مقدمه

بنتونیت سنگی است که به طور کلی از کانیهای گروه اسمکتیت تشکیل شده است. همانطور که Keith and Murray ( 1994) اشاره کردند ، نمی توان برای یک کانی صنعتی صرفاً بر اساس منشا و مواد ابتدایی آن تعریفی ارائه کرد از این رو تعریف ارائه شده بنتونیتها را بدون در نظر گرفتن رخداد منشا به عنوان کانیهای گروه اسمکتیت در نظر می گیرد (Grim, 1962) که به نظر می رسد برای یک کانی صنعتی، تعریف مطلوبی باشد.

کانیهای اصلی گروه اسمکتیت مونتموریلونیت سدیم، مونتموریلونیت کلسیم، ساپونیت (مونتموریلونیت منیزیم)، نانترونیت (مونتموریلونیت آهنی)، هکتوریت (مونتموریلونیت لیتیمدار) و بدلیت (مونتموریلونیت آلومینیمدار) هستند. غالبترین آنها مونتموریلونیت سدیمی و کلسیمی هستند. مونت موریلونیت کلسیمی غالبترین کانی گروه اسمکتیت است و در بسیاری از نقاط جهان یافت می شوند. رخداد مونتموریلونیت سدیمی در مقایسه با نوع کلسیمی نسبتاً کمیاب است بزرگترین و شناخته شده ترین رخداد بنتونیت در ایالت وایومینگ و مونتانا امریکا قرار دارد. ساپونیت در نواحی کمی از جهان تشکیل می شود و هکتوریت، بدلیت و نانترونیت نادر هستند. نانترونیت در خاک های غنی از آهن به وجود می آید .( Murray, 2007)

بنتونیتها را میتوان بر اساس ویژگیهای فیزیکی و کانی شناسی آنها به دو دسته تقسیم کرد: نوع سدیمی یا سدیم – کلسیمی ( عضو میانی) که دارای تورم پذیری بالا تا متوسط است و نوع کلسیمی که تورم پذیری پایین دارد ( Takagi, .(et al., 2005 دسته اول به طور معمول به صورت توده های معدنی لایه ای و در مقیاس بزرگ به وجود می آید که یکی از مثالهای آن کانسارهای وایومینگ و مونتانا در آمریکا است .(Hosterman & Patterson, 1992) کانسارهای بنتونیت از این نوع، به طور کلی بوسیله فرآیندهای دیاژنیتیکی شکل گرفته اند که به معنای دقیق تر شامل واشیشه ای شدن شدید خاکستر، آبگیری و در نهایت بلوری شدن اسمکتیت می شود( (Grim & Guven, 1978نمونه. دوم اکثراً به صورت توده های معدنی متوسط تا کوچک مقیاس نامنظم و یا عدسی شکل شده به وجود می آیند و به طور گسترده در ایتالیا، خاورمیانه، ترکیه و یونان یافت می شوند( e.g. Christidis et al., 1995; Yalcin & Gumuser, 2000; .(Yildiz & Kuscu, 2004 کانسارهای بنتونیت این گروه نه تنها به صورت دیاژنتیک بلکه توسط جریانهای گرمابی و دگرسانی ثانویه نیز شکل می گیرند.

۶۹

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

به تازگی، مطالعات دقیقی در سطح جهان در ارتباط با نحوه شکل گیری و رفتار عناصر اصلی، فرعی و بویژه عناصر خاکی کمیاب بر روی کانسارهای بنتونیت انجام شده است.( Spears et al., 1999 ; Christidis , 2001; Berkley &

Baird, 2002; pellenard et al., 2003; Muchangos, 2006; Foreman et al,. 2007; savage et al., 2007; Huff, 2008; Kolarikova & Hanus, 2008 ; Hints et al., 2008; Abedini et al., .(2009 این کانسارها در فرآیند دیاژنتیکی، گرمابی و یا در آخرین مراحل

دگرسانی ایجاد می شوند. ( .(Takagi et al., 2005

از دیدگاه زایشی به طور کلی بنتونیتها به سه روش زیر تشکیل می شوند:

– دگرسانی درجای شیشه آتشفشانی در محیطهای آبی

– دگرسانی گرمابی شیشه آتشفشانی

– دگرسانی ثانویه در آخرین مراحل دگرسانی مواد آذرین که شامل واکنش بخار و گازها با مواد آذرین می شود( .(Christidis et al., 1995

