نشریه علوم زمین خوارزمی

نشریه علوم زمین خوارزمی

کانی‌شناسی شیست‌های گرافیت‌دار و تخمین دمای گرافیتی‌شدن در محدودۀ بندچرک، پهنۀ فلززایی انارک

نویسندگان
مجید قاسمی سیانی 1
حامد ایراهیمی فرد 1
امیرحسین حیدری 2
بهروز کریمی شهرکی 3
شهریار محمودی 1
1 دانشگاه خوارزمی
2 فولاد مبارکه اصفهان
3 البرز، کرج، مرکز تحقیقات فرآوری مواد معدنی ایران
10.22034/KJES.2024.9.2.106632
چکیده
منطقۀ اکتشافی بند­چرک در پهنۀ ساختاری ایران مرکزی، شمال­‌شرقی شهرستان اردستان و در پهنۀ فلززایی انارک واقع شده است. واحدهای سنگی رخنمون­‌یافته در این محدوده، شامل مجموعۀ دگرگونی شیستی و سنگ­‌آهک­ تبلور مجدد­یافتۀ کوه­ دم، رسوبات آهکی کرتاسه، کنگلومرای پالئوسن و سنگ­های آتشفشانی با ترکیب آندزیت، آندزیت- بازالت، تراکیت و توف به سن ائوسن و توده نفوذی دیوریتی است. مجموعۀ دگرگونی کوه­ دم به سن پالئوزوئیک زیرین بوده و شامل مسکوویت­‌شیست تا گرافیت- مسکوویت­‌شیست، اپیدوت- هورنبلند- کالک­‌شیست، مسکوویت- کلریت­‌شیست، کالک­‌شیست، آهک بلورین و مرمر هستند. کانه‌­زایی گرافیت به صورت آمورف در امتداد سطوح شیستوزیتۀ واحدهای گرافیت- مسکوویت­‌شیست متمرکز شده و کانی‌­های کوارتز، کائولینیت، ایلیت، مسکوویت (سریسیت)، ارتوکلاز و دیکیت کانی­‌های دیگر هستند. مقایسۀ بین محدودۀ دمایی تشکیل گرافیت­‌های پرعیار صفحه­‌ای (پولکی) که در دماهای بالاتر از 450 درجه سانتی‌گراد به ­خصوص در دماهای بین 470 تا 560 درجه سانتی‌گراد (در حد رخساره آمفیبولیت) ایجاد می‌­شوند، با دمای به دست‌­آمده از طریق تفسیر نتایج طیف­‌سنجی رامان بر روی نمونه‌­های گرافیت­‌دار پُرعیار محدودۀ بند­چرک، نشان­‌دهندۀ این موضوع است که گرافیتی‌­شدن در محدودۀ بند­چرک از نوع نامنظم و آمورف بوده و در دمای پایین­تر از 450 درجه سانتی‌گراد (436 درجۀ سانتی­گراد) و در شرایط دمایی مربوط به رخسارۀ دگرگونی شیست سبز تشکیل شده است
کلیدواژه‌ها
گرافیت آمورف
گرافیتی شدن
شیست های گرافیت دار
بند چرک
مجموعۀ دگرگونی کوه دم
پهنۀ فلززایی انارک

عنوان مقاله English

Mineralogy of graphite-bearing schists and calculation of graphitization temperature in the Band-e-Cherk district, Anarak metallogenic zone

نویسندگان English

Majid Ghasemi Siani 1
Hamed Ebrahimi Fard 1
Amir Hossein Heidari 2
Behrouz Karimi Shahraki 3
Shahryar Mahmoudi 1
1 Kharazmi University
2 Isfahan’s Mobarakeh Steel Company
3 Iranian Mineral Processing Research Center
چکیده English

