دماسنجی بر پایه ماکل‌ کلسیت و سیال‌های درگیر در باریت (کانسار سرب- روی ایرانکوه، جنوب‌باختری اصفهان)

ایالت معدنی سرب و روی ایرانکوه در 20 کیلومتری جنوب‌باختری شهر اصفهان و در طول جغرافیایی ʺ46 '31 °51 تا ʺ30 '45 °51 و عرض جغرافیایی ʺ22 '37 °32 تا ʺ53 '28 °32 جای دارد (شکل 1). رشته‌ کوه‌های ایرانکوه، با روند شمال‌باختری- جنوب‌خاوری، از جنوب‌خاوری فلاورجان تا گردنه لاشتر، با درازایی نزدیک به 25 کیلومتر و پهنای 4 کیلومتر کشیده شده‎اند. هر دو یال این رشته کوه دارای کانسنگ سرب و روی است. مهم‌ترین آنها تپه‌سرخ، گردنه و گوشفیل در یال شمالی و کلاه دروازه، گودزندان و خانه‌گرگی در یال جنوبی هستند (شکل 1). اندوخته این کانسار بیش از 10 میلیون تن با 4/11 درصد روی و 4/2 درصد سرب است و نسبت Zn/Zn+Pb بالا و نزدیک به 76/0 دارد (Ghazban et al., 1994). مهم‌ترین هدف‌های این پژوهش عبارتند از: (1) نقش کانی‎شناسی در شناسایی شرایط پیدایش کانی‎ها و سنگ‎ها؛ (2) اندازه‌گیری دمای پیدایش کانی‎ها با به‌کارگیری همزمان از ماکل‌ کلسیت و سیال‌های درگیر در باریت و مقایسه داده‌های به‌دست‌آمده از آنها؛ (3) شناسایی خاستگاه کانسار.

شکل 1- A) جایگاه پهنه‌های سنندج– سیرجان، اصفهان– ملایر و منطقه ایرانکوه در جنوب‌باختری اصفهان بر روی بخشی از نقشه زمین‎شناسی ایران؛ B) نقشه زمین‎شناسی منطقه ایرانکوه، با تغییرات پس از Zahedi (1976). همه کانسارهای ایرانکوه با شماره در نقشه نشان داده شده‌اند.

اگرچه دماسنجی برپایه ماکل کلسیت روش دقیقی نیست و نمی‌توان به آن استناد کرد؛ اما می‌توان از این روش برای ارزیابی دمای تقریبی سیال سازنده آن بهره گرفت. میانگین پهنای ماکل‌ کلسیت با دمای دگرشکلی آن وابستگی مستقیم دارد؛ به‌گونه‌ای‌که ماکل‌های با پهنای کم در دمای کمتر از 170 درجه سانتیگراد و ماکل‌های پهن‌تر در دمای بیشتر از 200 درجه سانتیگراد ساخته می‌شوند. در دمای بالاتر از 250 درجه سانتیگراد، تبلور دینامیک، دگرشکلی مهمی را در کلسیت پدید می‌آورد (Ferrill et al., 2004).

برپایه رده‌بندی Burkhard (1993)، ماکل‌های کلسیت را می‌توان به چهار گروه گوناگون رده‌بندی کرد (شکل 2):

(1) گروه اول (Ι) دارای باریکه‌های مستقیم هستند و دمای زیر 200 درجه سانتیگراد را نشان می‌دهد؛

(2) گروه دوم (ΙΙ) پهن‌تر بوده و دمای بیشینة 300 درجه سانتیگراد را نشان می‌دهد؛

(3) گروه سوم (ΙΙΙ) در دمای بالای 200 درجه سانتیگراد پدیدار می‌شود و خمیدگی آنها پیامد فعالیت لغزشی سطوح است؛

(4) گروه چهارم (IV) در دمای بیشتر از 250 درجه سانتیگراد و در پی بازتبلور پدید می‌آیند (Burkhard, 1993).

شکل 2- نمایش تاثیر دما بر دگرشکلی ماکل‌های کلسیت (Burkhard, 1993; Ferrill et al., 2004)

بیشتر ماکل‌هایی که در دمای کمتر از 170 درجه دگرشکل شده‌اند باریک هستند و در زیر میکروسکوپ، به‎صورت خطوط سیاه باریک دیده می‌شوند. ستبرای این ماکل‌ها در فاصله قائم میان مرزها اندازه‌گیری می‌شود و معمولاً کمتر از 1 میکرون (mm 001/0) هستند. با دگرشکلی آزمایشی کلسیت در دمای 300 درجه سانتیگراد، افزایش پهنای ماکل تا 5 برابر روی می‌دهد (Groshong et al., 1984). پهنای ماکل‌های ستبر از فاصله میان لبه‌های درونی مرز ماکل‌ها اندازه‌گیری می‌شود و معمولاً از 1 تا بیشتر از 10 میکرون است. در این بررسی، برای رده‌بندی ماکل‌ها از روش Groshong و همکاران (1984) و Ferrill و همکاران (2004) بهره گرفته شده است.