به طور کلی، بنتونیت از راه دگرسانی خاکستر شیشه ای و توف شکل می گیرد. این فرآیند توسط مقدار Al و Mg کنترل می شود و بوسیله برهم کنش شیمیایی به وجود می آید. این برهم کنش بر حرکت کردن عناصر از شیشه دگرسان شده به بنتونیت و بلعکس موثر است. تغییر مواد شیشه ای به اسمکتیت از راه آبپوشی رخ می دهد. زئولیت، چند شکلی های سیلیس و یونهای فلزات محصولات ثانویه این واکنش دگرسانی هستند. رفتار قلیاییها در شکل گیری بنتونیت موثر است. کمبود قلیاییها و فعالیت بالای Mg شکل گیری بنتونیت را تسهیل می کند. ( Hay, .(1977; Senkayi et al., 1984 هنگامی که شستشو موثر نباشد، زئولیت نیز معمولا از ژلهای اولیه به وجود می آید ( Mariner& Surdam, 1970;

×پاییز ۹۱، شماره ۵

Taylor & Surdam, 1981; Steefel & Van Cappellen, 1990; .(Yildiz & Kuscu, 2004

کانسارهای بنتونیتی ایران در۶ منطقه پدید آمده است که بیشتر آنها در ارتباط با فعالیتهای آتشفشانی سنوزوئیک است .تفکیک این مناطق می تواند برای پی جوئی بنتونیت مفید باشد. این مناطق به قرار زیر است :

-۱ زون بنتونیتی سمنان – ترود

-۲ زون بنتونیتی البرز – آذربایجان

-۳ زون بنتونیتی خاور ایران

-۴ زون بنتونیتی ایران مرکزی

-۵ زون بنتونیتی تفرش – تکاب علاوه بر این ۵ زون، در رشته کوههای زاگرس نیز منابع و نشانه های بنتونیتی

وجود دارد که به نام بنتونیتهای زون زاگرس نامیده می شود(حجازی و قربانی، .(۱۳۷۳

معدن چاه گلستان در ۲۳ کیلومتری جنوب شهرستان سرایان در استان خراسان جنوبی (شکل (۱ و دارای ذخیره قطعی ۷۹۰ هزار تن است. گستره مورد بررسی از نظر موقعیت زمین شناسی ایران بخشی از زون بنتونیت خاور ایران و در پیوند با سنگهای آتشفشانی ائوسن زیرین تا ائوسن بالایی است(حجازی و قربانی، .(۱۳۷۳ از نظر موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه در طول جغرافیایی ۳۱ ۵۸ شرقی و عرض جغرافیایی ۳۳ ۳۵ شمالی قرار دارد. هدف این پژوهش تعیین شرایط تشکیل و زایش معدن بنتونیت چاه گلستان با استفاده از مطالعات کانی شناسی و زمین شیمیایی است. تا کنون بجز تعدادی گزارش، مطالعه دقیقی بر روی این کانسار انجام نگرفته است.

شکل .۱ نقشه زمین شناسی منطقه مورد مطالعه و موقعیت معدن چاه گلستان ( نادری میقان، ۱۳۷۹ با تغییرات)

۷۰

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

روش کار و نمونه برداری

در سه مرحله بازدید صحرایی، پس از بررسی زمین شناسی و شناسایی منطقه، از واحدهای سنگی سالم، هوازده و ماده معدنی بر اساس رنگ، چگالی، درجه سنگ شدگی و بافت، نمونه برداری سیستماتیک انجام گرفت. نمونه ها از عمق ۳۵ تا ۴۰ سانتی متری برداشته شدند تا تاثیر هوازدگی و آلودگی سطحی که در اثر اختلاط مواد در حین عملیات خاک برداری از سینه کارهای فعال به وجود آمده، به حداقل برسد. نمونه برداری از سینه کارهای متفاوت این معدن انجام گرفت که گاه فاصله زیادی در حد ۵۰ متر از هم فاصله دارند. نمونه برداری قسمتی از معدن که سنگ درونگیر در آن حضور داشت، از بالا تا به پایین و به طور سیستماتیک همراه با تغییر رنگ بنتونیتها انجام گرفت به طوری که از سنگ کمر بالا((S.GO.A، سنگ حدواسط((S.GO.2 و ۳ نمونه بنتونیت دیگر(S.GO.3، S.GO.4 و (S.Go.5 با رنگهای متفاوت نمونه برداری شد(شکل .(۲ در برخی سینه کارها سنگ درونگیر رخنمونی نداشت و از اینرو تنها از بنتونیت نمونه گرفته شد. برای مقایسه و بررسی بیشتر تغییرات، ۳ نمونه دیگر بنتونیت (نمونه S.G.A وS.G.B و (S.G.C و یک نمونه سنگ درونگیر((S.GO.B از سینه کارهای دیگر معدن برداشته شد که در ادامه در مورد آنها بحث خواهد شد. برای بررسی دقیق کانی های تشکیل دهنده بنتونیتها، به طور کلی ۷ نمونه مورد مطالعه قرار گرفت. ۳ نمونه از آنها برای تجزیه نیمه کمیXRD و تجزیه شیمیایی XRF به دانشگاه گرانادای اسپانیا فرستاده شد و پس از دریافت نتایج و برای اطمینان از درستی آن، ۴ نمونه دیگر نیز توسط شرکت مطالعات معدنی زرآزما مورد بررسی قرار گرفت( جدول.(۱ همچنین به

×پاییز ۹۱، شماره ۵

منظور تجزیه عناصر اصلی، فرعی و خاکی کمیاب هر ۷ نمونه توسط شرکت زرآزما برای انجام تجزیه ICP-MS به استرالیا فرستاده شد (جدول .(۲ در ادامه چند نمونه از سنگ درونگیر برای تهیه مقطع نازک (دانشگاه تربیت معلم تهران) و تجزیه شیمیایی) XRF شرکت زرآزما) انتخاب شدند و از نظر کانیشناسی و زمینشیمی مورد بررسی قرار گرفتند.

