شیمی تورمالین دایک‏‌های فلسیک کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم بلوک لوت

گرانیت‏‌ها از فراوان‏‌ترین سنگ‏‌های مرتبط با پهنه‌های کوهزایی هستند که طیف ترکیبی گسترده‌ای دارند (Atherton and Tarney, 1979; Pitcher, 1993). از محیط‏‌های اصلی مرتبط با کوهزایی، کمان‏‌های قاره‏‌ای و پهنه‌های فرورانش هستند (Brown et al., 1995). شناخت ترکیب و سرشت گرانیت‏‌ها به شناخت مراحل تکامل پوسته قاره‏‌ای کمک می‌کند (Barbarin, 1999). از روش‏‌های شناخت سرشت، ترکیب و خاستگاه پتروژنتیکی گرانیت‏‌ها و بررسی دقیق ترکیب شیمیایی کانی‏‌‏‌های سازندة آنها است. ترکیب شیمیایی کانی‏‌ها نشان ‏‌دهنده دما، فشار و سرشت گرانیت در زمان جایگیری است (Kaygusuz et al., 2008). گاه ممکن است تعیین دقیق سرشت و ترکیب سنگ برپایة کانی‏‌های اصلی امکان‌پذیر نباشد؛ ‌زیرا چه‌بسا فرایندهای دگرسانی و دیگر فرایندها ترکیب آنها را تغییر ‌دهند. ازاین‌رو، برپایة ترکیب برخی کانی‏‌های فرعی مانند تورمالین شرایط پیدایش سنگ در محیط اولیه بازسازی می‌شود. از آنجایی‌که تورمالین در بازة گسترده‌ای از شرایط زمین‌شیمیایی پدیدار می‏‌شود، پس می‌تواند بازگوکنندة اطلاعات پتروژنتیک از دو شرایط متفاوت دگرگونی و ماگمایی باشد (Henry and Guidotti, 1985; Henry and Dutrow, 1996). در محیط پتروژنتیک، ترکیب تورمالین شاهدی بر رخداد فرایندهای داخلی (مانند تبلور نامتعادل، آلایش سنگ و واکنش با یک سیال) است (Jolliff et al., 1986). گسترة پایداری تورمالین‏‌ها در محیط‏‌های مختلف به عواملی مانند دما، ترکیب سیال، اکتیویتة B، اکتیویتة Al و مقدار عنصرهای Mg، Fe، F و P بستگی دارد (Wolf and London, 1997). همچنین، ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌ها به عواملی مانند سرشت و خاستگاه ماگما، شرایط فیزیکوشیمیایی حاکم و ترکیب سیال نخستین وابسته است (Wolf and London, 1997). برپایة ترکیب شیمیایی، 13 نوع تورمالین شناسایی شده ‏‌است که از میان آنها سه سازندة پایانیِ شورلیت، دراویت و الباییت رایج‏‌تر هستند. به‌طور کلی، بیشتر گرانیت‏‌ها و سنگ‏‌های گرانیتوییدی سری‏‌های شورلیت، الباییت و غنی از Fe دارند (Pirajno and Smithies, 1992). از ویژگی‏‌های گرانیت‏‌های پرآلومین لویکوکراتیک، مقدار بالای Fe، Mg و Al در ترکیب تورمالین‏‌هایِ این گرانیت‏‌هاست (London and Manning, 1995).

کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم با روند کمابیش شمالی – جنوبی، در حاشیة خاوری خردقاره ایران مرکزی و بلوک لوت جای دارد (Sahandi, 1992). جایگاه کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم در شکل 1 نشان داده شده است. اسلیت، فیلیت، شیست، آمفیبولیت، میگماتیت و کالک‏‌سیلیکات از فراوان‏‌ترین سنگ‏‌های دگرگونیِ کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم به‌شمار می‌روند (Mahmoodi, 2004; Arefnejad, 2010; Mokhtari, 2012; Bahramnejad, 2015; Naseri, 2015; Bagheri et al., 2016; Bahramnejad et al., 2017, 2020). سنگ‌مادر این مجموعه دربردارندة ماسه‌سنگ، رسوب‌های کربناته، سنگ‏‌های آتشفشانی، رسوب‌های شیلی با میان‌لایه‏‌هایی از ماسه‌سنگ و مارن است (Mahmoodi, 2004). مجموعه سنگ‏‌های دگرگونیِ کمپلکس ده‏‌سلم ‌با دایک‏‌ها و استوک‏‌های‏‌ گرانیتی ‏‌با‏‌ خاستگاه‌های گوناگون مورد تهاجم ‏قرار گرفته‏‌ است. توده‏‌های گرانیتوییدی شاه‏‌کوه در بخش شمالی و ملک چاه‏‌رویی در بخش جنوبی کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم از مهم‏‌ترین توده‏‌های آذرین درونی در این منطقه هستند. نتایج زمین‌شیمیایی به‌دست‌آمده از توده‌های آذرین درونی منطقه نشان‌دهندة اینست که تودة آذرین درونی شاه‏‌کوه آهن‏‌دار و از نوع کالک‏‌آلکالن است (Esmaeily et al., 2005). مختاری (Mokhtari, 2012) با بررسی زمین‌شیمی پیکره‏‌های گرانیتوییدی خاور پهنة لوت، پیکرة چهار‌فرسخ را از نوع I و پیکرة ده‏‌سلم و نیز بخشی از تودة چهار‌فرسخ را نوع S دانسته‌‌اند. ترکیب تورمالین‏‌هایِ پگماتیت ملک‌چاه‏‌رویی نشان داده است تورمالین‌هایِ این توده در پی فرایندهای ماگمایی در مراحل تأخیری - گرمابی با سنگ‏‌های دگرگونی پیرامون این توده پدید آمده‌اند (Ahmadi Bonakdar and Ahmadi., 2014). دایک‏‌های گرانیتی از دیگر توده‏‌های نیمه‌ژرف با گسترش چشمگیر در کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم هستند. این دایک‏‌ها در بیشتر واحدهای دگرگونی، به‌ویژه در میگماتیت‏‌ها، رخنمون یافته‏‌اند. تا کنون بررسی‌های کانی‏‌شناسی و زمین‌شیمیایی خاصی روی دایک‏‌های مورد بررسی انجام نشده است. در این پژوهش سنگ‏‌شناسی و شیمی تورمالین‏‌هایِ این دایک‏‌ها و ارتباط آنها با مجموعه‏‌های دگرگونی کمپلکس ده‏‌سلم برای نخستین‌بار بررسی شده ‏‌است.