سیال‌های درگیر از مهم‌ترین روش‌های ارزیابی محلول‌های کانی‌ساز هستند (Wilkinson, 2001). Ghazban و همکاران (1994)، برپایه سیال‌های درگیر در دولومیت زین‌اسبی کانسار گوشفیل، دمای همگن‌شدن 120-90 درجه سانتیگراد و شوری نزدیک به wt% NaCl 10 را برای سیال‌های آن به‌دست آوردند. Rajabzadeh (2007)، سیال‌های درگیر را در باریت و فلوریت کانسار MVT کمشچه در ایران‎مرکزی بررسی و با به‌کارگیری آن ترکیب سیال کانه ساز را شناسایی کرد. Teimouri Asl و همکاران (2011)، دمای همگن‌شدن سیال‌های درگیر درون کلسیت کانسار ایرانکوه را 160-100 درجه سانتیگراد و شوری را wt% NaCl 22-17 به‌دست آوردند.

برپایه شواهد بافتی، همزادبودن (سین‌ژنتیک)، Rastad (1981) شرایط پیدایش کانسارهای ایرانکوه و خاستگاه سرب و روی آن را خشکی‌های پیرامون حوضه دانسته است؛ اگرچه خاستگاه آتشفشانی آنها را نیز رد نمی‌کند. برپایه خاستگاه غیردریایی Sr، ایزوتوپ‌های پایدار و وابستگی کانسنگ با گسل ایرانکوه، Ghazban و همکاران (1994) برای این منطقه خاستگاه اپی‌ژنتیک را پیشنهاد کرده‌اند و شواهدی ارائه داد که نشان‌دهندة جای‌داشتن این کانسار در گروه کانسارهای MVT است. برپایه رخداد کانه‌زایی سولفیدی در راستای گسل‌ها، Reichert (2007) رویداد کانه‌زایی کانسارهای ایرانکوه را اپی‌ژنتیک دانسته است. برپایه شواهد بافتی، ساختی و وابستگی سنگ میزبان با ماده معدنی، Boveiri Konari و همکاران (2015) کانسار تپه سرخ را همانند کانسارهای نوع سدکس می‌دانند. ازآنجایی‌که تا اکنون بررسی سیال‌های درگیر بر روی باریت‌های منطقه ایرانکوه انجام نشده است، در این پژوهش نمونه‎های این کانی که همراه با کانی‌زایی سولفیدی بوده‌اند به‌کار برده شده‌اند.

زمین‎شناسی منطقه

ایالت معدنی سرب - روی ایرانکوه در پهنه‌ سنندج - سیرجان و در توالی کرتاسه پیشین منطقه فلززایی اصفهان– ملایر جای دارد (Momenzadeh, 1976) (شکل‌ 1). کانه‌زایی سرب و روی در هر دو یال رشته کوه ایرانکوه دیده می‌شوند. بر خلاف کانسارهای دامنه شمالی (گردنه، تپه‌سرخ و گوشفیل)، بخش بزرگی از کانسنگ در کانسارهای دامنه جنوبی (خانه‌گرگی، گود زندان و کلاه‌دروازه)، کربنات روی و کمی کربنات سرب است. نسبت کربنات به سولفید در بخش بالایی ماده معدنی بیشتر است و با افزایش ژرفا سولفیدها بیشتر می‌شوند. این رخداد را می‌توان پیامد فرایندهای هوازدگی، اکسیداسیون و فرسایش کانسنگ بیشتر در دامنه جنوبی دانست.

کانسنگ رگه‌ای در مناطق گسلیده کربنات‌های دولومیتی‌شده کرتاسه پیشین رخ داده‌ است (شکل 1). دولومیتی‌شدن که نقش مهمی در پیدایش تخلخل لازم برای کانی‌زایی داشته است؛ با آزاد‌شدن منیزیم پدیدآمده از جایگزینی کانی‎های رسی و آب‌زدایی شیل و واکنش با کلسیت رخ داده است. شیل و ماسه‌سنگ سازند شمشک، به سن ژوراسیک پسین، از کهن‌ترین سنگ‎های رخنمون‌یافته در منطقه هستند. این سنگ‌ها با توالی پیشرونده کرتاسه پیشین دگرشیب پوشیده شده‌اند. کربنات‌های کرتاسه به دو شکل متفاوت در منطقه نمود دارند:

(1) واحد کربنات دولومیتی قهوه‌ای روشن که در محدوده به‌آسانی شناسایی می‌شود و مهم‌ترین واحد مرتبط با کانه‌زایی است. این واحد فسیل نداشته و ستبرای چشمگیری دارد (Ghazban et al., 1994)؛

(2) سنگ آهک فسیل‌دار با سن کرتاسه پیشین (دوکفه‌ای، اربیتولینا، جلبک، تکستولاریا، میلیولیدا، اکینودرم و رودیست) و خاکستری روشن. توده‌های عدسی‌شکل در میان دولوستون‌ها جای دارند (Ghazban et al., 1994). شیل‌های سیاه‌رنگ با سن کرتاسه در کانسار کلاه‌دروازه رخنمون دارد.