مشاهدات و نتایج زمین شناسی عمومی منطقه
منطقه مورد مطالعه در چهار گوش آیسک در پهنه ساختاری لوت واقع است(شکل.(۱ قسمت اعظم بلوک لوت را سنگهای آتشفشانی ترشیری با ترکیب آندزیتی و داسیتی می پوشاند. البته سنگهای قدیمیتر از ترشیری نیز در منطقه وجود دارد که برتری حجمی در آنها با سنگهای رسوبی از نوع سنگ آهک (مربوط به مناطق کم عمق ) و رسوبهای آواری حاوی فسیل (متعلق به پرموتریاس و کرتاسه ) و ماسه سنگهای دارای آثار گیاهی با سن تریاس و ژوراسیک زیرین است (حجازی و قربانی، .(۱۳۷۳ فعالیت آتشفشانی در این منطقه شدید و پیوسته بوده و گدازه های جوانتر، به طور پی در پی، سنگهای پیشین را پوشانده و سنگهای آتشفشانی بلوک لوت را پدید آورده اند. فراوانی سنگهای آتشفشانی ترشیری، بویژه ائوسن، با ضخامتی حدود ۲۰۰ متر که بیش از نیمی از بلوک لوت را می پوشاند، توانسته است شرایط را برای تشکیل بنتونیتها در این منطقه مساعد سازد ( آقانباتی، .(۱۳۸۳

جدول .۱ ترکیب کانی شناختی بنتونیتهای معدن چاه گلستان بر اساس نتایج XRD

۷۱

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×پاییز ۹۱، شماره ۵

جدول .۲ نتایج تجزیه شیمیایی بنتونیتهای معدن چاه گلستان بر اساس تجزیهXRF و ICP-MS

۷۲

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×پاییز ۹۱، شماره ۵

شکل .۲ الف) نمایی از معدن چاه گلستان ب) لایه های بنتونیت (B) در ارتباط با سنگ درونگیر (CR) پ) لایه های بنتونیت (B) ت) کنگلومرای چندزادی ث) بنتونیت قرمز (B) ج) نمونه های بنتونبت برداشت شده، از سنگ درونگیر تا ماده معدنی

معدن بنتونیت چاه گلستان بزرگترین معدن بنتونیت در ناحیه فردوس و سرایان و دارای رخنمونهای متفاوتی از ماده معدنی است که این تفاوتها را می توان از روی رنگ و بافت آنها تشخیص داد. بنتونیت با رنگهای سفید، سبز و صورتی تا قرمز در این معدن قابل مشاهده است (شکل.(۲ در این کانسار بیش از یک افق بنتونیت با مشخصات سنگ شناختی و رنگ مختلف وجود دارد. بنتونیت در این کانسار به رنگهای متفاوت سبز، سفید و قرمز است ولی بیشتر سینه کارهای معدن به دلیل وجود اکسید آهن به رنگ قرمزهستند (شکل۲ ث)

نمونه S.G.B از رخنمونی برداشته شده که در آن سنگ درونگیر رخنمون ندارد و ماده معدنی سفید رنگ و حدود ۷ سانتی متر ضخامت دارد. این بخش از معدن توسط یک واحد کنگلومرای چندزادی پوشیده شده است. اجزا این کنگلومرا عمدتا از آهک ائولیتی، خرده های ماسه سنگی و آهکهای چرت دار تشکیل شده است ( شکل۲ ت).

در سینه کارهای معدن، نمونه برداری به صورت عمودی و سیستماتیک انجام شد. در اینجا سنگ کمر بالا دارای هوازدگی شدید و بافت بادامی شکل است که در آن حفرات ثانویه توسط کوارتز پر شده اند. رنگ بنتونتها از سنگ کمر بالا به سمت پایین از قرمز به سبز کم رنگ تغییر می کند .سنگ درونگیر به طور کامل دگرسان شده است ولی در بعضی مناطق نمونه های حد واسط نیز دیده می شوند.

سنگ شناسی

برای درک بهتر از توع ستگهایی که در نهایت منجر به تشکیل کانسار بنتونیت شده، مطالعه میکروسکوپی سنگها ضروری است که شرح آن در زیر آمده است: