نشریه علوم زمین خوارزمی

نشریه علوم زمین خوارزمی

توف‌های بنتونیتی شمال قزوین: تغییرات ژئوشیمیایی و نحوه تشکیل

نویسندگان
عباس آسیابانها 1
نرگس خمسه 2
سید جمال حسینی طالقانی 3
1 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین
2 دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران
3 سازمان صنعت، معدن و تجارت استان قزوین، قزوین
10.22034/KJES.2023.8.2.101572
چکیده
در پهنه البرز غربی، دو نهشته بنتونیتی (نیاق و اردبیلک) در نزدیکی هم و در یک افق چینه شناسی، ولی با مجموعه کانی‌‌های دگرسانی تقریباً متفاوت وجود دارند (در نیاق همراه با ایلیت و در اردبیلک بدون ایلیت). توف‌‌های دگرسان نشده از نوع لیتیک کریستال توف و کریستال ویتریک توف بوده و از کانی‌‌های کوارتز، پلاژیوکلاز، بیوتیت، پتاسیم‌فلدسپار و کانی‌‌های تیره همراه با خرده­‌های سنگی و مقدار قابل توجهی (تا 40درصد حجمی) زمینه شیشه­ای تشکیل شده­اند. نتایج پراش پرتو ایکس نشان می­دهد که مونتموریلونیت + آلکالی فلدسپار + پلاژیوکلاز + کوارتز ± ایلیت ± کائولینیت، مجموعه کانی‌‌های پهنه دگرسانی در مناطق مورد مطالعه هستند. با این حال، به دلیل فراوانی بیشتر ایلیت در منطقه نیاق، این نهشته از مرغوبیت بالاتری نسبت به نهشته اردبیلک برخوردار است. بررسی ژئوشیمی عناصر اصلی حکایت از آن دارد که Na2O، K2O و تا حد کمتری Al2O3 و Fe2O3 در پهنه­‌های دگرسانی تهی شده­اند. در صورتی که SiO2 و CaO رفتار متفاوتی در دو منطقه مورد مطالعه نشان می­دهند؛ به این معنی که در نیاق SiO2 غنی و CaO تهی و در اردبیلک SiO2 تهی و CaO غنی شده­اند. عناصر نادر خاکی در پهنه­‌های دگرسانی هر دو ناحیه غنی­ شده­اند. در صورتی که عنصر Eu تهی شدگی قابل توجه نشان می­دهد (به ویژه در نیاق) که خود می­تواند به دلیل دگرسانی فلدسپارها و شستشوی Eu در سیالات آبگین باشد. به غیر از برخی عناصر که تهی شدگی قابل توجهی نشان می­دهند (ΔCi = -53 در اردبیلک و ΔCi = -64.91 to -84.97 در نیاق)، سایر عناصر با قدرت میدان بالا (به ویژه Nb، Ta و Hf) در طی دگرسانی بی­تحرک بوده­اند. بررسی‌‌های این پژوهش نشان می­دهد که سیالات داغ، بسیار اسیدی (pH<4) و قلیایی، عامل تهی شدگی Zr در پهنه­‌های دگرسانی بوده­اند. لذا به نظر می­رسد که یک توده نفوذی پنهان در زیر منطقه گسل خورده نیاق، عامل گرم کردن و پویایی سیالات در میان سنگ‌‌های توفی منطقه بوده­اند. تجمع غیر عادی دایک‌‌های بازیک و یک گنبد آتشفشانی ریوداسیتی در منطقه نیاق، این نتیجه را تقویت می­کند
کلیدواژه‌ها
بنتونیت
توف
توازن جرم
سازند کرج
البرز
نیاق
قزوین

عنوان مقاله English

Bentonitic tuffs of the northern Qazvin: geochemical variations and genesis

نویسندگان English

Abbsd Asiabanha 1
Narges Khamseh 2
Jamal Hosseini Taleghani 3
1 Department of Geology, Faculty of Science, Imam Khomeini International University, Qazvin
2 Faculty of Science, North Branch Islamic Azad University, Tehran
3 Industry, Mine and Trade Organization of Qazvin Province, Qazvin
چکیده English

