Geochemical investigations of the Sangestan Formation, west of Yazd: using multivariate analysis to identify sediment source, sedimentary environment, and palaeoclimate conditions

Document Type : Research Paper

Authors

1 Ph.D. student, Faculty of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Yazd,Iran.

2 Associate Professor, Faculty of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.

3 Associate Professor, Faculty of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran

4 Faculty of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Iran

Abstract

Abstract
The Early Cretaceous succession in the southern part of Yazd Block begins with terrestrial sediments of the Sangestan Formation. Little attention has been paid to this formation and most studies have focused on its lithostratigraphy. In this study, some geochemical studies have been performed on this formation. Twenty seven siliciclastic samples were taken from the Sangestan Formation in two sections of Bidakhvid and Alavi Mountain in order to identify the type of siliciclastic sediments, the nature of the sediments, and palaeoclimate conditions. Mineralogical studies and modal analysis showed that the siliciclastic sediments have been classified as sandstone (arkose) and siltstone. The results of factor and cluster analysis depicted that the chemical composition of siliciclastic sediments is different in the study areas. Based on multivariate analysis, siltstones that have high positive values of Zr, V, U, Sc, Sr, REE, MgO, Fe2O3, TiO2, and CaO elements are related to cement, while sandstones showed high positive values for K2O, Na2O, SiO2, Al2O3 elements. The results showed that siltstone sediments have more calcite and iron cement than the sandstone samples. By studying the variations of these elements versus the profile of the Sangestan Formation, it was observed that the elements related to rock cement are concentrated in siltstones due to the increasing depth of the sedimentary basin or more extension related to rift event, and the entrance of new elements into the basin. Also, the results of weathering indices depicted that both rocks have been formed in the same climate conditions which is consistent with the palaeogeography of Yazd Block during the Early Cretaceous.
Keywords: Sangestan Formation, Yazd Block, Geochemistry, multivariate analysis, sedimentary environment, weathering index
 
 
Introduction
The Sangestan and Taft formations dating back to the Early Cretaceous were deposited in many locations of Yazd Block which is located in the western part of the Central–East Iranian Microcontinent.
In general, most studies have focused on the Taft Formation because it hosts lead and zinc deposits such as Mahdiabad, Farahabad, Mansourabad, etc. (Mojtahedzadeh 2002; Maghfouri and Hosseinzadeh 2018; Maghfouri et al. 2019; Maghfouri et al. 2020). On the other hand, a few studies have been performed on the Sangestan Formation focusing on its stratigraphy and paleontology. Until now, the geochemistry of Sangestan sediments and their sedimentary environment have not been paid attention to.
The use of major, trace, and rare earth elements of siliciclastic sediments is very common in sedimentary geochemistry studies used by researchers to identify various purposes, including the tectonic setting, palaeoweathering conditions of the source area, and the nature of the source rock (Shadan and Hosseini-Barzi 2013; Wang et al. 2013; Nowrouzi et al. 2014; Salehi et al. 2014; Zaid et al. 2015; Moallemi et al. 2017; Okon et al. 2017; Periasamy and Venkateshwarlu 2017; Somasekhar et al. 2018; Abubakar et al. 2019; Etesampour et al. 2019; Sci et al. 2019; Xu et al. 2019).
Multivariate statistical methods have been utilized to determine the relationship between several elements and the nature of sediments; something impossible by univariate statistical analysis. Despite the advantage of multivariate statistical methods, they have not been paid considered in siliciclastic geochemistry and they have been used only in a few studies.
The main purpose of this study is to evaluate the composition and petrography of siliciclastic rocks of the Sangestan Formation, the relationship between the composition of the sediments and the deepening of the sedimentary basin, the relation between the nature of the sediments and the major and trace elements by multivariate analysis, and the climate conditions in Yazd Block during the Early Cretaceous.
 
