonal quartz showing more than 5 generations of growth surfaces and surrounded by secondary quartz with hematite mineralization; J) Silica veinlet associated with pyrite and chalcopyrite minerals as well as chloritic alteration; K) Previous image in the reflected light; L) Relatively coarse pentagonal pyrite. Minerals abbreviations are from Warr (2021).

شکل 9. ادامه.

Figure 9. Continued.

روابط پاراژنتیک دگرسانی-کانی‌زایی در معدن آهن دلکن در (جدول 2) دیده می‌شود. گفتنی است که در پژوهش‌های شبانی و همکاران (Shabani et al., 2015) کانه‌زایی‌های محدود گالن و اسفالریت نیز همراه با رگه‌های سیلیسی در سطح کانسار گزارش شده است که با توجه به فرایند باطله‌برداری انجام‌شده برای استخراج ماده معدنی در زمان انجام این پژوهش، نشانه‌ای از کانه‌زایی‌های یادشده در محدوده دیده نشد.

شکل 10. نقشة ساده‌شده از دگرسانی‌ها و کانی‌های شاخص در معدن دلکن.

Figure 10. Alterations and the key minerals on the simplified map of Delkan mine..

جدول 2. سکانس پاراژنتیک دگرسانی-کانی‌زایی در معدن آهن دلکن.

Table 2. Paragenetic sequence of alteration-mineralization in the Delkan iron mine.

زمین‏‌شیمی ایزوتوپ‌های پایدار

ایزوتوپ‌های اکسیژن

چکیده‌ای از داده‏‌های تجزیه‌های ایزوتوپی انجام‌شده در معدن دلکن در جدول 3 آورده شده است. مقایسة این داده‏‌ها با برخی منابع اکسیژن و کانی‌های اکسیژن‌دار در معادن آهن تیپ اسکارن، تیپ اکسید آهن آپاتیت، تیپ اکسید آهن مس- طلا و دیگر منابع اکسیژن نیز در شکل 11-A نشان داده شده است.

مقدارهای ایزوتوپی δ¹⁸O گزارش‌شده برای کانة مگنتیت در معدن دلکن از 6/8 تا ‰10 (میانگین: ‰3/9) است که مشخصاً از مقدارهای گزارش‌شده برای کانسار‌های اکسید آهن آپاتیت ایران و جهان بالاتر است و در بازة مقدارهای ایزوتوپی اکسیژن در کانسار‌های اسکارن و اکسید آهن مس- طلا جای می‌گیرد. از آنجایی‌که مقدارهای ایزوتوپی اکسیژن در کانة مگنتیت برای کانسارهای اسکارن آهن که سیال گرمابی در آنها خاستگاه ماگمایی^[18] دارد، در بازة 4+ تا 10+‰ (Einaudi et al., 1981; Bowman, 1998; Meinert et al., 2005) است و همچنین، مقدارهای اکسیژن به‌دست‌آمده برای سیال با خاستگاه ماگمایی در کانسارهای اکسید آهن مس- طلا که در بازة 5+ تا 11+‰ گزارش شده‌اند (Barton, 2014)، می‌توان خاستگاه سیال گرمابی که به پیدایش کانه‌زایی اصلی (مگنتیت‌های توده‌ای بدون آپاتیت) در کانسار آهن دلکن انجامیده است را سیالات ماگمایی دانست.

مقدارهای δ¹⁸O_VSMOW گزارش‌شده برای کانی کوارتز در معدن دلکن از 6/15 تا ‰2/16 (میانگین: ‰9/15) است. مقدارهای ایزوتوپی اکسیژن به‌دست‌آمده در کانی کوارتز در بازه‌های 10+ تا ‰12+ تا 18+ تا ‰25+ در کانسارهای اسکارن آهن نشان‌دهندة تعادل ایزوتوپی سیال گرمابی از نظر ایزوتوپ اکسیژن، با سنگ میزبان کربناته با مقدارهای بالای ایزوتوپی اکسیژن است (Einaudi et al., 1981; Bowman, 1998; Meinert et al., 2005). در کانسار دلکن نیز داده‏‌های به‌دست‌آمده از تجزیه‌‌های ایزوتوپی اکسیژن در کانی کوارتز تعادل ایزوتوپی میان سیال گرمابی با سنگ ‌میزبان در فرایندهای سردشدن تدریجی سیال را نشان می‌دهد.