شکل 1. A) جایگاه کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم در حاشیة خاوری خردقاره ایران مرکزی و بلوک لوت؛ B) تصویر ماهواره‌ای کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم و جایگاه آن در جنوب گرانیت شاه‏‌کوه.

Figure 1. A) The location of the Deh-Salm metamorphic complex in the eastern margin of the Central Iranian Microcontinent and Lut Block; B) Satellite image of the Deh-Salam metamorphic complex and its location in the south of the Shah-Kuh granite.

روش انجام پژوهش

برای بررسی‌های کانی‏‌شناسی و سنگ‏‌شناسی پس از برداشت‏‌های صحرایی، 50 مقطع نازک از دایک‏‌ها تهیه شد و با میکروسکوپ پلاریزان بررسی شدند. برای ارزیابی ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های یادشده تجزیة شیمیایی به‌شیوة ریزکاو الکترونی روی عنصرهای اصلی سازندة تورمالین‏‌ها در نمونه‏‌های مورد نظر با ابرکاوشگر خودکار مدل JOEL-JXA-8600M با ولتاژ شتاب‏‌دهندة 15KV و جریان اشعه‏‌ای Amp8^-10×2 در بخش علوم‌زمین و محیط زیست دانشگاه یاماگاتای کشور ژاپن انجام شد.

زمین‏‌شناسی

روی نقشه‏‌های زمین‏‌شناسی منطقه (شکل 2) گسترش سنگ‏‌های سازندة کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم به دو بخش زیرین و بالایی محدود می‏‌شود (Naderi Mighan and Akram, 2005; Akrami and Naderi Mighan, 2005; Hamzehpour, 2005) که احتمالاً معادل با سازندهای نای‏‌بند و شمشک به سن پایان تریاس- ژوراسیک هستند (Stöcklin et al., 1972). در همین راستا، بربریان (Berberian, 1973) مجموعه سنگ‏‌هایِ کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم را با سازندهای پالئوزوییک ‏پسین ایران مرکزی معادل می‏‌داند که در هنگام رخداد کوهزایی سیمرین ‏پیشین دگرگون شده‏‌اند. برپایة شواهد زمین‏‌‏‌شناسی و پارینه‌مغناطیس‏‌سنجی، خردقاره ایران‏‌ مرکزی و خاوری از تریاس تا عهد کنونی، به میزان 135 درجه خلاف جهت عقربه‏‌های ساعت چرخیده‌ است (Davoudzadeh et al., 1981). ازاین‌‌رو، مجموعة دگرگونی ده‏‌سلم احتمالاً به پهنة سنندج - سیرجان پیوسته بوده است و سرگذشتی همانند آن دارد.

شکل 2. A) نقشة زمین‏‌شناسی کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم برگرفته از نقشه 1:100000 ده‏‌سلم (Naderi Mighan and Akrami, 2005) با پاره‏‌ای تصحیح‌ها؛ B) جایگاه دایک‏‌های فلسیک مورد بررسی در برش زمین‏‌شناسی واحد زمین‏‌ساختی D در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم.

Figure 2. A) Geological map of the Deh-Salm metamorphic complex based on 1:100,000 map of Deh-Salm (Naderi Mighan and Akrami, 2005) with some corrections; B) The location of the studied felsic dikes in the geological section of tectonic unit D in the east of Deh-Salm metamorphic complex.

برپایة تلاش‏‌هایی که از گذشته برای سن‌سنجی مطلق مجموعة دگرگونی به روش تعیین نسبت Rb/Sr انجام گرفته‌اند، سن‏‌های میانگین 209- 206 میلیون سال پیش (Reyer and Mohaffez, 1972) و 10±165 میلیون سال پیش به دست آمده‌اند (Crawford, 1977)؛ اما در سن‏‌سنجی‌های جدید برپایة نسبت U/Pb روی تک‌دانه‏‌های زیرکن، مونازیت و زینوتایم، سن مجموعة دگرگونی ده‏‌سلم 163-168 میلیون سال پیش به‌دست آمده است (Mahmoodi et al., 2009). این سن‌ها با داده‌های سن‌‌سنجی K-Ar روی گرانیت شاه‏‌کوه (158-168 میلیون سال پیش) همخوانی دارند (Esmaeily et al., 2005). بازة کوچک سنی مربوط به سرد‌شدن گرانیت شاه‏‌کوه و مجموعة دگرگونی حاشیة آن به تحولات سریع زمین‌ساختی در محیط پشت‌کمان‏‌ ماگمایی نسبت داده شده ‏‌است (Mahmoodi et al., 2009). برپایة بررسی‌های ساختاری و سنگ‏‌شناسی، کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم از باختر به خاور به پنج واحد زمین‏‌ساختی A تا E تفکیک شده است (شکل 3). همچنین، پنج فاز دگرریختیِ D₁ تا D₅ در منطقه شناسایی شده‌اند که با شدت و کیفیت‏‌های متفاوت، واحدهای زمین‏‌ساختی موجود را تحت‌تأثیر خود قرار داده‏‌اند (Arefnejad, 2010; Bahramnejad, 2015) (شکل 2).