گسل‌ها و چین‌ها از روند شمال‌باختری- جنوب‌خاوریِ گسل روراندة اصلیِ زاگرس و گسل‌های پهنه‌ سنندج– سیرجان پیروی می‌کنند (شکل 1). شکل 3 ارتباط صحرایی رگه‌ها و عدسی‌های باریت را با کانی‌زایی و گسلش نشان می‌دهد.

شکل 3- نمای صحرایی از ارتباط باریت با کانی‌زایی و گسلش در منطقه ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان)

روش انجام پژوهش

نمونه‌برداری برای کانی‎شناسی و بررسی سیال‌های درگیر از سه کانسار کلاه‌دروازه، تپه سرخ و گوشفیل انجام و 64 ‌مقطع نازک، نازک – صیقلی و صیقلی از سه منطقه سولفیدی، سولفیدی– اکسیدی و اکسیدی ساخته شد. شمار 19 مقطع دوبر صیقل از باریت منطقه سولفیدی کانسارهای تپه‌سرخ، کلاه‌دروازه و گوشفیل (و یک نمونه کوارتز برای رگة دارای مالاکیت) همزمان با کانه‌زایی با ضخامت 3/0-5/0 میلیمتر آماده شد که پس از بررسی‌های سنگ‎نگاری و عکس‌برداری از روی لام جدا شدند. به‌علت ریزبودن سیال‌های درگیر در نمونه‎ها، بررسی‌های میکروترمومتری برای تنها 7 نمونه امکان‌پذیر بود (جدول 3).

سنگ‎نگاری، کانه‌نگاری و دماسنجی با به‌کارگیری میکروسکوپ‌های پلاریزان مدل Olympus BX60 و دستگاه Linkam مدل THM600 در دانشگاه شهید باهنر کرمان و مرکز تحقیقات و فراوری مواد معدنی ایران انجام شد. دامنه دمایی این دستگاه 196- تا 600+ درجه سانتیگراد است. این دستگاه مجهز به دو سامانه تنظیم گرمایش (TP94) و سرمایش (LNP)، مخزن ازت (برای پمپ نیتروژن، برای انجماد) و مخزن آب (برای خنک‌کردن دستگاه در دمای بالا) است. دقت صفحه گرمایش 6/0± درجه است و با نیترات‌سزیم (با نقطه ذوب 414 درجه سانتیگراد) انجام شد. انجماد با دقت 2/0± درجه و در حضور نمونه شاهد ان- هگزان (n-Hexane)، با نقطه ذوب 3/94- درجه‏‌سانتیگراد، انجام شد. برای شناسایی غلظت‌های عناصر فرعی در باریت، 7 نمونه از همان نمونه باریت‌هایی که بررسی سیال‌های درگیر بر روی آنها انجام شد، خرد شدند. سپس با به‌کارگیری دست و گاه در زیر میکروسکوپ، باریت‌های بسیار خالص (نزدیک به 100%) جدا شدند. این نمونه‎ها، برای انجام تجزیه 55 عنصری و با به‌کارگیری گدازش پراکسیدسدیم و ترکیبی از روش‌های ICP-AES و ICP-MS به آزمایشگاه SGS کانادا فرستاده شدند.

سنگ‎شناسی و کانی‎شناسی

شیل‌های ژوراسیک و سنگ‎های کربناتی مهم‌ترین سنگ‎های دربرگیرنده ماده معدنی هستند؛ به‌گونه‌ای‌‌که رگه‌های گالن - اسفالریت- باریت در مرز گسلیده میان آنها پدید آمده‎اند (Hosseini Dinani et al., 2015). شیل ژوراسیک ایرانکوه دارای رس (ایلیت، کائولینیت ± مونت‌موریلونیت)، فلدسپار (آلبیت)، کمی سریسیت، کوارتز، مواد آلی بیتومینی و مقدار اندکی پیریت فرامبوییدال است. آهک فسیل‌دار کرتاسه دارای کلسیت، دولومیت، باریت، به‌همراه کمی تکه‌های تخریبی (میکا، فلدسپار، کوارتز و رس)، است. سنگ‎های کربناتی کانسار دچار دگرسانی دولومیتی و سیلیسی‌شدن شده‌اند؛ به‌گونه‌ای‌که دولوستون‌ منطقه‌ای کمتر از 5 سانتیمتر از مرز کانسنگ را با بافت «فلفل نمکی» (ترکیبی از بلورهای لوزی‌شکل دولومیت در زمینه‌ای از کوارتز و مواد معدنی) می‌سازد (شکل 4). این سنگ‎ها دارای بیش از 80 درصد بلورهای خاکستری–سفید دولومیت زین‌اسبی (شکل 4) پرکننده فضای خالی، جانشینی و رگه‌ای - رگچه‌ای هستند. اندازه بلورهای دولومیت گرمابی از 025/0 تا نزدیک 2 میلیمتر تغییر می‌کند.

