تعیین شرایط دمایی، وضعیت سولفیداسیون و سازوکار تشکیل طلا در کانسار چندفلزی آتش‌انبار (جنوب قزوین)، برپایة شواهد کانه‏‌زایی، دگرسانی و شیمی کانه‏‌ها

ته‏‌نشینی طلا در محیط‏‌های گرمابی تحت کنترل پدیده‏‌های جوشش، سولفیداسیون، اکسیداسیون، سردشدگی و اختلاط سیال رخ می‏‌دهد و لیگاندهای بی‏‌سولفیدی (^-HS) و کلریدی (^-Cl)، در انتقال این فلز گرانبها بسیار مؤثر هستند. عنصرهای فلزی در ذخایر معدنی با سرشت احیایی (سولفید) و اکسیدی (سولفات) پدیدار می‌شوند که در میان آنها، لیگاندهای سولفیدی در سیال قدرت انحلال طلا و مس را با پدیدآوردن کمپلکس‏‌های فلز- سولفید پایدار افزایش می‌دهند (Seo et al., 2009; Stefánsson and Seward, 2004).

کانسار چندفلزی آتش‌انبار (مختصات ^′35^∘49 تا ^′36^∘49 طول‏‌‏‌‏‌خاوری و ^′44^∘35 تا ^′47^∘35 عرض‏‌‏‌شمالی‏‌) به وسعت نزدیک به 20 کیلومترمربع در جنوب‌باختری دانسفهان از شهرستان‌های استان قزوین جای دارد. منطقة آتش‌انبار بخشی از پهنة ماگمایی ارومیه- دختر به‏‌شمار می‌رود. این کمربند با روند ساختاری شمال‏‌باختری- جنوب‏‌خاوری به‌‏‌موازات پهنة سنندج- سیرجان امتداد دارد. از دیدگاه فلززایی، پهنة ماگمایی ارومیه- دختر مهم‌ترین منطقة فلززایی مس و طلا در ایران به‌شمار می‌رود. اندیس‏‌ها و کانی‌سازی‌های فلزی و غیرفلزی متعدد در آن در پی فعالیت‏‌های زمین‏‌ساختی، ماگماتیسم و دگرسانی، به‏‌ویژه طی بازة زمانی ترشیری روی داده‌اند (Shafiei et al., 2009; Haschke et al., 2010; Tale Fazel et al., 2015; Rabiee et al., 2019). بررسی‌های زمین‏‌شناسی از دیدگاه سنگ‌شناسی و زمین‌شیمیایی روی سنگ‏‌های آذرینِ منطقة دانسفهان انجام شده‌اند که بررسی رضاقلیان (Rezagholian, 2014) روی رخساره‏‌ها و زمین‌شیمی سنگ‏‌های آتشفشانی پالئوژن در باختر دانسفهان یکی از آنها به‌شمار می‌رود. برپایة این بررسی، سنگ‏‌های منطقه از نوع کالک‏‌آلکالن غنی از پتاسیم و مرتبط با کمان آتشفشانی پهنة فرورانش دانسته شده‌‏‌اند. همچنین، بررسی‌های دیگری از دیدگاه سنگ‌شناسی (Mansouri, 1997; Ghorbani, 2005) در ناحیة دانسفهان انجام شده‌اند. با وجود این، برپایة بررسی‏‌های انجام‌شده تا کنون بررسی‌های جامعی از دیدگاه زمین‏‌شناسی اقتصادی در منطقة دانسفهان و کانسار آتش‌انبار انجام نشده است. کانسار طلای آتش‌انبار از رخدادهای معدنی ناحیة دانسفهان است. بررسی‏‌های زمین‌شناسی، چگونگی رخداد کانی‌سازی و ویژگی‌های زمین‌شیمیایی آن، افزون‌بر کاربرد پژوهشی، نقش مهمی در پیشبرد فعالیت‏‌های پی‏‌جویی در منطقه بررسی‌هایی خواهد داشت. سازمان صنایع و معادن استان قزوین تازهترین فعالیت‌های اکتشافی (1393) در منطقه را انجام داده است. برپایة آن، تناژ 2 میلیون تن (از مجموعة عنصرهای فلزات پایه و طلا) و میزان میانگین طلا برابربا 13/2 گرم در تن (ppm) گزارش شده است (Pirooz, 2015). در این پژوهش افزون‌بر معرفی ویژگی‌های زمین‌شناسی و کانی‌سازی در کانسار چندفلزی آتش‌انبار، با کمک تجزیة ریزکاو الکترونی روی کانه‏‌های سولفیدی، ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و تحول سیال کانه‌ساز بررسی شده‏‌ است. بررسی چگونگی رخداد عنصرهای فلزی و سازوکار انحلال و ته‏‌نشینی طلا و فلزهای همراه آن در رگه‏‌های معدنی این کانسار از دستاوردهای اصلی این پژوهش است. با توجه به موقعیت کانسار آتش‌انبار در بخش شمالی پهنة ماگمایی ارومیه- دختر و وجود نشانه‏‌های معدنی فراوانِ مس و طلا در این پهنه، بهره‌گیری از این نتایج نقش مفیدی در راستای اهداف اکتشافی و ردیابی ذخایر مشابه در این بخش دارد.

زمین‏‌شناسی منطقه

از دیدگاه زمین‌شناسی ساختاری، کانسار آتش‌انبار در بخش شمالی پهنة ماگمایی ارومیه- دختر جای می‏‌گیرد. این پهنه با درازای نزدیک به 2000 کیلومتر و پهنای 100 کیلومتر سازوکار مشابهی با ماگماتیسم آند دارد و در نتیجة فرورانش سنگ‏‌کرة اقیانوسی نئوتتیس به زیر خردقارة‏‌ ایران مرکزی در سنوزوییک پدید آمده است (Berberian et al., 1982; Şengör, 1987; Alavi, 1994; Omrani et al., 2008). برپایة بررسی‌های ربیعی و همکاران (Rabiee et al., 2019)، پهنة ماگمایی ارومیه- دختر به دو بخش شمالی و جنوبی تفکیک می‌شود. ماگماتیسم آتشفشانی مس پورفیری کرمان (NBMZ) با ترکیب کالک‏‌آلکالن و سن الیگوسن- میوسن در بخش جنوبی جای دارد. بخش شمالی از دو مجموعة ماگمایی تشکیل شده است:

1) ماگماتیسم آتشفشانی- نفوذی بستان‏‌آباد- انارک (BAMZ) با ترکیب کالک‏‌آلکالن تا شوشونیتی و سن ائوسن- الیگوسن (به‌سوی ایران مرکزی)؛

2) ماگماتیسم آتشفشانی- نفوذی ارومیه- نایین (UNMZ) با ترکیب کالک‏‌آلکالن تا آداکیتی و سن الیگوسن- میوسن (به‌سوی سنندج- سیرجان)، تشکیل شده است (شکل 1- A).

شکل 1. A) نقشة زمین‌شناسی ایران و جایگاه کانسار آتش‌انبار در محدودة ماگماتیسم آتشفشانی- نفوذی بستان‏‌آباد- انارک (BAMZ) (جایگاه پهنه‏‌های ساختاری و ماگماتیسم برگرفته از بربریان و کینگ (Berberian and King, 1981) و ربیعی و همکاران (Rabiee et al., 2019) (نام‌های اختصاری: NBMZ: ماگماتیسم آتشفشانی مس پورفیری کرمان؛ UNMZ: ماگماتیسم آتشفشانی- نفوذی ارومیه- نایین؛ B) نقشة زمین‌شناسی ساده‌شده منطقة آتش‌انبار (برپایة تصویر ماهواره‏‌ای و نقشة پایه دانسفهان توسط اقلیمی (Eghlimi, 2000).

Figure 1. A) Geological map of Iran and the location of the Atash-Anbar deposit in the range of Bostan Abad-Anarak volcanic-intrusive magmatic zone (BAMZ) (location of structural zones and magmatism modified after Berberian and King (1981) and Rabiee et al. (2019)) (Abbreviations: NBMZ= Naeen-Bazman magmatic zone, and UNMZ= Urumieh-Nain magmatic zone); B) Simplified geological map of Atash-Anbar area (based on satellite image and Danesfahan base map by Eghlimi (2000)).

