نگرشی بر کانی شناسی و زایش زئولیتها در محدودۀ هیر واقع در استان اردبیل بر اساس یافتههای ایزوتوپهای پایدار | ||
| پژوهشهای دانش زمین | ||
| مقاله 4، دوره 16، شماره 1 - شماره پیاپی 61، فروردین 1404، صفحه 68-81 اصل مقاله (2.15 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/esrj.2024.104876 | ||
| نویسنده | ||
| علی لطفی بخش* | ||
| گروه زمینشناسی، دانشکده علوم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه زئولیتها که بزرگترین گروه کانیهای سیلیکاتی را تشکیل میدهند به خانوادۀ سیلیکاتهای داربستی تعلق دارند که در آنها بنیانهای چهار وجهی [SiO4]4- و [AlO4]5- در قالب یک شبکۀ سه بعدی به گونهای به یکدیگر متصل میشوند که در بین آنها فضای خالی ایجاد شده و از قرارگیری فضاهای خالی به دنبال هم کانالهایی در ساختار زئولیتها ایجاد میشود. زئولیتها خصوصیات فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی دارند که سبب کاربرد گستردۀ آنها در حوزههای مختلف گردیده است. بیشتر زئولیتها کانیهای ثانویهای هستند که در یک محیط غنی از آب در محدوده دمایی 40 تا 250 درجه سانتیگراد تشکیل میشوند. زئولیتها در طی واکنش سیالات آبی با سنگها در محیطهای مختلف زمین شناسی میتوانند تشکیل شوند. آنها در طی فرآیندهای دیاژنتیکی در سنگهای رسوبی (از جمله نهشتههای آتشفشانی) که میتوانند در چندین محیط زمینشناسی یا سیستمهای هیدرولوژیکی، مانند سیستمهای هیدرولوژیکی باز، سیستمهای هیدرولوژیکی بسته، خاک و رسوبات سطحی و رسوبات عمیق دریایی گروهبندی شوند، تشکیل میشوند. زئولیتهای موجود در حفرههای گدازه آتشفشانی یا در طی دگرگونی تدفینی تودههای گدازه، دگرسانی گرمابی بازالتهای قارهای یا دیاژنز در مناطق با جریان گرمای بالای ناشی از سیستمهای زمین گرمایی فعال تشکیل میشوند. هدف از این پژوهش تعیین نوع کانیهای زئولیت به وجود آمده در سنگ میزبان آتشفشانی واقع در کمربند ماگمایی البرز- آذربایجان در شمال غرب ایران و چگونگی زایش آنها بر پایۀ دادههای به دست آمده از ایزوتوپهای پایدار اکسیژن و دوتریم است. مواد و روشها محدودۀ مورد مطالعه در 25 کیلومتری جنوب شرق اردبیل و شرق شهرستان هیر واقع شده است که بر طبق نقشۀ زیرتقسیمات اصلی تکتونیکی ایران در پهنه آتشفشانی ترشیر-کواترنر بر روی زون البرز غربی - آذربایجان قرار دارد. در این تحقیق برای تعیین نوع سنگهای میزبان از آنالیز فلورسانس پرتوی ایکس (XRF) استفاده شده است. مطالعات پتروگرافی با استفاده از مقاطع نازک میکروسکوپی توسط میکروسکوپ پلاریزان صورت گرفته است. همچنین برای مطالعۀ کانی شناسی نمونهها از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و تعیین ترکیب شیمیایی آنها از روش میکروپروب الکترونی (EMP) استفاده شده است. آنالیز ایزوتوپهای پایدار اکسیژن و هیدروژن جهت تعیین ترکیب ایزوتوپی کانیهای زئولیتی به روش طیف سنج جرمی (MS) انجام شده است. نتایج و بحث واحدهای سنگی در محدودۀ مورد مطالعه از تنوع بالایی برخوردار نبوده و سنگهای آتشفشانی جوان تقریباً تمامی منطقه را پوشاندهاند. تجزیۀ نمونههای برداشت شده از سنگ میزبان نشان داد که زئولیتها در داخل واحد آتشقشانی آندزیتی ائوسن با بافت پورفیری تا مگاپورفیری تشکیل شدهاند. پلاژیوکلازها مهمترین درشتبلورهای سنگ میزبان را تشکیل میدهند. بر اساس نتایج آنالیز XRD و مطالعۀ مقاطع نازک، زئولیتهای منطقه هیر از کانیهای استیلبیت، بارریت، استلریت، شابازیت، اسکولسیت و مزولیت تشکیل شدهاند. بلورهای زئولیت به رنگ شیری تا زرد کمرنگ و اغلب با آرایشهای شعاعی، حبه قندی، دستهای، تیغهای درهم و سوزنی به صورت رگهای، پر کنندۀ فضای خالی و دروزی به طور پراکنده در داخل حفرات و شکستگیهای سنگ میزبان آتشفشانی تشکیل شدهاند. کانیسازی زئولیت در مقاطع نازک به سه صورت تودهای، پر کنندۀ حفرات و میهمان دیده میشود. انواع تودهای استیلبیت اغلب بافت موزاییکی و درهم رشد کرده داشته و انواع پرکننده آن، اغلب بافت شعاعی و بادبزنی دارند. بلورهای سوزنی مزولیت به صورت محدود و در قالب میهمان در داخل برخی از بلورهای استیلبیت تشکیل شدهاند. نتایج حاصل از آنالیز میکروپروب بر روی نمودار Ca+Mg–Na–K+Ba+Sr نشان داد که زئولیتهای بررسی شده شامل استیلبیت، اسکولسیت و شابازیت سرشت کلسیک داشته و استیلبیت و شابازیت در کنار کلسیم به عنوان تشکیل