مطالعه محیط دیرینه و چینه‌نگاری سکانسی سازند سنگانه در برش قلعه‌جوق (شمال بجنورد) بر اساس محتوای مواد ارگانیکی واحد سنگی

مقدمه

حوضه رسوبی کپه‌داغ در شمال خاوری ایران، بخش وسیعی از ترکمنستان و شمال افغانستان را در بر می‌گیرد. توالی رسوبی در حوضه کپه‌داغ را می‌توان از ژوراسیک میانی دنبال کرد. از ژوراسیک میانی تا اوایل الیگوسن دریایی در این قسمت وجود داشته که هر از چند گاه از عمق آن کاسته شده و دو مرتبه عمیق‌تر شده است. گاهی کنگلومرا و سنگ‌های تبخیری نیز نهشته شده‌اند. ضخامت این سنگ‌ها چندین هزار متر است و گاه به بیش از 8000 متر می‌رسد (افشار حرب 1373). سازند سنگانه یکی از واحدهای سنگی کرتاسه تحتانی حوضه رسوب‌گذاری کپه‌داغ در شمال شرقی ایران می‌باشد. سازند سنگانه در نقاط مختلف بر اساس گروه‌های مختلف فسیلی (فرامینیفرها، آمونیت‌ها، نانوفسیل‌های آهکی و پالینومورف‌ها) مطالعه شده است. یکی از مهم‌ترین گروه‌های فسیلی، پالینومورف‌ها هستند که به‌صورت فراوان در این سازند گسترده شده‌اند. تنوع سیست داینوفلاژله‌ها نسبت به سایر گروه‌های پالینومورفی برتری دارد. مطالعات پالینولوژیکی صورت گرفته بر روی سازند سنگانه می‌توان به کشمیری و همکاران (1393)، خسروی (1386) و غیره می‌توان اشاره کرد. هدف از این پژوهش، مطالعه محیط دیرینه سازند براساس تفاسیر پالینوفاسیس و نمودار مثلثی پالینومورف و تفکیک سکانس‌های رسوبی بر اساس تغییر در محتوای مواد ارگانیکی واحد سنگی می‌باشد.

' 

موقعیّت و زمین‌شناسی عمومی منطقه

سازند سنگانه در برش قلعه‌جوق در شمال شهر بجنورد با مختصات ''17 '43 ˚37 عرض شمالی و ''03 '23 ˚57 طول خاوری قرار گرفته است (شکل1). ضخامت این سازند در برش قلعه‌جوق تقریباً 1650 متر است که عمدتاً از شیل‌های آهکی و شیل همراه با سیلتستون و میان لایه‌های از آهک و آهک‌های شیلی تشکیل شده است که به‌طور هم‌شیب در زیر سازند آتامیر و در روی سازند سنگانه قرار گرفته است. براساس فسیل‌های آمونیت، سن این سازند در برش الگو، آپتین فوقانی- آلبین تحتانی پیشنهاد شده است (سید امامی 1350) و براساس میکروفسیل‌ها سن آن آلبین تعیین شده است (Kalantary 1969). همین طور سن این سازند در برش باغک براساس پالینومورف‌ها آپتین میانی - آلبین میانی پیشنهاد شده است (کشمیری و همکاران 1393). سازند سنگانه در برش مربوطه براساس مجموعه داینوسیست‌ها مورد مطالعه قرار گرفته و سن آپتین بالایی تا آلبین زیرین پیشنهاد شده است.

