نشریه علوم زمین خوارزمی

نشریه علوم زمین خوارزمی

شیمی کانی کمیاب ایلویت به عنوان ثبت‌کننده شرایط ترمودینامیکی دگرسانی پسرونده و شاخص فلززایی در تفکیک ذخایر اسکارن: مثالی از کانسار آهن در پهنه سنندج-سیرجان شمالی

نویسنده
ابراهیم طالع فاضل
دانشگاه بوعلی سینا
10.22034/KJES.2023.9.1.101355
چکیده
ایلویت با ترکیب CaFe22+Fe3+(Si2O7)O(OH) از کانی­‌های کمیاب مهم در مرحله دگرسانی پسرونده ذخایر اسکارن محسوب می‌­شود. در این پژوهش با استفاده از شواهد میکروسکوپی، پراش پرتو ایکس (XRD) و تجزیه ریزکاوالکترونی (EPMA) به بررسی خصوصیات بلورشناسی، شیمی بلور و شرایط ترمودینامیکی رخداد ایلویت در تکوین یک کانسار اسکارن پرداخته شده است. کانسار اسکارن آهن غلام آباد (ذخیره قطعی 1/3 میلیون تن و عیار متوسط 37/2 درصد FeO)، در 30 کیلومتری جنوب‌­غرب دهگلان و پهنه سنندج- سیرجان شمالی، قرار دارد. اسکارن­‌زایی در این ذخیره در محل تماس آلکالی گرانیت پورفیری (ژوراسیک بالایی) و توالی سیلت‌­سنگ ­توفی (تریاس- ژوراسیک) روی داده که طبق آن دگرسانی پیشرونده آندرادیت قهوه­ای-هدنبرژیت نزدیک به توده نفوذی و دگرسانی پسرونده اپیدوت- اکتینولیت- ایلویت در مجاورت سنگ‌­های آتشفشانی شکل گرفته است. ایلویت در کانسار غلام آباد با فرمول تجربی Ca0.90Fe2+1.88Fe3+0.98Al0.04Mn0.04Si2.14O8(OH)طی مراحل اولیه دگرسانی پسرونده (دمای 400 تا C° 470 و ∆logfO2(HM) بین 4/2- تا 4-) از واکنش کانی­‌های آندرادیت، مگنتیت و کوارتز شکل گرفته است. پس از آن در مراحل پایانی این دگرسانی (دمای 270 تا C° 350)، با افزایش فعالیت XCO2 (0/05 تا 0/005) و کاهش محتوای اکسیژن محیط (مقادیر ∆logfO2(HM) کمتر از 4/5-)، ایلویت به مجموعه کانی­‌های مگنتیت، کلسیت و فرواکتینولیت تجزیه شده است. طبق نتایج EPMA، نسبت بالای Fe2+/Fe3+ (متوسط 1/90) و محتوای پایین Mn2+ (کمتر از 0/05 با فرض مجموع 6 کاتیون) در ترکیب ایلویت کانسار غلام آباد حاکی از ارتباط آن با اسکارن‌های آهن بوده که آن را از سایر ذخایر اسکارن‌ متمایز می­‌نماید. در مجموع، اگرچه ایلویت به­‌عنوان کانی کمیاب در اکثر اسکارن­‌ها است، اما نتایج این پژوهش نشان می­‌دهد که از ترکیب و ترمودینامیک این کانی می­‌توان برای تمایز انواع ذخایر اسکارن و تکوین فرایندهای ژئوشیمیایی- اسکارن‌­زایی بهره گرفت.
کلیدواژه‌ها
ایلویت
اسکارن آهن
تجزیه ریزکاوالکترونی
پهنه سنندج- سیرجان شمالی

عنوان مقاله English

Ilvaite trace mineral chemistry as a thermodynamic recorder of retrograde alteration and metallogenic indicator for discrimination of skarn deposits: an example from the iron deposit in North Sanandaj-Sirjan Zone

نویسنده English

Ebrahim Tale Fazel
Bu-Ali Sina University
چکیده English

Ilvaite, CaFe22+Fe3+(Si2O7)O(OH), is one of the important trace minerals in the retrograde alteration stage of skarn deposits. In this contribution, by using microscopic evidence, X-ray diffraction (XRD) and electron microprobe analysis (EPMA), the crystallographic characteristics, crystal chemistry and thermodynamic conditions of ilvaite have been investigated in the formation of skarn deposits. The Gholamabad iron skarn deposit (1.3 Mt with an average grade of 37.2% FeO) is located 30 km SW of Dehgolan, North Sanandaj-Sirjan Zone (N-SaSZ). Skarn formation has occurred in this deposit at the contact of alkali granite porphyry (Upper Jurassic) and tuffaceous siltstone sequence (Triassic-Jurassic), which was accompanied by progressive alteration of brown andradite-hedenbergite near the intrusive body and retrograde alteration of epidote-actinolite-calcite in the vicinity of volcanic rocks. Ilvaite with empirical formula, Ca0.90Fe2+1.88Fe3+0.98Al0.04Mn0.04Mg0.02Si2.14O8(OH), formed from the reaction of andradite, magnetite, and quartz minerals during retrograde alteration stage (temperature 400 to 470 °C and ∆logfO2(HM) between -4.2 and -4.0). Then, in the final stage of retrograde alteration, with increasing XCO2 activity (0.05 to 0.005) and decreasing oxygen content (∆logfO2(HM) < -4.5), ilvaite has been decomposed to the magnetite, calcite, and ferroactinolite assemblage at temperature 270 to 350 °C. According to the results of EPMA, the high ratio of Fe2+/ Fe3+ (avg.= 1.90) and low content of Mn2+ (<0.05 assumed six cation sum) in the ilvaite of Gholamabad deposit indicates that it belongs to Fe skarn deposits, which is different from other skarn systems. In general, although ilvaite is a trace mineral in most skarn systems, the results of this approach show that the composition and thermodynamics of ilvaite can be used to distinguish different types of skarn deposits and the evolution of geochemical-skarnification processes.