The Band-e-Cherk exploration area is located in the structural zone of central Iran, northeast of the city of Ardestan, and the Anarak metallogenic zone. The outcropping rock units in this area include Kuh-e-Dom metamorphic schist complex and recrystallized limestone, Cretaceous limestone sediments, Paleocene conglomerate, Eocene volcanic rocks composed of andesite, andesite-basalt, trachyte, as well as tuff and diorite intrusions. The Kuh-e-Dom metamorphic complex is of lower Paleozoic age, and includes muscovite schist to graphite-muscovite schist, epidote-hornblende-calc schist, muscovite-chlorite schist, calc schist, crystalline limestone and marble. Graphite mineralization is concentrated along the schistose surfaces of graphite-muscovite schist units, and quartz, kaolinite, illite, muscovite (sericite), orthoclase and dickite minerals are other minerals. Comparison of the temperature range for the formation of high-quality flake graphite, which is formed at temperatures above 450°C, mainly between 470 and 560°C (in the amphibolite facies), with the temperature obtained by interpreting the results of Raman spectroscopy on high-quality graphite-bearing samples from the Band-e-Cherk area, shows that graphitization in the Band-e-Cherk area is of an amorphous type and at a temperature lower than 450°C (436°C). Therefore, it was formed under the temperature conditions associated with the greenschist metamorphic facies.

