پتروگرافی، زمین‎‍شیمی و خاستگاه نهشته‎‍های آواری سازند آغاجاری (شمال حسینیه، اندیمشک، استان خوزستان)

مقدمه

ترکیب سنگ‎‍های سیلیسی آواری طی تاریخ زمین‎‍شناسی، اطلاعات ارزشمندی را در ارتباط با موقعیت تکتونیکی ناحیۀ منشأ، آب و هوای دیرینه، سنگ‎‍شناسی منطقۀ منشأ، شدت هوازدگی، میزان حمل و نقل، فرآیندهای رسوب‎‍گذاری، دیاژنز و تکامل پوسته ارائه می‎‍دهد (Dickinson and Suczek 1979; Sharafi et al. 2018; Asiedu et al. 2019; Zamanian et al. 2019; Peng et al. 2020). از این میان، موقعیت تکتونیکی و سنگ‎‍شناسی منطقۀ منشأ، مهم‎‍ترین عوامل در تولید نهشته‎‍های سیلیسی آواری محسوب می‎‍شوند (Yan et al. 2012; Khazaei et al. 2018). موقعیت تکتونیکی سنگ‎‍های سیلیسی آواری بر پایۀ داده‎‍های پتروگرافی و ژئوشیمیایی و از‎‍طریق دیاگرام‎‍های تفکیکی‎‍ تفسیر می‎‍شود (Sabbagh et al. 2018). موقعیت تکتونیکی سنگ‎‍های سیلیسی آواری در بر گیرندۀ همۀ عواملی است که نقش مهمی در تولید رسوبات و همچنین ریخت‎‍شناسی و شرایط اقلیمی منطقۀ منشأ بازی می‎‍کنند. سازند آغاجاری آخرین سازند از گروه فارس است که برای اولین بار (James and Wynd 1965)، آن را به‎‍صورت رسمی‎‍ معرفی کرد. این سازند توالی ستبری (گاهی تا 3000 متر) از نهشته‌های مولاس سرخ‌رنگ و هم‌زمان با کوهزایی است که گستره‌های وسیعی از لرستان، خوزستان و فارس و حتی عراق، سوریه و ترکیه را زیر پوشش دارد(Motiee 2003) . سازند آغاجاری بر‎‍ سازند گچساران نهشته و مرز بالایی آن با و یا بدون بخش لهبری، با سازند کنگلومرای بختیاری تدریجی و هم‌شیب و گاه ناگهانی و دگرشیب است. سازند آغاجاری، بیشترین ضخامت را در فروافتادگی دزفول دارد؛ ولی ستبرای این سازند به‎‍سمت خاور و جنوب آن، کاهش می‌یابد. البته کاهش ضخامت سازند آغاجاری با افزایش ضخامت سازند میشان همراه است؛ به همین ‎رو، گاهی سازندهای آغاجاری و میشان هم‎‍زمان دانسته می‌شوند و به این سبب، سن آغاجاری از میوسن میانی تا پلیوسن برآورد می‌شود؛ اما سازند آغاجاری در همه‎‍جا هم‌سن نیست. سن این سازند از شمال باختر به جنوب خاور و از شمال خاور به جنوب باختر، جوان‌تر می‌شود (Motiee 2003) در این مطالعه با استفاده از شواهد کانی‎‍شناسی و زمین‎‍شیمی، خاستگاه نهشته‎‍های آواری سازند آغاجاری بررسی شده است. با توجه به اینکه سنگ‎‍های رسوبی تنها شواهد موجود از پوستۀ قدیمی فرسایش یافته‎‍اند (Condie et al. 2001; Basu 2003)، مطالعات برخاستگاه اطلاعات مهمی را از سرگذشت زمین‎‍ساختی زون چین‎‍خوردۀ زاگرس طی میوسن - پلیوسن نشان می‎‍دهد. 

موقعیت جغرافیایی و زمین‎‍شناسی منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده

برش‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده، در منطقۀ حسینیه و بیدروپه از توابع شهرستان اندیمشک واقع شده است. این برش‎‍ها از‎‍طریق جادۀ آسفالتۀ خرم‎‍آباد به اندیمشک و یا شهرستان پلدختر به اندیمشک در دسترس‎‍اند. موقعیت این برش‎‍ها در شکل 1 نشان داده شده است. برخورد ورقه‎‍های عربی – اوراسیا، به بالا‎‍آمدن ورقۀ ایران – آناتولی و این برخورد به بسته‎‍شدن دریای نئوتتیس در زمان میوسن– پلیوسن منجر شده است (Agard et al. 2011; Verges et al. 2019). نتیجۀ این برخورد، تشکیل چهار زون تکتونیکی (حوضۀ فورلند خلیج‎‍فارس، زون زاگرس مرتفع، کمربند چین‎‍خورده – تراستی زاگرس و زون ارومیه دختر) در غرب ایران ‎‍است. منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده، در ابتدای زون زاگرس چین‎‍خورده قرار گرفته است. از‎‍نظر زمین‌شناسی و چینه‌شناسی، در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شدۀ سازندهای گچساران، آغاجاری (عضو زیرین به‌همراه عضو لهبری) و بختیاری رخنمون دارند (شکل 2). سازند آغاجاری در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده با رخساره‎‍های قرمز آجری‎‍رنگ (تناوبی از ماسه‎‍سنگ، سیلت سنگ، رس‎‍سنگ، گل‎‍سنگ و شیل) به‎‍‎‍طور مستقیم با مرز تند و ناگهانی بر‎‍ واحدهای ژیپس‌دار سازند گچساران قرار گرفته است. سازند بختیاری نیز در برش‌های‎‍ مطالعه‎‍شده با دگرشیبی مشخص، عضو لهبری سازند آغاجاری را می‌پوشاند (شکل 3). سازند میشان در این بخش از حوضۀ رسوبی مشاهده نشده و سازند آغاجاری به‎‍طور مستقیم بر‎‍ سازند گچساران قرار گرفته است (شکل 3). سازند گچساران از‎‍نظر پتروگرافی این سازند متشکل از ژیپس، انیدریت، مارن و سنگ‎‍های کربناته است که در یک محیط لاگون و سبخا نهشته شده‎‍اند (Gill and Ala 1972). سن سازند گچساران در محدودۀ زمانی الیگوسن – میوسن (Behroudi and Koyi 2004; Pirooz et al. 2015) تا میوسن پیشین – برآورد شده است (Jones and Racey 1994). سن قاعدۀ‎‍ سازند آغاجاری از میوسن میانی تا میوسن پسین است  (Verges et al. 2019). بر‎‍اساس مطالعات (James and Wynd 1965)، سن سازند آغاجاری بر مبنای محتویات فسیلی میوسن پایانی تا پلیوسن تعیین شده است.

شکل 1- موقعیت جغرافیایی و راه‎‍های دسترسی به برش‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده

Fig 1- Geographic location and access routes to the studied sections

شکل 2- بخشی از نقشۀ زمین‎‍شناسی 100000/1 پلدختر - بالارود به‎‍همراه موقعیت برش‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده و گسترش سازندهای منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده (after Fakhari 1985, with minor modifications)‍

Fig 2- A selected part of the 1:100,000 Pol Dokhtar–Balaroud geological map illustrating the location of the studied sections and the spatial distribution of formations in the study area (after Fakhari 1985, with minor modifications)‎‍