شکل 3. A) رخنمون دایک‏‌های فلسیک در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم (دید عکس رو به شمال‌خاوری)؛ B) دو دایک فلسیک قدیمی و جوان‌تر که میگماتیت‏‌هایِ کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم را قطع کرده‏‌اند (دید رو به باختر)؛ C) رخنمون یک دایک فلسیک به ضحامت چندین متر (دید رو به شمال)؛ D) دایک‏‌های فلسیک در بخش باختری کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم که واحدهای دگرگونی را بریده‏‌اند (دید رو به شمال‌باختری).

Figure 3. A) Outcrop of the studied felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex (photo view towards the northeast); B) Two older and younger felsic dikes that cut the migmatites in the Deh-Salm metamorphic complex (photo view to the west); C) Outcrop of a felsic dike several meters thick (view towards the north); D) Felsic dikes in the western part of the Deh-Salm metamorphic complex that cut the metamorphic units (view towards the northwest).

واحد زمین‏‌ساختی D خاوری‏‌ترین واحدِ کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم است که در باختر با گسل‏‌های معکوس تا رانده در زیر مرمرها و گرانیت‏‌های واحد C جای می‏‌گیرد؛ اما در بخش خاوری رسوبات نئوژن آن را پوشانده‌اند. ازآنجایی‌که ضخامت زیادی از رسوب‌های پلیتی و پسامیتی تحت‌تأثیر رخداد میگماتیتی‏‌شدن تا درجات بالای دیاتاکسیت بوده‌اند، حجم بزرگی از رگه‏‌ها، دایک‏‌ها و عدسی‏‌های گرانیت پگماتیتی بیشتر با خاستگاه لوکوسوم پدیدار شده‌اند (شکل 4). عملکرد فاز دگرریختی D₃ با سرشت کششی خود، تزریق دایک‏‌های فلسیکِ تورمالین-مسکوویت‏‌گرانیت در کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم را به‌دنبال داشته ‏‌است که در راستای متوسط شمال‌خاوری- جنوب‌باختری تورق‏‌های قدیمی را قطع کرده‌اند (شکل 5). این رخداد بیشتر در پهنه‏‌های B تا D شناسایی شد؛ اما در پهنه‏‌های A و E دیده نشد. در بررسی‌های صحرایی این دایک‏‌ها بیشتر با رنگ کرم تا صورتی روشن دیده می‏‌شوند. بلورهای متوسط تا درشت‌دانه‌ای از تورمالین با رنگ سیاه در نمونة دستی این دایک‏‌ها شناسایی می‌شوند. برخی تورمالین‏‌ها رشد شعاعی نشان می‏‌دهند (شکل 6). گاه از بخش حاشیه به مرکز این دایک‏‌ها تفاوت‏‌های ترکیبی دیده می‏‌شوند.

شکل 4. A) تورمالین‏‌های دایک‏‌های فلسیک در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم؛ B) بلورهای درشت تورمالین در پگماتیت‏‌هایِ کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم؛ C) رشد بلورهای تورمالین در حاشیة دایک فلسیک در کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم؛ D) آندالوزیت‏‌هایِ اطراف پگماتیت‏‌های کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم.

Figure 4. A) Tourmalines in the studied felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex; B) Coarse tourmaline crystals found in pegmatites in the Deh-Salm metamorphic complex; C) the growth of tourmaline crystals in the margin of felsic dikes in the Deh-Salm metamorphic complex; D) Andalusites around the pegmatites of the Deh-Salm metamorphic complex.

شکل 5. بلوک نمودار رسم‌شده از دایک‏‌های فلسیک بررسی‌شده در کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم به‌همراه تصویرهای صحرایی آن.

Figure 5. Block diagram drawn of the felsic dikes studied in the Deh-Salm metamorphic complex along with field images of its components.

شکل‌های مختلف تورمالین در کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم

در کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم تورمالین به شکل‏‌های زیر دیده می‏‌شود:

الف) رشد و حضور تورمالین در دایک‏‌های فلسیکِ کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم که موضوع اصلی پژوهش پیش رو است. برپایة بررسی‌های صحرایی، این تورمالین‏‌ها به‌صورت بلورهای ریز تا متوسط شکل‌دار و سیاه‌رنگ، با مرزهای مشخص نسبت به دیگر کانی‏‌های سازندة سنگ در این دایک‏‌ها یافت می‌شوند. این بلورها محصول مستقیم تبلور ماگمایی هستند و با دیگر کانی‏‌های سازندة دایک در حال تعادل هستند. در ادامه به بررسی ویژگی‌های سنگ‏‌شناسی، زمین‌شیمیایی و خاستگاه این گروه پرداخته شده است (شکل 4).

