ویژگی‌های بافتی و منشأ کنگلومرای چشمه خورزن (حوزۀ آبخیز پلایای میقان اراک) به روش آمار چندمتغیره

مقدمه

ترکیب و بافت کنگلومراها نشان‌دهندۀ سنگ منشأ، برخاستگاه و فرآیندهای شکل‌دهندۀ آنهاست و پتانسیل آنها را به‌عنوان آبخوان و همچنین وجود انواع پلاسر از قبیل طلا، اورانیم و آهن به شکل کانی‌هایی چون ایلمنیت، مگنتیت، رتیل و غیره بیان می‌کند. بررسی‌های ژئوکرونولوژی، پتروگرافی، ژئوشیمی و ایزوتوپی در تعیین سنگ منشأ و تشخیص انواع کنگلومراها بسیار مؤثرند (Wandres et al. 2004). اجزای کنگلومراها در تعیین فرآیندهای تکتونیکی و نوع فعالیت آنها نقش بسیار مهمی دارند (Zhang et al. 2020; Wander et al. 2004). تحلیل موقعیت و شرایط جغرافیای دیرینۀ منطقه به کمک اجزای کنگلومرا تعیین می‌شود (Ghazi and Mounthey 2010; Surpless and Augsburger 2009; Minghui et al. 2010). ترکیب، ویژگی‌های ساختاری و فابریک کنگلومراها، نوع کنگلومرا و منشأ آنها را مشخص می‌کند (Bayet-Goll et al. 2015). برای مثال زانگ و همکاران (Zhang et al. 2020) با مطالعۀ پتروگرافی کنگلومراها، منشأ را در منطقۀ داکینگ شان چین بازسازی کردند و نشان دادند منشأ ذرات در کنگلومراها گرانیت، آندزیت و سنگ‌های آهکی پرکامبرین است و این سنگ‌ها در پهنه‌های تکتونیکی حاشیۀ قاره‌ای فعال قرار دارد. اعتماد و همکاران (Etemad et al. 2020) نیز با مطالعۀ پتروگرافی، ژئوشیمی و جریان‌های قدیمی کنگلومراهای سازند بختیاری در پهنۀ زاگرس، نشان دادند کنگلومرا از سه منشأ ماسه‌سنگ اهواز و اجزای آهکی و چرتی، به‌ترتیب از بخش فوقانی و تحتانی سازند آغاجاری است. تعیین شرایط زهکش و وجود جریان‌های آبی و آبخوان‌های مناسب، از ویژگی خاص پتروگرافی نظیر گردشدگی و جورشدگی کنگلومراها حاصل می‌شود (Lindsey et al. 2007; Miao et al. 2010). با بررسی ویژگی‌های بافتی (قطر ذرات، گردشدگی، جورشدگی و بلوغ بافتی)، ساخت‌های رسوبی (نوع لایه‌بندی) و همچنین ترکیب کنگلومراها (جنس قطعات سنگی، نوع کانی‌ها، فراوانی و درجۀ تجزیۀ کانی‌ها)، محیط‌های رسوبی و هوازدگی زمان گذشته تعیین می‌شود (Baiyegunhi et al. 2021). محققان مختلف تعیین رخساره‌های کنگلومرا را در تفسیر شرایط محیط رسوبی ازنظر رسوب‌شناسی بررسی کرده‌اند (Mikheeva et al. 2021). کنگلومراها به‌عنوان سنگ، میزبان ذخایر بزرگ مواد معدنی نظیر اورانیم بسیار ارزشمندند (Fayek et al. 2021). ذخایر بزرگی از پلاسرها ازجمله پلاسرهای طلا و الماس در کنگلومراها یافت شده است (Mamedov 2011; Spinks et al. 2021).

در کنگلومرای آتشفشانی منطقۀ چشمه خورزن چندین حلقه چاه با عمق بیش از 100متر و آبدهی بالای 30لیتر بر ثانیه برای تأمین آب شرب شهر آشتیان و روستاهای مجاور حفر شده است که اهمیت پتانسیل آبی و نفوذپذیری کنگلومراها را نشان می‌دهد. ثمری و همکاران (Samari et al. 2014) نیز پلاسرهای مگنتیت، ایلمنیت و وانادیم را در کنگلومرای چشمه خورزن بررسی و اهمیت اکتشافی پلاسرها را تأکید کرده‌اند. ارزیابی اجزای تشکیل‌دهندۀ کنگلومرای سست پلیوسن چشمه خورزن ازنظر قطر ذرات، گردشدگی، رابطۀ آنها با فاصله و تعیین جنس ذرات تشکیل‌دهنده و مشخص‌کردن منشأ به روش آمار تک، دو و چندمتغیره نظیر میانگین، ضریب همبستگی، رگرسیون، تحلیل عاملی و تحلیل خوشه‌ای از اهداف بارز این تحقیق است. این تحقیق بستر مناسبی را برای بررسی و ارزیابی پتانسیل آبی دیگر مناطق در اطراف آشتیان و به‌خصوص بررسی منشأ پلاسرهای مگنتیت و ایلمنیت در محدودۀ چشمه خورزن فراهم می‌آورد.