دهندۀ اصلی حاوی مقادیری سدیم نیز در ترکیب خود هستند. همچنین نتایج بررسی ایزوتوپهای اکسیژن و هیدروژن سه نوع زئولیت انتخابی نشان داد که مقادیر ایزوتوپی آنها نزدیک به هم بوده و در نمودار δ18O - δD به موازات محدودۀ آبهای گرمابی جوی و نزدیک به خط کائولینیت واقع شدهاند که نزدیک بودن به خط کائولینیت دلالت به تشکیل آنها تحت شرایط سطحی دارد. استیلبیت، اسکولسیت و شابازیت در محدودۀ دمای زیر 100 درجه سانتیگراد با ترتیب توالی استیلبیت ← اسکولسیت ← شابازیت تشکیل میشوند. نتیجهگیری وجود شواهدی نظیر تشکیل بلورهای درشت و شکلدار زئولیت، محدود بودن آنها به داخل شکافها و شکستگیها سنگهای آتشفشانی جوان و نبود کانیهای دگرگونی متعلق به رخسارۀ زئولیتی (نظیر پرهنیت)، منشأ گرمابی بودن زئولیتها را در منطقۀ هیر نشان میدهند. با توجه به شکل پیدایش کانیهای زئولیت در محدودۀ هیر، وجود سنگ میزبان مناسب و نتایج به دست آمده از مطالعات ایزوتوپهای پایدار تصور میشود که سیالات جوی با نفوذ به داخل واحدهای آتشفشانی و گرم شدن تدریجی، با تخریب ترکیبات شیشهای خمیره سنگها و کانیهای مستعد دگرسانی نظیر پلاژیوکلازها مواد لازم برای تشکیل زئولیتها (CaO, Al2O3, SiO4, Na2O) را فراهم کرده است. سیالات در ادامه با چرخش در داخل حفرات، شکستگیها و فضاهای باز موجود در واحدهای آتشفشانی در مناطق نزدیک به سطح که دمای پایینتری داشتهاند سبب ترسیب آنها شدهاند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| آندزیت؛ ایزوتوپ پایدار؛ زئولیت؛ هیر | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Occurrence and genesis of zeolites located in Hir in Ardabil province based on the stable isotopes findings | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ali Lotfi Bakhsh | ||
| Department of geology, faculty of sciences, University of Mohaghegh Ardabali, Ardabil, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction Zeolites, which form the largest group of silicate minerals, belong to the tectosilicate family, in which the [SiO4]4- and [AlO4]5- tetrahedrals are connected to each other in the form of a three-dimensional network so that an empty space is created between them. Channels are created in the structure of zeolites by placing the empty spaces one after the other. Zeolites have unique physical and chemical properties that have led to their widespread use in various fields. Most zeolites are secondary minerals formed in a water-rich environment in the temperature range of 40 to 250 °C. Zeolites can form during the reaction of aqueous fluids with rocks in various geological environments. They are formed during diagenetic processes in sedimentary rocks (including volcanic deposits) that can be grouped into several geological environments or hydrological systems, such as open hydrological systems, closed hydrological systems, soil and surface sediments, and deep marine sediments. Zeolites in volcanic lava cavities are formed during burial metamorphism of lava masses, hydrothermal alteration of continental basalts, or diagenesis in areas with high heat flow caused by active geothermal systems. The purpose of this research is to determine the type of zeolite minerals formed in the volcanic host rock located in the magmatic belt of Alborz-Azerbaijan in the northwest of Iran and their formation based on the data obtained from stable isotopes of oxygen and deuterium. Materials and Methods The studied area is located 25 km southeast of Ardabil and east of Hir, which according to the map of the main tectonic subdivisions of Iran is located in the Tertiary-Quaternary volcanic zone on the western Alborz-Azerbaijan. In this research, X-ray fluorescence analysis (XRF) has been used to determine the type of host rocks. Petrographic studies were done using microscopic thin sections by polarizing microscope. X-ray diffraction (XRD) and electron microprobe (EMP) analysis