Material & Methods
After field observation, sampling was performed from the Sangestan Formation at the Bidakhavid and Alavi Mountain sections. Seventeen samples (nine siltstone and eight sandstone samples) from Alavi Mountain and 10 samples (three siltstone and seven sandstone samples) were collected from Bidakhavid.
Sixteen thin sections from siliciclastic samples were studied petrographically by the Olympus model polarizing microscope.  The point counting of more than 500 points per thin section was performed on twelve sandstone samples by the Gazzi-Dickinson method.
Twenty-seven samples of siliciclastic rocks of the Sangestan Formation were selected for geochemical objectives. The preparation steps of the samples which include the cutting of the samples in order to obtain an un-weathered surface, crushing, and grinding to achieve the particle sizes under 200 mesh were performed at Yazd University. Then, the representative samples were analyzed by Zarazma Mineral Studies Company (Iranian company). To determine the major oxide elements, the samples were fused by lithium metaborate and dissolved in dilute nitric acid and, finally, determined by Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES). An ICP-OES 735 instrument in Australia was used to analyze the samples. Moreover, the rare earth elements (REE) and other trace elements were determined by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS). The instrument used was an ICP-MS Agilent series HP 4500 in the United States.
SPSS and GCDkit software were used to carry out multivariate statistical studies and to plot ternary diagrams, respectively. In addition, Rockwork 14 software was used to draw the stratigraphic column.
 
Discussion of Results & Conclusions
The preliminary study of thin sections showed that the siliciclastic samples of the Sangestan Formation include sandstone and siltstone in the two studied sections. Sandstone samples are often medium-grained, with a small percentage of coarse-grained, moderately rounded and immature. Modal analysis was performed on sandstone samples for more detailed studies. The main constituents are quartz grains (56% and rock fragments ( less than 1%), as well as feldspar (25%).
Siltstone samples are similarly composed of quartz, feldspar, and rock fragments. They have about 52% quartz, most of which is monocrystalline, and only less than 1% is polycrystalline quartz. The amount of feldspar is less than sandstone samples and they constitute about 16% of the rock volume. Similar to the sandstone samples, a few rock fragments were observed in siltstone samples. 
Furthermore, on the basis of the classification of Folk (1980), sandstone samples of the Sangestan Formation showed arkosic composition.  This result was validated by geochemical data confirmed by the geochemical classification of Herron (1988).
In factor analysis, the positive and large factor loadings demonstrate a significant correlation between the variable and corresponding factor in the matrix. The results of factor analysis identified two first factors which discriminated the elements associated with the main constituents of siliciclastic sediments and those  related to the cement of siliciclastic sediments.
For example, factor 1 showed positive factor loadings with Zr, V, U, Sc, Sr, REE MgO, Fe2O3, TiO2, CaO and negative factor loading with Cr, Na2O, SiO2, and Al2O3.  This factor depicted that the cement of rocks was formed from carbonate, iron oxide, and so on whereas the main constituents of siliciclastic samples were formed from elements such as Na2O, SiO2, and Al2O3. Furthermore, the results of the hierarchical cluster analysis shown in the dendrogram confirmed those of factor analysis.
In order to evaluate the changes of these groups of elements, they were plotted along the sedimentary log. The results showed that the elements which are associated with the framework constituents of siliciclastic samples are more in sandstone rocks than siltstone rocks. Conversely, the elements related to the cement of siliciclastic sediments are more in siltstones than sandstone rocks.  Thus, it can be interpreted that the time of siltstone deposition was probably accompanied by an increase in the depth of the basin and the presence of more cement in the basin. Finally, the results of (A-CN-K) Al2O3-(CaO*+Na2O)-K2O ternary diagram and diagram which was proposed by Suttner and Dutta (1986) depicted that these sediments have been deposited in arid to semi-arid climatic conditions.

Keywords

Main Subjects

Full Text

مقدمه

خرده‌قارۀ ایران مرکزی، شامل سه بلوک لوت، طبس و یزد است که بلوک یزد در قسمت غربی آن قرار دارد (Alavi 1991). این بلوک از غرب با گسل دهشیر- بافت و از شرق با بلوک پشت بادام و گسل انار محدود شده است (شکل 1). دو سازند سنگستان و تفت، متعلق به کرتاسۀ زیرین در این بلوک، گسترش چشمگیری دارند. سازند سنگستان برای اولین بار در نقشۀ چهارگوش یزد به این عنوان نام‌گذاری شده است (Nabavi 1972). چینه‌شناسی و بیواستراتی‌گرافی مقطع تیپ آن، در منطقۀ خارکوه، 35 کیلومتری جنوب شرقی روستای علی‌آباد قرار داشته که به‌طورکامل مطالعه شده است (Parto Azar and Aboutorab 1981) . به‌طورکلی مطالعات انجام‌شده دربارۀ رسوبات کرتاسۀ پیشین، در حوضۀ جنوب یزد بر سازند تفت متمرکز بوده است؛ زیرا میزبان ذخایر بزرگ سرب و روی، مانند مهدی‌آباد، فرح‌آباد، منصورآباد و ... است (Mojtahedzadeh 2002; Maghfouri and Hosseinzadeh 2018; Maghfouri et al. 2019; Maghfouri et al. 2020). در مقابل، دربارۀ سازند سنگستان مطالعات چندانی صورت نگرفته است. یادآوری می‌شود بیشتر این مطالعات بر چینه‌شناسی و دیرینه‌شناسی رسوبات کرتاسۀ پیشین متمرکز بوده و در آن‌ها کمتر به ژئوشیمی و بررسی محیط رسوبی پرداخته شده است.

