زمین شناسی، کانه زایی و ژئوشیمی ایزوتوپ های گوگرد کانسار مس (نقره) نوع مانتو کاهوان، جنوب شاهرود، ایران

مقدمه نوار طرود- چاه شیرین در استان سمنان، نتیجه رخدادهای آتشفشانی- ماگمایی ترسیری است. نقشه بردارهای زمین شناسی، ژئوشیمیایی و معدنی در ناحیه طرود- چاه شیرین سبب شناسایی کانسارهای فلزات پایه و گرانبهای متعددی شده است، که معادن، کانسارها و آثار معدنی فلزات پایه (مس، سرب و روی) و گرانبها (طلا و نقره)، آهن، منگنز و کانسارهای غیرفلزی مانند فیروزه، فلدسپات، باریت، کائولن، زئولیت، بنتونیت، سلستیت، سیلیس، آمتیست، سولفات سدیم، سنگ گچ، سنگ نمک و املاح تبخیری از آن جمله هستند. کانسار مس (نقره) کاهوان در فاصله ۱۲۵ کیلومتری جنوب شاهرود در استان سمنان واقع است و دسترسی به آن از طریق جاده های آسفالتی شاهرود- طرود و شاهرود- دامغان- معلمان- طرود امکان پذیر است. در این پژوهش، کانسار کاهوان از نظر زمین شناسی، کانه زایی، ژئوشیمی و الگوی زایشی بررسی می شود. مواد و روش­ها در این تحقیق، تعداد ۵۰ نمونه از سنگ­ها و کانسنگ ها برای مطالعات سنگ­نگاری، کانی­شناسی و بافت کانی ها انتخاب شده است. برای انجام مطالعات ژئوشیمی تعداد ۱۴ نمونه سنگ و ۴ نمونه کانسنگ برداشت شده است. تمامی نمونه­ها برای اندازه گیری مقادیر اکسید عناصر اصلی به روش ذوب قلیایی و برای اندازه گیری مقادیر عناصر اصلی، کمیاب و خاکی کمیاب به روش مخلوط چهار اسید آماده سازی شده و با استفاده از دستگاه­های طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی- نشر نوری/جرمی (ICP-OES/MS) در آزمایشگاه زرآزما در تهران تجزیه شده است. تعداد ۲ نمونه کالکوسیت خالص در آزمایشگاه ژئوشیمیایی شرکت مصباح انرژی با استفاده از دستگاه طیف سنج جرمی ایزوتوپی با دقت بالا (IRMS) برای اندازه گیری نسبت ایزوتوپی گوگرد تجزیه شده اند. نتایج و بحث زمین شناسی: محدوده مس کاهوان در بخش شمالی پهنه ایران مرکزی و در نوار ماگمایی طرود- چاه شیرین واقع است. در محدوده کاهوان، سنگ های رسوبی (شیل، سنگ آهک، ماسه سنگ و مارن)، سنگ های آذرآواری، سنگ های آتشفشانی و دایک‎های آندزیتی و بازالتی رخنمون دارند. بخش عمده ای از محدوده کاهوان را سنگ های آذرآواری تشکیل می دهد، که متشکل از توف های اپی کلستیک، توف کریستالین، لیتیک توف، توف ماسه ای، ماسه سنگ توفی و شیل توفی است. توف های اپی کلستیک و به ویژه در امتداد روندهای گسلی، میزبان کانه زایی مس (کالکوسیت، مالاکیت، کریزوکولا و آزوریت) است. سنگ های آتشفشانی نیز گسترش قابل ملاحظه ای دارند. واحد های آتشفشانی که بعضا ساخت منشوری دارند بر روی واحد های آذرآواری ائوسن و گاهی به صورت بین لایه ای در درون واحد های آذرآواری مشاهده می شوند. ترکیب واحد های آتشفشانی از آندزیت، تراکی آندزیت، آندزیت-بازالت، بازالت و الیوین بازالت تغییر می کند. در محدوده کاهوان، مجموعه آتشفشانی- آذرآواری- رسوبی ائوسن میانی- پسین بوسیله دایک های تراکی آندزیتی و الیوین بازالتی به سن ائوسن پسین تا الیگوسن قطع می شوند. دگرسانی: در محدوده ی کاهوان، بسته به ترکیب شیمیایی سنگ های میزبان، شیمی سیالات گرمابی، دما و فشار، دگرسانی ها شامل انواع