کانسار آتش‌انبار در مجموعة آتشفشانی- نفوذی بستان‏‌آباد- انارک جای گرفته است (شکل 1- A) و از دیدگاه زمین‏‌شناسی در چهارگوش 1:250000 ساوه (Nogol Sadat and Hushmandzadeh, 1984) و برگة 1:100000 دانسفهان (Eghlimi, 2000) جای می‌گیرد. برپایة نقشه‏‌های زمین‏‌شناسی ناحیه‏‌ای، سنگ آهک و دولومیت‏‌های چرت‏‌دار سازند میلا (کامبرین) از کهن‌ترین واحدهای سنگی هستند که در منطقة بررسی‌شده رخنمون ندارد. بیشترین حجم سنگ‏‌های رخنمون‌یافته در منطقة دانسفهان متعلق به سنگ‏‌های آتشفشانی ائوسن زیرین تا بالایی است که از این میان، واحدهای آتشفشانی ائوسن میانی تا بالایی در منطقة آتش‌انبار رخنمون دارند (شکل 1- B). واحدهای سنگی ائوسن زیرین دربردارندة توالی از انواع توف‏‌های ریزدانه سبزرنگ با قطعات فسیل نومولیت و ترکیب حد واسط تا اسیدی هستند که رخنمون‏‌های مربوط به آن با گسترش افقی نسبتاً بالا در نواحی رزک و کورچشمه (جنوب گسل حسن‌آباد) برون‏‌زد دارند. در بیشتر رخنمون‏‌ها، این سنگ‏‌ها آثاری از شکستگی و درزه‌های را‏‌ نشان می‌دهند که بیشترشان با نهشته‏‌های سیلیسی- کربناتی پر شده‏‌اند. بیشتر واحدهای سنگی ائوسن میانی دربردارندة سنگ‏‌های آتشفشانی سنوزوییک شامل واحدهای Eo^br (توف بلورین آندزیتی) و Eo^rd (داسیت پورفیری و گدازه‏‌های ریولیتی جریانی) هستند (شکل 1- B). بیشتر سنگ‏‌های آتشفشانی ائوسن بالای نیز دربردارندة سنگ‏‌های بازالت‌آندزیت (واحد Eo^ab) با سرشت حد واسط- بازیک هستند. بیشتر این سنگ‌ها با رسوب‌های آذرآواری (مانند: برش ولکانیک، توف سبز نازک لایه و ایگنمبریت‏‌های با ترکیب اسیدی )پوشیده شده‏‌اند. همچنین، برپایة نقشه‏‌های زمین‏‌شناسی منطقه، واحدهای آذرین درونی در منطقة آتش‌انبار رخنمون ندارند.

از دیدگاه ساختاری، گسل حسن‏‌آباد با راستای NW-SE و درازای بیشتر از 50 کیلومتر مهم‌ترین پدیده ساختاری منطقه است که در 10 کیلومتری جنوب کانسار آتش‌انبار روی داده است. این گسل از سوی باختر به پهنة آبگرم آوج و از سوی خاور به گسل ایپک می‏رسد (Berberian, 1971). گسل حسن‏‌آباد گسل معکوس و بزرگ زاویه‌ای با مؤلفه راستالغز و چپگرد است (Bolourchi, 1975). برپایة بررسی‌های این پژوهش، تأثیرات جنبشی و حرکت‌های کوهزاد زاگرس بر گسل حسن‏‌آباد موجب پیدایش انشعاب‌های گسلی فرعی با سرشت راستالغز منطقة آتش‌انبار شده‌اند و این گسل‏‌ها نقش مهمی در کنترل کانه‏‌زایی رگه‏‌ای سولفیدی داشته‏‌اند.

روش انجام پژوهش

بازدید صحرایی و نمونه‏‌برداری‏‌های از واحدهای گوناگون سنگی در منطقة آتش‌انبار انجام و شمار 70 نمونه سنگی برداشت شد. برای دستیابی به ویژگی‌های سنگ‏‌های منطقه، شمار 20 مقطع نازک از رخنمون‏‌های صحرایی و نیز برای بررسی کانه‌نگاری بخش‏‌های کانی‏‌سازی و سنگ‌نگاری رگه‏‌های معدنی، شمار 15 مقطع نازک- صیقلی و 5 مقطع صیقلی تهیه شدند. بررسی‌های میکروسکوپی با میکروسکوپ عبوری- بازتابی ZIESS مدل Axioplan2 در آزمایشگاه سنگ‏‌شناسی دانشگاه بوعلی‌سینا انجام شد. پس از بررسی میکروسکوپی مقطع‌ها، برای شناسایی کانی‌های رسی و دگرسانی‏‌ها، شمار 10 نمونه پودر سنگ (با الک 75 میکرون) با دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD[1]) مدل فیلیپس و نرم‌افزار X′pert در مرکز تحقیقات فرآوری مواد معدنی ایران طیف‏‌سنجی شدند. همچنین، برای شناسایی ترکیب شیمیایی و روابط بافتی کانه‌ها، نزدیک به 100 نقطه از کانه‌های سولفیدی (مانند: گالن، کالکوپیریت، اسفالریت و پیریت) همراه با تصویرهای الکترونی برگشتی (BSE) در مؤسسه زمین‏‌شناسی و کانی‏‌شناسی Novosibirsk در روسیه با دستگاه ریزکاو الکترونی (EPMA[2] مدل Cameca SX100) تجزیه شدند. این آزمایش روی مقطع‌های نازک- صیقلی و پس از کربن‌اندودکردن آنها (تا 50 آنگستروم) و با جریان 30 نانوآمپر (nA) ولتاژ شتاب‏‌دهندة 15 تا 25 کیلوولت، قطر باریکة الکترونی 3- 10 میکرون و زمان شمارش 20 تا 30 ثانیه انجام شد. زاویة جهش ژئومتری پرتو ایکس دستگاه 40 تا 52 درجه و خطای تجزیه از 10 گرم در تن کمتر بوده است.

در این نوشتار، نام اختصاری کانی‏‌ها از ویتنی و اوانس (Whitney and Evans, 2010) برگرفته شده است.

کانه‏‌زایی

برپایة ویژگی‌های صحرایی، کانه‏‌زایی در کانسار آتش‌انبار با سرشت اپی‏‌ژنتیک و به‌صورت 34 رگة چندفلزی طلا‏‌دار (مجموعة عنصرهای Pb، Zn، Cu و Au) با پهنایِ 5/0 تا 6 متر و درازای نزدیک به 20 تا 200 متر در سه محدوده روی داده است (شکل 1- B). تغییرات و چگونگی رخداد کانه‏‌زایی در هر سه محدوده مشابه است. این رگه‏‌ها با شیب 55 درجه تا نزدیک به قائم و ژرفای 20 تا 45 متر در سنگ میزبان داسیت‏‌ پورفیری ائوسن میانی (واحد Eo^rd) پدید آمده‏‌اند (شکل 2). با هدف بررسی ژئومتری رگه‏‌های معدنی، مجموعاً شمار 13 ترانشه و چاهک اکتشافی زده شد. برپایة این بررسی‌ها، رگه‏‌ها راستای خاوری- باختری تا شمال‌باختری- جنوب‌خاوری دارند (شکل 2). همچنین، در نزدیکی رگه‏‌های سولفیدی طلادار، معدن کائولن تاتروس با ذخیرة نزدیک به 1 میلیون تن وجود دارد که هم‌ اکنون از آن استخراج انجام می‏شود.

برپایة بازدیدهای صحرایی و نقشه‏‌های زمین‏‌شناسی، یک هالة دگرسانی گسترده از مجموعه کانی‏‌های کائولینیتی± سریسیتی به‏‌طور ناحیه‏‌ای سنگ‏‌های آتشفشانی منطقه جنوب‏‌باختری دانسفهان را تحت‌تأثیر قرار داده است و بیشتر از 10 معدن و اندیس خاک صنعتی در منطقة دانسفهان را دربر می‏‌گیرد. تصویرهای صحرایی از چگونگی کانه‏‌زایی و رخنمون رگه‏‌های چندفلزی طلادار در محدوده‏‌های مختلف کانسار آتش‌انبار در شکل 2 آورده شده‌اند.

شکل 2. تصویرهای صحرایی از رخداد کانه‏‌زایی در محدوده‏‌های مختلف کانسار آتش‌انبار. A) حفر ترانشه‏‌های اکتشافی (Tr) در محدودة سوم عمود بر رگة چندفلزی طلادار (عیار میانگین: 5 گرم در تن) (دید رو به شمال‏‌باختری)؛ B) نمایی نزدیک از ترانشه اکتشافی Tr-2 در همان محدوده و عمود بر رگه‌ای با ضخامت 6 متر؛ C) رگه‏‌های باریت- سولفید در محدودة نخست با ضخامت و شیب اندازه‏‌گیری‌شده در میزبان دگرسانی آرژیلیک (دید رو به ‏‌باختر)؛ D) رگة معدنی پرمانند[3] در محدودة نخست در راستای گسل راستالغز منطقه (دید رو به شمال‏‌)

Figure 2. Field images of mineralization in different areas of the Atash-Anbar deposit. A) Excavation of exploration trenches (Tr) in the third area perpendicular to the gold-bearing polymetallic veins (average grade of 5 g/t) (view to the northwest); B) Close view of the Tr-2 exploration trench in the same area perpendicular to vein with a thickness of 6 m; C) Barite-sulfide veins in the first area with thickness and slope measured in the host of argillic alteration (view to the west); D) Feather-like mineral vein along the right-slip fault from the first area (view to the north).