کلسیت، دولومیت، باریت و کوارتز مهم‌ترین کانی‎های سازنده این واحدهای کربناته هستند که در ادامه اندکی به شرح آنها پرداخته می‌شود (جدول 1). در این منطقه، سه نسل کلسیت با بافت‌های توده‌ای، رگه‌ای و رگچه‌ای و پرکننده فضای خالی می‌توان دید (شکل 5):

(1) نخستین نسل، کلسیت (i) در سنگ میزبان است. این نسل همراه با فسیل‌های گوناگون پدید آمده است؛

(2) کلسیت‌های رگه‌ای (ii) که سنگ میزبان و کلسیت اولیه (رسوبی) را قطع می‌کنند و به پنج گروه رده‌بندی می‌شوند: (الف) رگه‌های کلسیت و بی کانی‎های تیره؛ (ب) رگه‌های کلسیت همراه با کانی‎های تیره؛ (پ) رگه‌های کلسیت همراه با کوارتز؛ (ت) رگه‌های کلسیت همراه با ایلیت؛ (ث) رگه‌های کلسیت همراه با باریت؛

(3) کلسیت‌های نسل سوم (iii) پرکننده فضای خالی و رگه‌ای روی داده‌اند (شکل 5).

شکل 4- تصویرهای میکروسکوپی از کانی‎های اصلی سازنده سنگ‎ها و مواد معدنی در ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان). A) دولومیت‌های (Dlm) گوناگون و بافت فلفل‌نمکی؛ B) اسفالریت (Sph)، گالن (Gn) و پیریت (Py) در سنگ میزبان دولوستون (Dls) در منطقه سولفیدی؛ C) باریت (Ba) توده‌ای و رگچه‌های قطع‌کننده دولومیت و کلسیت (Cal) گرمابی؛ D) اسفالریت، گالن و پیریت در سنگ میزبان کربنات دولومیتی در منطقه سولفیدی؛ E) جانشینی سروزیت (Cs) به‌جای گالن در منطقه انتقالی اکسیدی – سولفیدی؛ F) جانشینی اسمیت‌زونیت (Sm) به‌جای اسفالریت در منطقه انتقالی اکسیدی – سولفیدی؛ G) هماتیت (Hem)، مالاکیت (Mal) و اکسیدهای آهن در منطقه اکسیدی؛ H) جانشینی گوئتیت (Gt) و هماتیت به‌جای پیریت در منطقه اکسیدی (نماد کانی‌ها ازKretz، 1983)

جدول 1- جدول کانی‌های همایند (پاراژنز) در منطقه ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان) برپایه بررسی‌های میکروسکوپی و صحرایی

شکل 5- نمایش (تصویرهای PPL) نسل‌های کلسیت با بافت‌های گوناگون در منطقه ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان). A) به‌ترتیب زمان پیدایش، کلسیت میزبان اولیه، کلسیت رگه‌ای که آن‌ را قطع کرده و کلسیت رگه‌ای دانه درشت‌تر؛ B) کلسیت رگه‌ای در سنگ آهکی اولیه فسیل‌دار

سه دسته دولومیت‌ در منطقه دیده می‌شود (شکل 3):

(1) دولومیت‌های متوسط تا ریزبلور که بیشترین پراکندگی را در منطقه دارند و کانسنگ به بخش زیرین این واحد محدود می‌شود؛

(2) تک‌بلورهای درشت‌دانه و خودشکل دولومیت با بافت دانه‌شکری و قطر 50 تا 200 میکرومتر که در مرز با منطقه کانه‌زایی سولفیدی دیده می‌شوند. این نوع دولومیت با دولومیت زین‌اسبی پوشیده می‌شود و پیش از کانه‌زایی سولفیدی پدید آمده است؛

(3) دولومیت‌های زین‌اسبی دانه درشت که با کانی‎های سولفیدی همراه هستند (شکل 4). برپایه پیشنهاد Ghazban و همکاران (1994)، همراهی این دولومیت با اسفالریت و بیتومین، یک خاستگاه تأخیری (اپی ژنتیک) را نشان می‌دهد.