In western Alborz zone (N-Iran), there are two adjacent bentonitic deposits in the same stratigraphic level (epiclastic deposits), but different in mineral assemblages of alteration zones. The unaltered tuffs belong mainly to lithic-crystal tuffs and crystal-vitric tuffs and are composed of quartz, plagioclase, biotite, K-feldspar and opaque as well as lithic clasts and a considerable amount (up to 40 vol. %) of glassy matrix. The XRD analysis results show that montmorillonite + alkali feldspar + plagioclase + quartz ± illite ± kaolinite, are the mineral assemblages in the alteration zones of the study area. However, due to the greater abundance of illite in the Nyagh district, its bentonitic deposit is of higher quality than the Ardebilak deposit. Major element data suggest that Na2O, K2O and to a lesser extent Al2O3 and Fe2O3 are depleted in the alteration zones. Whereas, SiO2 and CaO show different behavior in two study districts. It means that in the Nyagh area, SiO2 is enriched and CaO is depleted. While, in the Ardebilak area, SiO2 and CaO are depleted and enriched, respectively. In both areas, REEs show enrichment in the alteration zones, while Eu has a prominent depletion (especially in Nyagh) that may be due to alteration of feldspars and leaching of Eu in the aqueous fluids. Except for Zr that shows a considerable depletion (ΔCi = -53 in Ardebilak and ΔCi = -64.91 to -84.97 in Nyagh), other HFSEs (especially Nb, Ta, Hf) were immobile during alteration event. It seems that the hot and very acidic (pH < 4) or alkali fluids may be responsible for Zr depletion in the altered zones. In conclusion, it seems that a hidden granitic intrusion in the fractured zone of Nyagh could be responsible for heating the circulating fluids in the tuffaceous rocks. Such a conclusion is verified by more altered tuffs (montmorillonite + illite + kaolinite), the basic dyke swarms and a dacitic dome near the Nyagh area.