ب) گروه دومِ تورمالین‏‌ها در واحدهای پگماتیتیِ منطقه به‌صورت بلورهای متوسط تا درشت کروی‌شکل دیده می‌شوند. در برخی بخش‌ها، این تورمالین‏‌ها بافت هم‌رشدی واضحی با دیگر کانی‏‌های سازندة سنگ مانند کوارتز و فلدسپار دارند (شکل 4). در بررسی‌های میکروسکوپی، این تورمالین‏‌ها به رنگ‏‌های سبز تا تیره تا قهوه‏‌ای کم رنگ دیده می‏‌شوند (Ahmadi Bonakdar and Ahmadi, 2014). برپایة بررسی‌های زمین‌شیمیایی، این تورمالین‏‌ها از گروه تورمالین‏‌های نوع دراویت - شورلیت به‌شمار می‌روند. تورمالینِ این پگماتیت‏‌ها در پی رخداد فرایندهای ماگمایی در مراحل تأخیری- گرمابی با سنگ‏‌های دگرگونی پیرامون این توده پدید آمده است (Ahmadi Bonakdar and Ahmadi, 2014). گفتنی است از دیدگاه زمین‌شیمیایی، این گروه از تورمالین‏‌ها با تورمالین‏‌های دایک‏‌های فلسیکِ کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم بسیار شباهت دارند.

پ) افزون‌بر دو گروه تورمالین‏ یادشده، در حاشیة دایک‏‌های جوان و در بخش‏‌هایی که ترکیب سنگ دربرگیرنده مناسب بوده است، در پی دگرسانی، تورمالین‌های با ساختارهای سوزنی به سمت خارج دایک‌ها رشد کرده‌اند. این شواهد و نیز شواهد دیگری مانند آندالوزیت‏‌های گوشتی که در حاشیة این دایک‏‌ها تجمع کرده‏‌اند، نشان می‏‌دهند نفوذ دایک‏‌ها پس از دگرگونی رخ داد است و این تورمالین‌ها در هنگام نفوذ، به‌علت دمای بالا و رخداد دگرگونی همبری پدید آمده‌اند (شکل 4). شواهد کانی‏‌سازی در حاشیة این دایک‏‌ها با سنگ‏‌های میزبان در پی فرایندهای دگرسانی در سنگ‏‌های دگرگونی میزبان و کانی‏‌هایِ آنها و نیز ساخته‏‌شدن کانی‏‌هایی مانند تورمالین نشان می‏‌دهند نفوذ این دایک‏‌ها با یک وقفة زمانی پس از اوج دگرگونی سنگ‏‌های منطقه رخ داده است. شکل 2- C پیدایش تورمالین در اثر تراوش سیال‌ها از این دایک‏‌ها روی سنگ‏‌های اطراف را به‌خوبی نشان می‏‌دهد. واکنش پیدایش تورمالین در محیط‏‌های دگرسانی و سیستم‏‌های گرمابی در حضور فلدسپار، کوارتز و سیال‌های خارجی به‌صورت زیر است:

(Na-K) AlSi₃O₈ + 12SiO₂ + 3B + 3Fe⁺² + 7H₂O →Tourmaline + 12SiO₂ + 5K⁺ + 3H⁺

شکل 6. تصویرهای میکروسکوپی از تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های فلسیک در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم. A، B) بلورهای شکل‌دار تورمالین در دو برش عرضی و طولی (در PPL)؛ C) مسکوویت‏‌های صفحه‏‌ای‌شکل به‌همراه تورمالین (در XPL)؛ D) تورمالین و پلاژیوکلاز با ماکل پلی‌سینتتیک (در PPL).

Figure 6. Photomicrographs of tourmalines from the felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex A, B) Euhedral crystals in two transverse and longitudinal sections (in plane polarized light); C) Muscovites with tourmaline (in cross-polarized light); D) Tourmaline and plagioclase with polysynthetic twinning (in cross-polarized light).

در حاشیة توده‏‌های پگماتیتی که در شیست‏‌ها نفوذ کرده‏‌اند، بلورهای آندالوزیت رشد بیشتری دارند و به‌صورت دسته‏‌هایی از بلورهای فراوان دیده می‏‌شود. این‏‌گونه تجمعات حداکثر تا یک متری رگه‏‌های پگماتیتی دیده می‏‌شود. فراوانی میانبار در این گروه از آندالوزیت‏‌ها کمتر از آندالوزیت‏‌هایِ شیست‏‌هاست (شکل 4). این تجمعات در پی فرایندهای دگرنهادی^[1] در حاشیة توده‏‌ها و دایک‏‌های گرانیتی رشد کرده‏‌اند.

سنگ‏‌شناسی دایک‏‌های فلسیک

در بررسی مقاطع میکروسکوپی، کانی‏‌ کوارتز با خاموشی مستقیم، 35 تا 40 درصد از حجم کانی‏‌های سازندة این دایک‏‌ها را در بر گرفته است. ارتوز با ماکل ساده و به‌صورت نیمه‌شکل‏‌دار نیز 25 تا 30 درصدحجمیِ سنگ را فرا گرفته است. بیشتر پلاژیوکلازها (نزدیک به 20 درصدحجمی) درشت‌دانه و نیمه‌شکل‏‌دار هستند و با ماکل پلی‌سینتتیک دیده می‏‌شوند. تورمالین و مسکوویت با فراوانی 10 تا 15 درصدحجمیِ سنگ، از کانی‏‌های فرعی این سنگ‏‌ها به‌شمار می‌روند. تورمالین‏‌ها به‌صورت شکل‌دار، در مقطع طولی به‌صورت بلورهای کشیده و در مقطع عرضی با شکل‌های چهار و شش‌وجهی به رنگ آبی با چندرنگی معکوسِ آبی تا صورتی شناخته می‌شوند. مسکوویت‏‌ها معمولاً به‌صورت صفحه‏‌ای‌شکل و با یک دسته رخ موازی دیده می‏‌شوند. کانی زیرکن به‌صورت میانبار در کانی ارتوز یافت می‏‌شود. بافت غالب سنگ گرانولار است (شکل 6).