have also been used to study the mineralogy of the samples and their chemical composition. The analysis of stable isotopes of oxygen and hydrogen has been performed to determine the isotopic composition of zeolite minerals by mass spectrometer (MS) method. Results and Discussion Lithology in the studied area do not have high diversity and young volcanic rocks cover almost the entire area. The analysis of samples taken from the host rock showed that zeolites were formed in the Eocene andesitic volcanic unit with porphyry to megaporphyry texture. Plagioclases make up the most important phenocrysts of the host rock. Based on the results of XRD analysis and the study of thin sections, the zeolites of Hir region are composed of stilbite, barrerite, stellerite, chabazite, scolecite and mesolite minerals. The zeolite crystals are milky to pale yellow in color and often with radial, sugar cube, fascicled, intergrown blades and needles in the form of veins, filling the pore space and druses are scattered inside the cavities and fractures of the volcanic host rock. Zeolite mineralization in thin sections occurs as massive, open- space filling and inclusion. The massive types of stilbite often have a mosaic and intergrown texture, and its space filling types often have a radial and fan-like texture. Needle crystals of mesolite are formed in limited form as inclusions inside some stilbite crystals. The results of the microprobe analysis on the Ca+Mg–Na–K+Ba+Sr diagram showed that the studied zeolites including stilbite, scolecite and chabazite have a calcic nature, and stilbite and chabazite contain some amounts of sodium in addition to calcium as the main component. Also, the results of the analysis of oxygen and hydrogen isotopes of three selected zeolites showed that their isotopic values are close to each other and they are located in the δ18O-δD diagram in the field of meteoric hydrothermal waters and close to the kaolinite line. Being close the kaolinite line indicates their formation under surface conditions. Stilbite, scolecite and chabazite are formed at temperatures below 100 degrees Celsius in the order of stilbite → scolecite → chabazite. Conclusion The presence of evidences such as the formation of large and euhedral zeolite crystals, their limitation to the cracks and fractures of young volcanic rocks, and the absence of metamorphic zeolite facies minerals (such as perhenite) show the hydrothermal origin of zeolites in the Hir area. According to the appearance of zeolite minerals in the Hir area, the presence of suitable host rock and the results obtained from stable isotope studies, it is thought that the meteoric fluids penetrated into the volcanic units and were gradually heated. Then, by decomposition the glass matrix of the rocks and minerals prone to alteration such as plagioclase, they have provided the necessary materials (CaO, Al2O3, SiO4, Na2O) for the formation of zeolites. Zeolite minerals have formed by circulation inside the cavities, fractures and open spaces in the volcanic units in areas near the surface that have lower temperature. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Andesite, Stable isotope, Zeolite, Hir | ||
| مراجع | ||
|