ایزوتوپ‌های گوگرد

2 نمونه برای تجزیة مقدارهای ایزوتوپی δ³⁴S از کانی پیریت نیمه‌شکل‌دار و کوبیک همراه با کانه‌زایی توده‌ای مگنتیت (شکل 9-A) برگزیده شدند که گزیده‌ای از داده‌های تجزیة آنها در جدول 3 آورده شده‌اند. مقایسة این داده‏‌ها با مقدارهای ایزوتوپی گوگرد در کانی‌های پیریت معادن تیپ اکسید آهن آپاتیت در منطقة بافق و برخی دیگر از منابع گوگرد در (شکل 11-B) دیده می‌شود.

مقدارهای δ³⁴S گزارش‌شده برای کانی پیریت در معدن دلکن از 1/20 تا ‰6/20 (میانگین: ‰35/20) است. سولفید‌های پدیدآمده در مراحل پایانی کانه‌زایی در کانسار‌های اکسید آهن مس- طلا معمولاً مقدارهای بالاتری (+5 الی ‰20) نسبت به سولفید‌های نخستین دارند. مقدارهای ایزوتوپی گوگرد در کانسار‌های اکسید آهن مس- طلا که کانه‌زایی غالب آهن و ضعیف مس دارند در بازه‌های بیشتر از ‰5 و معمولاً بیشتر از ‰10 هستند (Barton, 2014). مقدارهای ایزوتوپی گوگرد با خاستگاه ماگمایی از 0 تا ‰5± است. این مقدارها تنها تحت‌تأثیر منابع سولفات‌های دریایی (تبخیری‌ها) و کربنات‌ها در سنگ‌های میزبان می‌توانند از +15 تا ‰30 افزایش یابند (Einaudi et al., 1981; Meinert et al., 2005). ازاین‌رو، منابع گوگرد در کانسار آهن دلکن را می‌توان غیرماگمایی و مرتبط با تغییرات شیمیایی روی‌داده در سیال گرمابی در تعامل با سولفات‌های دریایی و سنگ‌های میزبان دانست.

جدول 3. داده‌های ایزوتوپی اکسیژن و گوگرد برای کانی‌های جداشده در کانسار دلکن.

Table 3. Oxygen and sulfur isotopic data for the picked minerals from Delkan deposit.

بحث

بسیاری از کانسارهای آهن با مقدارهای بسیار کم از مس و طلا و یا بدون کانه‌زایی‌های مس و طلا در سراسر دنیا را زیر مجموعه و یا عضوی از خانواده کانسار‌های اکسید آهن مس- طلا دانسته‌اند (Skirrow, 2022). کانسارهای اکسید آهن-آپاتیت به‌طور مشخص بخشی از کانسارهای اکسید آهن مس- طلا نیستند؛ اما می‌توانند شباهت‌های بسیاری با این کانسار‌ها داشته باشند؛ مانند داشتنِ پیریت، کالکوپیریت و طلا در مراحل پایانی کانه‌زایی در برخی کانسار‌های تیپ اکسید آهن آپاتیت و یا پیدایش مگنتیت، اکتینولیت و آپاتیت در مراحل نخستین کانه‌زایی در برخی از کانسارهای تیپ اکسید آهن مس- طلا. این همانندی‌ها چه‌بسا نشان‌دهندة گونه‌ای از رابطة پیوستگی در پیدایش این دو تیپ از کانسار در برخی مناطق باشد؛ اگرچه کانه‌زایی‌ها لزوماً همانند هم نباشند (Reich et al., 2022).