مراحل رخداد کانه‏‌زایی

برپایة شواهد صحرایی، نمونة دستی و میکروسکوپی بافت و ساخت‌ ماده معدنی در کانسار آتش‌انبار بیشتر شامل رگه- رگچه‌ای، پوسته‏‌ای، قلوه‏‌ای‌شکل، برشی و افشان است. کانه‏‌زایی و مراحل پیدایش کانسنگ در این منطقه در سه مرحله به‏‌شرح زیر رخ داده است:

1) مرحلة پیش از کانه‌زایی: در این مرحله، پیریت‏‌های افشان ریزبلور (I) در سنگ میزبان واحد Eo^rd بدون باطله و همراهی کانة فلزی پدید آمده‌اند (شکل‏‌های 3- A و 7- E)؛

شکل 3. تصویرهایی از نمونة دستی در مراحل مختلف رخداد کانه‏‌زایی در کانسار آتش‌انبار. A) پیریت افشان در مرحلة پیش از کانه‏‌زایی (مرحلة I)؛ B) رگة کالکوپیریت در میزبان داسیت دگرسان (مرحلة II-A)؛ C) قطع رگة کالکوپیریت (مرحلة II-A) توسط رگة کربناتی تأخیری (مرحلة III-A)؛ D) بافت رگه‏‌ای کوارتز- سولفید قلوه‏‌ای‌شکل؛ E، F) رگة برشی کوارتز- سولفید در میزبان داسیت دگرسان (مرحلة II-B)؛ G) قطع رگة برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) قطع‌شده توسط رگة باریت- سولفید (مرحلة II-C)؛ H) رگة کربناتی تأخیری (مرحلة III-A) همراه قطعات سنگ میزبان داسیت؛ I) کانه‏‌زایی برون‏‌زاد مالاکیت (مرحلة III-B).

Figure 3. Hand specimen images of different mineralization stages in the Atash-Anbar deposit. A) Disseminated pyrite in the pre-mineralization stage (stage I); B) Chalcopyrite vein within altered dacite (stage II-A); C) Cutting of chalcopyrite vein (stage II-A) by late carbonate vein (stage III-A); D) Quartz-sulfide colloform texture; E, F) Quartz-sulfide breccia vein within altered dacite (stage II-B); G) quartz-sulfide breccia vein (stage II-B) cut by barite-sulfide vein (stage II-C); H) Late carbonate vein (stage III-A) with dacite host rock fragments; I) Malachite supergene mineralization (Stage III-B).

2) کانه‏‌زایی مرحلة اصلی: با سه زیرمرحلة کانه‏‌زایی کالکوپیریت رگه‏‌ای (II-A)، رگة کوارتز- سولفید برشی (II-B) و رگة باریت- سولفید (II-C) شناخته می‌شود. کانه‏‌زایی II-A با حضور کالکوپیریت و اندکی مس آزاد در سنگ میزبان داسیت پورفیری دگرسان رخ داده است (شکل‌های 3- B و 3- C). کانه‏‌زایی (II-B) با کانه‏‌های فلزی پیریت و اسفالریت درشت‌بلور، کالکوپیریت، گالن و مقادیر اندک سولفید بیسموت، فریبرجیت، طلای آزاد و نامریی با باطلة اصلی کوارتز شناخته می‌شود (شکل‌های 3- E و 3- F). کانه‏‌زایی (II-C) نیز با حضور کانه‏‌های فلزی گالن و اسفالریت همراه باطله باریت روی داده است (شکل 3- G)؛

3) مرحلة پس از کانه‌زایی: با دو زیرمرحلة پیدایش رگة کربنات تأخیری (III-A) ساخته‌شده از کلسیت و دولومیت (شکل 3- H) و مرحلة برون‏‌زاد (III-B) متشکل از کانه‏‌های اصلی کالکوسیت و کوولیت و فرعی مالاکیت- آزوریت، کوپریت و گوتیت (شکل 3- I) شناخته می‌شود.

دگرسانی آرژیلیک با مجموعه کانی‏‌های رسیِ کائولینیت- ایلیت± دیکیت، به‏‌همراه دگرسانی سیلیسی (مجموعة کوارتز± ژاسپر) و دگرسانی سریسیتی (مجموعة مسکوویت± پیریت) از اصلی‏‌ترین دگرسانی‏‌های مرتبط با کانه‏‌زایی در منطقه به‌شمار می‌روند. همچنین، دگرسانی‏‌های فرعی پروپلیتیک با مجموعه کانی‏‌های کلریت- کلسیت± اپیدوت در فاصلة دورتر از کانه‏‌زایی در سنگ‏‌های آتشفشانی میزبان کانه‏‌زایی دیده می‌شود. مراحل زمانی رخداد کانه‌زایی در توالی پاراژنتیک شکل 4 نشان داده شده است.

دگرسانی

دگرسانی‌های آرژیلیک، سیلیسی، سریسیتی و پروپیلیتیک از مهم‌ترین دگرسانی‌های شناسایی‌شده در کانسار آتش‌انبار هستند. بیشتر رگه‏‌های معدنی در ارتباط نزدیک با دگرسانی‌های آرژیلیک± سریسیتی و سیلیسی هستند. دگرسانی آرژیلیک که مهم‌ترین و فراوان‌ترین دگرسانی در منطقه به‌شمار می‏رود بخش بزرگی از محدودة جنوب دانسفهان را زیر پوشش گرفته است و رونق بسیاری از معادن کائولن به‏‌عنوان خاک صنعتی در ناحیة بویین‌زهرا را به‌دنبال داشته است. دگرسانی آرژیلیک در کانسار آتش‌انبار در نمونة دستی با رنگ سفید مات تا زرد نخودی، لمس پودری و چگالی سبک شناخته می‏‌شود که به‏‌ویژه در مناطق گسلی فراوانی بیشتری دارد. با به‌کارگیری فناوری طیف‏‌سنج پراش پرتوی ایکس (XRD) این دگرسانی با مجموعه کانی‏‌شناسی کائولینیت، ایلیت و به‏‌طور فرعی دیکیت و آلبیت شناسایی شد (شکل 5- A).

شکل 4. توالی پاراژنتیک و مراحل رخداد کانه‏‌زایی در کانسار طلای آتش‌انبار (ضخامت خطوط نشان‌دهندة فراوانی است).

Figure 4. Paragenetic sequence and mineralization stages in the Atash-Anbar gold deposit (The thickness of the lines indicates the mineral frequency).

دگرسانی سریسیتی با رنگ زرد تا قهوه‏‌ای روشن (پیامد اکسیداسیون پیریت) همراه مجموعه کانی مسکوویت± پیریت، همراه با دگرسانی آرژیلیک و در بخش‏‌هایی از سنگ میزبان آتشفشانی منطقه روی داده است. در پی این دگرسانی، بلورهای پلاژیوکلاز در ساختمان سنگ‏‌ها در حاشیه یا مرکز تجزیه شده‌اند و مسکوویت‏‌های ریزبلور به‏‌همراه کانی‏‌های کدر پیریت در آنها پدید آمده است (شکل 5- B). دگرسانی سیلیسی به رنگ سفید تا خاکستری در مجاورت رگه‏‌های سولفیدی کانه‏‌دار با وسعت 20 سانتیمتر تا 5 متر و کانی‏‌های شاخص کوارتز و ژاسپر شناسایی شد (شکل 5- C). دگرسانی پروپیلیتیک به رنگ سبز تا قهوه‌ای، با تجزیة کانی‌های فرومنیزین (آمفیبول و بیوتیت) و جایگزینی همه یا بخشی از آنها با محصولات ثانویة دگرسانی (مانند: کلریت، اپیدوت و کلسیت) روی داده است (شکل 5- D). این دگرسانی به‏‌ویژه سنگ‌های آندزیت منطقه را تحت‌تأثیر قرار داده است.

شکل 5. تصویرهای میکروسکوپی و طیف‏‌سنج XRD از دگرسانی‏‌های منطقة آتش‌انبار. A) حضور کائولینیت و ایلیت در دگرسانی آرژیلیک± سریسیتی برپایة نتایج XRD؛ B) دگرسانی سریسیتی با حضور پیریت و اکسیدهای آهن؛ C) دگرسانی سیلیسی؛ D) کانی‏‌های کلسیت، کلریت و اپیدوت در دگرسانی پروپیلیتیک (XPL[4]: نور پلاریزه متقاطع؛ TL[5]: نور عبوری).

Figure 5. Photomicrographs and XRD spectroscopy images of alterations in Atash-Anbar area. A) Presence of kaolinite and illite in argillic-sericite alteration based on XRD result; B) Sericite alteration with pyrite and iron oxides; C) Silicic alteration; D) Calcite, chlorite and epidote minerals in propylitic alteration (XPL: cross-polarized light, TL: transmission light).