چینه‌شناسی کرتاسۀ زیرین در نواحی غرب و جنوب غرب یزد را (Khosro Tehrani and  Vaziri Moghadam 1993) بررسی کرد. براساسِ مطالعۀ آن‌ها، مقاطع چینه‌شناسی کوه تهر و کوه معین‌آباد از سازندهای سنگستان و تفت به سن کرتاسۀ پیشین، ازلحاظ ضخامت و تا حدودی لیتولوژی با هم تفاوت دارند. براساسِ مطالعۀ Wilmsen et al. (2015)، سازند سنگستان که در شش مقطع مختلف مطالعه شده، از رسوبات سیلیسی آواری (کنگلومرا، ماسه‌سنگ و سیلتستون) تشکیل شده است. علاوه‌برآن، محیط تشکیل این سازند، مخروط افکنه، رودخانه‌های مارپیچ و محیط دریایی محدودشده، تشخیص داده شد. در مطالعه‌ای دیگر، سازند سنگستان به‌همراه دیگر سازندهای کرتاسۀ پیشین، در حوضۀ جنوب یزد ازنظر چینه‌شناسی و دیرینه‌شناسی بررسی و مدل پلتفرم کربناته برای رسوبات کرتاسۀ پیشین در نظر گرفته شد
(Safaei et al. 2020).

استفاده از ژئوشیمی عناصر اصلی و کمیاب رسوبات آواری، امری بسیار رایج در مطالعات ژئوشیمی رسوبی است که محققان برای اهداف مختلف از آن استفاده کرده‌اند که ازآن‌جمله، می‌توان به جایگاه تکتونیکی و شرایط آب و هوایی قدیمی ناحیۀ منشأ و ماهیت سنگ منشأ اشاره کرد (Shadan and Hosseini-Barzi 2013; Wang et al. 2013; Nowrouzi et al. 2014; Salehi et al. 2014; Zaid et al. 2015; Moallemi et al. 2017; Okon et al. 2017; Periasamy and Venkateshwarlu 2017; Somasekhar et al. 2018; Abubakar et al. 2019; Etesampour et al. 2019; Sci et al. 2019; Xu et al. 2019 علاوه‌برآن، از ژئوشیمی رسوبی به‌منظور شناسایی محیط ته‌نشست رسوبات، جورشدگی هیدرولیکی آن‌ها و درجۀ مچوریتی رسوبات استفاده شده ‌است (Armstrong-Altrin et al. 2015; Zand-Moghadam et al. 2018; Haruna and Ojo 2019; Khan et al. 2019; Patra and Shukla 2020). در روش‌های آماری چندمتغیره می‌توان به منشأ رسوبات مختلف پی برد و همچنین، ارتباط بین چندین عنصر را باهم مشخص کرد که چنین امری در آنالیز‌های تک‌متغیره امکان‌پذیر نیست. باوجود مزیت‌های این روش‌ها، به استفاده از روش‌های آماری چندمتغیره برای مطالعۀ رسوبات سیلیسی آواری با استفاده از داده‌‌ای ژئوشیمی، تاکنون چندان توجه نشده و تعداد محدودی مطالعه با استفاده از این روش‌ها انجام شده‌ است (Ohta 2004; Zaid and Al Gahtani 2015; Haque and Roy 2020).

در این پژوهش، براساسِ یافته‌های به‌دست‌آمده از ویژگی‌های صحرایی، کانی‌شناسی و مطالعات ژئوشیمی رسوبات سیلیسی آواری سازند سنگستان، تلاش شده است جنس دقیق رسوبات و نحوۀ ارتباط آن‌ها با عمیق‌شدن حوضۀ رسوبی مشخص شود. همچنین سعی شده است با استفاده از آنالیز چندمتغیره، ارتباط بین عناصر و منشأ رسوبات شناسایی شود و در پایان با استفاده از داده‌های ژئوشیمی، تلاش شده شرایط آب و هوایی در زمان کرتاسۀ پیشین در بلوک یزد مشخص شود.