تصویر بافتی و ساختی باریت بیشتر همراه با کانسنگ، در توده‌های عدسی‌شکل متمرکز می‌شود که به شکل جانشینی (گهگاه با بافت جارویی؛ شکل 4) و باریت‌های درشت رگه‌ای همراه با کانی‎های سولفیدی دیده می‌شود. کوارتز در منطقه ایرانکوه با سنگ میزبان و به شکل رگه‌های گرمابی و ژاسپرویید همراه است.

شکل 6- نمایی از انواع ماکل‌های I و II در کلسیت گرمابی در منطقه ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان)

کانه‌زایی در ایرانکوه بیشتر پرکننده فضای تهی در راستای گسل‌ها و شکستگی‌هاست و به شکل یک عدسی ناهمشیب است که در مرز میان شیل و کربنات دولومیتی‌شده جای گرفته است. توالی کانه‌زایی سولفیدی از اسفالریت، گالن، پیریت و کمی مارکازیت ساخته شده است. از کانی‎های ناسولفیدی نیز می‌توان باریت، دولومیت، اسمیت زونیت، سروزیت، هماتیت، گوئتیت (شکل 4)، کمی کوارتز، مالاکیت، آزوریت و ژیپس را نام برد (جدول 1).

بحث

(الف) دماسنجی برپایه ماکل کلسیت و سیال‌های درگیر در باریت

در این بررسی، اندازه بلور‌های کلسیت گرمابی همزمان با کانی‌زاییِ آزمایش‌شده، از 40 تا 500 میکرون است (شکل 6). با به‌کارگیری پهنا و شدت ماکل می‌توان دمای کانی‌زایی را ارزیابی، مقایسه و تفسیر کرد. پهنای میانگین ماکل برای یک نمونه با به‌دست‌آوردن میانگین پهنای ماکل برای هر مجموعه و متوسط میانگین‌های مجموعه ماکل‌ها به‌دست می‌آید. میانگین هر مجموعه ماکل از جمع پهنای ماکل‌های باریک و ضخیم و تقسیم کل مجموعه‌ها بر تعداد کل آنها به‌دست می‌آید. شدت ماکل (سطوح ماکل/mm) برای هر مجموعه ماکل با تقسیم شمار ماکل‌ها در یک مجموعه (ضخیم و باریک) به پهنای دانه میزبان در راستای عمود بر ماکل اندازه‌گیری می‌شود. در دمای بالا، کلسیت ماکل‌های ضخیم با شدت ماکل کم را نشان می‌دهد و در دمای کم وارونه است. وابستگی میان آنها را می‌توان در جدول 2 دید.

برپایه این جدول و شکل‌ 7، بیشتر نمونه‎های منطقه، ماکل‌های گروه اول و دوم را نشان می‌دهند. این ماکل‌ها در دمای کمتر از 170درجه سانتیگراد پدید آمده‎اند.

جدول 2- مقادیر پهنای ماکل و شدت ماکل کلسیت در منطقه ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان)

شدت ماکل‌ها در سنگ‎هایی که در دمای بالای 200 درجه سانتیگراد دگرشکل می‌شوند، گهگاه از 40 تا در یک میلیمتر بیشتر می‌شود. نمونه‎هایی که در دمای کمتر از 170 درجه سانتیگراد دگرشکل شده‎اند، میانگین پهنای ماکل‌ کمتر از 1 میکرون دارند. نمونه‎هایی که در دمای بیش از 200 درجه سانتیگراد دگرشکل شده‎اند، شدت ماکل‌شان 0 تا 40 در یک میلیمتر بوده و در بازه گسترده‌ای از واتنش هستند. پس دمای سیال گرمابی می‌تواند پیدایش ماکل‌های کلسیت را در پی داشته باشد و دمای دگرشکلی را می‌توان همان دمای پیدایش کلسیت، اسفالریت و گالن دانست.

شکل 7- میانگین پهنای ماکل کلسیت گرمابی در برابر میانگین شدت ماکل‌های آن. برپایه این شکل بیشتر نمونه‎ها در بازه دمایی کمتر از 170 درجه سانتیگراد، کمی از آنها در بازه دمایی 170 تا 200 درجه سانتیگراد و گهگاه در بیش از 200 درجه سانتیگراد پدید آمده‎اند (نمودار از Ferrill و همکاران، 2004)

سیال‌های درگیر را می‌توان با معیارهای دیداری، مانند اندازه، شکل، رنگ، شاخص انکساری و به‌ویژه با فاز‌ها در دمای اتاق، توصیف کرد (Alfons et al., 2001). اندازه سیال‌های درگیر در باریت‌های عدسی و رگه‌ای از 1 تا 30 میکرون متغیر است. اندازه بیشترشان نزدیک به 4 تا 12 میکرون است و گاه به 35 میکرون می‌رسد. همچنین، بی‏‌شکل، نامنظم و گاه دارای شکل‎های کشیده هستند (شکل 8). پدیده گردن‌یافتگی نیز در میانبارها دیده می‌شود که در آن میانبارهای بزرگ، تخت و نامنظم دوباره تعادل یافته و در راستای خاصی به میانبارهای کوچک‌تر تقسیم می‌شوند (شکل 8).