کانی‏‌شناسی و شیمی بلور

برپایة بررسی‌های کانه‏‌نگاری میکروسکوپی، کالکوپیریت (فراوانی 50 درصدحجمی)، گالن و اسفالریت (مجموع فراوانی: 40 درصدحجمی) و پیریت، سولفید بیسموت، فریبرجیت، کالکوسیت- کوولیت، طلا و مس آزاد (مجموع فراوانی: کمتر از 10 درصدحجمی)، به‏‌ترتیب از مهم‌ترین کانه‏‌های فلزی هستند. این کانه‏‌ها همراه باطله‏‌های کوارتز، باریت، دولومیت و کلسیت پدید آمده‏‌اند. در میان آنها، کانه‏‌های اصلی کالکوپیریت، گالن، اسفالریت و پیریت تجزیة شیمیایی نقطه‏‌ای شدند. نتایج به‌دست‌آمده به شرح زیر هستند:

کالکوپیریت: در بررسی‌های میکروسکوپی، کالکوپیریت با ابعاد نزدیک به 4/0 تا بیشتر از 1 میلیمتر، به‏‌صورت نیمه‏‌شکل‏‌دار تا بی‏‌شکل و رنگ بازتابی زردپررنگ شناسایی شد. این کانی در رگة کالکوپیریت (مرحلة II-A) و همراه با پیریت شکل‌دار در رگة برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) دیده شد (شکل 6- A). برپایة داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیة ریزکاو الکترونی، محتوای آهن در ترکیب کالکوپیریت‏‌ها برابربا 01/30 تا 91/30 درصدوزنی (میانگین: 43/30 درصدوزنی) و مس برابربا 46/34 تا 17/35 درصدوزنی (میانگین: 83/34 درصدوزنی) است. همچنین، در این کالکوپیریت‏‌ها مقدار اندکی (کمتر از 2/0 درصدوزنی) نقره، کبالت، بیسموت و نیکل نیز دیده شد (جدول 1).

شکل 6. تصویرهای میکروسکوپ نوری و الکترونی از کانه‏‌های فلزی کانسار آتش‌انبار از محدودة کانه‏‌زایی نخست. A) ذرات پیریت شکل‌دار (Py₂) در میزبان کالکوپیریت؛ B) کانه گالن در میزبان باریت؛ C) اسفالریت‏‌های درشت بلور بی‏‌شکل (Sp₁)؛ D) منطقه‏‌بندی در اسفالریت‏‌های نسل دوم (Sp₂)؛ E) ذرات دانه پراکنده پیریت (Py₁) در مرحلة پیش از کانه‏‌زایی؛ F) پیریت‏‌های درشت‌بلور با منطقه‏‌بندی (Py₂)، G) بلورهای سولفید بیسموت به‌صورت میانبار در کالکوپیریت؛ H) تصویر میکروسکوپ الکترونی از بلور سولفید بیسموت؛ I) بلور فریبرجیت با حاشیه کالکوسیت در میزبان کوارتز؛ J) ذرات طلای آزاد در میزبان کالکوپیریت؛ K، L) تصویرهای میکروسکوپ الکترونی از ذرات طلای آزاد؛ M) مس آزاد همراه کوپریت در میزبان کوارتز (Frg: فریبرجیت؛ XPL: نور پلاریزة متقاطع؛ PPL[6]: نور پلاریزة عادی؛ RL[7]: نور بازتابی؛ BSE[8]: تصویر الکترون پس‏‌پراکنده).

Figure 6. Photomicrographs and SEM images of ore minerals at the Atash-Anbar deposit from the first mineralization area. A) Euhedral-grained pyrite (Py₂) in the chalcopyrite; B) Galena in the barite; C) Anhedral coarse-grained sphalerite (Sp₁); D) Zoning in the second generation of sphalerite (Sp₂); E) Disseminated pyrite (Py₁) in the pre-mineralization stage; F) Zoned coarse-grained pyrite (Py₂); G) Bi-sulfide inclusions within the chalcopyrite; H) SEM image of Bi-sulfide minerals; I) Freibergite crystal with chalcocite rims within quartz; J) Nnative gold grains in the host chalcopyrite; K, L) SEM images of native gold grains; M) Native copper associated with cuprite in quartz (Frg: Freibergite; XPL: cross-polarized light, PPL: plane polarized light; RL: reflected light; BSE: backscattered electron image).

جدول 1. داده‌های ریزکاو الکترونی به‌دست‌آمده (برپایة درصدوزنی) از تجزیة کالکوپیریت‏‌های کانسار آتش‌انبار.

Table 1. EPMA data (in wt%) of chalcopyrite in the Atash-Anbar deposit.

b.d.: below detection limit

گالن: در بررسی‌های میکروسکوپی، گالن با ابعاد نزدیک به 5/0 تا 1 میلیمتر، رنگ بازتابیِ سفید مات، به‏‌صورت نیمه‏‌شکل‏‌دار تا شکل‌دار و رخ مثلثی شناسایی شد. این کانی به‏‌صورت افشان در رگة برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) و رگة باریت- سولفید (مرحلة II-C) دیده شد (شکل 6- B). در نمونه‏‌های دستیِ رگة باریت- سولفید، ذرات گالن‏‌ با ابعاد نزدیک به 1 سانتیمتر نیز دیده شدند (شکل 3- G). برپایة داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیة ریزکاو الکترونی، محتوای سرب در ترکیب گالن‏‌ها برابربا 36/83 تا 89/86 درصدوزنی (میانگین: 50/85 درصدوزنی) است. مقادیر مس (میانگین: 40/0 درصدوزنی)، بیسموت (میانگین: 50/1 درصدوزنی)، نقره (میانگین: 65/0 درصدوزنی) و آهن (میانگین: 18/0 درصدوزنی) نیز در ترکیب گالن‏‌های رگة برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) آشکار شدند (جدول 2). همچنین، در ترکیب گالن‏‌ها، مقداری تلوریم و روی نیز به‏‌صورت ناچیز (کمتر از 03/0 درصدوزنی) آشکار شدند (جدول 2).

جدول 2. داده‌های ریزکاو الکترونی به‌دست‌آمده (برپایة درصدوزنی) برای گالن‏‌هایِ کانسار آتش‌انبار.

Table 2. EPMA data (in wt%) of galena in the Atash-Anbar deposit.

b.d.: below detection limit

اسفالریت: در بررسی‌های میکروسکوپی، اسفالریت با ابعاد نزدیک به 3/0 تا 8/0 میلیمتر و رنگ بازتابی خاکستری شناخته می‏‌شود که در دو نسل، در یکی به‏‌صورت بی‏‌شکل (شکل 6- C) با بازتابش داخلی زرد تا قهوه‏‌ای و در دیگری به‏‌صورت شکل‌دار با منطقه‏‌بندی با بازتابش داخلی سرخ‌رنگ (شکل 6- D) دیده شد. اسفالریت‏‌های بی‏‌شکل در رگة برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) و اسفالریت‏‌های با منطقه‏‌بندی با ابعاد نزدیک به 5/0 سانتیمتر در رگة باریت- سولفید (مرحلة II-C) یافت می‌شوند. برپایة تجزیة نقطه‏‌ای روی اسفالریت، در ترکیب آن محتوای روی برابربا 32/61 تا 90/66 درصدوزنی (میانگین: 07/65 درصدوزنی) و آهن برابربا 04/0 تا 40/2 درصدوزنی (میانگین: 90/0 درصدوزنی)، به‏‌دست آمده‌اند. همچنین، در ترکیب اسفالریت‏‌ها، مقدار کادمیم (میانگین: 46/0 درصدوزنی) و مس (میانگین: 30/0 درصدوزنی) نیز آشکار شد (جدول 3). در ترکیب اسفالریت‏‌ها، مقداری سلنیم، آرسنیک، نقره، آنتیموان و سرب به‏‌صورت ناچیز (کمتر از 03/0 درصدوزنی) حضور دارند. برپایة داده‌های EPMA، حداکثر مقدار 1500 گرم در تن طلا (معادل 15/0 درصدوزنی) به‏‌صورت نامریی[9] در هر دو نسلِ اسفالریت‏‌ِ کانسار آتش‌انبار شناسایی شد (جدول 3). نسبت عنصری Zn/Cd در اسفالریت‏‌ها برابربا 90/80 تا 30/368 (میانگین: 6/188) به‏‌دست آمد. نسبت Zn/Cd در اسفالریت‏‌های نسل نخست برابربا 85/52 تا 58/138 (میانگین: 76/91) و در اسفالریت‏‌های نسل دوم برابربا 05/102 تا 68/361 (میانگین: 58/268) به‌دست آورده شد. همچنین، درصدمولار FeS در اسفالریت‏‌های نسل نخست برابربا 11/0 تا 14/0 درصدمولار و در اسفالریت‏‌های نسل دوم برابربا 4/1 تا 0/4 درصد مولار است (جدول 3).

جدول 3. داده‌های ریزکاو الکترونی به‌دست‌آمده (برپایة درصدوزنی) برای اسفالریت‏‌هایِ کانسار آتش‌انبار.