شیمی کانی تورمالین

برای بررسی شیمی تورمالین‏‌های موجود در دایک‏‌های فلسیک در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم، شماری از این کانی‏‌ها تجزیة شیمیایی شدند. داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیة تورمالین‏‌ها در جدول 1 آورده شده‌اند. مقدار B₂O₃ در این تورمالین‏‌ها به روش استوکیومتری به‌دست آورده شده است (جدول 1).

تورمالین کانی بسیار رایجی در سنگ‏‌های گوناگون است. در سنگ‏‌های رسوبیِ آواری، تورمالین کانی سنگین شمرده می‌شود (Krynine, 1946; Pettijohn e al., 1973). در بازة ترکیبی گسترده‌ای از سنگ‏‌های دگرگونی و در همة درجات دگرگونی تورمالین یافت می‌شود (Henry and Guidotti, 1985). افزون‌بر این، همان‌گونه‌که در مقدمه گفته‌ شد در سنگ‏‌های گرانیتوییدی و دیگر سنگ‏‌های وابسته به آنها مانند آپلیت‏‌ها و پگماتیت‏‌ها و در ترکیب‌های گرمابی نیز تورمالین پدید می‏‌آید.

کانی تورمالین کانی سیلیکاته بوردار با فرمول عمومی XY₃ Z₆ (BO₃)₃ Si₆ O₁₈ (OH₄) است. فرمول تورمالین دو جایگاه اصلی Z و Y دارد که جایگاه Y معمولاً اندکی از جایگاه Z بزرگ‌تر است (Donnay and Barton, 1972; Rosenberg and Foit, 1979). جایگاه Z با Al جانشین می‏‌شود؛ اما عنصرهای دیگر مانند Fe²⁺، Ti، Mg، Cr و V³⁺ نیز می‌توانند جایگزین Al‏‌ شوند (Barton, 1969; Nuber and Schmetzer, 1979; Burns, 1982). جایگاه X معمولاً با Na و K جانشین می‏‌شود؛ اما ممکن است مقداری Ca و Mg نیز در این جایگاه جانشین شود (Foit and Rosenberg, 1977). هیچ تعویض آشکاری در جایگاه B در فرمول تورمالین رخ نمی‌دهد (Tsang and Ghose, 1973; Povondra, 1981). در بخش تتراهدرال مقدار کمی از Al با Si جایگزین می‏‌شود (Foit and Rosenberg, 1979). عنصر F^- یا O^2- نیز در جایگاه هیدروکسیل جایگزین OH^- می‏‌شود (Nemec, 1968; Foit and Rosenberg, 1977). برپایة داده‌های جدول 1، فرمول ساختاری تورمالین به‌‌صورت زیر است:

(Na_0.70 K_0.01 Ca_0.01) (Li_0.22 Mg_0.55 Fe_1.90 Mn_0.04 Al_0.75) Si₆ O₁₈ (OH₄)

جدول 1. داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیة شیمیایی تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های فلسیک کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم.

Table 1. The chemical analysis results of tourmalines in the felsic dikes of the Deh-Salm metamorphic complex.

بحث

برپایة جانشینی‏‌های رخ‌داده در جایگاه X، نقصان و یا خالی‌بودن این جایگاه و برپایة مقدار Ca، Na و K، تورمالین‏‌ها در سه گروه تورمالین‏‌های کلسیک، قلیایی و گروهی که جایگاه X آنها خالی است، جای می‏‌گیرند (Hawthoren and Henry, 1999). برپایة این رده‌بندی، تورمالین‏‌های بررسی‌شده به‌علت بالا‌بودن مقدار Na+K و مقدار اندک Ca از گروه تورمالین‏‌های قلیایی به‌شمار می‌روند. درصد بالای Na در ترکیب تورمالین‏‌های بررسی‌شده (wt% 15/2Na₂O˃؛ شکل 7) گواه دیگری بر سرشت قلیایی این تورمالین‌هاست (Collins, 2010). بیشتر تورمالین‏‌های قلیایی در محیط‏‌های با ترکیب اسیدی و دمای کم پدید می‌آیند (Collins, 2010).

شکل 7. ترکیب شیمیایی‏ تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های فلسیک در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم با سرشت قلیایی در نمودار سه‌تایی Ca²⁺ - Na²⁺+(K²⁺)- X-siteVacancy (Henry et al., 2011).

Figure 7. Composition of tourmalines from the felsic dikes in the east of Deh-Salm metamorphic complex with alkaline nature in the Ca²⁺-(K²⁺)+Na²⁺-X-site Vacancy ternary diagram (Henry et al., 2011).