کلیدواژه‌ها English

Ilvaite
Fe skarn
electron microprobe analysis
North Sanandaj-Sirjan Zone
Aghanabati, A., 1998. Major sedimentary and structural units of Iran (map). Geosciences. 7 (1), 29-30.
Atkinson, W.W., Einaudi, M.T., 1978. Skarn formation and mineralization in the contact Aureole at Carr Fork, Bingham, Utah. Economic Geology. 73 (7), 1326-1365.
Azizi, H., Asahara, Y., Mehrabi, B., Chung, S.L., 2011. Geochronological and geochemical constraints on the petrogenesis of High-K granite from the Suffiabad area, Sanandaj-Sirjan Zone, NW Iran. Chemie der Erde. 71 (6), 363-376.
Azizi, H., Nouri, F., Stern R. J., Azizi, M., Lucci, F., Asahara, Y., Zarinkoub, M.H., Chung, S. L., 2020. New evidence for Jurassic continental rifting in the northern Sanandaj Sirjan Zone, western Iran: the Ghalaylan seamount, southwest Ghorveh. International Geology Review. 62 (4), 1-23.
Barton, M., Bergen, M.J., 1984. Secondary ilvaite in a dolerite dyke from Rogaland, SW Norway. Mineralogical Magazine. 48 (348), 449-456.
Berberian, F., Berberian, M., 1981. Tectono-plutonic episodes in Iran, In: Zagros, Hindukush, Himalaya Geodynamic Evolution, Eds. Gupta, H.K., Delany, F.M., AGU, 5-32.
Berman, R.G., 1988. Internally-consistent thermodynamic data for minerals in the system Na2O-K2O-CaO-MgO-FeO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-TiO2-H2O-CO2. Journal of Petrology. 29 (2), 445-522.
Bonev, I.K., Vassileva, R.D., Zotov, N., Kouzmanov, K., 2005. Manganilvaite, CaFe2+Fe3+(Mn, Fe2+)(Si2O7)O(OH), a new mineral of the ilvaite group from Pb-Zn skarn deposits in the Rhodope Moutntains. Bulgaria. Canadian Mineralogist. 43 (5), 1027-1042.
Chukhrov, F.V., ed. 1979. Ilvaite. In Minerals Handbook III–1. Nauka, Moscow, Russia 692-709.
Einaudi, M.T., Meinert, L.D., Newberry, R.J., 1981. Skarn deposits. Economic Geology 75th anniversary, 317–391.
Finger, L., Hazen, R.M., Hughes, J.M., 1982. Crystal structure of monoclinic ilvaite: Carnegie Institution of Washington Yearbook. 81 (3), 386-388.
Franchini, M.B., Meinert, L.D., Valles, J.M., 2002. First occurrence of ilvaite in a gold skarn deposit. Economic Geology. 97 (5), 1119-1126.
Gaines, R.V., Skinner, H.C.V., Foord, E.E., Mason, B. Rosenzweig, A. 1997. Danaʼs New Mineralogy (8th ed.). Wiley, New York, N.Y.
Ghose, S., Hewat, A.W., Marezio, M., 1984. A neutron powder diffraction study of the crystal and magnetic structures of ilvaite from 305 to 5K––a mixed valence iron silicate with an electronic transition: Physics and Chemistry of Minerals. 11 (6), 67-74.
Ghose, S., Sen Gupta, P.K., Schlemper, E.O., 1985. Electron ordering in ilvaite, a mixed-valence iron silicate: Crystal structure refinement at 138K. American Mineralogist. 70 (6), 1248-1252.
Graser, G., Markl, G., 2008. Ca-rich ilvaite–epidote–hydrogarnet endoskarns: A record of late magmatic fluid influx into the persodic Ilímaussaq complex, South Greenland. Journal of Petrology. 49 (4), 239-265.
Gustafson, W.I., 1974. The stability of andradite, hedenbergite, and related minerals in the system Ca-Fe-Si-O-H. Journal of Petrology. 15 (4), 455-496.
Jiang, J., Gao, S., Zheng, Y., Lentz, D.R., Huang, J., Liu, J., Tian, K., Jiang, X., 2020. Geological, Geochemical, and Mineralogical Constraints on the Genesis of the Polymetallic Pb-Zn-Rich Nuocang Skarn Deposit, Western Gangdese, Tibet. Minerals. 10 (10), 839.
Kwak, T.P., 1983. The geology and geochemistry of the zoned, Sn-W-F-Be skarns at Mt. Lindsay, Tasmania, Australia. Economic Geology. 78 (3), 1440-1465.
Larsen, A.O., Dahlgren, S., 2002. Ilvaite from the Oslo Graben, Norway. Neues Jahrb. Mineral., Monatsh., 169-181.
Martin, J., and Delgado, A., 2010. Ilvaite stability in skarns from the northern contact of the Maladeta batholith, Central Pyrenees (Spain). European Journal of Mineralogy. 22 (3), 363-380.
Meinert, L., Hedenquist, J.W., Satoh, H., Matsuhisa, Y., 2003. Formation of anhydrous versus hydrous skarn in Cu-Au ore deposits by magmatic fluids. Economic Geology. 98 (7), 147-156.
Meinert, L.D., 1987. Skarn zonation and fluid evolution in the Groundhog mine, Central Mining district, New Mexico. Economic Geology. 82 (6), 523-545.
Meinert, L.D., 1992. Skarns and skarn deposits. Geoscience Canada. 19 (5), 145-162.
Meinert, L.D., 1998. A review of skarns that contain gold, in Lentz, D.R., ed., Mineralized intrusion-related skarn systems: Mineralogical Association of Canada Short Course Series, 26 (5), 359-414.
Miao, Y., DICK, J.M., Jing-wen, M., Cheng-you, F., Bin, L., An-huai, L., Yong-feng, Z., Jian-qing, L. 2019. Ilvaite as a thermodynamic recorder of multistage retrograde alteration in large Galinge skarn Fe deposit, western China. Journal of Central South University, 26 (12), 3534-3550.
Misra, K.C., 2000. Understanding mineral deposits. Netherlands: Springer, 857p.
Mohajjel, M., Fergusson, C.L., 2014. Jurassic to Cenozoic tectonics of the Zagros Orogen in northwestern Iran. International Geology Reviews. 56 (3), 263-287.
Nakano, T., 1998. Pyroxene geochemistry as an indicator for skarn metallogenesis in Japan, in Lentz, D.R., ed., Mineralized intrusion-related skarn systems: Mineralogical Association of Canada Short Course Series. 26 (3), 147-167.
Rosenberg, P.E., Foit, F.F., 1977. Fe2+-F avoidance in silicates. Geochemica et Cosmochimica Acta, 41 (11), 345-346.
Sarjoughian, F., Pourkarim, S., Esmaeili, R., Ao, S., Xiao W., Lentz D.R., 2022. Bulk chemistry and Hf isotope ratios of the Almogholagh intrusive complex, western Iran: a consequence of an extensional tectonic regime in the Late Jurassic. International Geology Review. 65 (11), 1878-1899.
Sartipi, H., 2005. Geology Map of Sanandaj. Scale 1/100000. Geology Survey of Iran, Iran.
Sepehr Sanat Asia., 2020. Report of exploration operations during exploitation in the Gholamabad iron mine. 148p. (in Persian)
Wang, Y.S., 1994. Analysis on special case of ilvaite enrichment in a certain iron deposit. Qinghai Geology. 3 (2), 19-20.
Warr, L.N., 2021. IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine. 85, 291-320.
Yajam, S., Ghalamghash, J., 2019. A-type Granites of North Sanandaj-Sirjan zone, new observation, new classification. Scientific Quarterly Journal of Geosciences. 24 (8), 221-230. (in Persian)
Zahedi, H., 1994. Geology Map of Sanandaj. Scale 1/250000. Geology Survey of Iran, Iran.