 مواد و روش‎‍ها

در این پژوهش، سه برش پاعلم (با ضخامت ۶۰۰ متر)، خوشاب (۵۵۰ متر) و پیروالی (۵۲۰ متر) از سازند آغاجاری در منطقۀ حسینیه واقع در شهرستان اندیمشک بررسی شد. نمونه‌برداری از هر برش با توجه به تغییرات رخساره‌ای و در برخی موارد به‌صورت سیستماتیک انجام شد؛ به‌طوری که از هر برش، ۶۰ نمونه برداشت و در‎‍مجموع ۱۸۰ نمونه سنگی از رخساره‌های مختلف کل برش‌ها جمع‌آوری شد. به‌منظور بررسی خاستگاه نهشته‌های آواری سازند آغاجاری، از میان نمونه‌های برداشت‌شده، ۶۰ نمونه ماسه‌سنگ (عمدتاً ماسه‌سنگ‌های درشت‌دانه) انتخاب و از آنها مقاطع نازک تهیه شد. از میان مقاطع نازک تهیه‌شده، تعداد ۱۷ نمونه براساس فراوانی اجزای تشکیل‌دهنده برای انجام آنالیز مدال انتخاب شد که شامل ۷ نمونه از سازند آغاجاری و ۱۰ نمونه از عضو لهبری است. درصد سیمان و ماتریکس در هر نمونه نسبت‎‍به کل زمینۀ سنگ محاسبه شد. به‌منظور تعیین عناصر اصلی و فرعی، شناخت سنگ‌شناسی و بررسی جایگاه زمین‌ساختی، تعداد ۲۰ نمونه از گلسنگ‌ها تحت آنالیز طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت‌شدۀ القایی (ICP-MS) در شرکت زرآزمای تهران قرار گرفت. این نمونه‌ها به‌گونه‌ای انتخاب شدند که کل توالی‌های‎‍ مطالعه‎‍شده را پوشش دهند. به‌منظور شناسایی کانی‌های تشکیل‌دهندۀ نهشته‌های ریزدانۀ سازند آغاجاری، تعداد ۱۰ نمونه گلسنگ نیز تحت آنالیز پراش پرتو ایکس‎‍(XRD) ، با استفاده از دستگاه STOE ، تحت شرایط ۴۰ کیلوولت و ۳۰ میلی‌آمپر، در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه لرستان‎‍ بررسی شد. آنالیز مدال ماسه‌سنگ‌ها با شمارش ۳۰۰ تا ۵۰۰ نقطه در هر مقطع نازک بر‎‍اساس روش گزی–دیکینسون (Dickinson 1970; Ingersoll et al. 1984) انجام و اجزای اصلی و فرعی شناسایی شد. نام‌گذاری ماسه‌سنگ‌ها بر‎‍اساس رده‌بندی فولک (Folk 1980) انجام شد. با توجه به اینکه فرآیندهای دیاژنزی موجب تغییر در ترکیب اولیۀ سنگ‌ها می‎‍شوند (McBride 1985)، در مرحلۀ نقطه‌شماری، به تأثیراتی نظیر جانشینی و انحلال دانه‌ها‎‍ توجه شد. برای تعیین جایگاه تکتونیکی و شرایط آب‌وهوایی دیرینه، از داده‌های پتروگرافی و زمین‌شیمی و نمودارهای ارائه‌شدۀ Weltje (1994)، Suttner and Dutta (1986)، Pettijohn et al. (1987)، Roser and Korsch (1988) و شاخص هوازدگی (CIA) معرفی‌شده ازسوی Nesbitt and Young (1984) استفاده شد. همچنین به‌منظور بازسازی جریان‌های دیرینه، رز‌دیاگرام‌ها با استفاده از نرم‎‍‌افزار Strunet-06 ترسیم شد.

شکل 3- ستون‎‍های سنگ‎‍چینه‎‍ای سازند آغاجاری در برش‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده

Fig 3- Stratigraphic logs of the Aghajari Formation in the studied sections.

 نتایج

پتروگرافی ماسه‎‍سنگ‎‍ها و آنالیز مدال

بررسی‌های پتروگرافی انجام‌شده بر‎‍ ۱۷ مقطع نازک نشان می‌دهد که ماسه‌سنگ‌های سازند آغاجاری در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده عمدتاً دانه‌‎‍ریز تا دانه‎‍درشت بوده‎‍اند، اندازۀ ذرات آ‌نها در بازه‌ای حدود 25/1 تا ۲ میلی‌متر تغییر می‌کند. خرده‎‍سنگ‎‍های رسوبی نظیر خرده‎‍سنگ‎‍های چرتی و کربناته، فراوان‎‍ترین دانه‎‍های آواری‎‍اند (شکل 4 و 5)‎‍ که فراوانی خرده‎‍سنگ‎‍های چرتی در بخش بالایی سازند (عضو لهبری) بیشتر است؛ در حالی که در بخش پایینی سازند، فراوانی خرده‎‍سنگ‎‍های کربناته بیشتر است. همچنین خرده‎‍سنگ‎‍های آتشفشانی و دگرگونی به مقدار کم در این ماسه‎‍سنگ‎‍ها وجود دارد. کوارتز دومین کانی فراوان در این ماسه‎‍سنگ‎‍ها هستند که شامل انواع کوارتز مونوکریستالین دارای خاموشی موجی و بدون آن، کوارتز پلی کریستالین دو و سه دانه و بیش از سه دانه‎‍اند و میانگین فراوانی آنها در ماسه‎‍سنگ‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده متغیرند و فراون‎‍ترین آنها کوارتز تک‎‍‎‍بلور بدون خاموشی موجی است. همچنین این ماسه‎‍سنگ‎‍ها دارای مقداری فلدسپات و کانی‎‍های فرعی کم‎‍ و مقدار ناچیزی از کانی‎‍های سنگین است.

نتایج آنالیز مدال برای نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده، در ‎‍جدول 1‎‍‎‍ نشان داده شده است. با توجه به نقاط شمارش‎‍شده برای نمونه‎‍های بخش زیرین سازند آغاجاری، میانگین درصد Qm_non (کوارتز تک‎‍بلور بدون خاموشی موجی) 11/25درصد، Qm_un (کوارتز تک‎‍بلور دارای خاموشی موجی) 11/3درصد، Qp_2-3 (کوارتز چند بلوری دارای دو الی سه بلور) 94/1درصد، Qp_≥3 (کوارتز چند بلوری با بیش از سه بلور) 7/2درصد، F(فلدسپات) 3/1درصد (پلاژیوکلاز 93/0 و اورتوکلاز 36/0)، L_v (خرده سنگ آتشفشانی) 27/1درصد، L_m (خرده‎‍سنگ دگرگونی) 1درصد، L_ch (خرده‎‍سنگ چرتی) 55/30درصد، L_ca (خرده‎‍سنگ کربناته) 38/32درصد، H (کانی سنگین) 65/0درصد است. میانگین ترکیب بخش زیرین سازند آغاجاری به‎‍صورت (Q₃₃R₆₆F₁) است. نقاط شمارش‎‍شده برای نمونه‎‍های بخش بالایی سازند آغاجاری میانگین درصد Qm_non (کوارتز تک‎‍بلور بدون خاموشی موجی) 51/25درصد، Qm_un (کوارتز تک‎‍بلور دارای خاموشی موجی) 21/5درصد، Qp_2-3 (کوارتز چند بلوری دارای دو الی سه بلور) 64/2درصد، Qp_≥3 (کوارتز چند بلوری با بیش از سه بلور) 78/3درصد، F(فلدسپات) 2درصد (پلاژیوکلاز 5/1 و اورتوکلاز 5/0)، L_v (خرده‎‍سنگ آتشفشانی) 58/1درصد، L_m (خرده‎‍سنگ دگرگونی) 71/1درصد، L_ch (خرده‎‍سنگ چرتی) 42/30درصد، L_ca (خرده‎‍سنگ کربناته) 92/25درصد، H (کانی سنگین) 18/1درصد است. میانگین اجزای تشکیل‎‍دهندۀ بخش بالایی سازند آغاجاری (Q₃₈R₆₀F₂) است. ماسه‎‍سنگ‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده بر‎‍اساس تقسیم‎‍بندی فولک (Folk 1980) عمدتاً چرت‎‍آرنایت و کالک‎‍لیتارنایت‎‍اند (شکل 6).

جدول 1- درصد داده‎‍های آنالیز مدال به دست‎‍ آمده به روش گزی- دیکینسون (Dickinson 1970). Qm_non: کوارتز تک‎‍بلورین بدون خاموشی موجی؛ Qm_un: کوارتز تک‎‍بلورین دارای خاموشی موجی؛ Qp_≥3: کوارتزهای چندبلوری با بیش از سه بلور؛ Qp_2-3: کوارتزهای چندبلوری دارای 2 تا 3 بلور؛ Qm: کوارتز تک‎‍بلوری؛ Qp: کوارتز چندبلوری؛ Qt: مجموع دانه‎‍های کوارتز؛ F: فلدسپات؛ Ls: خرده‎‍سنگ‎‍ رسوبی؛ L_v: خرده‎‍سنگ ولکانیکی؛ L_m: خرده‎‍سنگ دگرگونی؛ L_ch: خرده‎‍سنگ چرتی؛ L_ca: خرده‎‍سنگ کربناته؛ L_t: مجموع خرده‎‍سنگ‎‍ها و H: کانی سنگین. درصد سیمان (Cem) و ماتریکس (Mat) نسبت‎‍به هم در نمونۀ مقطع نازک سنجیده شده است. حداکثر، حداقل و میانگین فراوانی هر‎‍کدام از ذرات نیز محاسبه شده است. درصد سیمان و ماتریکس برای هر نمونه نسبت‎‍به کل زمینۀ سنگ محاسبه شده است.

Table 1- The percentages of modal analysis data were obtained using the Gazzi–Dickinson method (Dickinson 1970). Qm_non: represents monocrystalline quartz without undulatory extinction, Qm_un: denotes monocrystalline quartz with undulatory extinction. Qp≥3 refers to polycrystalline quartz grains composed of more than three crystals, whereas Qp_2–3 includes polycrystalline quartz grains consisting of two to three crystals. Qm represents total monocrystalline quartz, Qp denotes total polycrystalline quartz, and Qt refers to the total quartz content. F indicates feldspar. Ls, Lv, Lm, Lch, and Lca represent sedimentary, volcanic, metamorphic, chert, and carbonate lithic fragments, respectively, while Lt denotes the total lithic fragments. H represents heavy minerals. The percentages of cement (Cem) and matrix (Mat) were measured relative to each other in each thin section. In addition, the maximum, minimum, and mean abundances of each component were calculated. The proportions of cement and matrix for each sample were also calculated relative to the total rock framework.