Table 3. EPMA data (in wt%) of sphalerite in the Atash-Anbar deposit.

b.d.: below detection limit, FeS mol% = (n1/n1+n2)*100, n1=Fe/molecular weight Fe, n2=S/molecular weight S

پیریت: با ابعاد نزدیک به 2/0 تا 7/0 میلیمتر و رنگ بازتابی زرد روشن دست‏‌کم در دو نسل شامل، پیریت‌های نخستین ریزبلور و افشان (شکل 6- E) و پیریت‌های خوش‏‌وجه درشت بلور با منطقه‏‌بندی (شکل 6- F) شناسایی می‌شود. پیریت‏‌های ‏‌ریزبلور در مرحلة پیش از کانه‏‌زایی (مرحلة I) و پیریت‏‌های دارای منطقه‏‌بندی در رگة کوارتز- سولفید برشی (مرحلة II-B) دیده شد. پیریت‏‌های نسل دوم گاهی به‏‌صورت میانبار‏‌ در میزبان کالکوپیریت رگة کوارتز- سولفید برشی دیده شدند (شکل 6- A). برپایة داده‌های تجزیة نقطه‏‌ای روی پیریت‏‌های کانسار آتش‌انبار، دو عنصر گوگرد (برابربا 7/51 تا 7/53 درصدوزنی) و آهن (برابربا 3/45 تا 0/47 درصدوزنی) به‏‌عنوان سازنده‏‌های اصلی این کانی بیشترین فراوانی را دارند. همچنین، نیکل به مقدار 10 تا 98 گرم در تن و کبالت به مقدار 100 تا 950 گرم در تن در ترکیب پیریت‏‌ها آشکار شد. ازاین‌رو، نسبت Co/Ni در آنها برابربا 2/1 تا 8/45 است (جدول 4). پیریت‏‌های نسل دوم دارای منطقه‏‌بندی محتوای آرسنیک بالایی دارند (از 13/0 تا 54/2 درصدوزنی). وجود عنصرهای طلا و نقره با حداکثر فراوانی 11/0 درصدوزنی در ترکیب پیریت‏‌ها نشان‌ می‌دهد این کانه میزبان خوبی برای این جفت عنصر در این منطقه است.

سولفید بیسموت: در بررسی‌های میکروسکوپی، سولفید بیسموت با ابعاد نزدیک به 1/0 تا 3/0 میلیمتر، رنگ بازتابی سفید مات تا زرد روشن، ناهمسانگردی خاکستری و بلورهای کشیده دیده شد (شکل 6- G). در تصویرهای الکترون پس‏‌پراکنده (BSE)، این کانة فلزی بیشتر به‏‌صورت میانبار در کالکوپیریت‏‌های رگة برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) دیده شد (شکل 6- H). برپایة داده‌های ریزکاو الکترونی بیشتر کانه‏‌های سولفیدی بیسموت‏‌دار به سری بیسموتینیت- آیکینیت متعلق هستند.

فریبرجیت: در بررسی‌های میکروسکوپی، فریبرجیت با ابعاد نزدیک به 3/0 تا 8/0 میلیمتر، ته‏‌رنگ بازتابی خاکستری تا قهو‏‌ای، فاقد ناهمسانگردی و بلورهای بی‏‌شکل شناسایی می‌شود (شکل 6- I). این کانی فلزی نیز در رگی برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) دیده شد.

طلای آزاد: در بررسی‌های میکروسکوپ نوری و الکترونی، طلای آزاد با ابعاد نزدیک به 20 تا 100 میکرون، رنگ بازتابی زرد طلایی، شدت بازتابش بالا دیده شد (شکل 6- J). در تصویرهای الکترون پس‏‌پراکنده (BSE)، طلای آزاد، به‏‌ویژه در میزبان کالکوپیریت، در رگة برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) شناسایی شد (شکل‌های 6- K و 6- L).

کالکوسیت- کوولیت: بیشتر به‏‌صورت جانشینی به رنگ‏‌های بازتابی آبی روشن تا تیره در اطراف کانه‏‌های درون‏‌زاد سولفیدی مس (مانند: کالکوپیریت) دیده شدند. در کانسار آتش‌انبار، کانی‌های همراه کالکوسیت- کوولیت مالاکیت و آزوریت هستند که همگی به‏‌صورت محصولات ثانویه مس و در پی نوسان سطح آب زیرزمینی منطقه پس از پیدایش کانسنگ درون‏‌زاد پدید آمده‌اند.

مس آزاد: در بررسی‌های میکروسکوپی، مس آزاد با ابعاد 2/0 تا 5/0 میلیمتر، رنگ بازتابی قرمز مسی، همسانگردی و سختی صیقلی پایین شناسایی شد (شکل 6- M). مس آزاد بیشتر همراه مجموعة ذرات اکسیدی ثانویه کوپریت در رگة توده‏‌ای کالکوپیریت (مرحلة II-A) همراه باطله کوارتز دیده شد.

بحث

زمین‌شیمی پیریت

همان‌گونه‌که گفته شد عنصرهای کبالت و نیکل در ساختمان پیریت در جایگاه Fe²⁺ جایگزین می‌شوند. برپایة بررسی‌های برالیا و همکاران (Bralia et al., 1979)، نسبت Co/Ni در پیریت برای بررسی خاستگاه کانسار کاربرد دارد:

1) بیشتر پیریت‏‌های با خاستگاه رسوبی نسبت کم Co/Ni (میانگین: 63/0) دارند؛

2) پیریت‏‌های با خاستگاه گرمابی مقادیر متفاوتی از کبالت و نیکل دارند (میانگین 17/1Co/Ni=)؛

3) پیریت با خاستگاه آتشفشانی- بروندمی در نهشته‏‌های سولفید توده‏‌ای نیز با نسبت بالای Co/Ni (برابربا 50- 5؛ میانگین: 7/8) شناخته می‏‌شوند.

جدول 4. داده‌های ریزکاو الکترونی به‌دست‌آمده (برپایة درصدوزنی) برای پیریت‏‌هایِ کانسار آتش‌انبار.

Table 4. EPMA data (in wt%) of pyrite in the Atash-Anbar deposit.

b.d.: below detection limit, * in ppm

برپایة بررسی‌های کانه‏‌نگاری و ریزکاو الکترونی، شواهدی از وجود کانة مستقل کبالت در کانسار آتش‌انبار یافت نشد و داده‏‌های تجزیه نقطه‏‌ای نشان‌دهندة حضور کبالت تنها به‏‌صورت جایگزین در ترکیب کانه‏‌های پیریت و کالکوپیریت هستند. برپایة نتایج تجزیه ریزکاو الکترونی، در ساختار پیریت‏‌های کانسار آتش‌انبار، مقدار کبالت برابربا 100 تا 950 گرم در تن (میانگین: 422 گرم در تن) و محتوای نیکل برابربا 10 تا 98 گرم در تن (میانگین: 45 گرم در تن) آشکار شد که ازاین‌رو، نسبت Co/Ni در آنها برابربا 2/1 تا 45 (میانگین: 3/15) به‌دست آمد (جدول 4). ازاین‌رو، پیریت‏‌های ریزدانه نسل نخست که در مرحلة پیش از کانه‏‌زایی گرمابی پدید آمده‌اند، بیشتر سرشت ولکانوژنیک دارند. همچنین، بیشتر پیریت‏‌های با منطقه‏‌بندیِ نسل دوم خاستگاه گرمابی دارند (شکل 7).

برپایة یافته‏‌های دوران و همکاران (Duran et al., 2015)، نسبت‏‌های عنصری Se/As و Co/Sb در ترکیب پیریت می‌تواند نوع کانه‏‌زایی (گرمابی مرتبط با سیستم‏‌های پورفیری- اپی‏‌ترمال و ماگمایی) را از یکدیگر تفکیک کند. برپایة این یافته‏‌ها، محتوای سلنیم و کبالت در پیریت‏‌های ماگمایی از انواع گرمابی به‏‌مراتب بالاتر است. با توجه به این بررسی‌ها و ترسیم ترکیب پیریت‏‌های نسل نخست و دوم کانسار آتش‌انبار در نمودار لگاریتمی نسبت Se/As دربرابر Co/Sb، همة نقاط در بخش گرمابی و مرتبط با سیستم‏‌های پورفیری- اپی‏‌ترمال جایابی شده‏‌اند (شکل 8- A). عنصرهای نیکل و طلا به‏‌ترتیب به‏‌صورت یون‏‌های Ni²⁺ و Au¹⁺ تا مقادیر بالا در ترکیب Fe²⁺ پیریت جایگزین می‌شوند. محتوای این جانشینی تعیین‌کنندة نوع پیدایش کانسار نیز است. به این ترتیب، با توجه به وجود مقدار طلا در پیریت‏‌های نسل دوم کانسار آتش‌انبار، موقعیت این پیریت‏‌ها در نمودار لگاریتمی عنصرهای نیکل دربرابر طلا رسم شد و با توجه به آن، همة نقاط در محدوده ذخایر گرمابی و طلای نوع کارلین جای گرفته‌اند (شکل 8- B).