پروپیلیتی، آرژیلی، کلریتی، زئولیتی، سیلیسی و کربناتی می باشند. کلریت، اپیدوت، کلسیت و آلبیت از کانی های شاخص منطقه دگرسانی پروپیلیتی است و سنگ های آتشفشانی و آذرآواری با ترکیب آندزیت - بازالت تا الیوین بازالت متحمل این دگرسانی شده اند. دگرسانی آرژیلی، به وسیله تشکیل کانی های رسی به ویژه کائولینیت، مونتموریلونیت و ایلیت مشخص می شود که معمولا در نتیجه تاثیر محلول های گرمابی اسیدی بر روی آلکالی فلدسپارها ایجاد می شوند. در این محدوده، سنگ‎های آتشفشانی و آذرآواری با ترکیب آندزیت تا تراکی آندزیت متحمل دگرسانی آرژیلی شده‎اند. دگرسانی زئولیتی، با تشکیل زئولیت از کانی های سیلیکاتی اولیه به واسطه عمل سیالات گرمابی دمای پایین مشخص می شود. دگرسانی سیلیسی و کربناتی به شکل های رگه - رگچه‎ای، پر شدگی فضای بین قطعات برش، پرشدگی حفرات و سیلیسی شدن زمینه در سنگ های آتشفشانی-آذرآواری مشاهده می شود. کانه زایی: در محدوده کاهوان، کانه زایی مس بیشتر به شکل های رگه - رگچه ای، برشی و پرشدگی حفرات در سنگ های آتشفشانی - رسوبی مشاهده می شود. در این محدوده، سامانه های رگه ای بر اساس کانی های مهم سازنده ی آن ها به انواع رگه های سیلیسی، سیلیسی- سولفیدی، اکسید آهنی، سیلیسی- کلریتی± کلسیتی و سیلیسی- کلسیتی تقسیم می شوند. در کانه زایی برشی، فضاهای خالی میان قطعات برش با کانی های باطله و معدنی (کوارتز، کلریت، کلسیت، کالکوسیت و مالاکیت) پر می شود. جنس قطعات برش‎ها، آندزیت، تراکی آندزیت، آندزیت - بازالت و بازالت است. در کانه زایی از نوع پرشدگی فضاهای خالی، کانی های باطله (کوارتز، کلریت و کلسیت) و معدنی (کالکوسیت، کریزوکولا، مالاکیت و آزوریت) در حفرات سنگ های آتشفشانی (آندزیت، آندزیت - بازالت، الیوین بازالت) و در فضای بین قطعات در توف های اپی کلستیک تشکیل شده اند. بر پایه مطالعات کانی شناسی، ساخت و بافت، در سامانه کانه زایی کاهوان کانی ها در دو مرحله درون زاد (هیپوژن) و برون زاد (سوپرژن) تشکیل شده اند. در مرحله درونزاد، کانی های سولفیدی از قبیل پیریت، کالکوپیریت و کالکوسیت اولیه از سیال گرمابی فلزدار و داغ به وجود آمده اند. کالکوسیت کانی اصلی در این مرحله است که به ندرت با دانه های پراکنده و ریزی از پیریت، کالکوپیریت و بورنیت همراهی می شود. در مرحله برون زاد، به واسطه فعالیت آب های جوی تحت شرایط اکسیداسیون سطحی (سوپرژن اکسیدی)، کانی های از قبیل کریزوکولا، مالاکیت، آزوریت، اکسید و هیدروکسیدهای آهن (هماتیت، گوئتیت و لیمونیت) و در منطقه سوپرژن احیایی کالکوسیت ثانویه، کوولیت و بندرت مس خالص تشکیل شده است. کانی های برون زاد، در نتیجه جانشینی کانی های سولفیدی اولیه نظیر کالکوسیت و کالکوپیریت (بیشتر کالکوسیت) شکل گرفته اند. کوارتز، کلریت، اپیدوت، زئولیت، کلسیت و ژیپس از کانی های باطله مهم در سامانه کانه زایی کاهوان هستند. کانی های باطله و معدنی به شکل بافت های رگه-رگچه ای، برشی، پرشدگی حفرات، شعاعی و جانشینی مشاهده می شوند. ژئوشیمی: در نمودارهای طبقه­بندی شیمیایی، سنگ های آتشفشانی و دایک ها در محدوده­ی آندزیت، داسیت، تراکی آندزیت، آندزیت بازالتی و بازالت جای گرفته اند. در