از‎‍نظر بافتی این ماسه‎‍سنگ‎‍ها، جورشدگی ضعیفی دارند و در بیشتر مواقع، دانه‎‍ها نیمه‎‍زاویه‎‍دار تا نیمه‎‍گرد‎‍شده‎‍اند. وجود ماتریکس فراوان در این ماسه‎‍سنگ‎‍ها نشانگر ‎‍ بلوغ‎‍نداشتن نابالغ اینهاست. میانگین نسبت (Q+Ch)/(F+L) (شاخص بلوغ کانی‎‍شناسی) برای بخش زیرین سازند آغاجاری 96/0 و برای بخش بالایی آن (عضو لهبری) برابر 11/1 است. ماسه‎‍سنگ‎‍های بخش زیرین سازند آغاجاری از‎‍نظر بلوغ کانی‎‍شناسی نابالغ است؛ در حالی که ماسه‎‍سنگ‎‍های بخش بالایی سازند آغاجاری بالغ‎‍اند (جدول 2). افزایش نسبت F+L در برابر نسبت Q+Ch بیانگر نابالغ‎‍بودن ماسه‎‍سنگ‎‍های سازند آغاجاری در منطقۀ مطالعه‎‍شده است. فراوانی خرده‎‍‎‍سنگ‎‍ها نسبت‎‍به دیگر دانه‎‍ها در ماسه‎‍سنگ‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده، عامل این بلوغ کانی‎‍‎‍شناسی ضعیف است. فراوانی خرده‎‍‎‍سنگ‌ها معمولاً نشان‌دهندۀ فرسایش و رسوب‌گذاری سریع از یک منطقۀ منشأ فعال تکتونیکی، همچنین افزایش نسبت خرده‌سنگ‌ها در ترکیب کانی‌شناسی است.

جدول 2- درصد نسبت Q+Ch/F+L در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده برای تعیین بلوغ کانی‎‍شناسی Q (کوارتز)، Ch (چرت)، F (فلدسپات)، L (خرده‎‍سنگ)

Table 2- Percentage of Q+Ch to F+L ratio in the studied samples for assessing the mineralogical maturity. Q = quartz, Ch = chert, F = feldspar, L = lithic fragments.

 شکل 4- تصاویر میکروسکوپی ماسه‌سنگ‎‍های نشان‎‍دهندۀ پتروفاسیس کالکلیتارنایت

الف، ب، پ: سیمان تشکیل‎‍دهندۀ این رخساره از جنس کربنات کلسیم است؛ ت: کالکلیتارنایت ریزدانه که بخش‎‍های تیره‎‍رنگ، خرده‎‍سنگ‎‍های کربناته و بخش‎‍های روشن، خرده‎‍سنگ‎‍های چرتی و دانه‎‍های کوارتز است (پیکان‎‍های زرد‎‍رنگ خرده‎‍سنگ‎‍های کربناته، پیکان‎‍های قرمز‎‍رنگ کوارتز تک‎‍بلور، پیکان سبز‎‍رنگ کوارتز چندبلوری، پیکان‎‍های آبی‎‍رنگ خرده‎‍سنگ چرتی، پیکان بنفش دانۀ کلریتی و پیکان نارنجی خرده‎‍سنگ دگرگونی را نشان می‎‍دهد).

Fig 4- Microphotograph of sandstones showing the calclitharnite petrofacies. A, B, C: The cement is made of calcium carbonate. C: Fine-grained calclitharnite. Dark grains indicate carbonate fragments, and light grains indicate chert fragments and quartz. (Yellow arrows: carbonate fragments, red arrows: single-crystal quartz, green arrows: polycrystalline quartz, blue arrows: chert fragments, purple arrows: chlorite grains, and orange arrows: metamorphic fragments).

شکل 5- تصاویر میکروسکوپی ماسه‌سنگ‎‍ها (که‎‍ پتروفاسیس چرت آرنایت را نشان می‎‍دهد)

الف: سیمان این رخساره بیشتر از جنس کربنات کلسیم است و منشأ آن احتمالاً به انحلال دانه‎‍های ناپایدار کربناته مربوط می‎‍شود؛ ب: بخش‎‍های تیره‎‍رنگ سیمان اکسید آهن‎‍اند. بخش‎‍های قرمز تا صورتی از جنس کربنات کلسیم و بخش‎‍های شفاف از جنس سیلیس (بیشتر دانه‎‍های چرتی) هستند. تصویر الف و ب با آلیزارین قرمز‎‍ رنگ‎‍آمیزی شده‎‍اند؛ پ: سیمان غالب این رخساره از جنس سیلیس است؛ ت: سیمان این رخساره بیشتر از جنس کربنات کلسیم است‎‍ (پیکان‎‍های زرد‎‍رنگ خرده‎‍سنگ کربناته، پیکان‎‍های قرمز‎‍رنگ کوارتز تک‎‍بلوری و پیکان‎‍های سبز‎‍رنگ کوارتز چند بلوری، پیکان‎‍های آبی‎‍رنگ خرده‎‍سنگ‎‍های چرتی را نشان می‎‍دهند).

Fig 5- Microphotograph of sandstones showing the chert-arnite petrofacies. A: The cement is mainly made of calcium carbonate and is likely related to the dissolution of unstable carbonate grains. B: The dark parts are iron oxide cement. The red to pink parts are calcium carbonate, and the transparent parts are silica (mostly chert grains). Images A and B are stained with alizarin red. C: The dominant cement of this facies is silica. D: The cement is mainly calcium carbonate. (Yellow arrows: carbonate fragments, red arrows: single-crystal quartz, and green arrows: polycrystalline quartz; blue arrows: chert fragments‎‍).

 شکل 6- پتروفاسیس‎‍های بخش زیرین و بخش بالایی سازند آغاجاری (عضو لهبری) در نمودار مثلثی QRF فولک (Folk 1980)‎‍ همۀ نمونه‎‍ها در محدودۀ سد آرنایت با فراوانی خرده‎‍سنگ‎‍های چرتی و کربناته‎‍اند.

Fig 6- Ternary diagrams of petrofacies of the lower and upper parts of the Aghajari Formation (Lehbari Member) (proposed after Folk 1980). All samples indicate a litharenite composition, with predominant chert and carbonate rock fragments.

 کانی‎‍شناسی گل‎‍سنگ‎‍ها

به‎‍منظور بررسی کانی‌شناسی نهشته‌های ریزدانه، تعداد ۱۰ نمونه از گل‌سنگ‌ها انتخاب و با استفاده از روش (XRD)‎‍ آنالیز شدند. نتایج حاصل از آنالیز XRD نمونه‌های گلسنگی در جدول ۳ ارائه شده است. بر‎‍اساس این نتایج، کانی‌های کوارتز، کلسیت، دولومیت، پلاژیوکلاز و کانی‌های گروه ایلیت–میکا، اجزای اصلی کانی‌شناسی نمونه‌های ریزدانه شناسایی شدند (شکل ۷). کانی ایلیت-میکا معمولاً با پیک مشخص ۱۰ آنگستروم‎‍ تشخیص‎‍دادنی است و حضور آن در بسیاری از نمونه‌ها، هم در بخش‌های پایینی و هم در بخش‌های بالایی برش‌های‎‍ مطالعه‎‍شده، مشاهده می‌شود. بررسی تغییرات عمودی ترکیب کانی‌شناسی نشان می‌دهد که در نمونه‌های شمارۀ ۱ تا ۳۲ هیچ‌گونه شواهدی از حضور کانی دولومیت وجود ندارد؛ در حالی که از نمونۀ شمارۀ ۳۴ به بعد، این کانی در نتایج XRD ظاهر شده است که‎‍ نشان‌دهندۀ تغییر شرایط رسوب‌گذاری یا دیاژنزی در بخش‌های بالایی توالی‎‍ مطالعه‎‍شده است.

جدول 3- نتایج کانی‌شناسی نمونه‎‍های ریزدانۀ حاصل از آنالیز XRD

Table 3- Mineralogical composition of fine-grained samples obtained from XRD analysis

شکل 7 - نمودار آنالیز XRD نمونه‎‍های گلسنگی سازند آغاجاری در منطقۀ مطالعه‎‍شده

Fig 7- XRD analysis pattern of mudrocks taken from the Aghajari Formation in the study area

زمین‎‍شیمی

نتایج آنالیز عناصر اصلی، فرعی و کمیاب در نمونه‎‍های سازند آغاجاری در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده، در جدول 4 نشان داده شده است. با استفاده از مقدار این عناصر در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده، به جایگاه زمین‎‍ساختی، هوازدگی سنگ منشأ و تغییرات آب و هوایی دیرینه پی برده می‎‍شود.