روش آماده‌سازی و مطالعه

تعداد 127 نمونه برداشت شده از سازند سنگانه از برش قلعه‌جوق در آزمایشگاه پالینولوژی آماده‌سازی گردید. نمونه‌های برداشت شده از این برش، با استفاده از روش تراورس (Traverse 2007) آماده‌سازی شده‌اند. روش کار بدین گونه است که پس از شست‌و شو و خردکردن نمونه‌ها به منظور از بین بردن ترکیبات کربناته، ابتدا آنها را به مدت 24 ساعت در اسید HCl 30% و سپس برای حذف ترکیبات سیلیکاته به مدت 24 ساعت در اسید HF 30% قرار داده شده‌اند. برای جلوگیری از تشکیل ژل سیلیکاته، نمونه‌ها به مدت 20 دقیقه در اسید HCl 10% جوشانیده شده‌اند. برای جدا کردن پالینومورف‌ها از کانی‌های سنگین و سایر مواد زائد (بر اساس وزن مخصوص آنها) از کلرور روی استفاده شده است. پس از عبور دادن نمونه‌ها از الک 20 میکرون، از مواد باقی‌مانده بر روی الک اسلایدهای پالینولوژیکی تهیه گردیده است. برای مطالعه و شناسایی عناصر موجود در اسلایدهای پالینولوژیکی نوسط میکروسکوپ نوری با لنزهای 10، 25 و 40 استفاده و با استفاده از دوربین دیجیتالی از نمونه‌ها عکس گرفته شده است. به منظور مطالعه آماری عناصر موجود در اسلایدهای پالینولوژیکی، 300 ذره از هر نمونه شمارش شده و اطلاعات مربوطه در جدول و نمودارهای مربوطه رسم گردید.

شکل 1- موقعیت و راه‌های دسترسی به منطقه

محیط دیرینه سازند سنگانه

الف) پالینوفاسیس

پالینوفاسیس شامل مجموعه رسوبات حاوی اجتماع مشخص از ماده ارگانیکی پالینولوژیکی که منعکس کننده یک مجموعه خاص از شرایط محیطی و یا با طیف مشخص تولید هیدروکربن بالقوه در ارتباط است (Tyson 1993). تغییر در ساختار و ترکیب پالینوفاسیس‌ها کمک مؤثری در تفسیر محیط دیرینه دارد. مهم‌ترین کاربردهای پالینوفاسیس می‌توان به تعیین حجم و ورودی مواد آواری، تعیین جایگاه رسوب‌گذاری ( به‌طور مثال جهت روبه ساحل یا روبه‌دریا)، شناسایی روندهای پیشروی و پسروی خط ساحلی، تفکیک محیط رسوبی ازنظر شوری، شرایط اکسیداسیون و احیا، تعیین تولید مواد دیرینه[1] و پایداری ستون آب اشاره کرد (Tyson 1993). مواد یا خرده‌های ارگانیکی موجود در اسلایدهای پالینولوژیکی به‌طور عمده به سه گروه اصلی فیتوکلاست‌ها (Phytoclasts) یا پالینوماسرال (Palynomacerals)، پالینومورف‌های دریایی (Marine Palynomorphs) و مواد ارگانیکی بی‌شکل (Amorphous Organic Matters) تقسیم‌بندی می‌شوند (Tyson 1995; Batten 1996). مواد آلی همانند رسوبات حمل و نقل و ته‌نشین می‌شوند از این رو نتایج حاصل از مطالعۀ مواد ارگانیکی باید با نتایج مطالعات رسوب‌شناسی تطابق داده شود (Del Papa et al. 2002). با مطالعۀ 221 اسلاید پالینولوژیکی از 127 نمونه سازند سنگانه، چهار رخسارۀ پالینولوژیکی: II:Marginal basin , III:Proximal shelf , IV:Shelf to basin transition, V:Distal shelf شناسایی گردید (شکل2) و (شکل3). مشخصات پالینوفاسیس­های مربوطه به شرح زیر است:

شکل 2- نمایش توزیع عناصر پالینولوژیکی سه‌گانه سازند سنگانه در برش قلعه‌جوق در نمودار مثلثی تایسون (1993)

شکل 3- نمایش رخساره‌های پالینولوژیکی تفکیک شده برای سازند سنگانه در برش قلعه جوق (بدون در نظر گرفتن مقیاس)

PF-1

خرده‌های غالب در این رخسارۀ پالینولوژیکی، پالینوماسرال‌ها (PM) با مقدار 65 تا 90 درصد نسبت به کل ذرات هستند. میزان پالینومورف‌های دریایی (MP) و مواد ارگانیکی بی‌شکل (AOM) به ترتیب 5 تا 15 درصد و 5 تا 25 درصد هستند. AOM با ورود فیتوکلاست‌ها کاهش یافته ولی درعین‌حال دارای حفظ‌شدگی به‌طور متوسط تا خوب است. به‌طور کلی AOM با حفظ شدگی پایین است. فراوانی پالینومورف‌های خشکی (اسپور و پولن) بالاست ولی فراوانی پالینومورف‌های دریایی خیلی کم است. این رخساره مولد کروژن نوع III و منشأ تشکیل گاز است (Tyson 1993). این پالینوفاسیس منطبق بر پالینوفاسیس نوع II در تقسیم‌بندی تایسون (1993) است که نشان‌دهنده محیط نهشت در حاشیۀ حوضه با شرایط نیمه‌احیایی _ احیایی (Marginal dysoxic - anoxicbasin) و در برگیرندۀ شماره نمونه‌های 1058 ,1053 ,1040 ,970 ,963 ,918 ,907 ,820 ,808 ,772 ,762 ,759 ,750 ,744 ,4946 ,4944 ,4907 ,4894 ,4892 می‌باشد.