منطقۀ مطالعه‌شده

برونزدهای کنگلومرائی بررسی‌شده به سن پلیوسن، در حوزۀ آبخیز پلایای میقان اراک و در مسیر 45کیلومتری اراک به سلفچگان واقع شده است که از شهرک امیرکبیر تا روستای سیاوشان در جنوب شهرستان آشتیان به عرض 6 و طول 25کیلومتر گسترش دارد. حوزۀ تأمین‌کنندۀ اجزای کنگلومراهای سخت و سست در آبخیز پلایای میقان شهرستان اراک، در بین دو پهنۀ ایران مرکزی و سنندج – سیرجان واقع شده است. پهنۀ سنندج- سیرجان در جنوب حوزه، شامل سنگ‌های اسلیتی – ماسه‌سنگی ژوراسیک زیرین به‌همراه سنگ‌های آهکی متبلور کرتاسه بوده است که متحمل دگرگونی با درجۀ ضعیف شده‌اند، پهنۀ ایران مرکزی در شمال حوزه از سنگ‌های ژوراسیک تا کواترنر تشکیل می‌شود و در کمربند آتشفشانی سهند- بزمان یا ارومیه – دختر حاوی توده‌های نفوذی و آتشفشانی متفاوت با سن ترشیاری است (شکل1). پهنۀ ایران مرکزی در حوزۀ آبخیز پلایای میقان اراک توسط دو گسل تلخاب در شمال و تبرته در جنوب، با راستای شمال غربی و جنوب شرقی به دو زیر پهنۀ جنوب غربی به نام بلوک هفتاد قله و زیر پهنۀ شمال شرقی به نام بلوک آشتیان- نراق تقسیم شده است که کنگلومرای چشمه خورزن در زیر پهنۀ اخیر قرار دارد (Pedrami 1982). منطقۀ مطالعه‌شده در زیر پهنۀ آشتیان – نراق، سنگ‌های آتشفشانی نئوژن با ترکیب آندزیتی و بازالتی دارد (Emami1980). رسوبات پلیوسن منطقه عمدتاً کنگلومراها و در تناوب با ماسه‌سنگ و با زمینۀ ماسه‌ای و گلی است. مواد تشکیل‌دهندۀ کنگلومراها، سنگ‌های آتشفشانی و آذرآواری است و از دو قسمت مجزا با زمینۀ فشرده (قدیمی) و سست تشکیل می‌شود (شکل2). قسمت بالایی این کنگلومراها هم‌زمان با پلیوسن و معادل هزار دره و حاصل فاز بالایی کوهزایی آلپی (پاسادنین) است. این سازند شیب ملایم یا تقریباً مسطح دارد. اجزای کنگلومراهای منطقه درشت و ذرات دارای گردشدگی خوب‌اند (Emami, 1980).

ازنظر زمین‌شناسی در آغاز ترشیاری، جنبش‌های فاز لارامید سبب چین‌خوردگی و بالاآمدگی سازندهای قدیمی‌تر و نیز ماگماتیسم شدیدی در زون ایران مرکزی شده است که در ائوسن میانی، فعالیت‌های آتشفشانی برای نخستین‌بار در منطقه آغاز شد که نتیجۀ آن گسترش سنگ‌های آندزیتی- بازالتی است. پس از ائوسن، اثر جنبش‌های بعد از فاز لارامید یعنی فاز پیرنه (الیگو- میوسن) بیشتر به‌صورت خشکی‌زایی بوده است. جنبش‌های قائم، وضعیت هورست و گرابنی را در منطقه به وجود آورده و فرآیند الیگوسن در منطقه نسبت‌به مناطق شمالی‌تر (مثل ساوه) ضعیف‌تر بوده و تا اوایل میوسن ادامه داشته است. از این به بعد شدت فرآیند در منطقه افزایش یافته و در طی نئوژن به بیشترین مقدار خود رسیده است. نیروهای وابسته به فاز رودنین (میوسن - پلیوسن) به‌صورت جنبش‌های برش راستگرد در منطقه نمایان‌اند. رسوبات سازند قرمز بالایی (میوسن) و رسوبات قبل از آن چین خوردند. رژیم تکتونیکی مدنظر سبب جایگزینی مواد آتشفشانی در شکستگی‌های کششی شده است؛ به این ترتیب منطقه با فرآیند آتشفشانی جدیدی (متفاوت با فرآیند آتشفشانی ائوسن) روبه‌رو بوده است. فرسایش بعدی وابسته به این فاز تکتونیکی (میوسن- پلیوسن)، سبب جابه‌جاشدن مواد آتشفشانی نئوژن و سنگ‌های قدیمی‌تر شده است که به‌صورت مجموعه سنگ‌های ناهماهنگ و اساساً کنگلومرایی به سن پلیوسن در منطقه نمایان است (شکل2) (Emami1980).