عناصر اصلی

عناصر اصلی شامل ترکیب اکسید عناصر Al₂O₃، CaO، Fe₂O₃، MgO، K₂O و Na₂O هستند. میانگین تمرکز عناصر اصلی در نمونه‎‍های بخش پایینی سازند آغاجاری شامل Al₂O₃ (90/25درصد)، CaO (37/7درصد)، Fe₂O₃ (93/10درصد)، MgO (2درصد)، K₂O (35/4درصد) و Na₂O (96/1درصد) و تمرکز این عناصر به همان ترتیب در بخش بالایی سازند آغاجاری (عضو لهبری) (46/25درصد)، (57/7درصد)، (02/11درصد)، (39/2درصد)، (97/3درصد) و (93/1درصد) هستند (جدول 4). تمرکز عناصر اصلی در هر دو بخش سازند آغاجاری، تفاوت چشمگیری نشان نمی‎‍دهند و تقریباً از یک روند تبعیت می‎‍کنند.

عناصر فرعی

عناصر فرعی در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده شامل ترکیب اکسید عناصر TiO₂، MnO و P₂O₅ هستند. میانگین تمرکز عناصر فرعی در نمونه‎‍های بخش پایینی سازند شامل TiO₂ (73/0درصد)، MnO (11/0درصد) و P₂O₅ (29/0درصد) می‎‍شوند و تمرکز این عناصر در عضو لهبری شامل TiO₂ (72/0درصد)، MnO (10/0درصد) و P₂O₅ (29/0درصد) هستند. تمرکز عناصر فرعی نیز به مانند عناصر اصلی، در هر دو بخش سازند آغاجاری کمابیش یکسان است.

عناصر کمیاب

عناصر کمیاب در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده شامل عناصر Cr، Co، La، Sc، Zr، Y، Ti و Th هستند. میانگین تمرکز عناصر کمیاب در نمونه‎‍های بخش پایینی شامل Cr(120 پی‎‍پی‎‍ام)، Co (37/19 پی‎‍پی‎‍ام)، La (25 پی‎‍پی‎‍ام)، Sc (15 پی‎‍پی‎‍ام)، Zr (2/83 پی‎‍پی‎‍ام)، Y(1/14 پی‎‍پی‎‍ام)، Ti (4351 پی‎‍پی‎‍ام) و Th (39/7 پی‎‍پی‎‍ام) و تمرکز این عناصر در عضو لهبری، شامل Cr (132 پی‎‍پی‎‍ام)، Co (75/17 پی‎‍پی‎‍ام)، La (25 پی‎‍پی‎‍ام)، Sc (15 پی‎‍پی‎‍ام)، Zr (1/78 پی‎‍پی‎‍ام)، Y(9/13 پی‎‍پی‎‍ام)، Ti (4322 پی‎‍پی‎‍ام) و Th (03/7 پی‎‍پی‎‍ام) است (جدول 4). تمرکز عناصر کمیاب در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده هم در بخش قاعده‎‍ای سازند آغاجاری و هم در بخش بالایی سازند آغاجاری (عضو لهبری)، تقریباً روند‎‍ مشابهی را نشان می‎‍دهند.

ضرایب همبستگی بین برخی عناصر بخش بالایی سازند آغاجاری شامل (عنصر Al₂O₃ با K₂O برابر r²=0.95)، (عنصر Al₂O₃ با TiO₂ برابر r²=0.88)، (عنصر Al₂O₃ با Th برابر r²=0.97)، (عنصر Al₂O₃ با La برابر r²=0.89)، (عنصر Al₂O₃ با Sc برابر r²=0.95)، (عنصر K₂O با Sc برابر r²=0.93)، (عنصر K₂O با La برابر r²=0.773)، (عنصر K₂O با Zr برابر r²=0.899)، (عنصر K₂O با Fe₂O₃ برابر r²=0.944)، (عنصر TiO₂ با Mg برابر r²=0.99)، (عنصر TiO₂ با Th برابر r²=0.77)، برای بخش پایینی سازند آغاجاری شامل (عنصر Al₂O₃ با K₂O برابر r²=0.94)، (عنصر Al₂O₃ با TiO₂ برابر r²=0.97)، (عنصر Al₂O₃ با Th برابر r²=0.90)، (عنصر Al₂O₃ با La برابر r²=0.87)، (عنصر Al₂O₃ با Sc برابر r²=0.93)، (عنصر K₂O با Sc برابر r²=0.88)، (عنصر K₂O با La برابر r²=0.83)، (عنصر K₂O با Fe₂O₃ برابر r²=0.77)، (عنصر TiO₂ با Th برابر r²=0.86) است. نتایج ضرایب همبستگی بین بخش‎‍های پایینی و بالایی سازند آغاجاری، تفاوت چشمگیری را نشان نمی‎‍دهند (جدول 5).

بحث

پتروفاسیس ماسه‎‍سنگ‎‍های این سازند، بیشتر از چرت‎‍آرنایت و کالک‎‍لیتارنایت با سیمان کلسیتی تشکیل شده است که منشأ سیمان در این رخساره‎‍ها به انحلال دانه‎‍های ناپایدار کربناته نسبت داده می‎‍شود. خرده‎‍سنگ‎‍های رسوبی در این رخساره‎‍ها نسبت‎‍به دیگر دانه‎‍ها دارای فراوانی بیشتر هستند. فراوانی این خرده‎‍سنگ‎‍ها در این رخساره‎‍ها به‎‍دلیل فرسایش سنگ‎‍های رسوبی ناحیۀ منشأ، که شامل سازند‎‍های کربناتۀ تله‎‍زنگ، شهبازان و آسماری‎‍اند، در نظر گرفته می‎‍شوند که طی فازهای کوهزایی میوسن- پلیوسن از زون چین‎‍خوردۀ زاگرس فرسایش و در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده ته‎‍نشست یافته‎‍اند. میانگین اجزای تشکیل‎‍دهندۀ بخش زیرین سازند آغاجاری و بخش بالایی آن (عضو لهبری) متفاوت‎‍اند که در بخش بالایی به‎‍صورت (Q₃₈R₆₀F₂) و در بخش پایینی به‎‍صورت (Q₃₃R₆₆F₁) است. عضو لهبری در مقایسه با بخش پایینی سازند آغاجاری دارای درصد بیشتری از کوارتز، فلدسپات‎‍ و درصد کمتری از خرده‎‍های سنگی است که به فراوانی و تنوع دانه‎‍های کوارتز در نمونه‎‍های ماسه‎‍سنگی، به‎‍عنوان شواهدی از سنگ منشأ توجه می‎‍شود. بیشتر اوقات فراوانی کوارتزهای مونوکریستالین نشان‎‍دهندۀ حمل و نقل زیاد، در محیط با انرژی بالا و یا چرخۀ مجدد رسوبی است که در طی آن دانه‎‍های کوارتز پلی‎‍کریستالین با پایداری کم از بین رفته و باعث افزایش فراوانی کوارتزهای مونوکریستالین شده است (Tucker 2001). افزایش خرده‌سنگ‌های کربناته در بخش زیرین سازند آغاجاری (3/32درصد) نسبت‎‍به بخش بالایی سازند (عضو لهبری) (9/25)، نشانگر منشأ نزدیک و تأثیر بیشتر سنگ‌های رسوبی کربناته در تأمین مواد است.

میانگین نسبت (Q+Ch)/(F+L) برای بخش زیرین سازند آغاجاری برابر 96/0 و برای بخش بالایی سازند آغاجاری (عضو لهبری)، برابر 11/1 است. بالا‎‍بودن نسبت (Q+Ch)/(F+L) عضو لهبری نسبت‎‍به بخش زیرین آن، بیانگر بهتر‎‍بودن و شروع بلوغ کانی‎‍شناسی در عضو لهبری است که ‎‍در‎‍نتیجۀ حمل و نقل و تغییر سنگ منشأ است. به‎‍دلیل بالا‎‍رفتن نسبت دانه‎‍های کوارتز و خرده‎‍سنگ‎‍های چرتی در عضو لهبری نسبت‎‍به عضو پایین سازند آغاجاری، نسبت (Q+Ch)/(F+L) بیشتر از یک است.

وجود کانی دولومیت به‎‍صورت تخریبی از پارامترهای تفکیک‎‍کنندۀ عضو لهبری (بخش بالایی سازند آغاجاری)، از بخش زیرین آن است؛ به‎‍گونه‎‍ای که این کانی به‎‍صورت فراوان در عضو لهبری سازند آغاجاری مشاهده و در بخش زیرین آن به‎‍ندرت دیده شده است. این اختلاف در ترکیب کانی‎‍شناسی ‎‍به‎‍دلیل حرکات کوهزایی میوسن- پلیوسن در منطقه است که سازند شهبازان با ترکیب غالب دولومیتی به سن ائوسن را در معرض فرسایش قرار داده است.