برپایة نمودار Fe/(Fe+Mg) در برابر Na/(Na+Ca) و همچنین، نمودار سه‌تایی Li⁺²-Fe⁺²-Mg⁺² در مقایسه با تورمالین‏‌های پگماتیت ملک‌چاه‏‌رویی و پگماتیت‏‌های حاصل از ذوب‌بخشی سنگ‏‌های دگرگونی کمپلکس ده‏‌سلم (Ahmadi Bonakdar and Ahmadi., 2014) تورمالین‏‌های بررسی‌شده در محدودة Schorl جای می‏‌گیرند (شکل‌های 8 و 9). برپایة جدول 1، این تورمالین‏‌ها از Na و Fe بسیار غنی هستند. تغییرات عنصرهای اصلی از مرکز به حاشیة تورمالین‏‌ها، گویایِ نبود منطقه‏‌بندی شیمیایی در ترکیب آنهاست. تورمالین‏‌های با ترکیب شورلیت کانی تیپیک در پگماتیت‏‌ها و گرانیت‏‌ها به‌شمار می‌روند (Dutrow and Henry, 2000).

شکل 8. ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های فلسیک در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم با ترکیب شورل در نمودار Fe/(Fe+Mg) در برابر Na/(Na+Ca) (Trumbull and Chaussidon, 1999).

Figure 8. Composition of tourmalines from the felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex with schorl composition in of Fe/(Fe+Mg) versus Na/(Na+Ca) diagram (Trumbull and Chaussidon, 1999).

بررسی واکنش‏‌های جانشینی در ترکیب تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های فلسیک

بررسی‏‌ها روی ساختمان کانی تورمالین گویایِ رخداد واکنش‏‌های جانشینی در ترکیب آن به دو شکل مختلف است:

الف) تبادل یون‏‌های هم ظرفیت در یک جایگاه خاص (تبادل میان Mg و Fe در جایگاه Y)؛

ب) تبادل یون‏‌های با ظرفیت‏‌های متفاوت در جایگاه‏‌های مختلف (پر‌شدن جایگاه‏‌های X و Y به‌علت جایگزینی Ca-Mg به‌جای Na-Al).

برای بررسی واکنش‏‌های جانشینی در تورمالین‏‌های بررسی‌شده چهار نمودار مختلف به‌کار برده شد. برپایة نمودار شکل 10، تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های فلسیک کمپلکس ده‏‌سلم به جانشینی Mg_-1Al_-1(Fe³⁺ Fe²⁺) گرایش دارند. در شکل 11 که برای بررسی واکنش‏‌های جانشینی رسم شده است، ترکیب شورل- دراویت به مرکز نمودار نزدیک است. برپایة روند تورمالین‏‌ها در این نمودار، تبادل اوویت و تهی‌شدن از قلیایی را می‌توان بررسی کرد. جایگیری تورمالین‏‌ها در راستای تهی‌شدگی از قلیایی‏‌ها نشان‌دهندة جانشینی ناچیز اوویت در ترکیب آنهاست.

شکل 9. ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های فلسیک در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم با ترکیب شورل در نمودار سه‌تایی Li²⁺-Fe²⁺-Mg²⁺ (Henry et al., 2011) و مقایسه ترکیب آنها با تورمالین‏‌هایِ پگماتیت ملک‌چاه‏‌رویی و پگماتیت‏‌های دگرگونی (Ahmadi Bonakdar and Ahmadi., 2014) (نمادها همانند شکل 8 هستند).

Figure 9. Composition of tourmalines from the felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex with schorl composition in the Li²⁺-Fe²⁺-Mg²⁺ diagram (Henry et al., 2011) and comparing their composition with the tourmalines in Malek-Chah Ruii and metamorphic pegmatites (Ahmadi Bonakdar and Ahmadi., 2014) (Symbols are the same as in Figure 8).

شکل 10. ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌های دایک‏‌های فلسیک کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم روی نمودار Al^total در برابر X-site vacancy (Slack et al., 1993).

Figure 10. Composition of tourmalines from the felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex on the Al^total versus X-site vacancy diagram (Slack et al., 1993).

شکل 11. ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌های دایک‏‌های فلسیک کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم روی نمودار R1 + R2 در برابر R3 (Manning, 1982)

Figure 11. Composition of tourmalines in the felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex on the R1+R2 versus R3 diagram (Manning, 1982)

R1 = Ca + Na

R2 = Fe + Mg + Mn

R3 = Al + 1.33Ti)

‌در شکل 12، تورمالین‌ها در زیر خط 3(Fe+Mg)=ε جای گرفته‏‌اند که نشان‌دهندة 3(Fe+Mg)<ε در این تورمالین‏‌ها و نشان‌دهندة جانشینی Al در جایگاه Y است. هرچه میزان (Fe+Mg)ε کمتر باشد، جانشینی Al در جایگاه Y بیشتر می‏‌شود (London and Manning, 1995).

شکل 12. ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌های دایک‏‌های فلسیک کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم روی نمودار Mg در برابر Fe (London and Manning, 1995).

Figure 12. Composition of the tourmalines from the felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex on Mg versus Fe diagram (London and Manning, 1995).

بررسی تورمالین‏‌ها در شکل 13 نشان‌دهندة جایگیری جایگاه آنها در زیر خط R₂^*=3 است. این وضعیت نشان می‏‌دهد جایگاه Y در این تورمالین‏‌ها به‌طور کامل پر نشده است. نقصان در این تورمالین‏‌ها به فعالیت مؤلفه جانشینی الباییت (LiAl(Fe,Mg)⁺²_-2) تعمیم داده می‌شود. در پی این جانشینی، Li و Al جانشین مقداری از Fe و Mg در جایگاه Y می‏‌شوند.