کلیدواژه‌ها English

Bentonite
Tuff
Mass Balance
Karaj Formation
Alborz
Nyagh
Qazvin
Agard, P., Omrani, J., Jolivet, L., Whitechurch, H., Vrielynck, B., Spakman, W., Monié, P., Meyer, B., Wortel, R., 2011. Zagros orogeny: a subduction-dominated process. Geological Magazine 1-34. doi:10.1017/S001675681100046X.
Alderton, D.H.M., Pearce, J.A., Potts, P.J., 1980. Rare element mobility during granite alteration: evidence from southwest England. Earth and Planetary Science Letters 49, 149-165.
Asiabanha, A., Ghasemi, H., Meshkin, M., 2009. Paleogene continental-arc type volcanism in North Qazvin, North Iran: facies analysis and geochemistry. Neues Jahrbuch für Mineralogie Abhandlungen 186, 201 – 214.
Asiabanha, A., Foden, J., 2012. Post-collisional transition from an extensional volcano-sedimentary basin to a continental arc in
the Alborz ranges, N-Iran. Lithos 148, 98–111
Bau, M., 1991. Rare-earth element mobility during hydrothermal and metamorphic fluid–rock interaction and the significance of the oxidation state of europium. Chemical Geology 93, 219–230.
Brunet, M.F., Korotaev, M.V., Ershov, A.V., Nikishin, A.M., 2003. The South Caspian
Basin: a review of its evolution from subsidence modelling. Sedimentary Geology
156, 119–148.
Coelho, J., 2006. GEOISO—A WindowsTM program to calculate and plot mass balances and volume changes occurring in a wide variety of geologic processes. Computer & Geosciences 32, 1523-1528.
Darvishzade, A. and Asiabanha, A., 2000. The role of pyroclastics in preferential development of hydrothermal alteration in the Ab-e-Torsh volcanic district. Geoscicences 37-38, 48-59 (in Persian).
Dedual, E., 1967. Zur Geologie Dest Mittleren Und Unteren Karaj-Tales, Zentral Elburz
(Iran). Unpublished Ph.D. Thesis, University of Zurich, Zurich, 125 pp. (in German).
Fernandez, R., Rodriguez, M., Villa, R.V., Cuevas, J., 2010. Geochemical constraints on the stability of zeolites and C–S–H in the high pH reaction of bentonite. Geochimica et Cosmochimica Acta 74, 890-906.
Goodman, R.E., 1989. Introduction to rock mechanics. John Wiley & Sons. 562p.
Grant, J.A., 1986. Isocon analysis: A brief review of the method and applications. Physics and chemistry of the Earth 30, 997-1004.
Grim, R.E., Güven, N., 1978. Bentonites: geology, mineralogy, properties and uses. Development in sedimentology 24. Elsevier scientific publishing company. Amsterdam-Oxford-New York.
Hejazi, M. and Ghorbani, M. 1994. Geology of Iran: Bentonite – Zeolites. Geological Survey of Iran, Tehran (in Persian).
Honty, M., Clauer, N., Šucha, V., 2008. Rare-earth elemental systematics of mixed-layered illite–smectite from sedimentary and hydrothermal environments of the Western Carpathians (Slovakia). Chemical Geology 249, 167-190.
JaRang, G.., YongHee, M., LiBing, L., Zhang, J., Hisoo, M., 2010. Mineralogical characteristics of bentonites occurring in Ningchengand Jianping area, China. China Earth Science. 53(4), 541-549.
Jiang, S.Y., Wang, R.C., Xu, X.S., Zhao, K.D., 2005. Mobility of high field strength elements (HFSE) in magmatic-, metamorphic-, and submarine-hydrothermal systems. Physics and Chemistry of the Earth 30, 1020–1029.
Jiang, S.-Y., 2000. Controls on the mobility of high field strength elements (HFSE), U, and Th in an ancient submarine hydrothermal system of the Proterozoic Sullivan Pb-Zn-Ag deposit, British Columbia, Canada. Geochemistry Journal 34, 341–348.
Karakaya, M.C., Karakaya, N., Küpeli, S., Yavuz, F., 2012. Mineralogy and geochemical behavior of trace elements of hydrothermalalteration types in the volcanogenic massive sulfide deposits, NE Turkey. Ore Geology Reviews 932, 1-71.
Karakaya, N., 2009. REE and HFS element behavior in the alteration facies of the Erenler Dağı Volcanics (Konya, Turkey) and kaolinite occurrence. Journal of Geochemical Exploration 101, 185–208.
Klinkhammer, G.P., Elderfield, H., Edmond, J.M., Mitra, A., 1994. Geochemical implications of rare earth element patterns in hydrothermal fluids from midocean ridges. Geochimica et Cosmochimica Acta 58, 5105–5113.
López-Moro, F.J., 2012. EASYGRESGRANT—A Microsoft Excel spreadsheet to quantify volume changes and to perform mass-balance modeling in metasomatic systems. Computers and Geosciences 39, 191–196.
Muchangos, A.C.D., 2006. The mobility of rare-earth and other elements in the process of alteration of rhyolitic rocks to bentonite (Lebombo Volcanic Mountainous Chain, Mozambique). Journal of Geochemical Exploration 88, 300– 303.
Nakamura, N., 1974. Determination of REE, Ba, Fe, Mg, Na and K in carbonaceous and ordinary chondrites. Geochimica et Cosmochimica Acta 38, 757–775.
Nemati, B., Asiabanha, A., Nozaem, R., 2019. Facies relations and emplacement styles of magmatic bodies in N-Qazvin, western Alborz. Kharazmi Journal of Earth Sciences 5(1), 99-118 (in Persian).
Nesbitt, R.W., Pascual, E., Fanning, C.M., Toscano, M., Saez, R., Almodovar, G.R., 1999. U–Pb dating of stockwork zircons from the eastern Iberian Pyrite belt. Journal of Geological Society of London 156, 7–10.
Radfar, J. 2002. Geological map of Qazvin 1:100000. Geological Survey of Iran, Tehran.
Sato, T., Watanabe, T., Otsuka, T., 1992. Effects of layer charge on expansion properties of dioctahedral smectites. Clays and Clay Minerals, 40, 103-113.
Środoń, J., Elsass,F., McHardy, W.J., 1992. Chemistry of illite-smectite inferred from TEM measurement of fundamental particles. Clay Minerals, 27, 137-158.
Sverjensky, D.A., 1984. Europium redox equilibria in aqueous solution. Earth and Planetary Science Letters, 67, 70-78.
Taylor, S.R., & McLennan, S.M., 1995. The geochemical evolution of
the continental crust. Reviewsof Geophysics 33, 241-265.
Verdel, C., Wernicke, B.P., Hassanzadeh, J., Guest, B. 2011. A Paleogene extensional arc flare-up in Iran. Tectonics, 30: TC3008. DOI: 10.1029/2010TC002809
Vincent, S.J., Allen, M.B., Ismail-Zadeh, A.D., Flecker, R., Foland, K.A., Simmons, M.D.,
2005. Insights from the Talysh of Azerbaijan into the Paleogene evolution of the
south Caspian region. Geological Society of America Bulletin 117, 1513–1533.