شکل1- نقشۀ موقعیت جغرافیایی و زمین‌شناسی منطقۀ بررسی‌شده (برگرفته از Rahimpour-Bonab and Abdi 2012)

Fig 1- Geographical and Geological map of the study area (After Rahimpour-Bonab and Abdi 2012)

شکل2- نقشۀ زمین‌شناسی منطقۀ چشمه خورزن اراک و موقعیت نمونه‌ها (مختصات براساس UTM)(Alaee Mahabadi 2000)

Fig 2- Geological map of Cheshmeh Khorzan area of Arak and sample location (Alaee Mahabadi 2000)

روش کار و شیوۀ انجام مطالعه

در این بررسی از 55نمونۀ برداشت‌شده، به‌دلیل خطای انسانی در 4نمونه، 51نمونه تحلیل شد. به‌دلیل پوشش گیاهی و واریزه‌ای مستقر بر کنگلومراها، نمونه‌برداری در نقاطی انجام گرفت که کنگلومرا برونزد داشته است (شکل 2). در عملیات میدانی، متغیرهای قطر ذرات (قطر حداکثر، حداقل و متوسط ذرات گراول با کولیس و خط کش) (Tucker 2001)، گردشدگی (Krumbein 1941) و ترکیب گراول‌ها در کنگلومرای سست تعیین شد. در یک متر مربع تا چهار متر مربع از هر منطقه در کنگلومرا، تعداد گراول‌های با ترکیبات مختلف تعیین و درصد ترکیبات مختلف برآورد شد. با برداشت دو کیلوگرم نمونه در آزمایشگاه، ترکیب نمونه‌های مشکوک در زیر میکروسکوپ بیناکولار تعیین شد. با در اختیار داشتن ابعاد گراول‌ها، گردشدگی آنها با استفاده از جداول و روابط تعیین شد. تمامی داده‌های قطر، گردشدگی و ترکیب گراول‌ها وارد نرم‌افزار اکسل شد. پارامترهای آماری تک‌متغیره، دومتغیره (رگرسیون) و چندمتغیره از قبیل تحلیل عاملی و تحلیل خوشه‌ای، در نرم‌افزار آماری Statistica نسخۀ 12 انجام شد. مطابق روش Ghadimi and Ghomi (2016)، مراحل آزمون نرمال و استانداردسازی داده‌ها صورت گرفت (رابطۀ 1).

(1)

که در آن مقدار نرمال و استانداردشده،  مقدار هریک از داده‌ها، حداقل مقدار داده‌ها و  حداکثر مقدار داده‌هاست.

در آمار دومتغیره، رابطۀ رگرسیونی بین قطر گراول‌ها و گردشدگی و فاصله برقرار شد و ارزیابی معادلات به روش‌های فیشر، t استیودنت و همچنین آزمون سطح احتمال (p-value) صورت گرفت. در آزمون‌های فیشر و t استیودنت، مقدار محاسباتی هر متغیر در سطح اطمینان 95درصد (خطای 5درصد) با مقدار جدول و یا مقدار بحرانی مقایسه شد. در صورت کمتربودن مقدار فیشر و t استیودنت محاسباتی از مقدار بحرانی، بدیهی است اختلافی بین میانگین دو متغیر وجود ندارد و هر دو از یک جامعه‌اند. در آزمون سطح احتمال نیز چنانچه مقدار آن بیش از 05/0 باشد، اختلافی بین میانگین دو جامعۀ متغیرها وجود ندارد (Ghadimi and Ghomi 2016). در آمار چندمتغیره، تحلیل عاملی مرحله‌ای[1] با کاهش ابعاد داده‎‍ها صورت گرفت. فرض اساسی در به‌‎‍کارگیری این روش، وجود الگویی زی بنایی یا مدلی خطی در تعیین مفاهیم پیچیدۀ ارتباطی بین متغیرهاست. این ارتباط در قالب یک عامل در این مدل فرضی ظاهر می‎‍شود. براساس روش‌های آزموده‌شده (Kim et al. 2005; Ghadimi and Ghomi 2016)، مشخص شد با اعمال تحلیل عاملی، ابعاد داده‎‍ها از تعداد زیادی عنصر به تعداد کمتری عامل کاهش پیدا می‎‍کند. یوسفی و همکاران (Yousefi et al. 2012) اعتقاد دارند تحلیل عاملی مرحله‎‍ای، روش تعدیل‌یافتۀ تحلیل عاملی است که برای ایجاد نقشه‎‍های ژئوشیمیایی استفاده می‌شود. در این پژوهش پس از بررسی روش‌های مستند و آزموده‌شده، تحلیل عامل، روش مرحله‌ای (Yousefi et al. 2012) انتخاب و بر داده‌های درصد ترکیب سنگ‌شناسی کنگلومراها انجام شد. تحلیل خوشه‎‍ای[2] یکی از روش‎‍های چندمتغیره بوده است که هدف از آن، طبقه‎‍بندی متغیرها و نمونه‎‍ها براساس تشابه درون‎‍گروهی و اختلاف بین‎‍گروهی است. در اینجا، ملاک شباهت ضریب همبستگی و الگوریتم خوشه‎‍بندی، روش وارد[3] و فاصلۀ پیرسون[4] بوده است (Ghadimi and Ghomi 2016).