در تورمالین مقدار FeO^*= FeO/FeO + MgO تعیین‌کنندة خاستگاه این کانی است و مقدار 8/0-1 در تورمالین‏‌ها نشان‌دهندة بسته‌بودن سیستم ماگمایی، نبود و دخالت سیال‌ها و همچنین، نبود آغشتگی آنها با ته‌نشست‏‌های غنی از Al است. مقدارهای کمتر از 6/0 برای این نسبت در تورمالین‏‌ها گویایِ خاستگاه خارجی عنصر بور و دخالت سیال‌های گرمابی است (Samson and Sinclair, 1992).

به‌طور کلی، تورمالین‏‌های با خاستگاه گرمابی منطقه‏‌بندی شیمیایی نشان می‏‌دهند. این منطقه‌بندی بیشتر به‌صورت گسترش بخش‏‌های پراکنده در یک بلور است (Marschall et al. 2006, 2009). شیمی سیال و سنگ میزبان ممکن است ترکیب عنصرهای اصلی آن را کنترل کنند و آمیزه‌ای از تورمالین‌های گوناگون پدید آورند (Henry and Guidotti, 1985). برخی سنگ‏‌های غنی از تورمالین از سنگ‌مادر‏‌های غنی از B سرچشمه می‏‌گیرند و همانند بسیاری از تورمالین‏‌های دگرگونی هستند (MacGregor et al. 2013). با این‌حال، وجود بلورهای درشت با غلظت‏‌های عنصری بالا در رگه‏‌ها و برش‏‌ها، ویژگیِ تورمالینی‌شدن گرمابی است (Henry and Dutrow 1996). در این سنگ‏‌ها، عنصر B به احتمال بالا با سیالی خارجی به سنگ‏‌های خاستگاه بدون سیال نفوذ می‏‌کند (Marschall et al., 2006, 2009). در چنین موردی، تورمالین دگرنهادی یک ترکیب ایزوتوپ B تحت کنترل منبع خارجی دارد؛ اما ترکیب عنصرهای اصلی بازگوکنندة سهم هردو (سیال خارجی و سیال درون سنگ خاستگاه) در پیدایش تورمالین است.

شکل 13. ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌های دایک‏‌های فلسیک کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم روی نمودار Al in R2 در برابر R^*₂ (London and Manning, 1995).

Figure 13. Composition of tourmalines from the felsic dikes in the east of the Deh-Salm metamorphic complex on the Al in R2 versus R^*2 diagram (London and Manning, 1995).

R*2 = Fe+Mg+Mn+Al

بیشتر تورمالین‏‌های اولیه و با خاستگاه ماگمایی به‌صورت بلورهای شکل‌دار و پراکنده در سنگ‏‌های گرانیتی و پگماتیت‏‌ها پدید می‌آیند. گاه ممکن است بلورهای تورمالین به‌صورت میانبار‏‌های درون شبکه‏‌ای در کوارتز و فلدسپار و یا به‌صورت رگچه‏‌های بسیار ریز پدیدار شوند که این تورمالین‌ها مختص مراحل حد واسط از شرایط حاکم بر مراحل پایانی انجماد تا مرحلة زیر خط انجماد (مرحله گرمابی) هستند (Sinclair and Richardson, 1992; London and Manning, 1995). بیشتر تورمالین‏‌های ماگمایی از ماگماهای گرانیتی تیپ S و پرآلومین پدید می‌آیند. این ماگماها به‌صورت اولیه میزان B بالایی دارند و شرایط پیدایش تورمالین در آنها فراهم است. همچنین، تورمالین‏‌های پدیدآمده از ماگماهای گرانیتی Al بیشتری نسبت به تورمالین‏‌های گرمابی دارند (London and Manning, 1995). با توجه به مقدار بالای 8/0 برای نسبت FeO^*= FeO/FeO + MgO در تورمالین‏‌های بررسی‌شده در دایک‏‌های فلسیک درون کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم، می‌توان گفت این تورمالین‏‌ها خاستگاه ماگمایی دارند. این در حالیست که مقدار این نسبت در تورمالین‏‌های پگماتیت ملک‌چاه‌رویی و پگماتیت‏‌های دگرگونی (5/0-8/0) گویایِ خاستگاه خارجی بور و دخالت سیال‌های گرمابی است. بیشترین میزان بور مورد نیاز برای پیدایش تورمالین در هر دو نوع پگماتیت با ماگمای چاه‏‌رویی در مراحل تأخیری - گرمابی تأمین شده ‏‌است (Ahmadi Bonakdar and Ahmadi., 2014). برپایة ترکیب تورمالین و برپایة نمودار‏‌های سه‏‌تایی Al-Fe-Mg و Ca-Fe-Mg که برای تعیین خاستگاه تورمالین ترسیم شده ‏‌است، دایک‏‌های تورمالین‏‌دار بررسی‌شده در گسترة گرانیتوییدهای فقیر از Li، پگماتیت‏‌ها و آپلیت‏‌های وابسته به آنها جای می‏‌گیرند (شکل 14).