شکل 7. نمودار دوتایی کبالت دربرابر نیکل (Bralia et al., 1979) برای پیریت‏‌های نسل نخست و دوم کانسار آتش‌انبار

Figure 7. Binary graph of cobalt versus nickel values (Bralia et al., 1979) in the first- and second-generation of pyrites at the Atash-Anbar deposit.

شکل 8. A) نمودار لگاریتمی نسبت Se/As دربرابر Co/Sb (Duran et al., 2015) برای پیریت‏‌های دوم؛ B) نمودار لگاریتمی دوتایی نیکل دربرابر طلا (Large et al., 2009) برای نمایش محدودة ذخایر گوناگون.

Figure 8. A) Logarithmic diagram of Se/As versus Co/Sb in the second generation of pyrite (Duran et al., 2015); B) Binary logarithmic diagram of nickel versus gold, showing the range of different deposits (Large et al., 2009).

تعیین گونه‏‌های مختلف آرسنیک و طلا

عنصرهای طلا و آرسنیک به‏‌صورت جفت عنصری[10] و با ظرفیت‏‌های مختلف می‏‌توانند در ترکیب شیمیایی پیریت ذخایر گوناگون مشارکت کنند. برپایة یافته‏‌های رایچ و همکاران (Reich et al., 2005)، بیشینة جانشینی طلا در ساختار پیریت به محتوای آرسنیک آن بستگی دارد. همچنین، عوامل دیگری مانند تغییرات دما، دگرسانی و دگرگونی‏‌های بعدی، مقدار عنصرهای کمیاب و ابعاد ذرات از دیگر کنترل‌کننده‏‌های تمرکز طلا در پیریت هستند (Deditius et al., 2014). طلا بیشتر به‏‌صورت ذرات آزاد (Au⁰)، محلول‌جامد در شبکة کانی (Au⁺) یا نانوذرات (Au^- و Au³⁺)، در میزبان کانه‏‌های سولفیدی آرسنیک‏‌دار تشکیل می‏‌شود (Li et al., 2003; Xing et al., 2019). از 300 تا ppm 9000 طلا به‏‌صورت نامریی در شبکة کانة ‏‌پیریت نیز جانشین می‌شود (Deditius et al., 2008). همچنین، آرسنیک با یون‏‌ As^1- (جانشین گوگرد در شرایط احیاء تا بیشینة 19 درصدوزنی) و یون‏‌های As²⁺، As³⁺ و As⁵⁺ (جانشین آهن در شرایط اکسیدان تا بیشینة 5/5 درصدوزنی)، در سیال گرمابی حضور دارد (Reich et al., 2005; Deditius et al., 2008; Kusebauch et al., 2019). البته بررسی‌های کیان و همکاران (Qian et al., 2012) نشان می‌دهند یون As³⁺ تا 24 درصدوزنی در ساختمان پیریت متمرکز می‌شود. برپایة بررسی‌های ریزکاو الکترونی، ‏‌‏‌پیریت‏‌‏‌های نسل دوم دارای منطقه‏‌بندی و دو نسل اسفالریت در کانسار طلای آتش‌انبار مهم‌ترین میزبان‏‌های طلای نامریی[11] به‌شمار می‏‌روند (جدول‏‌های 3 و 4). محتوای طلا و آرسنیک در پیریت‏‌های با منطقه‏‌بندی به‏‌ترتیب از 300 تا ppm 1100 و 1300 تا ppm 25400 (برابربا 5/2 درصدوزنی) در تغییر است. مقدار بالای آرسنیک احتمال حضور فازهای میکرونی آرسنین‏‌پیریت را نشان می‏‌دهد (شکل 9- A). برای بررسی روند همبستگی جفت عنصرهای آرسنیک و طلا در ساختار پیریت‏‌ها، تجزیة نقطه‏‌ای ردیفی در دو راستا از مرز تا مرکز بلور پیریت نسل دوم انجام شد (شکل 9). برپایة این تجزیه‏‌ها، تمرکز طلا در حاشیة بلور دچار تهی‏‌شدگی می‌شود و در مرکز بلور تمرکز آن افزایش می‏‌یابد (شکل 9- B). این در حالیست که تمرکز آرسنیک در مقایسه با طلا روند معکوس دارد و در مرکز بلور نسبت به حاشیه نوعی تهی‏‌شدگی نشان می‏‌دهد.

طلا در ترکیب ‏‌پیریت به‏‌صورت محلول‌جامد با کاتیون Au⁺ یا ذرات آزاد با ترکیب Au⁰ دیده می‏‌شود (Bakken et al., 1989; Cook and Chryssoulis, 1990; Mao, 1991; Fleet and Mumin, 1997).

برپایة نمودار دوتایی طلا دربرابر آرسنیک و بهره‌گیری از منحنی انحلال‏‌پذیری طلا که رایچ و همکاران (Reich et al., 2005)، پیشنهاد کرده‌اند، طلا در کانسار آتش‌انبار هم به‏‌صورت کاتیون Au⁺ و محلول‌جامد در ترکیب ‏‌پیریت‏‌های نسل دوم و هم به‏‌صورت ذرات آزاد (شکل 6- J) با سرشت Au⁰ وجود دارد (شکل 10).

حضور آرسنیک در ساختار پیریت به دو صورت جانشینی As^1- به‏‌جای گوگرد و پیدایش ترکیب Fe(S,As)₂ (Simon et al., 1999; Blanchard et al., 2007) و یا جانشینی As³⁺ به‏‌جای آهن و پیدایش ترکیب (Fe, As)S₂ (Deditius et al., 2008) روی می‌دهد. رابطة منفی گوگرد و آرسنیک در ترکیب ‏‌پیریت نشان‌دهندة وجود ترکیب نخست و رابطة منفی میان آهن و آرسنیک گویای حضور ترکیب دوم در کانسار است (Fleet and Mumin, 1997; Reich et al., 2005; Wu et al., 2019). برپایة داده‌های تجزیة نقطه‏‌ای روی ‏‌پیریت‏‌های نسل دوم، یک رابطة شیمیایی منفی میان آرسنیک و آهن و نیز عنصرهای آرسنیک و گوگرد دیده شد (شکل‌های 11- A و 11- B). این پدیده شاید گویای حضور همزمان یون‏‌های As³⁺ و As^1- در ترکیب پیریت‏‌های کانسار آتش‌انبار است. همچنین، در این شرایط مقادیر ناچیزی از عنصرهای مس و نقره به‏‌ترتیب، به‏‌صورت جایگزینی Au³⁺ + Cu⁺ ↔ 2Fe²⁺ و As³⁺ + Ag⁺ ↔ 2Fe²⁺ توانسته‏‌اند در ترکیب ‏‌پیریت‏‌های نسل دوم کانسار آتش‌انبار متمرکز شوند (جدول 4).

شکل 9. A) تجزیة نقطه‏‌ای در دو امتداد مشخص از بلور پیریت و وضعیت تمرکز آرسنیک در آن؛ B) تجزیة نقطه‏‌ای در همان امتدادها و بررسی وضعیت طلا در ساختمان پیریت (تصویر BSE).

Figure 9. A) Point analysis in two specific directions of the pyrite crystal and arsenic concentration; B) Point analysis in the same line and investigation of the gold in the pyrite structure (BSE Image).

شکل 10. حضور طلا به‏‌صورت محلول‌جامد و آزاد در پیریت‏‌های نسل دوم کانسار آتش‌انبار.

Figure 10. Presence of gold as a solid solution and nanoparticles in the second-generation of pyrites at the Atash-Anbar deposit.

شکل 11. تعیین گونة آرسنیک در ترکیب پیریت‏‌های نسل دوم کانسار آتش‌انبار.

Figure 11. Determination of arsenic species in the composition of the second generation of pyrites in the Atash-Anbar deposit.

زمین‌شیمی اسفالریت

اسفالریت با داشتن فرمولی ساده طیف گسترده‌ای از عنصرهای کمیاب با دو سازوکار متفاوت را در ترکیب خود جای می‌دهد (Cook et al., 2009; Ye et al., 2011). این دو سازوکار عبارتند از:

1- جانشینی ساده یون‏‌های هم اندازه (مانند ← Zn²⁺ Fe²⁺، Cd²⁺، Mn²⁺، Co²⁺ یا ← Se^2- S²)؛

2- جانشینی مرکب دو کاتیون در موقعیت یک کاتیون (مانند Zn²⁺ ← In³⁺ و Cu⁺).

نسبت Zn/Cd و تعیین شرایط دما: جانشینی Cd در شبکة اسفالریت‏‌ بیشتر در دمای کم رخ می‏‌دهد. افزون‌بر دما، حضور کمپلکس‏‌های Cd، شوری (غلطت Cl)، تراکم گوگرد احیاء و pH سیال از عوامل اصلی کنترل‏‌کنندة غلظت Cd در اسفالریت هستند (Scott, 1983). با توجه به این موضوع، محتوای Cd و نسبت Zn/Cd در ترکیب اسفالریت پایة پژوهش‏‌های اخیر برای رده‏‌بندی ذخایر سرب و روی هستند. برپایة آنها، ذخایر معدنی دارای اسفالریت، به سه گروه دما بالا- متوسط، کم دما و بروندمی (متصاعدی- رسوبی یا SEDEX[12]) دسته‌بندی شده‏‌اند (Schmitt et al., 2009).