شکل 11. A) مقدارهای ایزوتوپی اکسیژن در کانی‌های مگنتیت (توده‌ای) و کوارتز کانسار دلکن در مقایسه با مقدارهای ایزوتوپی به‌دست‌آمده در کانه مگنتیت در کانسارهای اسکارن آهن (Einaudi et al., 1981; Bowman, 1998; Meinert et al., 2005). معادن تیپ اکسید آهن آپاتیت منطقة بافق (Moore and Modabberi, 2003; Shamsipour et al., 2008; Mehdipour Ghazi et al., 2019; Ziapour et al., 2021)، کانسار کایرونا (Nyström et al., 2008; Jonsson et al., 2013) و کانسار ال‌لاکو (Rhodes and Oreskes, 1999; Nyström et al., 2008; Tornos et al., 2016; Childress et al., 2020). مقدارهای ایزوتوپی δ¹⁸O به‌دست‌آمده برای سیال از کانسارهای اکسید آهن مس- طلا (Barton, 2014)، رسوبات دگرگونی (Sharp et al., 2018) و کربنات‌ها و کوارتز‌های دما پایین(℃۲۰۰≥)، لایه‌های تبخیری (Sharp et al., 2018; Peters et al., 2020) هستند؛ B) مقدارهای ایزوتوپی گوگرد برای کانی پیریت همراه با کانسگ توده‌ای مگنتیت کانسار دلکن، در مقایسه با منابع مهم گوگرد از دیدگاه زمین شناسی (Hoefs, 2018) و پیریت در برخی معادن اکسید آهن آپاتیت منطقه بافق (Sadeghi, 2008; Sadeghi Davati, 2008; Heidarian et al., 2017; Ziapour et al., 2021) و سولفید در کانسار‌های اکسید آهن مس- طلا (Barton, 2014).

Figure 11. A) Oxygen isotopic values in the (massive) magnetite and quartz minerals of Delkan deposit compared with the isotopic values of magnetite ores in the skarn iron deposits (Einaudi et al., 1981; Bowman, 1998; Meinert et al., 2005), IOA type mines of the Bafq region (Moore and Modabberi, 2003; Shamsipour et al., 2008; Mehdipour Ghazi et al., 2019; Ziapour et al., 2021), the Kairona deposit (Rhodes and Oreskes, 1999; Nyström et al., 2008; Johnson et al., 2013) and the El Laco deposit (Rhodes and Oreskes, 1999; Nyström et al., 2008; Tornos et al., 2016; Childress et al., 2020). The calculated fluid δ¹⁸O values ae from IOCG deposits (Barton, 2014), metamorphic sediments (Sharp et al., 2018), low-temperature carbonates and quartzes (≥ 200℃) and evaporite layers (Sharp et al., 2018; Peters et al., 2020); B) Sulfur isotopic values for pyrite minerals associated with the massive magnetite mineralizations of Delkan deposit, compared with the geologically important sulfur sources (Hoefs, 2018) and pyrite in some of the IOA mines located in the Bafgh region (Sadeghi, 2008; Sadeghi Davati, 2008; Heidarian et al., 2017; Ziapour et al., 2021) and sulfides in IOCG deposites (Barton, 2014).

کانسار‌های تیپ اکسید آهن مس- طلا گهگاه که سنگ میزبان کربناته داشته باشند شباهت‌هایی را به کانسارهای اسکارن نشان می‌دهند؛ مانند پیدایش پهنه‌های دگرسانی اسکارن پیش‌رونده در برخی از کانسار‌های تیپ اکسید آهن مس- طلا.

همان‌گونه‌که گفته شد کانسار دلکن شباهت‌هایی با کانسارهای اکسید آهن مس- طلا دارد؛ اما در اینجا برخی از مهم‌ترین تفاوت‌های میان این کانسار با کانسار‌های اکسید آهن مس- طلا نام برده می‌شوند:

الف) بیشتر کانسارهای اکسید آهن مس- طلا در مراحل پیدایش خود یک یا دو مرحله از دگرسانی‌هایی را دارند که کانی‌هایی با مقدار بالای پتاسیم- آهن (مانند بیوتیت و/یا فلدسپار پتاسیک) در آنها پدید می‌آیند (Barton, 2014; Skirrow, 2022). کانی‌های پتاسیک در این کانسار دیده نمی‌شوند؛ هرچند شاید در روند دگرسانی‌ها کانی‌های پتاسیک با کانی‌های سدیک متأخر جانشین شوند (Barton, 2014) که در این کانسار کانی‌های سدیک (آلبیت) کاملاً شکل‌دار و بدون بافت جانشینی هستند؛