برپایه فازهای دیده‌شده در دمای اتاق، در این نمونه‎ها سیال‌های درگیر عبارتند از (شکل 9):

(I) تک فاز مایع (L)؛

(II) تک فاز گاز (V)؛

(III) دو فازی مایع-گاز (L+V، سرشار از مایع)؛

(IV) دو فازی گاز - مایع (V+L، سرشار از گاز)؛

(V) سه فازی مایع + گاز + بلور (نوع V؛ گهگاه دیده شد).

سیال‌های درگیر بیشتر از گروه دو فازی و سرشار از مایع با حباب بخار (L+V) هستند. حباب بخار نزدیک به 10 تا 20 درصد حجم میانبار را فراگرفته است. برپایه رابطه زیر، درجه پرشدگی آنها (F) نزدیک به 90 تا 80 درصد است (Shepherd et al., 1985; Alfons, 2001; Bagheri, 2011):

F = (VL / VL + VV) ×100 →

F = (0.8/+8.2) ×100 = 80 %

V_L و V_V به‌ترتیب نشان‌دهنده حجم فاز مایع و حجم فاز بخار هستند.

برپایه معیارهای Shepherd و همکاران (1985)، سیال‌های درگیر نخستین در هنگام رشد بلور به‌دام می‌افتند؛ اما سیال‌های درگیر ثانویه می‌توانند در هر زمان پس از رشد بلور میزبان به دام افتاده باشند. سیال‌های درگیری که در شکاف‌های ریز پدید می‌آیند را سیال‌های درگیر ثانویه دروغین می‌نامند. در این بررسی، بیشتر سیال‌های درگیر از نوع اولیه‌ هستند که در هنگام پیدایش بلور به دام افتاده‌اند. نمونه‎هایی از میانبارهای اولیه و ثانویه باریت در شکل 8 نشان داده شده‎اند.

شکل 8- نمایی از سیال‌های درگیر گوناگون در باریت همزمان با کانه‌زایی ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان): A) سیال‌های درگیر نخستین با پدیده گردن‌یافتگی؛ B) سیال‌های درگیر نخستین بسیار ریز؛ C) سیال‌های درگیر ثانویه خطی؛ D) سیال‌های درگیر ثانویه صفحه‌ای

شکل 9- سیال‌های درگیر گوناگون از دیدگاه تعداد فاز در باریت همزمان با کانه‌زایی ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان): A) تک‌فازی مایع (نوع I)؛ B) تک‌فازی گاز (نوع II)؛ C) دو فازی مایع+گاز (نوع III)؛ D) دو فازی گاز + مایع (نوع IV)، E) سه‌فازی مایع + گاز + بلور هالیت (نوع V)

(ب) بررسی‌های دماسنجی، شوری و چگالی سیال‌های گرمابی

ارزیابی شوری: نمودار آب- نمک، بهترین روش برای ارزیابی شوری میانبارهای آبگین است؛ زیرا کاهش نقطه انجماد آب خالص وابستگی مستقیم با مقدار نمک در محلول دارد (Clynne and Potter, 1977; Bagheri, 2011). این روش با اندازه‌گیری دمای ذوب‌نهایی یخ (TLM) در هنگام گرمایش دوباره میانبارهایی که پیش از این منجمد شده‎اند امکان‌پذیر است. در سیستم‌های نمک- آب، نخستین پیدایش مایع پس از انجماد کامل (TFM) و ذوب که معادل دمای یوتکتیک است باید دانسته شود. اندازه‌گیری شوری برپایه دمای ذوب آخرین قطعه یخ که با دمای انجماد همخوانی دارد انجام می‌شود. کمترین دمایی که در آن، این پدیده رخ می‌دهد، نشان‌دهنده بالاترین مقدار شوری است. پس از منجمدکردن کامل نمونه‎ها و گرمایش آنها در دمای TLM از 80- تا 90- درجه سانتیگراد و با به‌کارگیری نمودار Shepherd و همکاران (1985) و نرم‌افزار FLINCOR، مقدار شوری در بازة 39/5 تا 94/20 درصد وزنی معادل نمک کل به‌دست آمد (شکل 10 و جدول 3). مقادیر میانگین شوری در گوشفیل، تپه‌سرخ و کلاه‌دروازه به ترتیب 52/16، 04/17 و 42/15 درصد وزنی معادل نمک‌طعام به‌دست آمد.