بحث و تحلیل

خصوصیات بافتی

در توالی برداشت‌شده از منطقۀ چشمه خورزن، کنگلومرای سست در تناوب با لایه‌های ماسه‌سنگ خاکستری است. بخش زیرین این توالی، کنگلومرای درشت‌دانه به ضخامت 40سانتی‌متر، با لایه‌بندی موازی دارد. لایۀ ماسه‌سنگی با لایه‌بندی مورب و متوسط‌لایه به ضخامت 20سانتی‌متر در بالای کنگلومرای درشت‌دانه به ضخامت 200سانتی‌متر قرار گرفته است (شکل3). حداکثر قطر ذرات 400میلی‌متر و قطر متوسط ذرات 100میلی‌متر و گردشدگی ذرات 8/0 و به‌دلیل وجود ماتریکس رسی در بین گراول‌ها، جورشدگی ضعیف (2-1 فی) است.

شکل3- تناوب کنگلومرا و ماسه‌سنگ پلیوسن

Fig 3- Sequence of Pliocene conglomerate and sandstone

این بررسی در 51 نقطه از کنگلومرا، نشان داد حداقل قطر ذرات گراول‌ها 4میلی‌متر و حداکثر آن 1500میلی‌متر و قطر متوسط ذرات 5میلی‌متر است. ذرات قطعه‌سنگ (قطر 4096-256 میلی‌متر) حدود 44درصد، ذرات قلوه‌سنگ (256-64 میلی‌متر) حدود 27درصد، ذرات ریگ (64-4 میلی‌متر) حدود 15درصد و ذرات شن (قطر 4-2 میلی‌متر) حدود 14درصد از حجم گراول‌ها را شامل می‌شوند (شکل4). حداقل گردشدگی ذرات 4/0 در گروه نیمه گرد شده و حداکثر گردشدگی 9/0 در گردشدگی خوب و متوسط گردشدگی 6/0 در گروه گردشده قرار دارند. این بررسی نشان داد 45درصد از گراول در گروه گردشدگی خوب (1-7/0) قرار دارند. ذرات با گردشدگی نیمه زاویه دار (گروه 35/0-25/0)، زاویه‌دار ( گروه 25/0-17/0) و خیلی زاویه‌دار (گروه 17/0-0) در بین گراول‌ها دیده نمی‌شود.