ب) در کانسار‌های اکسید آهن مس- طلا که دگرسانی پیش‌رونده دارند معمولاً گارنت‌ها از نوع آلماندین (Skirrow, 2022) و پیروکسن‌ها نیز از نوع دیوپسید هستند (Barton, 2014)؛ اما در کانسار دلکن گارنت‌های با خاستگاه دگرسانی از نوع آندرادیت هستند (شکل 7) که بیشتر در کانسار‌های اسکارن آهن دیده می‌شوند و پیروکسن نیز به‌صورت شبه‌ریخت‌ به‌صورت بسیار محدود در بخش‌های مرکزی کانسار دیده می‌شود؛

پ) کانی‌های منیزیم دار مانند ترمولیت در دگرسانی‌های کانسار‌های اکسید آهن مس- طلا بسیار کمیاب هستند (Skirrow, 2022)؛ اما در این کانسار به‌ویژه در محل همبری شمالی استوک نفوذی می‌توان در مجموعه کانی‌های پدیدآمده از دگرسانی، ترمولیت را نیز دید (شکل 9-J).

با توجه به مجموعه بررسی‏‌های زمین‌شناسی، زمین‏‌ساخت، سنگ‌شناسیِ تودة آذرین درونی و سنگ‌های میزبان، کانه‌نگاری، شواهد ایزوتوپی و در نظرگرفتن تفاوت‌های این کانسار با کانسار‌های اکسید آهن مس- طلا، بی‌گمان می‌توان گفت کانه‌زایی آهن در هر دو تیپ اسکارن و اکسید آهن آپاتیت در این معدن روی داده ‌است. با توجه به فراوانی سنگ‌های کربناته و سنگ‌های کربن‌دار در این محدوده، بیشتر کانه‌زایی آهن از نظر میزان و اهمیت اقتصادی در معدن دلکن با واکنش‌ها و فرایند‌های اسکارنی میان سیالات گرمابی ماگمایی و مجموعه سنگ‌های میزبان پدید آمده‌اند. این نوع از کانه‌زایی با ترکیبی از دو تیپ (رخداد آهن در تیپ‌های اسکارنی و اکسید آهن آپاتیت، در کنار هم)، در معادن دیگر ناحیة کوه سرهنگی، مانند معدن سنگ آهن نرم (شکل 1-B) نیز دیده می‌شود (Parvaresh Darbandi et al., 2020).

شکل 12 چکیده‌ای از مراحل پیدایش، دگرسانی‌ها و کانی‌زایی‌های گوناگون در کانسار آهن دلکن (در مقطع عرضی باختری-خاوری میان نقطة Z تا Ź که در مرکز شکل‌های 2 و 3-D نمایش داده شده‌اند) را نشان می‌دهد.

 برداشت

کانه‌زایی در کانسار دلکن به دو گروه دسته‌بندی می‌شود:

دسته نخست، کانه‌زایی‌ اسکارن آهن به‌صورت مگنتیت‌های‌ توده‌ای همراه با کمی پیریت به‌صورت همجوار و درون استوک نفوذی، با مجموعه‌ای از سنگ‌های میزبان فیلیت و شیست‌های کربن‌دار، شیست و دولومیت است که از نظر عیار و ذخیره، ماده معدنی اصلی استخراجی در این کانسار است. کانه‌زایی‌های محدود اسکارن آهن با فاصله 100 متری و 1 کیلومتری به‌سوی جنوب از استوک نفوذی نیز با سنگ‌های میزبان شیست و سنگ آهک دیده می‌شوند.

دسته دوم، کانه‌زایی افشان و رگچه‌ای اکسیدهای آهن همراه با آپاتیت در درون استوک نفوذی مونزونیتی است.

شکل 12. مراحل پیدایش کانسار آهن دلکن در مقطع عرضی ZŹ که در شکل‌های 2 و 3-D نمایش داده شده است؛ A) زمین‏‌ساخت کششی که فضای مناسب را برای نفوذ استوک مونزونیتی ایجاد کرده است؛ B) تأثیر گسل‌های طولی در بالا آمدن و نفوذ استوک مونزونیتی. دگرگونی همبری سنگ‌های میزبان پیش از جداشدن سیالات گرمابی-ماگمایی از ماگمای مونزونیتی؛ C) جدایش سیالات گرمابی از ماگمای مونزونیتی و در ادامه آن، تعیین جهت جریان سیالات با گسل‌های عرضی، اسکارن پیش‌رونده، دگرسانی سدیمی و کانه‌زایی پراکنده اکسید آهن آپاتیت، دکرسانی کلسیک، کانه‌زایی توده‌ای آهن، دگرسانی فیلیک و سیلیسی، دگرسانی کربناتی ثانویه؛ D) فرایند‌های سوپرژن و هوازدگی، استخراج مادة‌ معدنی به روش اُپن‌پیت.