با استفاده از مقدار عناصر اصلی، فرعی و کمیاب، به جایگاه زمین‎‍ساختی، آب و هوای دیرینه و هوازدگی سنگ منشأ پی برده می‎‍شود (England and Molnar 1990; Foster and John 1999; Harries et al. 2018). مقادیر CaO و Na₂O در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده، به وجود کلسیت ثانویه و پلاژیوکلازها در چرخۀ مجدد سنگ منشأ طی حمل و نقل نسبت داده می‎‍شود (Lee 2009; Moosavirad 2011). وجود عنصر Mg در نمونه‎‍ها به‎‍دلیل حضور کانی رسی کلریت در نمونه‎‍ها در نظر گرفته می‎‍شود (Zhao et al. 2007; Zhao et al. 2019). به‎‍منظور بررسی منشأ منیزیم در رسوبات گلی، به جدول 5 و همبستگی عناصر با یکدیگر مراجعه می‎‍شود. مقدار منیزیم در بخش زیرین سازند آغاجاری از حد تفکیک دستگاه بیشتر بوده است؛ بنابراین مقادیر منیزیم با دیگر عناصر مقایسه‎‍شدنی نیست؛ اما در عضو لهبری، همبستگی مثبت و قوی اکسید منیزیم با عناصر Co، Ti و Zr ‎‍ و ‎‍همبستگی‎‍نداشتن این عنصر با اکسید کلسیم، تأیید‎‍کنندۀ منشأ غیرکربناته برای عنصر منیزیم است. با توجه به حجم بالای رسوبات سیلیسی آواری ریزدانه در توالی چینه‎‍ای‎‍ بررسی‎‍شده و حجم بسیار اندک کربنات‎‍ها، منطقی به نظر می‎‍رسد که منشأ منیزیم به‎‍طور عمده از کانی‎‍های رسی (به‎‍ویژه کلریت) و سهم توالی کربناته بسیار ناچیز است. مؤلفۀ  CaOبیشتر از دانه‎‍های کربناته منشأ می‎‍گیرند (Rahman and Suzuki 2007). البته CaO با عناصر Co و Ti همبستگی مثبت و با Al₂O₃ همبستگی منفی نشان می‌دهد. این الگوی همبستگی بیانگر آن است که کلسیم علاوه بر فازهای کربناته، تا حدی با اجزای غیرکربناته و آواری نیز همراه می‎‍شود.

همبستگی دو به دوی عناصر و اکسیدهای اصلی نیز‎‍ بررسی شده است (جداول 4 و 5). ارتباط مثبت بین Fe₂O₃ و Al₂O₃ برای بخش پایینی و بالایی سازند آغاجاری بیانگر تمرکز Fe₂O₃ در کانی‎‍های رسی یا هوازدگی شیمیایی کم در ناحیۀ سنگ منشأ است (Lee 2009). ارتباط مثبت بین K₂O و Al₂O₃ برای بخش پایینی و بالایی سازند آغاجاری، بیانگر وجود K₂Oدر کانی ایلیت (و مقدار اندکی فلدسپات پتاسیم‎‍دار) است (Lee 2009). ارتباط مثبت Al₂O₃ با عناصر Ti برای بخش پایینی و بالایی سازند آغاجاری و همچنین ارتباط مثبت بین  Al₂O₃ با عناصر Co و Cs، بیانگر این است که توزیع این عناصر تحت کنترل کانی‎‍های رسی در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده ا‎‍ست (Roy and Roser 2012).

جدول 4- مقادیر تمرکز عناصر اصلی و فرعی در نمونه‎‍های گلسنگی‎‍ مطالعه‎‍شده عناصر اصلی بر‎‍حسب درصد وزنی و عناصر فرعی بر‎‍حسب پی‎‍پی‎‍ام‎‍اند.

Table 4- Concentrations of major (in percent) and minor (ppm) elements in the mudrock samples.

جدول 5- ضرایب همبستگی پیرسون بین عناصر در بخش پایینی و بالایی سازند آغاجاری‎‍

Table 5- Pearson correlation coefficients between elements in the lower and upper parts of the Aghajari Formation

جایگاه زمین‎‍ساختی

شرایط و جایگاه زمین‎‍ساختی، تأثیر مستقیمی بر ترکیب ماسه‎‍سنگ‎‍ها دارد؛ بنابراین با توجه به ترکیب کانی‎‍شناسی ماسه‎‍سنگ‎‍ها، جایگاه زمین‎‍ساختی مشخص می‎‍شود (Dickinson and Suczek 1979; Dickinson 1985). بررسی‎‍های زمین‎‍شیمیایی سنگ‎‍های سیلیسی آواری (برای نمونه ماسه‎‍سنگ‎‍های غنی از ماتریکس)، ابزاری ارزشمند در مطالعات منشأ و آب و هوای دیرینه به کار برده می‎‍شود (McLennan et al. 1983) برخی از پژوهشگران مانند باتیا (Bhatia 1983) و کروننبرگ (Kroonenberg 1994)، استفاده از زمین‎‍شیمی عناصر اصلی و فرعی را ابزاری سودمند در تشخیص جایگاه زمین‎‍ساختی‎‍ معرفی کرده‎‍اند. هرچند ارمسترانگ و ورما (Armstrong-Altrin and Verma 2005) نیز به‎‍دلیل ابهام در نمودارهای تفکیکی، استفاده از زمین‌شیمی در تفسیر جایگاه زمین‎‍ساختی را با احتیاط پیشنهاد کرده‎‍اند؛ اما با این حال کاربرد عناصر اصلی برای تعیین جایگاه زمین‎‍ساختی، در سال‎‍های اخیر همچنان به کار می‎‍رود (Yan et al. 2012; Alessandretti et al. 2013; Tao et al. 2013; Salehi et al. 2014; Armstrong-Altrin et el. 2015; Garzanti 2019) عناصر فرعی نیز برای تحلیل منشأ رسوبات بسیار مناسب‎‍اند؛ زیرا این عناصر نامحلول و معمولاً تحت شرایط سطحی بی‎‍تحرک‎‍اند (McLennan et al. 1983; Von Eynatten et al. 2003)؛ بنابراین عناصر فرعی نشانه‎‍های آشکاری را از منشأ و موقعیت زمین‎‍ساختی سنگ‎‍های سیلیسی – آواری‎‍ مطالعه‎‍شده در اختیار قرار می‎‍دهند (McLennan et al. 1980). عناصر فرعی مانند Ti, Nb, Sc, Th, Zr، ابزاری مفید در تفکیک محیط‎‍های زمین‎‍ساختی به شمار می‎‍روند (Taylor and McLennan 1985). تعداد اجزای دانه‎‍های آواری موجود در ماسه‎‍سنگ‎‍ها، کلیدهای اساسی را دربارۀ محیط تکتونیکی آشکار می‎‍‎‍کنند (Dickinson and Suczek 1979; Dickinson 1985) . نتایج آنالیز مدال ماسه‎‍سنگ‎‍های منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده بر دیاگرام‎‍های مثلثی (Q_tFL) و (Dickinson and Suczek 1979; (Q_mFL_t) Dickinson et al. 1983) نشان می‎‍دهند که نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده در محدودۀ کوهزایی با چرخۀ مجدد، چرخۀ مجدد انتقالی و به مقدار کمتر در محدودۀ چرخۀ مجدد سنگی قرار می‎‍گیرند (شکل 8 و 9). ذرات آواری که از سیکل‎‍های مجدد کمربندهای کوهزایی سرچشمه گرفته‎‍اند، دارای ترکیب بسیار متغیری‎‍اند که منعکس‎‍کنندۀ انواع مختلف کوهزایی است (به‎‍طور کلی برخورد قاره با قاره یا برخورد قاره با اقیانوس). ممکن است رسوبات حاصل از سیکل‎‍های مجدد کوهزایی، حوضه‎‍های مجاور خشکی و حوضه‎‍های اقیانوسی باقی‎‍مانده را پر کنند یا به‎‍وسیلۀ سیستم‎‍های رودخانۀ‎‍ اصلی به حوضه‎‍های دورتری در موقعیت‎‍های تکتونیکی غیر وابسته حمل شوند. اکثریت دانه‎‍ها در بسیاری از ماسه‎‍سنگ‎‍های حاصل از سیکل مجدد کوهزایی با دانه‎‍های سنگی است و آنهایی که از رشته‎‍کوه‎‍های حاصل از برخورد قاره‎‍ها سرچشمه می‎‍گیرند، اکثریت دانه‎‍ها با کوارتز و خرده‎‍سنگ‎‍های رسوبی است و همان‎‍طور که سطوح عمیق‎‍تر طی کوهزایی بالا می‎‍آید، معادل دگرگون‎‍شدۀ خرده‎‍سنگ‎‍های رسوبی فراوان می‎‍‎‍شود؛ بنابراین ماسه‎‍سنگ‎‍های ‎‍مطالعه‎‍شدۀ سازند آغاجاری بیشتر از دانه‎‍های کوارتزی-خرده‎‍سنگی با مقدار کمی فلدسپات و خرده‌سنگ‌های آتشفشانی تشکیل شده‎‍اند. حرکات کوهزایی بازه‎‍های زمانی میوسن- پلیوسن (فازهای کوهزایی ساوین و استرین) در زاگرس چین‎‍خورده، سبب فرسایش مخلوطی از سنگ‎‍های آذرین- افیولیتی پوستۀ اقیانوسی نئوتتیس و سنگ‎‍های دگرگونی شمال لرستان و کرمانشاه به‎‍همراه توالی‎‍های رسوبی زاگرس چین‎‍خورده (سازندهای امیران، تله‎‍زنگ، کشکان، شهبازان و آسماری) بوده است و این واحدها تأمین‎‍کنندۀ رسوبات آواری سازند آغاجاری در ناودیس منطقۀ حسینیه اندیمشک بوده‎‍اند. آنالیز جهت جریان دیرینه در نهشته‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده، هم برای بخش پایینی سازند آغاجاری و هم برای بخش بالایی سازند، جهت شمال شرق به جنوب غرب را تأیید می‎‍کنند (شکل 3)؛ بنابراین منشأ رسوبات سازند آغاجاری به نواحی بالادستی مربوط می‎‍شود که بیشتر برگرفته از فرسایش رسوبات شمال لرستان و کرمانشاه در جهت شیب حوضه است.