PF-2

در پالینوفاسیس دوم میزان پالینوماسرال حدود 50 تا 80 درصد، پالینومورف‌های دریایی 15 تا 45 درصد و مقدار مواد ارگانیکی بی‌شکل 5 تا 15 درصد می‌باشد. در این رخساره بر مقدار پالینومورف‌های دریایی افزوده می‌شود که بیان‌کننده فاصله گرفتن محیط نهشت از محیط قبلی (خط ساحلی) است. فراوانی فیتوکلاست‌ها وابسته به منشأ نزدیک خشکی تا دلتایی _ رودخانه‌ای دارد و اکسیداسیون و فرسایش در آن متداول است (Tyson 1993). فراوانی پالینومورف‌های خشکی همچنان بالا است و پالینومورف‌های دریایی (داینوسیست‌ها) به‌طور رایج زیاد می‌شوند. این رخساره مولد کروژن نوع III یا IV است و شرایط تشکیل گاز را دارد (Tyson 1993). این پالینوفاسیس منطبق بر پالینوفاسیس نوع III تایسون است که نمایانگر یک محیط شلف نزدیک به خشکی با شرایط اکسیدان (Heterolithic oxic shelf) که در برگیرندۀ شماره نمونه‌های 1036 ,1012 ,991 ,987 ,983 ,978 ,974 ,952 ,942 ,931 ,922 ,910 ,904 ,899 ,897 ,885 ,859 ,841 ,833 ,830 ,827 ,816 ,810 ,791 ,781 ,766 ,756 ,5012 ,5007 ,5005 ,5003 ,5000 ,4998 ,4991 ,4980 ,4942 ,4928 ,4926 ,4922 ,4920 ,4916 ,4914 ,4909 ,4888 ,4884 ,4882 ,4878 ,4872 ,4870 می‌باشد.

PF-3

در این نوع پالینوفاسیس ذرات غالب پالینوماسرال با مقدار 40 تا 80 درصد هستند. مقدار پالینومورف‌های دریایی در حدود 10 تا 25 درصد و مواد ارگانیکی بی‌شکل به میزان 5 تا 40 درصد می‌باشد. فراوانی مطلق فیتوکلاست‌ها بستگی به نزدیکی به خشکی، منشأ و درجه نهشت مجدد دارد. Iva نیمه اکسید + ساب اکسید، IVb ساب اکسید + بدون اکسید. مقدار پالینومورف‌های خشکی متوسط تا بالاست و فراوانی پالینومورف‌های دریایی خیلی کم تا کم است. این رخساره پالینولوژیکی مولد کروژن‌های نوع II و III هست و همچنان شرایط برای تشکیل یا تولید گاز را دارد (Tyson 1993). این پالینوفاسیس متناسب با پالینوفاسیس نوع IV تایسون است که مربوط به یک محیط انتقالی از شلف به‌طرف حوضه است (Shelf to basin transition). شماره نمونه‌های 1061 ,1042 ,1032 ,1028 ,1027 ,1017 ,1004 ,966 ,950 ,948 ,945 ,934 ,881 ,877 ,874 ,869 ,855 ,851 ,845 ,838 ,813 ,806 ,802 ,794 ,774 ,5016 ,5014 ,5010 ,4994 ,4989 ,4975 ,4966 ,4948 ,4940 ,4932 ,4924 ,4918 ,4912 ,4898 ,4896 ,4890 ,4886 ,4880 ,4874 مربوط به این پالینوفاسیس می‌شوند.