شکل4- اجزای در اندازۀ گراول در کنگلومرای منطقۀ چشمه خورزن

Fig 4- Gravel particles in the conglomerate of Cheshmeh Khorzan region

برای ارزیابی تغییرات گردشدگی و اندازۀ ذرات نسبت‌به فاصله در مسیر ده‌کیلومتری از روستای چشمه خانوردی در شمال غرب تا روستای چشمه خورزن در جنوب شرق، روابط رگرسیونی بین گردشدگی، اندازۀ ذرات با فاصله و رابطۀ گردشدگی با قطر ذرات برقرار شد. گردشدگی از سمت غرب (روستای خانوردی) به سمت شرق (روستای چشمه خورزن) افزایش می‌یابد (شکل5). در رابطۀ رگرسیونی، ضریب همبستگی حدود 12/0 و مثبت است و در گروه همبستگی خیلی‌ضعیف (2/0-0) قرار دارد (گروه با همبستگی زیاد در طیف 8/0-6/0 و خیلی‌زیاد 0/1-8/0 قرار می‌گیرد). مقدار t استیودنت[5] حاصل 82/0 و مقدار سطح احتمال (P-value) در سطح خطای 05/0 (یا 95درصد اطمینان) برابر 42/0 است. از طرفی با درجۀ آزادی (49-1)، فیشر محاسباتی 66/0 است. همچنین t استیودنت جدول و یا بحرانی در سطح 05/0 و درجۀ آزادی 50 برابر 64/1 و فیشر جدول در سطح آزادی (49-1) برابر 08/4 است. نظر به اینکه سطح احتمال محاسباتی بیش از 05/0 و t محاسباتی و فیشر محاسباتی کمتر از مقدار جدول و یا مقدار بحرانی است، می‌توان گفت رابطۀ رگرسیونی بین فاصله وگردشدگی وجود ندارد و مفهوم افزایش گردشدگی با فاصله در منطقۀ بررسی معنی‌دار نیست. به‌عبارتی متغیر گردشدگی و فاصله از یک جامعه بوده و افزایش فاصله سبب افزایش گردشدگی در منطقه نشده است.

شکل5- رابطۀ رگرسیونی بین فاصله (D) و گردشدگی (Ru)

Fig 5- Regression relationship between distance (D) and roundness (Ru)

رابطۀ رگرسیونی فاصله با قطر متوسط ذرات گراول، نشان داد ضریب همبستگی بین آنها 01/0 است که در گروه همبستگی خیلی‌ضعیف قرار می‌گیرند (شکل6). سطح احتمال محاسباتی برابر 94/0، مقدار t استیودنت محاسباتی 08/0 و فیشر محاسباتی نیز 01/0 است. با توجه به اینکه سطح احتمال بیش از 05/0 و t استیودنت محاسباتی کمتر از t جدول (t جدول برابر 64/1) و فیشر محاسباتی کمتر از فیشر جدول (فیشر جدول برابر 08/4) بوده است، بنابراین بین قطر ذره و فاصله رابطۀ رگرسیونی برقرار نیست. بنابراین، کنگلومراهای چشمه خورزن چرخۀ دوم را طی می‌کنند و ذرات گردشده و با اندازۀ متفاوت، به کنگلومرای چرخۀ اول مربوط‌اند.

شکل6- رابطۀ رگرسیونی بین فاصله (D) و قطر متوسط گراول‌ها (Da)

Fig 6- Regression relationship between distance (D) and gravel average diameter (Da)

رابطۀ رگرسیونی بین قطر متوسط گراول‌ها وگردشدگی نشان داد مقدار ضریب همبستگی 24/0 و یا در گروه ضعیف است (شکل7). در شکل 7 با افزایش قطر متوسط ذرات، مقدار گردشدگی کاهش می‌یابد. ارزیابی این رابطه نشان داد سطح احتمال محاسباتی برابر 09/0 و t محاسباتی 7/1 و مقدار فیشر محاسباتی 9/2 است. نظر به اینکه سطح احتمال محاسباتی بیش از 05/0 و مقدار فیشر محاسباتی کمتر از فیشر جدول (فیشر جدول برابر 08/4) بوده است، بنابراین رابطۀ رگرسیونی بین قطر گراول‌ها و گردشدگی مفهوم ندارد. اما t استیودنت محاسباتی بیش از t استیودنت جدول (t جدول برابر 64/1) بوده است که این امر حاکی از وجود رابطۀ رگرسیونی بین قطر ذره و گردشدگی و معنی‌داربودن این رابطه است.

شکل7- رابطۀ رگرسیونی بین قطر متوسط ذرات متوسط (Da) و گردشدگی (Ru)

Fig 7- Regression relationship between particle average diameter (Da) and roundness (Ru)

تعیین منشأ کنگلومرا

این پژوهش نشان داد کنگلومرای سست پلیوسن، منطقۀ چند منشأیی است. با تفکیک جنس گراول‌ها، فراوانی و درصد آنها در 51 منطقه تعیین شد. گراول‌ها از جنس آهکی، ماسه‌سنگی، ریولیتی، آندزیتی، توفی، بازالتی و چرتی است. بیش از 45درصد قطعات سنگی کنگلومراها را ماسه‌سنگ‌ها شامل می‌شوند. بعد از اجزای ماسه‌سنگی، قطعات آندزیتی (37درصد)، آهکی (7درصد)، توفی (5درصد)، ریولیتی (3درصد)، چرتی (2درصد) و بازالتی (1درصد) به‌ترتیب کمترین درصد فراوانی را تشکیل می‌دهند. چولگی کمتر از یک مربوط به قطعات ماسه‌سنگی، آندزیتی، آهکی و توفی و چولگی در قطعات چرتی و بازالتی بیش از 5 است. از طرفی کشیدگی در قطعات چرتی و بازالتی بیش از 24 و در دیگر اجزا کمتر از 2 است. بنابراین جامعۀ قطعات ماسه‌سنگی، آندزیتی، آهکی، توفی و ریولیتی نرمال و جامعۀ چرت و بازالت غیرنرمال است.

خرده‌سنگ‌های ماسه‌سنگی (S)، آندزیتی (A)، آهکی (L)، ریولیتی (R)، توفی (T)، بازالتی (B) و چرتی (C) به‌ترتیب فراوان‌ترین اجزای تشکیل‌دهندۀ کنگلومرا محسوب می‌شوند. از تحلیل چندمتغیرۀ عاملی و تحلیل خوشه‌ای در تفکیک منشأ کنگلومراها استفاده شد. در مرحلۀ اول از تحلیل عاملی مرحله‌ای، سه عامل مشخص شد. در عامل اول، خرده‌سنگ آهکی با بار عاملی مثبت 88/0 و خرده‌سنگ ماسه‌سنگی با بار عاملی منفی 83/0 بیشترین مقدار را شامل می‌شوند (جدول1). سهم این عامل 84/26درصد از جامعۀ کنگلومراست. نقش دیگر اجزا به‌دلیل بار عاملی کمتر از 7/0 در عامل اول کم است. همچنین با توجه به عدم همسویۀ دو جزء ماسه‌سنگی و آهکی ازنظر نوع علامت، بدیهی است عامل اول، دو منشأ دارد. در عامل دوم، ترکیب توفی با بار عاملی 81/0 و ریولیتی با بار 79/0 بیشترین سهم را دارد و سهم آن 14/23درصد است. ترکیب آندزیتی در عامل سوم با بار منفی 88/0 بیشترین سهم و 33/17درصد از سهم را در جامعۀ کنگلومرا دارد (جدول1). سه عامل حدود 31/67درصد از سهم جامعۀ کنگلومرا را شامل می‌شوند. در مرحلۀ اول از تحلیل عاملی، ترکیب بازالتی (B) و چرتی (C) کمترین بار عاملی را داشته‌اند، بنابراین از جامعۀ کنگلومرا حذف شدند. در مرحلۀ دوم از تحلیل عاملی، با حذف ترکیب بازالتی و چرتی نیز سه عامل حاصل شد (جدول2).

جدول1- مرحلۀ اول بار عاملی اجزای تشکیل‌دهندۀ کنگلومرا

Table 1- The first stage of factor analysis conglomerate components

عامل اول از مرحلۀ دوم تحلیل عاملی نظیر مرحلۀ اول، شامل خرده‌سنگ آهکی (L) و ماسه‌سنگی (S) است. این عامل 35درصد از سهم جامعۀ کنگلومرا را تشکیل داد. در این عامل نظیر مرحلۀ اول، دو خرده‌سنگ آهکی و ماسه‌سنگی همسو نبوده است، بنابراین از دو منشأند. عامل دوم با ترکیب ریولیت (R) و توف (T)، بیشترین بار را شامل شده است که سهم آن 03/32درصد است. در عامل سوم، خرده‌سنگ‌های آندزیتی (A) بیشترین بار عامل و سهم آن 74/19درصد است. با مقایسۀ دو جدول 1 و 2، بدیهی است سهم سه عامل از 31/67 به 79/86 افزایش یافته است. بنابراین با توجه به بار عاملی خرده‌سنگ‌ها و سهم عاملی آنها، چهار منشأ برای کنگلومراهای منطقه تعیین شد (عامل اول دارای دو منشأ و عوامل دو و سه نیز دو منشأ دیگر) (شکل8). برای تأیید منشأ به روش تحلیل عاملی، از تحلیل خوشه‌ای استفاده شد (شکل8). در صورت فاصلۀ اقلیدوسی یک، چهار خوشه (منشأ) به دست آمد که در آن خرده‌سنگ‌های ریولیتی-توفی از یک منشأ و دیگر اجزا هریک منشأ جداگانه دارند.