ارزیابی دمای همگن‌شدن: هدف اصلی بررسی‌های گرمایش، اندازه‌گیری دمای نهایی همگن‌شدن است (دمایی که در آن، میانبار، یک سیستم تک فازی می‌شود). این دما، همان دمای کل همگن‌شدن مایع- بخار است؛ اما برای میانبارهای دارای کانی نوزاد، دمای انحلال نمک نیز می‌تواند باشد. آزمایش گرمایش روی سیال‌های درگیر، دمای نزدیک به 80 تا 166 درجه سانتیگراد را برای تبدیل به فاز مایع نشان می‌دهد؛ یعنی L+V→L. نمودار این بازة دمایی در شکل 11 نشان داده شده است که دمای همگن‌شدن را به ترتیب در کلاه‌دروازه 110 -88 درجه سانتیگراد با میانگین 71/102 درجه سانتیگراد، در تپه سرخ میان 162-110 درجه سانتیگراد با میانگین 134 درجه سانتیگراد و در گوشفیل 164-80 درجه سانتیگراد با میانگین 05/118 درجه سانتیگراد نشان می‌دهد.

شکل 10- نمودار شوری سیال‌های درگیر در باریت. (A) کل کانسار ایرانکوه و (B) معادن ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان)

برای به‌دست‌آوردن دمای به‌دام‌افتادن سیال‌های درگیر، باید تصحیح فشار، چگالی و ترکیب محلول را انجام داد؛ اما شکل سیال‌ها و ماهیت فضای باز کانی‌زایی نشان می‌دهد که کانی‌زایی در ژرفای کمتر از اندازه‌ای است که تصحیح فشار بتواند تغییری در دماهای یکنواختی پدید آورد (Shepherd et al., 1985). ازاین‌رو، دماهای همگن‌شدن هم‌اندازه یا نزدیک به دماهای به‌دام‌افتادن سیال در هنگام پیدایش بلورهاست.

جدول 3- ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی سیال‌های درگیر در باریت کانسار ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان)

جدول 3- ادامه

ارزیابی چگالی سیال‌های درگیر: برای ارزیابی چگالی سیال‌های درگیر از دو روش زیر به‌کار گرفته است:

(1) زمانی که داده‌های دمای همگن‌شدن با داده‌های شوری سیال ترکیب شوند، می‌توانند چگالی سیال را بدون درنظرگرفتن شرایط به‌دام‌افتادن آن ارزیابی کنند؛ ازاین‌رو، نمودار Richardson و همکاران (1988) به‌کار برده می‌شود. داده‌های سیال‌های درگیر در نمودار شکل 12 رسم و تغییرات چگالی اندازه‌گیری شد؛

(2) روش دیگر برای ارزیابی چگالی به‌کارگیری نرم‌افزار FLINCOR است. در این نرم‌افزار، با واردکردن دمای همگن‌شدن و شوری سیال‌های درگیر، چگالی به‌دست می‌آید. در هر دو روش‌، چگالی سیال در بازة 95/0 تا 12/1 گرم بر سانتیمتر مکعب با میانگین 05/1 گرم بر سانتیمتر مکعب به‌دست آمد.

شکل 11- نمودار دمای همگن‌شدن سیال‌های درگیر در باریت. A) کل کانسار ایرانکوه؛ (B) معادن ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان)

ترکیب سیال‌های درگیر و محلول گرمابی: افزون‌بر روش‌های کمی، ترکیب شیمیایی سیال‌های درگیر را می‌توان با روش‌های کیفی نیز ارزیابی کرد. ازآنجایی‌که رنگ یخ در هنگام انجماد نمونه‎ها کمی مایل به قهوه‌ای بود؛ می‌توان ترکیب تقریبی CaCl₂- H₂O - NaCl را برای سیال کانی‌زا برآورد کرد (Wilkinson, 2001). البته دارابودن کانه‌های کربناتی سرب و روی نیز می‌تواند نشان‌دهنده دارابودن آنیون CO₃^2- یا HCO₃^2- در سیال‌ها باشد.

با به‌کارگیری شوری و دمای همگن‌شدن سیال‌های درگیر (شکل 12)، معمولاً 30 تا 40 نمونه برای شناختن یک جمعیت خاص کافی است (Shepherd et al., 1985; Bagheri, 2011). بهترین روش نمایش داده‌ها، نمودارهای دو متغیره هستند. شکل‌های 10 و 11 دو جمعیت جداگانة سیال‌های درگیر در منطقه را نشان می‌دهند. تغییرات مقدار شوری در سیال‌های درگیر گستردگی چندانی ندارد. دامنه میانگین دمای همگن‌شدن سیال‌ها نشان می‌دهد که فرایند سرد‌شدن ساده نیز می‌تواند از عوامل فرعی مؤثر در ته‌نشینی ماده معدنی بوده باشد. ازاین‌رو، باریم به‌همراه عوامل کانی‌ساز بیشتر با یک محلول اصلی منتقل شود. همچنین، عامل اصلی ته‌نشینی آنها می‌تواند همکنش با سنگ میزبان قلیایی و آمیزش با آب‌های دریایی دارای سولفات باشد (Ghazban et al., 1994).

