مقدمه:

بررسی REE در سنگ ها و کانیها طی سالهاي گذشته توجه ویژه اي را به خود جلب کرده است چون رفتار آنها در فرایندهاي متنوع ژئوشیمیایی با عث شده که به عنوان ردیاب در محیط هاي زمین شناسی استفاده شوند. شناخت این عناصر در پتروژنز سنگ هاي آذرین داراي اهمیت فوق العاده است و از طریق آنها می توان جایگاههاي تکتونیکی و زمین شناسی را تعیین کرد. بعضی از این عناصر می توانند در تعیین شرایط فیزیکو شیمیایی سنگ ها و کانیها موثر باشند. متاسفانه این عناصر در محیط

هاي هیدروترمال و دگرگونه کمتر مورد بررسی قرار گرفته اند و داده هاي اندکی در مورد توزیع عناصر خاکی نادر بین سیالات کانی ساز و کانیها وجود دارد(.(Ghaderi et al., 1999 گارنت یکی از

کانیها اصلی در بیشتر کانسارهاي اسکارن کلسیک است و به نظر می رسد نقش بسیار مهمی را در کنترل واکنشهاي شیمیایی که منجر به تشکیل سولفیدها و اکسیدها در این محیط ها می شوند، دارند.

علی رغم اینکه تر کیب عناصر اصلی گارنت ها در اکثر کانسارهاي اسکارنی به طور گسترده بر رسی شده اما مقدار REE و نحوه توزیع آنها در گارنت کاملا ناشناخته است. علاوه بر این توزیع REE

در گارنت ضمن تشکیل از سیالات کانی ساز به طور تجربی بررسی نشده است. ما در این مقاله مقادیر عناصر خاکی نادر و نحوه توزیع آنها را در گارنت هاي موجود در کانسار آهن سنگان ارائه می دهیم.

مجموعه مقالات نهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران، دانشگاه تربیت معلم تهران، ۱۳۸۴

زمین شناسی:

کانسار آهن سنگان در حدود ۳۰۰ کیلومتري جنوب شرق مشهد واقع شده است. این کانسار بر اثر نفوذ وفعالیت هیدرترما ل مرتبط به یک ماگماي گرانیتی در یک توالی ولکانوسدیمنتر ودر یک واحد استراتیگرافی غالبا کربناته به طول بیش از ۱۰کیلومتر و تقریبا در جهت شرق-غربی تشکیل شده است.
کانسار آهن سنگان برمبناي سنگ میزبان و ترکیب شیمیایی کانیهایش به دو زون اسکارن کلسیمی و اسکارن منیزیمی تفسیم بندي شده است .(Boomeri,1998)

روش مطالعه:

مقادیر REE در گارنت هاي موجود در کانسار آهن سنگان به وسیله LA-ICP-MS در دانشگاه آکیتاي ژاپن تعین شده اند. تعدادي نمونه از کانسار آهن سنگان بر داشت ومقاطع تهیه شده از آنها که داراي ضخامتی بیش از یک میلیمتر بودند با کیفیت بسیار عالی پولیش شدند. لیزر با حفر سوراخی به قطر ۱۲۰ میکرون، نمونه را به شکل محلول و گاز در می آورد که به وسیله یک شیلنگ بسیار نازك به دستگاهICP-MS منتقل می شوند. بنابراین نمونه هاي انتخاب شده باید در محدوده اي به قطر ۱۲۰

میکرون فاقد برآمدگی، فرورفتگی و ناخالصی باشند (شکل .(۱ عناصر اصلی به وسیله یک سوپر پروب (EPMA) اتوماتیک JEOL. JXA-860 در ولتاژ ۱۵kv وشدت جریان ۲*۱۰- ۸ amp. در
دانشگاه یاماگاتاي ژاپن تعین شدند. استاندارد هاي استفاده شده عبارتند از آپاتیت، ولاستونیت، آلبیت، آدولاریا و ترکیبات مصنوعی چون SiO2, TiO2, Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, MnO, MgO, CaF2

و .NaCl قطر شعاع الکترونی در حدود ۵میکرون تنظیم شده است.

بحث:

گارنت در کانسار آهن سنگان در مناطقی که به آنومالی هاي A’ ،C جنوبی، دردوي وسنجده معروف هستند مشاهده می شود. کانسنگ هاي آهن در بعضی از این مناطق داخل زون گارنت و یا در کنتاکت با آن تشکیل شده اند. ضخامت زون گارنت در آنومالی A’ به بیش از ۵۰ متر می رسد. زون هاي گارنتی بجز در توده C جنوبی دربقیه جاهها در مجاورت گرانیت قرارگرفته اند. هاستنگزیت، کلینوپیروکسن و مگنتیت و رگچه هاي از کلسیت، اکتینولیت، پیریت، پیروتیت و کوارتزکانیهاي همراه گارنت هستند. رنگ گارنت ها قهوه اي تا قهوه اي متمایل به قرمز و بلورهاي آن شکلدار می باشند.