Abdioğlu Yazar, E., 2012. Mineralogy and chemistry of zeolites and associated minerals in Tertiary alkaline volcanics from the Eastern Pontides, NE Turkey. Journal of Mineralogy and Geochemistry, v. 189(1), p. 35-47. Aghanabati, S.A., 2004. Geology of Iran. 586 p. (In Persian). Boles, J.R. and Coombs, D.S., 1977. Zeolite facies alteration of sandstones in the southland syncline, New Zealand. American Journal of Science, v. 277(8), p. 982-1012. Castro, A., Aghazadeh, M., Badrzadeh, Z. and Chichorro, M., 2013. Late Eocene–Oligocene post-collisional monzonitic intrusions from the Alborz magmatic belt, NW Iran. An example of monzonite magma generation from a metasomatized mantle source. Lithos, v. 180-181, p. 109-127. Gottardi, G., 1989. The genesis of zeolites, European Journal of Mineralogy, v. 1(4), p. 479-488. Hay, R. and Sheppard, R., 2001. Occurrence of zeolites in sedimentary rocks: An overview. In: D.L. Bish and D.W. Ming (eds.), Natural Zeolites: Occurence, Properties, Applications, Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 45, Washington, D.C., p. 217-234. Kousehlar, M., Weisenberger, T.B., Tutti, F. and Mirnejad, M., 2012. Fluid control on low-temperature mineral formation in volcanic rocks of Kahrizak, Iran. Geofluids, v. 12(4), p. 295-311. Kristmannsdottir, H. and Tomasson, J., 1978. Zeolite zones in geothermal areas of Iceland. – In: Sand, L.B., and Mumpton, F.M. (eds.): Natural zeolite, occurrence, properties and use. – Pergamon Press, Oxford, UK. p. 277- 284. Langella, A., Cappelletti, P. and de’ Gennaro, R., 2001. Zeolites in closed hydrologic systems. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, v. 45(1), p. 235-260. Loiola, A.R., Andrade, J.C.R.A., Sasaki, J.M. and da Silva, L.R.D., 2012. Structural analysis of zeolite NaA synthesized by a cost-effective hydrothermal method using kaolin and its use as water softener. Journal of Colloid and Interface Science, v. 367(1), p. 34-39. Ming, D.W. and Mumpton, F.A., 1989. Zeolites in soils. In: J.B. Dixon and S.B. Weed (eds), Minerals in Soil environments. Soil Science Society of America, Wisconsin, p. 873-911. Neuhoff, P.S., Fridriksson, T. and Arnórsson, S., 1999. Porosity evolution and mineral paragenesis during low-grade metamorphism of basaltic lavas at Teigarhorn, Eastern Iceland. American Journal of Science, v. 299(6), p. 467-501. Ottens, B., Schuster, R. and Benkó, Z., 2022. The Secondary Minerals from the Pillow Basalt of Salsette-Mumbai, Deccan Volcanic Province, India. Minerals, v. 12(4), 444 p. Scott, M.A., Kathleen, A.C. and Dutta, P.K., 2003. Handbook of zeolite science and technology, CRC Press, New York, 1204 p. Siani, M., Mehrabi, B., Azizi, H., Wilkinson, C.M. and Ganerod, M., 2015. Geochemistry and geochronology of the volcano-plutonic rocks associated with the Glojeh epithermal gold mineralization, NW Iran. Open Geosciences, v. 2015(7), p. 207-222. Stocklin, J., 1977. Structural correlation of the Alpine ranges between Iran and central Asia, Mem. Ser. Society of Geology of France, v. 8, p. 333-353. Taylor, H.P., 1974. The application of oxygen and hydrogen isotope studies to problems of hydrothermal alteration and ore deposition. Economic Geology, v. 69(6), p. 843-883. Walker, G.P.L., 1960. Zeolite zones and dike distribution in relation to the structure of the basalts of eastern Iceland. The Journal of Geology, v. 68(5), p. 515-528. Weisenberger, T., 2009. Zeolites in fissures of crystalline basement rocks, PhD thesis, Universität Freiburg. Weisenberger, T.B and Selbekk, R.S., 2009. Multi-stage zeolite facies mineralization in the Hvalfjördur area, Iceland. International Journal of Earth Sciences, v. 98(5), p. 985-999. Winchester, J.A. and Floyd, P.A., 1977. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chemical Geology, v. 20, p. 325-343. Xu, R., Wenqin, P., Jihong, Y., Qisheng, H. and Jiesheng, C., 2007. Chemistry of zeolites and related porous materials: Synthesis and Structure, John Wiley & Sons, 696 p.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 3,647 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,806 |
||