کلیدواژه‌ها English

Amorphous graphite
graphitization
graphite-bearing schists
Band-e-Cherk
Kuh-e-Dom metamorphic complex
Anarak metallogenic zone
Al -Ani, T., Ahtola, T., Kuusela, J. , 2018. Prospecting and exploration of flake graphite occurrences in Central and Southern Finland. Geological Survey of Finland, Open File Work Report.
Al -Ani, T., Leinonen, S., Ahtola, T., Salvador, D., 2020. High -grade flake graphite deposits in metamorphic Schist Belt, Central Finland — Mineralogy and beneficiation of graphite for lithium -ion battery applications. Minerals 10(8), 680.
Beny -Bassez, C., Rouzaud, J. N., 1985. Characterization of carbonaceous materials by correlated electron and optical microscopy and Raman microspectroscopy. Scanning electron microscopy 1, 119 -132.
Bernard, S., Beyssac, O., Benzerara, K., Findling, N., Tzvetkov, G., Brown Jr, G. E., 2010. XANES, Raman, and XRD study of anthracene -based cokes and saccharose -based chars submitted to high -temperature pyrolysis. Carbon 48(9), 2506 -2516.
Beyssac, O., Goffé, B., Chopin, C., Rouzaud, J. N., 2002. Raman spectra of carbonaceous material in metasediments: a new geothermometer. Journal of Metamorphic Geology 20(9), 859 -871.
Beyssac, O., Goffé, B., Petitet, J. P., Froigneux, E., Moreau, M., Rouzaud, J. N., 2003. On the characterization of disordered and heterogeneous carbonaceous materials by Raman spectroscopy. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 59(10), 2267 -2276.
Crespo, E., Luque, F. J., Rodas, M., Wada, H., Gervilla, F., 2006a. Graphite –sulfide deposits in Ronda and Beni Bousera peridotites (Spain and Morocco) and the origin of carbon in mantle -derived rocks. Gondwana Research 9(3), 279 -290.
Crespo, E., Luque, F. J., Barrenechea, J. F., Rodas, M., 2006b. Influence of grinding on graphite crystallinity from experimental and natural data: implications for graphite thermometry and sample preparation. Mineralogical Magazine 70(6), 697 -707.
Davoudzadeh, M., 1969. Geologie und Petrographie des Gebietes nördlich von Nain, Zentral -Iran (Ph.D. thesis, ETH Zurich).
Eckmann, A., Felten, A., Mishchenko, A., Britnell, L., Krupke, R., Novoselov, K. S., Casiraghi, C., 2012. Probing the nature of defects in graphene by Raman spectroscopy. Nano letters 12(8), 3925 -3930.
European Commission., 2020. Critical Raw Materials Resilience: Charting a Path towards greater Security and Sustainability.
Ferrari, A. C., Basko, D. M., 2013. Raman spectroscopy is a versatile tool for studying the properties of graphene. Nature Nanotechnology 8(4), 235 -246.
Ghorbani, M., 2007. Economic Geology of Mineral Deposits and Natural Resources of Iran . 1 st edition, Arian Zamin Publishers 492p.
International Energy Agency., 2021. The Role of Critical World Energy Outlook Special Report Minerals in Clean Energy Transitions.
Landis, C. A., 1971. Graphitization of dispersed carbonaceous material in metamorphic rocks. Contributions to mineralogy and petrology 30, 34 -45.
Lazzeri, M., Barreiro, A., 2014. Carbon -based nanoscience. Elements 10(6), 447 -452.
Luque, F. J., Ortega, L., Barrenechea, J. F., Huizenga, J. M., Millward, D., 2012. Key factors controlling massive graphite deposition in volcanic settings: an example of a selforganized critical system. Journal of the Geological Society 169(3), 269 -277.
Luque, F. J., Huizenga, J. M., Crespo -Feo, E., Wada, H., Ortega, L., Barrenechea, J. F., 2014. Vein graphite deposits: geological settings, origin, and economic significance. Mineralium Deposita 49, 261 -277.
Mildner, D. F. R., Carpenter, J. M., 1982. On the short -range atomic structure of non -crystalline carbon. Journal of non -crystalline Solids 47(3), 391 -402.
Nakamura, Y., Akai, J., 2013. Microstructural evolution of carbonaceous material during graphitization in the Gyoja -yama contact aureole: HRTEM, XRD, and Raman spectroscopic study. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 108(3), 131 -143.
Nogolesadat, M. A., Almasian, M., 1993. Tectonic map of Iran, a treatise on the geology of Iran. Ministry of Mines and Metals, Tehran.
Okuyama Kusunsose, Y. A., Itaya, T., 1987. Metamorphism of carbonaceous material in the Tono contact aureole, Kitakami Mountains, Japan. Journal of Metamorphic Geology 5(2), 121 -139.
Petrella, L., Thébaud, N., Evans, K., LaFlamme, C., Occhipinti, S., 2021. The role of competitive fluid -rock interaction processes in the formation of high -grade gold deposits. Geochimica et Cosmochimica Acta 313, 38 -54.
Pimenta, M. A., Dresselhaus, G., Dresselhaus, M. S., Cancado, L. G., Jorio, A., Saito, R., 2007. Studying disorder in graphite-based systems by Raman spectroscopy. Physical chemistry chemical physics 9(11), 1276 -1290.
Rahl, J. M., Anderson, K. M., Brandon, M. T., Fassoulas, C., 2005. Raman spectroscopic carbonaceous material thermometry of low - grade metamorphic rocks: Calibration and application to tectonic exhumation in Crete, Greece. Earth and Planetary Science Letters 240(2), 339 -354.
Reich, S., Thomsen, C., 2004. Raman spectroscopy of graphite. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 362(1824), 2271 -2288.
Rosing -Schow, N., Bagas, L., Kolb, J., Balić - Žunić, T., Korte, C., Fiorentini, M. L., 2017. Hydrothermal flake graphite mineralization in Paleoproterozoic rocks of sout h -east Greenland. Mineralium Deposita 52, 769 -789.
Rouzaud, J. N., Guechchati, E., Conard, J., Kister, J., 1991. Structural Characterization of coalification: example of Gironville borehole. Bulletin de la Societe Geologique de France 162(2).
Sakata, H., Dresselhaus, G., Dresselhaus, M. S., Endo, M., 1988. Effect of uniaxial stress on the Raman spectra of graphite fibers. Journal of Applied Physics 63(8), 2769 -2772.
Santosh, M., Wada, H., Satish -Kumar, M., Binu - Lal, S. S., 2003. Carbon isotope “stratigraphy” in a single graphite crystal: Implications for the crystal growth mechanism of fluid -deposited graphite. American Mineralogist 88(11 -12), 1689 -1696.
Sun, L., Xu, C. P., Xiao, K. Y., Zhu, Y. S., Yan, L. Y., 2018. Geological characteristics, metallogenic regularities, and the exploration of graphite deposits in China. China Geology 1(3), 425 -434.
Tuinstra, F., Koenig, J. L., 1970a. Raman spectrum of graphite. The Journal of Chemical Physics 53(3), 1126 -1130.
Tuinstra, F., Koenig, J. L., 1970b. Characterization of graphite fiber surfaces with Raman spectroscopy. Journal of Composite Materials 4(4), 492 -499.
Ueno, Y., 2007. Stable carbon and sulfur isotope geochemistry of the ca. 3490 Ma Dresser Formation hydrothermal deposit, Pilbara Craton, Western Australia. Developments in Precambrian Geology 15, 879 -896.
Whitney, D. L., Evans, B. W., 2010. Abbreviations for names of rock -forming minerals. American mineralogist 95(1), 185 -187.