سیستم دما بالا- متوسط: این سیستم در شرایط دمایی °C250 تا 200 روی می‏‌دهد، شامل طیف گسترده‌ای از ذخایر گرمابی (مانند: ذخایر گرمابی مرتبط با توده‏‌های آذرین درونی، پورفیری، اپی‏‌ترمال، اسکارن و سولفید توده‏‌ای) است. در این سیستم‏‌ها تغییرات Cd از 2410 تا 4126 ppm (میانگین: ppm 2933) و نسبت Zn/Cd نیز در گستره 223- 155 (میانگین: 195) هستند.

سیستم کم دما: این سیستم به ذخایر MVT تعلق دارد که به‏‌طور مشخص در دمای کمتر از °C200 پدید می‌آید. این سیستم مقدار بالای Cd (در گسترة ppm 34981- 2415؛ میانگین: ppm 9399) و نسبت Zn/Cd کمتر از دیگر گروه‏‌ها (در گسترة 201- 17؛ میانگین: 101) نشان می‌دهند.

سیستم ذخایر SEDEX: همچنین، سیستم ذخایر SEDEX با داشتن مقدار ناچیز Cd (در گسترة ppm 996- 595؛ میانگین: ppm 832) و نسبت Zn/Cd چشمگیر (در گسترة 368- 316؛ میانگین: 353) شناخته می‌شود. تغییرات غلظت Cd در اسفالریت‏‌های کانسار آتش‌انبار برابربا 1700 تا ppm 8200 (میانگین: ppm 4657) به‌دست آمد. نسبت عنصری Zn/Cd نیز در آنها برابربا 90/80 تا 30/368 (میانگین: 6/188) به‌دست آمد. نسبت Zn/Cd در اسفالریت‏‌های نسل نخست (مرحلة II-B) برابربا 85/52 تا 58/138 (میانگین: 76/91) و اسفالریت‏‌های نسل دوم (مرحلة II-C) برابربا 05/102 تا 68/361 (میانگین: 58/268) به‌دست آورده شد (جدول 3). با توجه به این نسبت و مقدارهای کادمیم، اسفالریت‏‌ها مرتبط با کانه‏‌زایی در سیستم‏‌های گرمابی دما متوسط- بالا (از 200 تا C° 250) هستند (شکل 12).

شکل 12. نمودار توزیع Cd و نسبت Zn/Cd در اسفالریت‏‌های ذخایر گوناگون چین (برپایة بررسی‌های ون و همکاران (Wen et al., 2016) و مقایسه این داده‏‌ها با ترکیب اسفالریت‏‌های کانسار آتش‌انبار.

Figure 12. Diagram of Cd distribution and Zn/Cd ratio in the sphalerites from various China deposits (based on Wen et al. (2016)) and comparison of these data with the composition of sphalerites in the Atash-Anbar deposit.

تعیین وضعیت سولفیداسیون: کاتیون Fe²⁺ مهم‌ترین عنصر جایگزین Zn²⁺ در کانی اسفالریت است که محتوای آن معیاری برای تعیین پارامترهای دما و فشار پیدایش ذخیره است. مقدار آهن در اسفالریت با دما نسبت مستقیم و با فعالیت گوگرد (Log aS₂) و فشار محیط نسبت عکس دارد (Barnes, 1997; Lusk and Calder, 2004). مقدار FeS در اسفالریت با افزایش دما و ثابت‌ماندن فشار افزایش می‏‌یابد و با ثابت‌ماندن دما، به‏‌ازای افزایش فشار محیط محتوای FeS اسفالریت دچار کاهش می‏‌شود (Barnes, 1997). برپایة بررسی‌های چامانسکه (Czamanske, 1974)، در صورت کم‌بودن محتوای آهن در اسفالریت‏‌ها (به‏‌طور معمول کمتر از 6/0 درصدوزنی)، این میزان نشان‏‌دهندة همزمانی رخداد اسفالریت با کانة پیریت است؛ زیرا در هنگام پیدایش همزمان این کانی‏‌ها بخش مهم آهن محیط جذب پیریت می‏‌شود. برپایة شواهد شیمی کانه‏‌ها، این نکته با محتوای کم آهن در اسفالریت‏‌های نسل نخست به‏علت حضور پیریت همراه آن در مقایسه با اسفالریت‏‌های نسل دوم غنی از آهن سازگار است. برپایة داده‌های تجزیة نقطه‏‌ای، محتوای درصدمولی FeS در اسفالریت‏‌ها از 11/0 درصدمولار (اسفالریت نسل نخست) تا 0/4 درصدمولار (اسفالریت نسل دوم) در تغییر است (جدول 3). با توجه به دمای متوسط °C 220 برای رخداد کانه‏‌زایی سولفیدی، تغییرات LogfS₂ از 10- تا 14- به‌دست آمد که با وضعیت سولفیداسیون بالا تا متوسط برای این کانسار همخوانی دارد (شکل 13).

شکل 13. نمودار دوتایی دما دربرابر LogfS₂ (برپایة نمودار پایه پیشنهادیِ اینودی و همکاران (Einaudi et al., 2003) و نمایش روند سولفیداسیون در کانسار آتش‌انبار با درصدمولار FeS در اسفالریت‏‌های نسل نخست (Sp₁) و دوم (Sp₂).

Figure 13. LogfS₂ versus temperature binary diagram (based on diagram by Einaudi et al. (2003)) and showing the sulfidation trend in the Atash-Anbar deposit by molar percentage of FeS in the first (Sp₁) and second (Sp₂) generations of sphalerites.

رابطة اکتیویتة گوگرد (Log aS₂) و تمرکز طلا: برای دستیابی به میزان اکتیویتة گوگرد (Log aS₂) و رابطة درصدمولی FeS با میزان تمرکز طلا در ترکیب شیمیایی اسفالریت‏‌ها، تغییرات درصدمولی FeS نمونه‏‌های اسفالریت در نمودار دوتایی دما (°C) دربرابر Log aS₂ (Scott and Barnes, 1971) بررسی شد (شکل 14). ازاین‌رو، مقدار عددی اکتیویتة گوگرد یا Log aS₂ سیال کانه‏‌ساز برابربا 11- تا 13- به‌دست آمد. اسفالریت‏‌های نسل نخست به‏علت پیدایش در شرایط اکتیویته بالای گوگرد (در مقایسه با اسفالریت نسل دوم) و حضور کمپلکس‏‌های ^- Au(HS)₂ بیشتر توانسته‌اند تا 15/0 درصدوزنی طلا را در ترکیب خود جای دهند (جدول 3). ازاین‌رو، همان‌گونه‌که در نمودار دوتایی Log aS₂ دربرابر T دیده می‏‌شود، نوعی رابطة معکوس میان افزایش درصدمولی FeS و تمرکز طلا در ساختمان اسفالریت‏‌ها وجود دارد که در کانسار آتش‌انبار نیز صادق است (شکل 14).

جابجایی و سازوکار ته‏‌نشست

برای دستیابی به چگونگی رخداد فلزها و ته‏‌نشست آن در ذخایر معدنی مختلف نخست باید ویژگی‌های زمین‌شیمیایی و ترمودینامیک حاکم بر جابجایی آنها در سامانه‏‌های گرمابی ارزیابی شود. جابجایی فلزها در سامانه‏‌های گرمابی بیشتر با کمپلکس‌های کلریدی (AuCl₂^-) و بی‌سولفیدی (^-Au(HS)₂) در شرایط فیزیکوشیمیایی متفاوت روی می‌دهد. ازاین‌رو، کمپلکس ‌کلریدی در شرایط اسیدی، شوری و دمای‌ بالا (بیشتر از C° 300) و فقیر از H₂S (logfO₂ نسبتً بالا) غالب است (Palʹyanova, 2008). همچنین، کمپلکس بی‌سولفیدی در شرایط شوری کم، logfO₂ کم و pH متغیر، فلزها را با ترکیب‌های بی‏‌سولفیدی مختلف انتقال می‌دهد. ترکیب بی‌سولفیدی ^- Au(HS)₂ به‏‌‌عنوان کمپلکس مهمی در شرایط pH نزدیک به خنثی تا اسیدی ‌ضعیف در محلول‌های سولفیدی ‌احیایی کم‌ دماست (Shenberger and Barnes, 1989; Benning and Seward, 1996)؛ اما ترکیب‌های AuHS^o و ^- HAu(HS)₂ در شرایط pH قلیایی پایدارتر هستند (Benning and Seward, 1996).