نمودارهای تعیین سری ماگمایی و محیط تکتونیکی، سنگ های منطقه از نوع کالک آلکالن بوده و در محدوده بازالت های کمان های قاره ای مربوط به مناطق فرورانش قرار گرفته اند. در نمونه های کانسنگ مقادیر عناصر Cu، Ag، Zn، Pb، و Mo با فراوانی پوسته ای آن ها مقایسه شده است. نتایج این بررسی ها نشان می دهد که غلظت های مس و نقره به صورت تمرکز کانساری و سرب در آستانه غنی شدگی قرار دارند، در حالی که مقادیر سایر عناصر پایین می باشد. در این پژوهش، میانگین غلظت عناصر کمیاب و خاکی کمیاب در نمونه های سنگ های آتشفشانی و کانسنگ به ترکیب گوشته اولیه و کندریت به هنجار شده است. رفتار ژئوشیمیایی عناصر در این الگوها، بیانگر قرابت ژنتیکی میان سنگ های آتشفشانی و کانه زایی است. مقادیر نسبت ایزوتوپی گوگرد (δ۳۴S) ۶/۷- در هزار و ۴/۵- در هزار (میانگین ۵/۶- در هزار) در کالکوسیت کانسار مس کاهوان با برخی از کانسارهای مس نوع مانتو در ایران و کشور شیلی مقایسه شده است و کانسار کاهوان بیشترین شباهت را با کانسار مس نوع مانتو نارباغی شرقی دارد. منشاء احتمالی گوگرد کالکوسیت، از پیریت های اولیه تشکیل شده در مرحله دیاژنز آغازین طی فرایند احیای باکتریایی سولفات آب دریا می باشد. الگوی تشکیل کانسار: مقایسه ویژگی های زمین شناسی و معدنی کانسار مس (نقره) کاهوان با انواع مختلف کانسارهای مس، بیشترین مشابهت این کانسار را با کانسارهای مس با سنگ میزبان آتشفشانی نشان می دهد. از اینرو، پاره ای از ویژگی های مهم این کانسار با انواع کانسارهای مس با سنگ میزبان آتشفشانی (کانسارهای مس نوع میشیگان، مانتو و لایه سرخ آتشفشانی) مقایسه شده است، که در این میان کانسار کاهوان شباهت زیادی با کانسارهای مس نوع مانتو دارد. در محدوده ی کاهوان، کانه زایی مس در طول سه مرحله اصلی تشکیل شده است: مرحله پیش از کانه زایی، در این مرحله فعالیت های آتشفشانی- رسوبی به صورت فوران های متناوب گدازه ای و آذرآواری (با ترکیب حدواسط تا مافیک) و رسوبی در محیط کمان آتشفشانی مرتبط به فرورانش رخ داده است و توالی از سنگ های آتشفشانی، آذرآواری و رسوبی به سن ائوسن میانی- پسین تشکیل شده است. گدازه های بازالتی غنی از گاز، پس از فوران و به دنبال سرد شدن سریع، دچار شکستگی های گسترده شده و حفرات فراوانی در آن ها پدیدار شده است. هم زمان، در مرحله دیاژنز اولیه فعالیت باکتری های احیاکننده سولفات موجب ایجاد شرایط احیایی در رسوبات شده و زمینه برای نهشت پیریت در سنگ های میزبان فراهم شده است. پیدایش پیریت در این مرحله عامل کلیدی در ایجاد محیط احیایی مناسب برای تشکیل کانی های مس دار در مراحل بعدی بوده است. در مرحله دیاژنز تدفینی و دگرگونی درجه پایین، با تداوم ته نشست مواد و افزایش ضخامت توالی آتشفشانی- رسوبی، این واحدها تحت فرآیند تدفین عمیق قرار می گیرند. در اثر افزایش دما و فشار، دگرگونی درجه پایین رخ داده و موجب آزادسازی مس و عناصر دیگر از شبکه بلوری کانی های سیلیکاتی از قبیل فلدسپار، آمفیبول، پیروکسن و مگنتیت می شود. این رویداد می تواند نشانگر تغییرات شیمی آب -شورابه در حوضه باشد و موجب آغاز شستشوی مس از سنگ های آتشفشانی - آذرآواری میزبان می شود. در این