Figure 12. Formation stages of the Delkan iron deposit shown in the ZŹ cross-section that was shown on Figures 2 and 3D; A) Extensional tectonics that created a suitable space for the intrusion of the monzonite stock; B) Impact of longitudinal faults in rise and intrusion of the monzonite stock. Contact metamorphism of host rocks before the separation of any juvenile hydrothermal fluids from the monzonite magma; C) Separation of juvenile hydrothermal fluids from the monzonite stock following with determining the direction of fluids flow by transverse faults, progressive skarn, sodic alteration and disseminated iron oxide apatite mineralization, calcic alteration, massive iron mineralization, phyllic and silicic alteration, secondary carbonate alteration; D) Supergene and weathering processes, open-pit mining.

گسل‌های محدوده به دو گروه دسته‌بندی می‌شوند که گروه نخست روند شمال‌خاوری-جنوب‏‌باختری دارند و در نفوذ و به‌دام‌انداختن استوک نفوذی که عامل دگرگونی‌ همبری و کانه‌زایی در محدوده بوده است تأثیرگذار بوده‌اند. گروه دوم، گسل‌هایی با روند عمود بر گروه نخست هستند که در کنترل محل و نوع کانه‌زایی‌ها تأثیر‌گذار بوده‌اند.

دگرسانی‌های اصلی در محدوده شامل اسکارن پیش‌رونده، سدیک، کلسیک، فیلیک، سیلیسی و کربناتی ثانویه هستند که در برخی بخش‌ها دچار فرایندهای سوپرژن و هوازدگی شده‌اند.

تجزیة‌ ایزوتوپ‌های پایدار اکسیژن روی کانی‌های مگنتیت توده‌ای و کوارتز، نشان‌دهندة خاستگاه ماگمایی برای سیال گرمابی و تأثیر فرایندهای اسکارنی در پیدایش کانه‌زایی‌های آهن بوده است و تجزیة ایزوتوپ‌ پایدار گوگرد روی کانی پیریت نشان‌دهندة خاستگاه غیرماگمایی برای گوگرد است.

کانه‌زایی‌های آهن با دو تیپ اسکارن و کایرونا در این محدوده وجود دارند؛ اما بیشتر ذخایر آهن در این کانسار به‌صورت مگنتیت‌های توده‌ای و با ویژگی‌هایی همانند کانسار‌های اسکارن آهن پدید آمده‌اند.

سپاس‌گزاری

از همکاری‌های ارزشمند مدیر محترم گروه زمین‌شناسی دانشگاه اصفهان آقای دکتر جمالی در راستای انجام امور آزمایشگاهی مربوطه و راهنمایی‌های ارزشمند استادان محترم گروه زمین‌شناسی دانشگاه اصفهان مانند آقای دکتر ترابی و آقای دکتر مکی‌زاده و همچنین، همراهی‌های مدیر عامل محترم شرکت دلکن‌ کاوان پاسارگاد و کارکنان معدن دلکن سپاس‌گزاری می‌شود. این مقاله از پیشنهادهای ارزشمند سه داور ناشناس بهره‌مند شده است، از پیشنهادهای انتقادی آنها سپاس‌گزاری می‌شود.

1 Iron oxide apatite (IOA)

2 Peroxide Fusion

[3] Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES)

[4] Pyrolysis

[5] Elemental Analyzer (EA)

[6] Isotope Ratio Mass Spectrometer (IRMAS)

[7] Combustion

5 Proximal

[9] Contact

[10] Distal

[11] Open-Pit

[12] Iron ocide copper-gold (IOCG)

[13] Kiruna

[14] Overprint

[15] Prograde

1 Pseudomorph

[17] Decarbonation

1 Juvenile