شکل 14. نمودار ارتباط فازی Log aS₂ دربرابر T در سیستم Fe-Zn-S (Scott and Barnes, 1971) که در آن تغییرات همزمان Log aS₂ و درصدمولار FeS در اسفالریت‏‌های نسل نخست (Sp₁) و نسل دوم (Sp₂) کانسار آتش‌انبار نشان داده شده است.

Figure 14. Phase relation diagram of LogaS₂– versus T diagram in Fe-Zn-S system (Scott and Barnes, 1971), showing simultaneous changes of LogaS₂ and molar percentage of FeS in the first (Sp₁) and second (Sp₂) generations of sphalerites in the Atash-Anbar deposit.

با به یادداشتن این نکته که کمپلکس‏‌های کلریدی AuCl₂^- در pH اسیدی و دمای بیشتر از C° 400 عمل می‏‌کنند، عملکرد آنها در کانسار آتش‌انبار با ابهام همراه است. از سوی دیگر، همزمانی رخداد طلا با کانه‏‌های اسفالریت و گالن که فلز آنها بیشتر در سیال با کمپلکس‏‌های کلریدی جابجا می‏‌شوند مورد بحث است. البته در صورت وجود مقدارهای بالای H₂S در محیط (در پی تبادل سیال با سنگ دربرگیرندة کانه‏‌های سولفیدی) اسفالریت برپایة واکنش 1 پدید می‌آید. وجود پیریت‏‌های دانه پراکنده در سنگ‏‌های آتشفشانی پیش از مرحلة کانه‏‌زایی (مرحلة I)، بالا‌بودن مقادیر H₂S و تأمین آن از سنگ میزبان را توجیه می‏‌کند.

واکنش 1:

Zn²⁺+H₂S→ZnS+2H⁺

با وجود این، با توجه به شواهدی مانند همراهی پاراژنتیک طلا با کانه‌های سولفیدی پیریت و اسفالریت، عدم‌ رخداد کانی‌های اکسیدی (مانند: هماتیت و مگنتیت)، دمای ‌متوسط- بالا سیال‌کانه‌ساز (از 200 تا 250 درجة سانتیگراد)، مجموعة دگرسانی‌ آرژیلیک± سریسیتی، pH نزدیک به خنثی تا اسیدی و اکتیویته بالای گوگرد (log aS₂) در هنگام رخداد طلا، نقش کمپلکس‌های بی‌سولفیدی ^-Au(HS)₂ در انتقال ‌طلا را قوی‏‌تر می‏کنند. واکنش‏‌های 2 و 3 پیدایش طلا از کمپلکس‏‌های بی‏‌سولفیدی را به‌خوبی نشان می‏‌دهند.

واکنش 2:

4Au(HS)₂^-+2H₂O+4H⁺→4Au⁰+8H₂S+O₂

واکنش 3:

HAu(HS)₂⁰+0.5H₂→4Au⁰+2H₂S

کاهش فعالیت گوگرد احیایی (^-S²) در محیط، بیش از 2 برابر نسبت به تغییرات pH در ناپایداری کمپلکس‏‌های بی‏‌سولفیدی طلا مؤثر است (Mikucki, 1998). از دلایل کاهش فعالیت ^-S² می‏‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- اختلاط سیال طلادار با سیال فقیر از ^-S²؛

2- اکسیداسیون H₂S و ^–HS به سولفات (^-SO₄²) در پی درآمیختن با سیال جوی اکسیژن‏‌دار؛

3- واکنش سیال طلادار با سنگ ‏‌میزبان آهن‏‌دار (FeO).

از آنجایی‌که در کانسار آتش‌انبار، کانه‏‌زایی رگه‏‌ای سولفید- باریت (مرحلة II-C) در مرحلة پس از کانه‏‌زایی طلا رخ داده است، گمان می‌رود افزایش log fO₂ محیط و ناپایداری کمپلکس‏‌های بی‏‌سولفیدی در پی کاهش فعالیت ^-S² نقش مؤثری در ته‏‌نشینی طلا در رگة برشی کوارتز- سولفید (مرحلة II-B) داشته است. گمان می‌رود برپایة واکنش 4، یون‏‌های سولفات در ترکیب باریت احتمالاً در حضور CH₄ سیال (با توجه به شرایط احیاء محیط)، کانه‏‌های اسفالریت و گالن را همراه با آزاد‌کردن مقادیر بالای CO₂ در محیط در رگة سولفید- باریت (مرحلة II-C) پدید آورده‌اند.

واکنش 4:

BaSO₄+CH₄+Zn²⁺→ZnS+Ba²⁺+CO₂+2H₂O

برپایة واکنش 5، با بالارفتن مقادیر CO₂ در سیال، یون‏‌های کلسیم و منیزیم آزاد در محیط با این گاز وارد واکنش شده‌اند و فضای خالی و شکستگی‏‌های سنگ میزبان و کانه‏‌زایی‏‌های سولفیدی پیشین را ‌به‌صورت رگه‏‌های کربناتی تأخیری (مرحلة III-A) پر کرده‌اند.

واکنش 5:

Ca²⁺+Mg²⁺+2CO₂+2H₂O→CaMg(CO₃)₂+4H⁺

برداشت

کانسار چندفلزی آتش‌انبار با عیار میانگینِ 13/2 گرم در تن طلا نیز همانند بسیاری از ذخایر چندفلزی رگه‏‌ای در پهنة ماگمایی ارومیه- دختر، از دیدگاه فضایی و زمانی، مرتبط با سنگ‏‌های آتشفشانی تا نیمه‏‌ژرف ائوسن پدید آمده است. کانه‏‌زایی‏‌ با سرشت اپی‏‌ژنتیک در سنگ میزبان داسیت‏‌ پورفیری ائوسن میانی (واحد Eo^rd)، روی داده است. طلا هم به‏‌صورت ذرات آزاد (Au⁰) در میزبان کالکوپیریت و هم به‏‌صورت نامریی (Au⁺) در ترکیب کانه‏‌های اسفالریت و پیریت پدید آمده است. گمان می‌رود به‏‌علت همراهی پاراژنتیک طلا با کانه‌های سولفیدی، عدم‌ رخداد کانی‌های اکسیدی (مانند: هماتیت و مگنتیت) و اکتیویتة بالای گوگرد، طلا با کمپلکس‌های بی‌سولفیدی ^-Au(HS)₂ در دمای ‌متوسط- بالا (از 200 تا C° 250) و pH نزدیک به خنثی تا اسیدی (وجود دگرسانی‌ آرژیلیک± سریسیتی) در سیال انتقال یافته باشد. ازاین‌رو، اسفالریت‏‌ نسل نخست در مقایسه با نسل دوم به‌علت پیدایش در اکتیویتة بالای گوگرد (Log aS₂=-11) بیشتر توانسته‏‌اند در حضور کمپلکس‏‌های ^-Au(HS)₂ تا 15/0 درصدوزنی طلا را در ترکیب خود جای دهند. پس از آن، در پی آمیختن سیال احیایی طلادار با سیال جوی غنی از اکسیژن، فرایند اکسیداسیون H₂S و ^-HS به سولفات (^-SO₄²) روی داده است. در نتیجه اکتیویتة ^-S² کاهش یافته است و کمپلکس‏‌های بی‏‌سولفیدی ناپایدار شده‌اند. در پایان، طلا در رگة برشی کوارتز- سولفید نهشته شده است. پیدایش رگه‏‌‏‌های سولفید- باریت پس از کانه‏‌زایی طلا نشان‌دهندة افزایش logfO₂ محیط و پیدایش یون‏‌های سولفات همزمان با پیدایش گالن و اسفالریت در این مرحله است. در مجموع با توجه به همة شواهد، کانسار چندفلزی آتش‌انبار، در بخش شمالی پهنة ارومیه- دختر در دمای متوسط- بالا (از 200 تا C° 250)، pH نزدیک به خنثی تا اسیدی و شرایط انتقالی سولفیداسیون بالا تا حد واسط (تغییرات LogfS₂ از 10- تا 14-) پدید آمده است.

سپاس‌گزاری

بخشی از منابع مالی این پژوهش توسط مرکز حمایت از پژوهش‏‌های دانشگاهی توسط سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران (ایمیدرو) تأمین شده است. از موسسه زمین‏‌شناسی و کانی‏‌شناسی Novosibirsk روسیه سپاس‌گزاری می‏‌شود. همچنین، از مالک معدن آتش‌انبار، جناب آقای انصاری برای همکاری در بازدیدها و عملیات نمونه‏‌برداری صمیمانه سپاس‌گزاری می‏‌شود. نویسندگان از داوران گرامی مجلة پترولوژی برای دقت‌نظر و پیشنهاد‌های سازنده بسیار سپاس‌گزارند.

[1] X-Ray Diffraction

[2] Electron Probe Micro Analyzer

[3] Feather-like

[4] Cross Polarized Light

[5] Transmission Light

[6] Plane Polarized Light

[7] Reflected Light

[8] Backscattered Electron Image

[9] invisible gold

[10] coupled

[11] invisible

[12] Sedimentary exhalative deposits