گارنت ها ي در کانسار آهن سنگان از نظر نوري داراي بیرفرنژانس غیر عادي وغالبا انیزوتروپ هستند

(شکل .(۲ گارنت ها از نظر ترکیب شیمیایی جز، سري محلول جامد گروسولار- آندرادیت (Ca6Fe3,5Al0,5Si6O24 to Ca6FeAl3Si6O24 ) می باشند. وترکیب شیمیایی آنها در سرتاسر کانسار داراي محدوده تقریبا یکسانی است (شکل(۳ اما ترکیب شیمیایی زون ها در یک بلور گارنت از حاشیه به مرکز متناوبا تغییرمی کند. در کانسار هاي اسکارن ترکیب کانیهاي چون گارنت ها و پیروکسن هاي کلسیک نه تنها در مناطق اسکارنی بسیار متغیر است بلکه در دانه هاي انفرادي نیز منطقه بندي کاملی در آنها مشاهده می شود(شکل .(۲ این تغییرات به عواملی چون سیالات هیدروترمال ، سنگ میزبان و

۳۰۱

عناصر نادر خاکی (REE) در گارنت از کانسار آهن سنگان

پاراژنز نسبت داده می شود .(Nakano, 1989) دربیشتر کانسارهاي اسکارنی اول کانیهاي کالک سیلیکاته تشکیل شده وسپس اکسیدها و سولفیدهاي تشکیل می شوند(.(Einaudi et al. 1981

کانیهاي اسکارنی غالبا بر اثر برخورد محلولهاي هیدروترمال با سنگهاي دیواره، به ویژه در اثر برخورد آنها با سنگهاي کربناته، تشکیل شده اند. عواملی چون فوگاسیته اکسیژن، فوگاسیته گوگرد، غلظت دي اکسید کربن در سیال، وجود کلر ، فلوئور و دیگر عناصر گازي وفعال، روي

نوع، ترکیب شیمیایی، دامنه پایداري کانی و غیره تاثیر گذاشتند. امروزه شرایط تشکیل چنین کانیهایی هم در آزمایشگاههاي معروف دنیا بطور تجربی((Burton et al. 1982 وهم براي کانسارهاي اسکارن (Kato, 1999)مطالعه شده است. مراحل کانی سازي در کانسار آهن سنگان را می توان به سه مرحله زیر خلاصه کرد(:(Boomeri,1998
-1 مرحله دگرگونی مجاورتی : براثر نفوذ توده هاي نفوذي ، سنگهاي میزبان تحت تاثیر دگرگونی حرارتی قرار گرفته اند. ازکانیهایی که در این مرحله تشکیل شدند می توان به دیوپسید، اولیوین ،ترمولیت وتالک اشاره کرد.

-۲ مرحله متاسوماتیک یا اسکارنی: هجوم محلول هاي هیدروترمال در مرمرها باعث تشکیل کانسنگ هاي آهن وکانیهاي اسکارنی شده است که خود به زیر مرحله هاي زیر قابل تفکیک است.

الف: زیر مرحله سیلیکاته که با کانیهاي انهیدروس مثل گارنتها و کلینوپیروکسنها مشخص می شود.

ب- زیر مرحله اکسیدي که با تشکیل مگنتیت مشخص می شود.

ج- زیر مرحله سولفیدي که با سولفیدها و کانیهاي هیدروسی مثل آمفیبولها ،میکاها ،کلریت و اپیدوت مشخص می شود.
-۳ مرحله هوازدگی: در این مرحله کانسنگ هاي آهن تجزیه شده و اکسیدهاي آهن آبدار، کربناتهاي مس و مس خالص شکل گرفته اند.

عناصر خاکی نادر در گارنتهاي سنگان نسبت به مقادیر این عناصر در کندریت ها نرمالیزه شده اند.

الگوهاي این عناصر که از رسم این عناصر در مقابل لگاریتم مقادیر نرمالیزه شان حاصل شده براي تمام نمونه ها تقریبا مشابه است مقادیرعناصر خاکی نادر سبک نسبت به مقادیرشان در کندریت ها عنی شدگی ضعیف یا فقیر شدگی نشان می دهند. مقادیرعناصر خاکی نادر سبک در نمونه هاي مورد مطالعه نسبت به عناصر میانه وسنگین کمتر می باشند(شکل ( ۴ و در هردو شکل مشاهده می شود که از La تا Eu، عناصر سبک باشیب نسبتا تند اما یکنواختی افزایش می یابند. در محل اورپیوم آنومالی

مثبت نسبتا ضعیفی مشاهده می شود در شکل ۴ (بالا) از Eu تا Ho حهت شیب عوض شده و روند کاهنده ملایمی را نشان می دهند. مقادیرعناصر خاکی نادر سنگین (HREE) از Ho تا Lu تقریبا

بدون شیب و وداراي روند مستقیمی هستند . هرچند در شکل ۴ (پایین) این بخش ازالگوها حالت زیگزاگی و متغیري را از خود نشان می دهند. به طورکلی شکل الگوي عناصر خاکی نادر براي تمام نمونه ها مشابه است ولی مقادیر این عناصر در نمونه هاي که در شکل ۴ (پایین) نشان داده شده غنی شدگی بیشتري را از خود نشان می دهند. به نظر می رسد که شبکه بلوري گارنت نقش اصلی را در ایجاد این الگو داشته و دیگر عوامل و بخصوص ترکیب شیمیایی سیال با عث تغیییرات جزئی در این الگوها شده است . علاوه برین غلظت کم REE در نمونه ها و نحوه محاسبه غلظت آنها که بر اساس

۳۰۲