جدول2- مرحلۀ دوم بار عاملی اجزای تشکیل‌دهندۀ کنگلومرا

Table 2- The second stage of factor load in the conglomerate component

شکل8- تأثیر دو عامل یک و دو در تحلیل عاملی و تأیید آن در نمودار خوشه‌ای

Fig 8- The effect of first and second factor in factor analysis and its confirmation in cluster diagram

بافت، یکی از ویژگی‌های مهم رسوب‌شناسی بوده است که با توجه به گردشدگی ذرات، جورشدگی و رنگ رسوبات می‌توان به محیط رسوبی و شرایط آن پی برد (Miao et al. 2010). کنگلومراهای با اجزای گردشده، جورشدگی خوب و خاکستری، خاص محیط ساحلی دریا و اجزای به رنگ قرمز، خاص محیط بیابانی است (Surpless and Augsburger 2009). کنگلومراهایی که محیط‌های رودخانه‌ای را با مسیر طولانی طی می‌کنند، گردشدگی و جورشدگی نسبتاً خوب دارند و به‌دلیل واقع‌شدن در محیط اکسیدان، رنگ آنها قرمز است (Wang et al. 2010). این بررسی نشان داد بیش از 45درصد گراول‌های تشکیل‌دهندۀ کنگلومراهای منطقۀ چشمه خورزن، گردشدگی خوب دارند. در مقابل، طیف قطر ذرات گراول‌ها متغیر و به‌عبارتی از شن، ریگ، قلوه‌سنگ و قطعه‌سنگ تغییر می‌کند و گراول‌ها در زمینۀ ماسه‌ای قرار می‌گیرد و جورشدگی آنها ضعیف است؛ بنابراین بین گردشدگی و جورشدگی مغایرت وجود دارد. با توجه به مغایرت‌های بافتی و رنگ قرمز، محیط رسوبی کنگلومرای بررسی‌شده می‌تواند مخروط افکنه –رودخانه‌ای با چرخۀ مجدد اجزای کنگلومرا باشد. از طرفی به نظر می‌رسد سازندهای کنگلومرای قدیمی‌تر نظیر کنگلومرای سخت‌شدۀ پلیوسن و کنگلومرای سازند قرمز فوقانی، می‌توانند منشأ اجزای کنگلومراهای سست چشمه خورزن باشند. توضیح این مطلب لازم است که در محیط مخروط افکنه –رودخانه‌ای، اجزای گردشدۀ سازندهای قدیمی‌تر فرسایش یافته و ضمن حمل، در مسافت کوتاه‌تری با زمینۀ ماسه‌ای مخلوط شده است. همبستگی ضعیف گردشدگی گراول‌ها با فاصله و همچنین گردشدگی با قطر ذرات نیز حاکی از حمل کم کنگلومراهای سست چشمه خورزن است.

شایان ذکر است که پهنۀ ایران مرکزی در حوزۀ آبخیز پلایای میقان، حاوی سازندهای آذرآواری - آتشفشانی، کنگلومرا، ماسه‌سنگ و شیل سازند قرمز زیرین و فوقانی، سازند آهکی قم (شکل1) و کنگلومرای سخت پلیوسن زیرین (شکل2) است. آمار چندمتغیره در این بررسی نشان داد کنگلومرای چشمه خورزن چهار منشأ دارد. خرده‌سنگ‌های ماسه‌سنگی در کنگلومراها از سازند قرمز زیرین و فوقانی، خرده‌سنگ‌های آهکی از سازند قم، خرده‌سنگ‌های آندزیتی، توفی-ریولیتی از واحد ائوسن در و از پهنۀ ایران مرکزی در حوزۀ شمال منطقه (حوزۀ آشتیان) و از کنگلومرای سخت شرق منطقه حاصل شده‌اند (شکل9). تحقیقات مشابهی را نیز زانگ و همکاران (Zhang et al. 2020) در چین و سورپلس و آکسبرگر (Surpless and Augsburger 2009) در کالیفرنیای شمالی برای تعیین منشأ کنگلومراها براساس ترکیب گراول‌ها انجام داده‌اند. غلامی‌زاده و همکاران (Gholami Zadeh et al. 2016) با مطالعۀ سنگ‌نگاری سیلیسی آواری کنگلومرای بختیاری میوسن، نشان دادند خرده‌سنگ‌ها بلوغ بافتی ضعیف (زاویه‌دار، جورشدگی بد) داشته‌اند که نشان از نهشت نزدیک به منشأ دارند. مطالعۀ سنگ‌نگاری خرده‌سنگ‌ها نشان داد منشأ رسوبات چندگانه و از پهنۀ سنندج-سیرجان (سنگ‌آهک‌های کرتاسه- سنگ‌های دگرگونی- سنگ‌های آتشفشانی ائوسن) و پهنۀ زاگرس (توالی افیولیتی، رادیولاریت و سنگ‌آهک‌های ائوسن) تأمین شده است.

گراول‌ها در کنگلومرای چند منشأیی منطقۀ چشمه خورزن، از فرسایش سازندهای پهنۀ ایران مرکزی و از نیمۀ شمالی حوزۀ آبخیز پلایای میقان سرچشمه گرفته است. قطعات تشکیل‌دهندۀ کنگلومرا در چرخۀ دوم و حاصل فرسایش گنگلومرای اولیه با قطعات گردشده نظیر کنگلومرای سخت پلیوسن زیرین و یا کنگلومرای سازندهای قدیمی‌تر، نظیر سازند قرمز فوقانی و غیره‌اند.