PF-4

این نوع پالینوفاسیس میزان 20 تا 45 در صد پالینوماسرال، 30 تا 70 درصد پالینومورف‌های دریایی و 5 تا 30 درصد مواد بی‌شکل را داراست (4-6). در این رخساره دلیل پایین بودن پالینوماسرال‌ها، قرار گرفتن محیط رسوب‌گذاری در جایگاه دور از ساحل (Offshore) است و کاهش ورود مواد از خشکی است. بالا بودن پالینومورف‌های دریایی به جایگاه دور از ساحل مربوط می‌شود. AOM کم تا متوسط (معمولاً کاهش یافته) و پالینومورف‌های دریایی فراوان‌اند. پالینومورف‌های خشکی به‌طور معمول کم است. این رخسارۀ پالینولوژیکی منطبق بر رخسارۀ پالینولوژیکی نوع V تایسون است که نشان‌دهنده شرایط محیطی دور از ساحل (Distsl shelf) است. شماره نمونه‌های 1024 ,1020 ,1008 ,955 ,939 ,894 ,889 ,879 ,865 ,788 ,786 ,4959 ,4938 ,4903 ,4901 در این رخساره پالینولوژیکی جای می‌گیرند.

ب) نمودار مثلثی پالینومورف

فدرووا (Federova 1977) و دورینگر و دوبینگر (Duringer & Doubinger 1985) از نمودار مثلثی اسپور، پولن و میکروپلانکتون (داینوسیست‌ها و آکریتارک‌ها) برای تفسیر محیط رسوب‌گذاری و ارتباط بین روندهای پیشروی و پسروی خطوط ساحلی استفاده کردند. در این مطالعه از نمودار مثلثی پالینومورف در چگونگی تفسیر محیط رسوب‌گذاری و روند تغییرات رسوب‌گذاری دریا کمک گرفته‌شده است. به ‌طور آماری فراوانی مطلق پالینومورف‌ها (اسپور، پولن و میکروپلانکتون‌ها) در 127 نمونه برای سازند سنگانه در برش قلعه‌جوق محاسبه و در نمودار پالینومورف پلات شده است. براساس این نمودار می‌توان نتیجه گرفت که محیط رسوبی سازند سنگانه در زمان نهشته شدن از دریای کم‌عمق تا نواحی دور از ساحل در نوسان است (شکل4). با تلفیق نتایج حاصل از پالینوفاسیس و نمودار مثلثی پالینومورف، می‌توان پیشنهاد کرد که جایگاه رسوبی‌گذاری سازند سنگانه در برش قلعه‌جوق مربوط به شلف بوده که از حاشیه حوضه (دریای کم عمق) تا دیستال شلف (نواحی دور از ساحل) در نوسان و شرایط محیطی نیمه احیای تا احیایی ضعیف را دارا می‌باشد (شکل5). این نتایج با مطالعات انجام شده خسروی (1386) که جایگاه رسوبی سازند سنگانه را در برش قلعه نو از proximal shelf تا mud-dominated oxic shelf معرفی کرده و کشمیری و همکاران (1393) برای این سازند در برش باغک محیط کم عمق تا عمیق را پیشنهاد نموده هم‌خوانی دارد.

شکل 4- نمایش نتایج آماری فراوانی پالینومورف‌های سازند سنگانه در نمودار مثلثی پالینومورف Federova (1977) and Duringer & Doubinger (1985) و ارائه محیط رسوب‌گذاری برای این سازند.

شکل 5- نمایش جایگاه رسوبی پیشنهادی برای سازند سنگانه در برش قلعه‌جوق براساس پراکندگی عوامل پالینولوژیکی (بدون در نظر گرفتن مقیاس)