فرآیند، کانی هایی نظیر فلدسپارها به کانی های ثانویه نظیر زئولیت، کلسیت، اپیدوت، سریسیت، و آمفیبول و پیروکسن به کلریت، اپیدوت، بیوتیت، مگنتیت، هماتیت، سولفیدها، و مگنتیت اولیه به هماتیت دگرسان می شوند. حجم قابل توجهی از توالی های آتشفشانی- رسوبی، فعالیت های آتشفشانی و نفوذی های عمیق و نیمه عمیق (توده های دیوریتی و مونزودیوریتی و دایک های الیوین بازالتی و تراکی آندزیتی) در این منطقه، می تواند حرارت بالایی را ایجاد کند، که موجب تحرک سیالات و شورابه های اکسیدان منفذی می شود و این سیالات به دلیل دمای بالای محیط و گردش در سنگ های آتشفشانی و آذرآواری، غنی از مس می شوند. مس آزاد شده به شکل یون های مس توسط سیالات دما بالای ناشی از دیاژنز تدفینی حمل شده و به سمت زون هایی با نفوذپذیری بالا و شرایط احیایی پیشین هدایت می شود. در این مکان ها، سدهای ژئوشیمیایی (از قبیل سنگ های پیریت دار، سنگ های کربناتی و ...) و فیزیکی (وجود لایه های غیرقابل نفوذ نظیر کوژ گسلی و ...)، سبب ناپایداری کمپلکس های مس دار شده و کانی های سولفیدی اولیه مس نظیر کالکوپیریت، بورنیت و کالکوسیت به شکل های رگه-رگچه ای، برشی و پرکننده ی حفرات و بادامک ها در سنگ های آتشفشانی و آذرآواری میزبان تشکیل می شوند. آهن آزاد شده از تجزیه پیریت، به صورت های هماتیت ته نشین می شود. پس از تشکیل کانسنگ سولفیدی اولیه مس، با رخداد فازهای کوهزایی و بالا آمدگی، توالی آتشفشانی رسوبی ائوسن دچار چین خوردگی و گسل خوردگی شده است. در مرحله برون زاد، تاثیر آب های جوی اکسیژن دار موجب اکسیداسیون سولفیدهای مس اولیه می شود. در نتیجه این فرآیند، کانی های مس دار اولیه از قبیل کالکوسیت، کالکوپیریت و بورنیت دچار جانشینی شده و مالاکیت، کریزوکولا، آزوریت، هماتیت، گوئتیت و لیمونیت در بخش سوپرژن اکسیدی، و کالکوسیت ثانویه، کوولیت و به ندرت مس خالص در بخش سوپرژن احیایی تشکیل می شوند. فرآیندهای اکسیداسیون نه تنها ترکیب کانی شناسی کانسنگ را تغییر می دهند، بلکه موجب غنی سازی ثانویه مس در بخش های سطحی کانسار می شوند. نتیجه­گیری در محدوده کاهوان، کانه زایی مس به صورت چینه کران در واحد اپی کلستیک و سنگ های آتشفشانی با ترکیب آندزیت تا آندزیت بازالتی رخ داده است. ویژگی های ژئوشیمیایی سنگ های آتشفشانی و کانسنگ ها از تشکیل آن ها در یک محیط کششی درون کمانی مرتبط با منطقه فرورانش حکایت دارد. کانی شناسی کانسار ساده است و بیشتر شامل کالکوسیت، مالاکیت و کریزوکولا است. اشکال رگه - رگچه ای، برشی و پرشدگی حفرات و بادامک ها از بافت های غالب کانه زایی می باشند. دگرسانی‎ها شامل مناطق پروپیلیتی (به ویژه کلریتی و اپیدوتی شدن)، آرژیلی، زئولیتی، سیلیسی و کربناتی هستند. مس عنصر اصلی و نقره عنصر جانبی کانه زایی است. منشاء احتمالی گوگرد در سولفیدهای مس، از پیریت های اولیه مرحله دیاژنز آغازین، طی فرایند احیای باکتریایی سولفات آب دریا تامین شده است. کانسار کاهوان بیشترین شباهت را با کانسارهای مس نوع مانتو با سنگ میزبان آندزیت تا آندزیت بازالتی دارد.

کلیدواژه ها:

ائوسن ، توالی آتشفشانی-رسوبی ، کاهوان ، مس نوع مانتو ، نوار ماگمایی طرود - چاه شیرین