شکل 8- قرار‎‍گیری داده‎‍های حاصل از نقطه‎‍شماری در محدودۀ چرخۀ مجدد انتقالی در نمودار QmFLt (Dickinson and Suczek 1979; Dickinson et al. 1983). (Qm: Monocry stalline quartz; F: Total feldspar; Lt: Lithic fragments+ polycrystalline quartz+ chert))

Fig 8- Point-counting data on the QmFLt diagram for transitional recycled origin (Dickinson and Suczek 1979; Dickinson et al. 1983). (Qm: Monocry stalline quartz; F: Total feldspar; Lt: Lithic fragments+ polycrystalline quartz+ chert)

 شکل 9- قرارگیری داده‎‍های حاصل از نقطه‎‍شماری در محدودۀ کوهزایی با چرخۀ مجدد در نمودار QtFL

(Dickinson and Suczek 1979; Dickinson et al. 1983). (Qt: Total quartz (Qm+Qp); F: Total feldspar; L: Lithic fragments (Lv+Ls+Lm))

Fig 9 - QtFL ternary diagram of point-count data shows an orogenic zone with recycling (Dickinson and Suczek 1979; Dickinson et al. 1983). (Qt: Total quartz (Qm+Qp); F: Total feldspar; L: Lithic fragments (Lv+Ls+Lm))

 بررسی نتایج حاصل از آنالیز ژئوشیمیایی عناصر کمیاب، نقش مهمی در بررسی جایگاه تکوتنیکی نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده دارد و برخی عناصر کمیاب و نسبت‌های آنها نیز، اطلاعاتی دربارۀ شرایط نهشت و محیط تکتونیکی فراهم می‎‍آورند؛ زیرا تحرک نسبتاً پایینی در طول فرآیندهای رسوبی دارند (McLennan et al. 1983; Bhatia and Crook 1986). بر‎‍اساس ترسیم داده‎‍های ژئوشیمی بر‎‍ نمودار (Bhatia and Crook 1986)، نشان می‎‍دهد که قرار‎‍گیری در محدودۀ جزایر کمانی اقیانوسی قرار دارد (شکل 10).

شکل 10- الف- ترسیم داده‎‍ها بر‎‍ نمودار مثلثی La-Th-Sc در محدودۀ جزایر کمانی اقیانوسی قرار می‎‍گیرند؛  ب- ترسیم داده‎‍ها بر‎‍ نمودار مثلثی Th-Co-Zr/10 در محدودۀ جزایر کمانی اقیانوسی قرار می‎‍گیرند (Bhatia and Crook 1986).

Fig 10- a) Data plotted on the La–Th–Sc triangular diagram, falling within the oceanic arc island field. b) Data plotted on the Th–Co–Zr/10 triangular diagram, also within the oceanic arc island field (Bhatia and Crook 1986).

خاستگاه و سنگ منشأ

رشته‌کوه‌های زاگرس، حاصل برخورد قاره‌ای بین صفحۀ عربستان و صفحۀ اوراسیا، یکی از برجسته‌ترین کمربندهای کوهزایی فعال در جهان است. این برخورد که از اواخر کرتاسه تا اوایل پالئوژن آغاز شده است، به چین‌خوردگی، گسلش و بالاآمدگی توده‌های عظیم رسوبی منجر شده است. در طول بازۀ زمانی میوسن تا پلیوسن، فعالیت‌های کوهزایی در زاگرس شدت یافته و مراحل مختلفی را پشت سر گذاشته است که‎‍ با فازهای کوهزایی آلپ (مانند فازهای ساوین و استرین در اروپا) مقایسه می‎‍شود (Alavi 1994; Allen et al. 2003). فازهای کوهزایی در بازۀ زمانی میوسن-پلیوسن، نقش کلیدی در شکل‌دهی به زاگرس چین‌خورده و نهشت سازند آغاجاری داشته‌اند. این سازند تخریبی، محصول فرسایش کوه‌های در حال رشد، سندی ارزشمند از دینامیک تکتونیکی و فرسایشی در این دورۀ زمانی مهم در تاریخ زمین‌شناسی زاگرس محسوب می‌شود (Alavi 1994; Allen et al. 2003). افزایش ضخامت و دانه‌بندی درشت‌تر رسوبات در بخش‌های بالایی سازند آغاجاری (که با فازهای کوهزایی قوی‌تر هم‎‍زمان است)، نشان‌دهندۀ ارتباط مستقیم بین فعالیت‌های تکتونیکی و نهشت رسوبات تخریبی است. به عبارت دیگر، هرچه کوهزایی شدیدتر بوده است، فرسایش بیشتر و در‎‍نتیجه نهشت رسوبات تخریبی در سازند آغاجاری نیز افزایش یافته است.

رسم مقادیر La/Sc در برابر Th/Co برای نمونه‎‍های سازند آغاجاری، نشان داد که سنگ مادر (سنگ منشأ) نهشته‎‍های آواری سازند آغاجاری در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده دارای ماهیتی سیلیسی (اسیدی) هستند (McLennan et al. 1980; McLennan and Taylor 1991) (شکل 11- الف). رسم مقادیر Th/U در برابر Th برای نمونه‎‍های سازند آغاجاری، نشان داد که سنگ منشأ این نهشته‎‍ها بخش بالایی پوسته، قاره‎‍ای بوده است (شکل 11- ب).

شکل 11- الف: رسم مقادیر La/Sc در برابر Th/Co برای نمونه‎‍های سازند آغاجاری

 نمونه‎‍های سازند آغاجاری دارای ماهیت سنگ مادر (سنگ منشأ) سیلیسی‎‍اند (McLennan et al. 1980)‎‍؛ ب: رسم مقادیر Th/U در برابر Th برای نمونه‎‍های سازند آغاجاری، بیانگر منشأ بخش بالایی پوسته قاره‎‍ای‎‍اند.

Fig 11- A: Plot of La/Sc versus Th/Co for samples from the Aghajari Formation, indicating a siliceous nature for the source rocks (McLennan et al. 1980). B: Plot of Th/U versus Th for the Aghajari Formation samples, suggesting derivation from the upper continental crust.

 استفاده از نمودارهای تفکیکی برای مطالعات منشأ با استفاده از ژئوشیمی، عناصر اصلی را (Armstrong-Altrin and Verma 2005) نشان داده‎‍اند؛ از این رو، برخی اکسیدهای اصلی به‎‍ویژه TiO₂ و Al₂O₃ و عناصر کمیاب نظیر Th ,Co Zr ,Cs ,La به‎‍دلیل تحرک نسبتاً پایین خود در طول فرآیندهای رسوبی و ‎‍ تأثیرنپذیری از دیاژنز و دگرگونی، برای مطالعۀ منشأ گل‌سنگ‌ها مناسب‌ترند (McLennan et al. 1983; Bhatia and Crook 1986; Tao et al. 2013; Moradi et al. 2016; Wang et al. 2018; Allègre and Rousseau 2020). نسبت TiO₂/Zr ، به‎‍عنوان یک شاخص از سنگ‌های منشأ آذرین اسیدی تا مافیک استفاده می‌شود. این نسبت از سنگ‌های منشأ آذرین مافیک به حد واسط و سپس اسیدی کاهش می‌یابد (Hayashi et al. 1997)‎‍، نسبت‌های TiO₂/Zr کمتر از ۵۵، بین ۵۵ تا ۲۰۰ و بیشتر از ۲۰۰ به ترتیب نشانگر سنگ‌های آذرین اسیدی، حد واسط و مافیک‎‍اند (Hayashi et al. 1997; Moradi et al. 2016). گل‌سنگ‌های حاصل از نهشته‌های نئوژن در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده، دارای نسبت‌های TiO₂/Zr بین 60 تا 110 هستند که در محدودۀ سنگ‌های آذرین حد واسط قرار می‌گیرند (شکل 12- الف). محتوا و نسبت‌های عناصر کمیاب، منشأهای مافیک و اسیدی را از هم متمایز و ترکیب سنگ منشأ را منعکس می‎‍کنند (McLennan et al. 1993; Cullers 2000). این عناصر عمدتاً در کانی‌های رسی جمع و به‎‍صورت مکانیکی از منطقۀ منشأ به حوضۀ رسوبی حمل می‌شوند (McLennan et al. 1993; Cullers 2000; Von Eynatten et al. 2003). بر نمودار Th در مقابل Sc که (McLennan et al. 1993) پیشنهاد داده است، نمونه‌های گل‌سنگی‎‍ مطالعه‎‍شده در ناحیۀ سنگ منشأ آذرین حد واسط قرار دارند (شکل 12- ب). نمودار (Floyd and Leveridge 1987) دوبعدی La/Th در مقابل Hf به‎‍طور گسترده‌ای، برای شناسایی نوع سنگ منشأ استفاده شده است (Lang et al. 2008; Sun et al. 2012; Tao et al. 2013; Bai et al. 2015; Armstrong-Altrin et al. 2015; Moradi et al. 2016; Wang et al. 2018; Zaheri et al. 2021). ترسیم داده‌های نسبت عناصر کمیاب در نمودارهای La/Th در مقابل Hf، بیانگر منشأهای مخلوط اسیدی/بازیک و آندزیتی در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده (شکل 12- پ). در‎‍مجموع، نمودارهای تفکیک منشأ نشان می‌دهند که تمام نمونه‌های گل‌سنگ در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده از سنگ‌های منشأ حد واسط یا آندزیتی مشتق شده‌اند.

شکل 12- الف) نمودار TiO₂ در برابر Zr ؛ ب) نمودار Th در برابر Sc بیانگر سنگ منشأ حد واسط برای نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده‎‍اند؛ پ): نمودار La/Th در مقابل Hf بیانگر منشأهای مخلوط اسیدی/بازیک و آندزیتی در نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده است.

Fig 12- a) TiO₂ versus Zr plot and b) Th versus Sc plot indicating an intermediate source rock for the studied samples. c) La/Th versus Hf plot showing mixed acidic–basic and andesitic source signatures in the studied samples.

 جغرافیایی دیرینه

در طی پرمین پیشین تا میانی و تریاس پیشین، گسترش اقیانوس نئوتتیس میان ایران و صفحۀ عربی آغاز شد (Agard et al. 2011)؛ اما با بسته‎‍شدن حوضۀ پالئوتتیس در پایان تریاس پسین، فرورانش‌های اقیانوسی–اقیانوسی به‎‍سمت شمال ‌شرق شکل گرفت که تا کرتاسۀ پسین تداوم داشت. این فرورانش در نئوتتیس جنوبی میان صفحات عربستان و ایران مرکزی، موجب ایجاد یک رژیم کششی در حدفاصل زون سنندج–سیرجان و ایران مرکزی شد و در‎‍نتیجه یک حوضۀ پشت‌کمانی توسعه یافت. بسته‎‍شدن این حوضه در کرتاسۀ پسین به جایگیری افیولیت‌های زاگرس درونی انجامید (Berberian and King 1981; Alavi 1996). پس از بسته‎‍شدن لیتوسفر اقیانوسی و رانده‎‍شدن افیولیت‌ها بر‎‍ حاشیۀ صفحۀ عربستان، فرورانش لیتوسفر اقیانوسی نئوتتیس میان کمان‌های جزیره‌ای و زون سنندج–سیرجان تا میوسن پسین ادامه یافت. برخورد قاره‌ای ایران و عربستان، موجب ایجاد ارتفاعات گسترده و آغاز فرسایش شدید آنها شد که حجم عظیمی از مواد آواری را به حوضۀ کم‌عمق باقی‌ماندۀ نئوتتیس منتقل کرد. در این شرایط، نهشته‌های آواری زاگرس چین‌خورده شامل فلیش‌های سازند امیران و به‎‍دنبال آن سازندهای کشکان و آغاجاری شکل گرفتند (شکل ۱۳). کنگلومراهای سازند امیران با سن ماستریشتین–پالئوسن و حضور خرده‌های افیولیتی، نشان می‌دهند که جایگیری افیولیت‌ها پیش از ماستریشتین انجام شده است. وجود ناپیوستگی کرتاسۀ بالایی، پوشیده‎‍شدن افیولیت کرمانشاه ازطریق سنگ‌آهک‌های کم‌عمق ائوسن و سنگ‌های آتشفشانی پالئوسن، همگی مؤید بسته‎‍شدن حوضۀ پشت‌قوس نئوتتیس و پایان فرورانش اقیانوسی–اقیانوسی در کرتاسۀ بالایی‎‍اند. به‎‍دنبال این رویداد، افیولیت‌های درونی و بیرونی جایگیری یافت و یک حوضۀ پیش‌بوم در جلوی کمربند افیولیتی بیرونی تشکیل شد که مواد آواری لازم برای نهشته‌گذاری فلیش‌های امیران را فراهم کرد (Ajirlu et al. 2016; Salehi et al. 2018). از دیدگاه منشأ رسوبات، خرده‎‍سنگ‎‍های آذرین وابسته به کمان اقیانوسی، از زون سنندج–سیرجان منشأ گرفته است که به‎‍دلیل فاصلۀ زیاد از حوضۀ رسوبی آغاجاری، سهم محدودی در ترکیب رسوبات سازند آغاجاری دارند. در مقابل، منشأهای نزدیک‌تر شامل سازندهای رسوبی زاگرس، به‌ویژه سازند امیران و واحدهای جوان‌تر، نقش اصلی در تأمین رسوبات داشته‎‍اند. خرده‌های چرتی عمدتاً از سازند امیران (و احتمالاً افیولیت‌های دورتر کمان اقیانوسی) و خرده‌های آهکی از سازندهای شهبازان و آسماری منشأ گرفته‌اند. فراوانی خرده‌سنگ‌های رسوبی، بیانگر نزدیکی منشأ و چرخۀ مجدد کوهزایی است؛ در حالی که نتایج آنالیز مدال و شیمیایی عناصر غیرمتحرک به‌ترتیب چرخۀ مجدد رسوبی و منشأ اولیۀ مرتبط با کمان اقیانوسی را نشان می‌دهند. همچنین جهت جریان‌های دیرینه، وجود منشأ رسوبات در شمال تا شمال ‌شرق (مناطق بروجرد و نورآباد) و انتقال مواد به‎‍سمت بخش‌های جنوبی حوضۀ آغاجاری را تأیید می‌کند.

شکل 13- مراحل تکامل و تاریخچۀ تکتونیکی زاگرس مرتفع (منطقۀ خاستگاه) (اقتباس از Ajirlu et al. 2016) (موقعیت زاگرس چین‎‍خورده و منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده با کادر قرمز‎‍رنگ بر‎‍ شکل نشان داده شده است).

Fig 13- Evolutionary stages and tectonic history of the High Zagros (source region) (After Ajirlu et al. 2016). The folded Zagros and the study area are indicated in the figure by a red box.

تأثیر چرخه‎‍های مجدد رسوب‎‍گذاری

نسبت Th/Sc در برابر Zr/Sc نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده، در نمودار (McLennan et al. 1993; Cox et al. 1995) نشان می‎‍دهد که این نمونه‎‍ها حاصل چرخۀ اول رسوب‎‍گذاری‎‍اند (شکل 14). با توجه به شکل 14، روند اول مربوط به رسوبات مشتق‎‍شده از سنگ‎‍های آذرین و روند دوم تجمع کانی‎‍های سنگین با جورشدگی و چرخۀ مجدد رسوب‎‍گذاری را نشان می‎‍دهد. نمونه‎‍های پلات‎‍شده بر‎‍ این نمودار نشان می‎‍دهد که این نمونه‎‍ها در ادامۀ روند اول بوده و کمتر با جورشدگی و چرخۀ مجدد رسوب‎‍گذاری متأثر شده‎‍اند؛ بنابراین این موضوع بیانگر این است که نهشته‎‍های سازند آغاجاری در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده حاصل سیکل اول رسوب‎‍گذاری بوده و هنوز تحت تأثیر فرسایش و چرخۀ مجدد رسوب‎‍گذاری قرار نگرفته‎‍اند.

شکل 14- رسم مقادیر Th/Sc در برابر Zr/Sc نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده

نمونه‎‍ها در محدودۀ چرخۀ اول رسوب‎‍گذاری‎‍اند: B (سنگ‎‍های بازالتی) و F (سنگ‎‍های آذرین اسیدی) (McLennan et al. 1993).

Fig 14- Plot of Th/Sc versus Zr/Sc for the studied samples, indicating placement within the first sedimentary cycle. B = basaltic rocks, F = acidic igneous rocks. (McLennan et al. 1993)

 آب و وهوای دیرینه

ترکیب ماسه‌سنگ‌ها به‎‍طور نسبی، بیانگر تأثیرات آب و هوایی است. (Suttner and Dutta 1986; Weltje 1994) ضریب هوازدگی را به‎‍صورت زیر تعریف کرده‎‍اند:

Wi = c.r

در این معادله، c نرخ و سرعت هوازدگی (آب و هوا)، r مدت‎‍زمان اقامت رسوبات در شرایط هوازدگی و Wi (ضریب هوازدگی) است. در سیستم‎‍های رسوبی قدیمه، میزان c و r بر پایۀ نمودار ارائه‎‍شده از سوی (Weltje 1994) محاسبه می‎‍شود. داده‎‍های نقطه‎‍شماری به‎‍صورت استاندارد در نمودار Ln(Q/F) در مقابل Ln(Q/L)، همگی در محدودۀ ضریب هوازدگی شمارۀ 0 قرار گرفته‎‍اند (شکل 15- الف) که نشان‎‍دهندۀ شرایط آب و هوای نیمه‎‍خشک است. همچنین در نمودار Suttner and Dutta 1986 از تقابل نسبت (Qt/F+RF) با (Qp/F+RF)همگی داده‎‍ها در ناحیه، با شرایط آب و هوایی نیمه‎‍خشک قرار می‎‍گیرند (شکل 15). شدت هوازدگی سنگ‎‍های منشأ بیشتر با ترکیب سنگ مادر، مدت هوازدگی، شرایط آب و هوایی و نرخ بالا‎‍آمدگی زمین‎‍ساختی ناحیۀ منشأ کنترل می‎‍شود (Wronkiewicz and Condie 1987) درجۀ هوازدگی در سنگ‎‍های ناحیۀ منشأ با مطالعات سنگ‎‍نگاری و اندیس‎‍های زمین‎‍شیمیایی‎‍ بررسی می‎‍شود. حضور سازند گچساران با سنگ‎‍شناسی ژیپس، انیدریت، مارن و میان‎‍ لایه‎‍های کربناته در مرز زیرین سازند آغاجاری در منطقۀ ‎‍مطالعه‎‍شده، نشان‎‍دهندۀ آب و هوای نیمه‎‍خشک است. تعیین میزان هوازدگی در سنگ‎‍های رسوبی با استفاده از داده‎‍های زمین‎‍شیمیایی، از ارتباط بین عناصر قلیایی با قلیایی خاکی انجام می‎‍گیرد (Nesbitt and Young 1982).

شکل 15- داده‎‍های نقطه‎‍شماری به‎‍صورت استاندارد در نمودار Ln(Q/F) در مقابل Ln(Q/L)، همۀ نمونه‎‍ها در محدودۀ ضریب هوازدگی شمارۀ 0 قرار گرفته‎‍اند:

 الف) نمودار Suttner and Dutta 1986؛ ب) نمودار Weltje 1994؛ پ) شاخص‎‍های آب و هوایی در نمودار Weltje 1994

Fig 15- Standardized point-counting data plotted on the Ln(Q/F) versus Ln(Q/L) diagram, with all samples falling within weathering coefficient 0. a) Suttner and Dutta (1986) plot, b) Weltje (1994) plot, c) Climatic indices according to Weltje (1994) plot.

 هوازدگی سنگ منشأ

از اندیس‎‍های معمول هوازدگی، به اندیس هوازدگی (Nesbitt and Young 1984) CIA:[ Al₂O₃/ Al₂O₃+CaO+Na₂O+K₂O].100 و یا هارنویز (Harnois 1988) IW:[Al₂O₃/Al₂O₃+CaO+Na₂O].100 اشاره می‎‍شود. نکتۀ درخور توجه در محاسبۀ اندیس هوازدگی، قرارگیری مقادیر CaO موجود در کانی‎‍های سیلیکاتی در این فرمول‎‍هاست. شرایط هوازدگی دیرینه با استفاده از نمودار مثلثی (Nesbitt and Young 1984) ارزیابی می‎‍شود. در نمودار مثلثی (A-CK-K) Al₂O₃- [CaO+Na₂O]- [K₂O] سنگ‎‍های غیر هوازده در زیر خط اتصال پلاژیوکلاز- فلدسپار و سنگ‎‍های هوازده در بالای خط اتصال پلاژیوکلاز- فلدسپات پتاسیم‎‍دار قرار می‎‍گیرند (Nesbitt and Young 1984, Akarish and El-Gohari 2008) . همۀ نمونه‎‍های‎‍ آنالیزشدۀ سازند آغاجاری در این مطالعه، از خط مرکز به‎‍سوی رأس A قرار می‎‍گیرند. نمونه‎‍های سازند آغاجاری در نمودار مثلثی A-CN-K نزدیک به کانی‎‍هایی با هوازدگی متوسط قرار می‎‍گیرند (شکل 16).

شکل 16- نسبت مولکولی Al₂O₃- [CaO+Na₂O]- [K₂O] نمونه‎‍های آواری سازند آغاجاری در نمودار مثلثی A-CN-K(Nesbitt and Young 1984).

همۀ نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده در بالاتر از خط اتصال پلاژیوکلاز- فلدسپات پتاسیم‎‍دار و نزدیک به کانی‎‍هایی با هوازدگی متوسط قرار می‎‍گیرند.

Fig 16- Molecular ratio Al₂O₃- [CaO+Na₂O]- [K₂O] for detrital samples of the Aghajari Formation in the A-CN-K triangular diagram (Nesbitt and Young 1984). All the studied samples are located above the plagioclase-potassium feldspar junction and are close to moderately weathered minerals.

نتیجه‎‍

از تحلیل ویژگی‎‍های پتروگرافی و ژئوشیمیایی ماسه‎‍سنگ‎‍ها و گل‎‍سنگ‎‍های سازند آغاجاری نتایج زیر حاصل شده است.

ازنظر پتروگرافی، ماسه‎‍سنگ‎‍های عضو زیرین و عضو بالایی (لهبری) سازند آغاجاری عمدتاً چرت‎‍آرنایت و کالک‎‍لیت‎‍آرنایت‎‍اند. متوسط ترکیب مدال عضو زیرین (Q₃₃R₆₆F₁) و عضو لهبری (Q₃₈R₆₀F₂) است. کانی‎‍های رسی این سازند بیشتر از نوع ایلیت- میکا و کلریت‎‍اندند. نتایج آنالیز مدال نمونه‎‍های‎‍ مطالعه‎‍شده نشان دادند که این نمونه‎‍ها در محدودۀ کوهزایی با چرخۀ مجدد و چرخۀ مجدد انتقالی قرار گرفته‎‍اند. نتایج زمین‎‍شیمی عنصری نشان داد که در هر دو بخش سازند آغاجاری، تفاوت چشمگیری در تمرکز عناصر اصلی، فرعی و کمیاب نشان نمی‎‍دهند. رسم مقادیر Th/Co در برابر La/Sc، بیانگر سنگ مادر سیلیسی برای نهشته‎‍های سازند آغاجاری است. بر‎‍اساس داده‎‍های حاصل از آنالیز زمین‎‍شیمی عنصری، نهشته‎‍های آواری سازند آغاجاری نزدیک به محدودۀ جزایر کمانی اقیانوسی قرار می‎‍گیرند. در‎‍مجموع نتایج حاصل از بررسی‎‍های صحرایی، سنگ‎‍نگاری و زمین‎‍شیمیایی نشان‎‍دهندۀ این است که حرکات کوهزایی بازه‎‍های زمانی میوسن- پلیوسن (فازهای کوهزایی ساوین و استرین) در زاگرس چین‎‍خورده، سبب فرسایش مخلوطی از سنگ‎‍های آذرین- افیولیتی پوستۀ اقیانوسی نِئوتتیس، سنگ‎‍های دگرگونی و توالی‎‍های رسوبی شده است و این واحدها تأمین‎‍کننده، رسوبات آواری سازند آغاجاری در منطقۀ‎‍ حسینیۀ اندیمشک بوده‎‍اند. بررسی‎‍های زمین‎‍شیمی عنصری نشان داد شرایط آب و هوایی تشکیل سازند آغاجاری در زمان میوسن- پلیوسن، نیمه‎‍خشک بوده است. حضور سازند گچساران با سنگ‎‍شناسی ژیپس، انیدریت، مارن و میان‎‍‎‍لایه‎‍های کربناته در مرز زیرین سازند آغاجاری در منطقۀ‎‍ مطالعه‎‍شده، آب و هوای نیمه‎‍خشک را در زمان تشکیل این سازند ‎‍ثابت می‎‍کند.

تشکر و قدردانی

کلیۀ هزینه‎‍های این پژوهش در چارچوب پژوهانه، از سوی معاونت پژوهش و فناوری دانشگاه بوعلی سینا تأمین شد. بخشی از این پژوهش در چارچوب پشتیبانی مالی دانشگاه حلب (سوریه) تأمین شده است. از همراهی و زحمت‎‍های بی‎‍دریغ آقای دکتر ید‎‍الله عظام‎‍پناه (گروه زمین‎‍شناسی دانشگاه بوعلی سینا) و آقای دکتر مصطفی صداقت‎‍‎‍نیا (گروه زمین‎‍شناسی دانشگاه لرستان) هنگام بررسی‍های صحرایی و نمونه‎‍برداری سپاسگزاری می‎‍شود. بررسی دقیق، نقد و موشکافی مقاله و ارائۀ پیشنهادهای ارزشمند از سوی داوران ناشناس، سبب بهبود کیفیت علمی مقاله شده است.