تفکیک سکانس‌های رسوبی سازند سنگانه در برش مربوطه

برای تعیین تغییرات سطح آب از پارامترهای مختلفی استفاده می‌کنند از جمله: پارامترهای فسیلی و سنگ‌شناسی و... . یکی از روش‌های جدید در تعیین این شاخص، استفاده از عناصر پالینولوژیکی است. روش استفاده از عناصر پاینولوژیکی شامل پارامترهایی از قبیل: درصد فیتوکلاست‌ها، درصد فیتوکلاست‌های کدر (اُپک)، درصد فیتوکلاست‌های قهوه‌ای، نسبت فیتوکلاست‌های کدر به قهوه‌ای، نسبت فیتوکلاست‌های هم‌بعد به تیغه‌ای، درصد مواد آلی بی‌شکل، پالینومورف‌های نابرجا (اسپور و پولن)، درصد پالینومورف‌های برجا (پالینومرف‌های دریایی) و تنوع زیستی پالینومورف‌های دریای می‌باشند که به منظور تفکیک واحدهای سکانسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. نفوذ بالای فیتوکلاست‌ها با کاهش سایر ترکیبات (پالینومورف‌های دریایی و مواد ارگانیکی بی‌شکل) همراه است و از ویژگی‌های جایگاه‌های نزدیک به ساحل (Proximal) بوده که رسوب‌گذاری در نزدیک منشاء گیاهی صورت گرفته است (Tyson 1993). در رسوبات دیرینه فراوانی مطلق اسپورمورف‌ها (اسپور و پولن) به طرف دور از ساحل کاهش پیدا می‌کند (e.g. Habib 1982). مقدار پالینومورف‌های دریایی (داینوفلاژله‌ها) در TST رو به افزایش و در انتهای این سیستم تراکت در بیشترین حد خود دیده شده است (Leckie et al. 1992). فراوانی نسبی AOM از منطقه کم عمق به سمت عمیق افزایش می‌یابد و در شرایط محیطی کم اکسیژن تا فاقد اکسیژن تمرکز بالایی دارد (Tyson 1993). فیتوکلاست‌های قهوه‌ای از گیاهان خشکی مشتق شده و نشان‌دهندۀ محیط نزدیک به ساحل می‌باشند (Waveren and Visscher 1994; Schioler 2002). هر چقدر فیتوکلاست‌های قهوه‌ای مدت زمان طولانی‌تری در حضور اکسیژن محیط قرار گیرند اکسید شده و رنگ‌شان به‌صورت کدر در می‌آید. درصد فراوانی فیتوکلاست‌های کدر در سیستم تراز پایین در حد پایین بوده، به‌طوری که با بالا آمدن سریع آب یعنی TST روبه افزایش و در انتهای این سیستم ترکت به بالاترین حد خود می‌رسد و سرانجام در بازه HST باردیگر سیر نزولی خود را طی می‌کند (Gorin and Steffen 1991). با افزایش سطح آب، بر میزان مواد آلی بی‌شکل افزوده می شود و بنابراین از LST به TST بر مقدار مواد آلی بی‌شکل افزوده می‌شود (Pasley et al. 1991).

سکانس رسوبی اول

بر اساس فراوانی فیتوکلاست‌ها و پالینومورف‌های خشکی و پایین بودن میزان پالینومورف‌های دریایی و AOM، مرز بالایی این سکانس در 720 متری از قاعده سازند و مرز پایینی آن در این سازند دیده نمی‌شود. فراوانی فیتوکلاست‌ها از ابتدای سازند شروع به کاهش و تا متراژ 350 متری ادامه دارد که نشان‌دهندۀ افزایش سطح آب دریاست. میزان فیتوکلاست‌های اُپک از قاعده تا 350 متر رو به افزایش بوده است. افزایش فراوانی پالینومورف‌های دریایی، AOM و تنوع پالینومورف‌های دریایی، افزایش سطح آب دریا از قاعده تا متراژ  350 متر را تأیید می‌کنند. از 350 متر تا 720 متر درصد فیتوکلاست‌ها، نسبت فیتوکلاست‌های هم‌بعد به تیغه‌ای و فراوانی پالینومورف‌های نابرجا (اسپور و پولن) افزایش یافته و اما فراوانی پالینومورف‌های دریایی، نسبت فیتوکلاست‌های اُپک به قهوه‌ای رو به کاهش است. از طرف دیگر از قاعده سازند تا 350 متر با استفاده از نتایج پالینوفاسیس پلات شده در نمودار تایسون (1993)، محیط رسوبی این بخش، از حاشیه حوضه به سمت دیستال شلف متغییر بوده و از 350 متر تا 720 متر، شرایط رسوبی دوباره از حالت دیستال شلف به پروکسیمال شلف برمی‌گردد. بنابراین بر اساس مستندات مشهود، از قاعده سازند تا 350 متر، برای سیستم تراکت­ TST و از 350 تا 720 متر برای سیستم تراکت HST پیشنهاد می‌شود (شکل6).

شکل 6- تفکیک سکانس‌های رسوبی سازند سنگانه در برش قلعه‌جوق براساس تغییر در محتوای مواد ارگانیکی