شکل9- موقعیت مفهومی سنگ منشأ، مسیر حمل و موقعیت رسوب اجزای تشکیل‌دهندۀ کنگلومرای چشمه خورزن

Fig 9 - Conceptual position of source rock, transport route and sedimentation of the components of

 Cheshmeh Khorzan conglomerate

Pedrami (1982) با تحقیق بر کنگلومرای چشمه خورزن، مشخص کرد که در پلیوسن زیرین منطقه شاهد فوران‌های آتشفشانی آندزیتی و ریولیتی توأم با خاکسترهای آتشفشانی بوده است که عمدتاً در محل راهجرد، به بسته‌شدن حوضۀ میقان اراک منجر شده است. با بالاآمدن ترکیبات آتشفشانی در محل راهجرد، مسیر رودخانۀ بزرگ پلیوسن حوزۀ میقان به حوزۀ قمرود بسته شد. بنابراین، کنگلومرای سست چشمه خورزن حاصل فرسایش شدید ارتفاعات حاوی کنگلومرای سخت پلیوسن زیرین و سازندهای قدیمی‌تر در محل خانوردی و چشمه خورزن است. تحقیقات Emami (1980) نیز نشان داد فاز کوهزایی رودنین در میوسن - پلیوسن منطقۀ چشمه خورزن به‌صورت کششی بوده و رژیم تکتونیکی مدنظر سبب جایگزینی مواد آتشفشانی در شکستگی‌های کششی شده است. فرسایش وابسته به این فاز تکتونیکی در میوسن- پلیوسن، سبب حمل مواد آتشفشانی نئوژن و سنگ‌های قدیمی‌تر شده و با تشکیل کنگلومرای پلیوسن همراه بوده است.

نتیجه

از ویژگی‌های کنگلومرای چشمه خورزن شواهد بافتی نظیر گردشدگی خوب، جورشدگی ضعیف، رنگ قرمز و طیف وسیع قطر خرده‌سنگ‌های گراولی است. از طرفی به طریق رگرسیونی مشخص شد بین قطر ذرات و گردشدگی با فاصلۀ برداشت نمونه، ارتباط معنی‌داری در سطح 95درصد وجود ندارد. گردشدگی بالای گراول‌ها، چرخۀ دوم از حمل ذرات را در کنگلومرا نشان می‌دهد. تنوع ترکیب گراول‌های حاکی از چند منشأیی و انطباق قطعات با سازندهای پهنۀ ایران مرکزی، معرف فرسایش سازندهای این پهنه و نزدیکی به سنگ منشأ است. بنابراین کنگلومرای سست چشمه خورزن در پلیوسن فوقانی از نوع ثانویه است و قطعات تشکیل‌دهندۀ آن حاصل فرسایش کنگلومرای اولیه، نظیر کنگلومرای سخت پلیوسن زیرین از شرق منطقه و یا کنگلومرا از سازندهای قدیمی‌تر نظیر سازند قرمز فوقانی در شمال منطقه (حوزۀ آشتیان) است. فاز کوهزایی میوسن - پلیوسن منطقۀ چشمه خورزن به‌صورت کششی بوده و سبب جایگزینی مواد آتشفشانی شده است. فرسایش و حمل مواد آتشفشانی و سنگ‌های قدیمی‌تر در طی فاز تکتونیکی زمان مدنظر، به تشکیل کنگلومرای منطقه منجر شده است. برای تعیین شرایط و ویژگی‌های محیطی حاکم بر کنگلومرای چشمه خورزن، پیشنهاد می‌شود انواع رخساره‌های سنگی آن در توالی و مناطق مختلف برداشت، تحلیل و مدل رسوبی آن تهیه شود. گردشدگی خوب کنگلومراها یکی از دلایل پتانسیل بالای آب زیرزمینی برای چاه‌های حفرشده در کنگلومرهای منطقه و اکتشاف آب در دیگر مناطق آشتیان است. فراوانی زیاد قطعات آتشفشانی، به‌خصوص قطعات آندزیتی در کنگلومراهای حاوی پلاسرمگنتیت و ایلمنیت، راهنمای خوبی دربارۀ منطقۀ منشأ و مسیر حمل آنها و چرخۀ مجدد به منطقۀ چشمه خورزن است.

[1] Stepwise Factor Analysis

[2] Cluster Analysis

[3] Ward method

[4] Pearson r

[5] t-student