‏

شکل 14. ترکیب شیمیایی تورمالین‏‌هایِ دایک‏‌های فلسیک در خاور کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم در نمودارهای سه‌تایی: A) Al-Fe-Mg؛ B) Ca-Fe-Mg (Henry and Guidotti, 1985) (1: گرانیتوییدهای غنی از Li و پگماتیت‏‌ها و آپلیت‏‌های وابسته به آنها؛ 2: گرانیتوییدهاای فقیر از Li و پگماتیت‏‌ها و آپلیت‏‌های وابسته به آنها؛ 3: سنگ‏‌های کوارتز - تورمالین غنی از Fe³⁺ (گرانیت‏‌های دگرسان‌شدة گرمابی)؛ 4: شبه‏‌پلیت‏‌ها و متاپسامیت‏‌های همزیست با یک فاز اشباع از Al؛ 5: شبه‏‌پلیت‏‌ها و متاپسامیت‏‌های ناهمزیست با یک فاز اشباع از Al؛ 6: سنگ‏‌های کالک‏‌سیلیکاته، متاپلیت‏‌ها و سنگ‏‌های کوارتز- تورمالین سرشار از Fe³⁺؛ 7: الترامافیک‏‌های دگرگون‌شده با Ca کم و متاسدیمنت‏‌های غنی از V و Cr، 8: متاکربنات و متاپیروکسنیت‏‌ها؛ 9: متاپلیت‏‌های غنی از Ca، متاپسامیت‏‌ها و سنگ‏‌های کالک‏‌سیلیکاته؛ 10: متاپلیت‏‌های فقیر از Ca، متاپسامیت‏‌ها و سنگ‏‌های کوارتز- تورمالین‏‌دار؛ 11: متاکربنات‏‌ها؛ 12: الترامافیک‏‌های دگرگون‌شده).

Figure 13. The position of tourmalines in the studied felsic dikes in the east of Deh-Salm metamorphic complex in Al-Fe-Mg and Ca-Fe-Mg diagrams (Henry and Guidotti 1985) (1: Li-rich granitoids and related pegmatites and aplites; 2: Li-poor granitoids and related pegmatites and aplites; 3: Quartz-tourmaline rocks rich in Fe³⁺ (hydrothermally altered granites); 4: Symbiotic pseudo-pelites and metapsamites with a phase saturated with Al; 5: Non-symbiotic pseudo-pelites and metapsamites with a phase saturated with Al; 6: Calc-silicates, metapelites and quartz-tourmaline rocks rich in Fe³⁺; 7: Metamorphosed ultramafics with low Ca and metasediments rich in V and Cr; 8: Metacarbonates and metapyroxenites; 9: Ca-rich metaplites, metapsamites, and calc-silicate rocks; 10: Ca-poor metaplites, metapsamites and quartz-tourmaline-bearing rocks; 11: Metacarbonates; 12: Metamorphosed ultramafics.

برداشت

عملکرد فازهای دگرریختی تزریق دایک‏‌های فلسیک در کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم به‌ویژه در میگماتیت‏‌های خاور آن را به‌دنبال داشته ‏‌است. نتایج به‌دست‌آمده از بررسی‏‌های میکروسکوپی و تجزیه‌های شیمیایی گویایِ حضور کانی‏‌های کوارتز، پلاژیوکلاز، ارتوز، مسکوویت و تورمالین در این دایک‏‌ها هستند. نسبت بالای Fe/(Fe+Mg) نشان می‏‌دهد تورمالین‏‌های موجود در این دایک‏‌ها ترکیب شورل دارند. با توجه به مقادیر بالای Na₂O این تورمالین‏‌ها در گروه تورمالین‏‌های قلیایی جای می‏‌گیرند. مقدار بالای Fe/(Fe+Mg)، نبود منطقه‏‌بندی شیمیایی و شکل‌دار‌بودن این تورمالین‏‌ها از شواهد خاستگاه ماگمایی آنها به‌شمار می‌روند. گمان می‌رود در هنگام رخداد رویدادی پس از پیدایش کمپلکس دگرگونی ده‏‌سلم و فرایند گرانیت‏‌زایی مرتبط با آن، در پایان ژوراسیک یا رویدادی جوان‌تر احتمالاً در هنگام بالاآمدن، کمپلکس دچار کشش شده است و تورق‏‌های پیشین در راستای تند و پر زاویه‏‌ای بریده شده‏‌اند و ماگمایی اسیدی به درون آنها نفوذ کرده است. تفاوت‏‌های آشکار ترکیبی این گرانیت‏‌ها، کانی‏‌های درون آنها و گرانیت‏‌های پدیدآمده از ذوب‌بخشی سنگ‏‌های ده‏‌سلم نشان می‌دهد رخداد رویدادی ماگمایی همزمان با رخداد زمین‏‌ساختی متفاوت بلافاصله کمپلکس ده‏‌سلم را متأثر کرده است. در این پژوهش، از رویداد دگرریختی D₃ پس از رویدادهای دگرریختی فشارشی D₁ و D₂ یاد شد. از آنجایی‌که این دایک‏‌ها تورق اصلی سنگ‏‌های دگرگونی منطقه را بریده‏‌اند، پس این دایک‌ها پس از رویداد عمومی میگماتیتی‏‌شدن و همزمان با بالاآمدن کمپلکس یادشده رخ داده‏‌اند.

سپاس‌گزاری

از پروفسور Nakashima Kuzuo در بخش علوم‏‌زمین و محیط‏‌زیست دانشگاه یاماگاتای کشور ژاپن برای انجام تجزیه‌های شیمیایی صمیمانه سپاس‌گزاری می‏شود.

[1]Metasomatism