شکل 12- نمودار شوری در برابر دمای همگن‌شدن سیال‌های درگیر در باریت برای ارزیابی چگالی سیال‌های کانی‌زا در کانسار ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان) و روندی که این داده‌ها نشان می‌دهند (Shepherd et al., 1985)

شکل 13 گروه‌های اصلی کانسارهای معدنی را برپایه دمای همگن‌شدن و شوری نشان می‌دهد و آنها را با داده‌های منطقه ایرانکوه مقایسه می‌کند (Hosseini-Dinani and Aftabi, 2016). این گروه‌ها بازه‌های گسترده‌ای در فضای شوری- دمای همگن‌شدن دارند و میان منحنی اشباع هالیت و منحنی بحرانیِ محلول‌های ضعیف NaCl محدود می‌شوند. برپایه مقایسه این نمودار با دماها و شوری‌های به‌دست‌آمده، دیده می‌شود که کانسار ایرانکوه از نوع اندوخته می‌سی‌سی‌پی است. این نکته با داده‌های Wilkinson و همکاران (2001، 2003، 2014)، Leach و همکاران (2005) و Basuki و Spooner (2002) سازگار است (جدول 4).

شکل 13- نمودار دمای همگن شدن-شوری انواع ذخایر معدنی و جایگاه نمونه‎های سیال‌های درگیر در باریت ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان) بر روی آن (با تغییرات از Wilkinson, 2001)

برپایه پیشنهاد Wilkinson (2001، 2014)، سیال‌های درگیر در کانسارهای MVT معمولاً ساده هستند و دو فاز آب– نمک با حباب بخار کوچک (کمتر از 10% حجمی) دارند. گاه هیدروکربن نیز در آنها دیده می‌شود. دماهای انجماد نیمه‌پایدار بسیار کم هستند (بیشترشان زیر 60- سانتیگراد). این پدیده پیامد شوری بالای آنها بوده و چگالی این سیال‌ها بالاست (بیش از 1000 کیلوگرم بر مترمکعب). دمای سیال‌ها معمولاً کم (کمتر از 150 سانتیگراد) و شوری معمولاً بالا (بیش از 15 NaCl درصد وزنی) است. حضور مواد آلی نیز معمول است. جدول 4 ویژگی‌های کلی انواع کانسارهای سرب و روی را با ایرانکوه آورده شده است. برپایه این جدول، داده‌های ایرانکوه بیشتر همانند نوع MVT هستند. برپایه پیشنهاد Basuki و Spooner (2002)، روندی کلی در کاهش شوری و افزایش دما، از کانسارهای نوع MVT به‌سوی کانسارهای ماسه‌سنگیPb-Zn، تا کانسارهای نوع رگه‌ای و نوع ایرلندی و سپس، نوع متصاعدی - رسوبی است.

جدول 4- مقایسه ویژگی‌های سیال‌های درگیر در کانسارهای گرمابی با ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان)، با تغییراتی پس از Wilkinson (2014)

کانسارهای نوع MVT و کانسارهای نوع متصاعدی - رسوبی عضوهای پایانی به‌شمار می‌روند و انواع کانسارهای دیگر در میان آنها جای می‌گیرند. روند کلی کاهش شوری به‌ترتیب از کانسارهای MVT به‌سوی کانسارهای نوع ایرلندی و کانسارهای نوع رگه‌ای تا کانسارهای نوع متصاعدی - رسوبی است.

کاربرد اکتشافی سیال‌های درگیر: جدول 5 مقدارهای دما و شوری سیال‌های درگیر در چند نمونه باریت را به همراه مقادیر سرب و روی در همان نمونه‎ها نشان می‌دهد. شکل 14 همبستگی مقدارهای شوری و دمای همگن‌شدن سیال‌های درگیر را در باریت در برابر سرب و روی در همان نمونه‎های باریت نشان می‌دهد. شوری با مقدارهای سرب و روی در کانی باریت همبستگی نشان می‌دهد. این همبستگی درباره دمای همگن‌شدن و غلظت بالا نیست. ازاین‌رو، این روابط پیشنهاد می‌کند که اندازه‌گیری شوری سیال‌های درگیر در مرحله‌های نخستین پیجویی می‌تواند به ارزیابی پیدایش کانه (حدآستانه شوری) و عیار احتمالی کانه‌ها کمک کند.

جدول 5- ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی چند نمونه‌ باریت ایرانکوه (جنوب‌باختری اصفهان)

شکل 14- نمودارهای دمای همگن‌شدن و شوری در سیال‌های درگیر باریت در برابر مجموع غلظت سرب و روی در همان نمونه‎های باریت (کانسار ایرانکوه، جنوب‌باختری اصفهان) (مقادیر شوری همبستگی خوبی با غلظت سرب و روی نشان می‌دهند)