گفتنی است در بین سازند سنگستان، یک لایه گدازۀ بازالتی (و در بعضی جاها دو لایه گدازه) با ضخامت قابل‌توجه نیز وجود دارد که در منطقۀ غرب بلوک یزد گسترش بیشتری دارد. این گدازۀ بازالتی در مقالۀ مستقلی به‌تفضیل بررسی شده است (Abbaszadeh et al. 2021). تشکیل مجموعۀ سازند‌های سنگستان، تفت و گدازه‌های بازالتی در کرتاسۀ پایینی، در یک حوضۀ ریفت درون‌قاره‌ای دانسته شده است. مقالۀ حاضر نگاهی به این موضوع هم داشته و به‌دنبال دلایلی برای تصحیح و تکمیل فرضیۀ تشکیل ریفت درون‌قاره‌ای در این ناحیه بوده است.

 

راه‌های دسترسی و زمین‌شناسی ناحیۀ موردمطالعه

رسوبات سیلسی آواری سازند سنگستان در دو مقطع بیداخوید و کوه علوی بررسی شد که در نقشۀ زمین‌شناسی ورقۀ 1:100000 خضرآباد قرار دارد. منطقۀ بیداخوید در جنوب شرقی روستای علی‌آباد از توابع شهرستان تفت و در طول جغرافیایی 53 درجه و 54 دقیقه و 27 ثانیه و در عرض جغرافیایی 31 درجه و 34 دقیقه و 6/32 ثانیه قرار دارد. همچنین منطقۀ کوه علوی در شمال غربی روستای علی‌آباد و طول جغرافیایی 53 درجه و 48 دقیقه و 7/55 ثانیه و در عرض جغرافیایی 31 درجه و 41 دقیقه و 4/36 ثانیه قرار دارد. این مناطق و راه‌های دسترسی به آن در شکل 1 نشان داده ‌شده‌ است.

ازلحاظ زمین‌شناسی، قدیمی‌ترین رخنمون‌های سنگی، متعلق به دوران پرکامبرین است که شامل شیل، ماسه‌سنگ، سیلستون سبزرنگ و سبز مایل به خاکستری و به‌طور فرعی، لایه‌های دولومیتی قهوه‌ای، متمایل به زرد سازند کهر است.

توالی کرتاسۀ پیشین، بیشترین رخنمون را در مناطق موردمطالعه نشان می‌دهد. به‌طورکلی، این توالی با رسوبات کنگلومرایی و ماسه‌سنگی سازند سنگستان شروع می‌شود که به‌صورت ناپیوستگی آذرین‌پی، ناهمواری‌های گرانیت شیرکوه با سن ژوراسیک را می‌پوشاند و یا اینکه به‌صورت ناپیوستگی دگرشیب، روی رسوبات سازند شمشک قرار گرفته ‌است. سازند تفت با ترکیب سنگ آهک اوربیتالین‌دار به‌صورت تدریجی روی سازند سنگستان قرار گرفته است. سنگ‌های تشکیل‌شده در آب‌های عمیق، سازند درۀ زنجیر بالاترین قسمت توالی کرتاسۀ پیشین را تشکیل داده است که به‌طوردیگر، شیب سازند تفت را می‌پوشاند (Wilmsen et al. 2015). این سنگ‌ها از سنگ‌آهک اسپیکولیتی و مارن‌های آب‌های عمیق تشکیل‌شده‌ و شامل آمونیت‌های فراوانی است (Ghorbani 2019).

توالی کرتاسۀ پیشین، در مناطق بیداخوید و کوه علوی، شامل سازندهای سنگستان و تفت است. سازند سنگستان در برش‌های موردمطالعه با ناپیوستگی آذرین ‌پی، بر روی گرانیت شیرکوه قرار گرفته است. نتایج برداشت زمین‌شناسی نشان داد که ضخامت این سازند در برش بیداخوید حدود 1305 متر و در برش کوه علوی حدود 1342 متر است. همان‌طورکه در ستون چینه‌شناسی، برش‌های موردمطالعه مشاهده می‌شود (شکل 2)، سازند سنگستان با کنگلومرا آغاز می‌شود و با ماسه‌سنگ‌های درشت‌دانه و ریزدانه با رنگ‌های مختلف ادامه پیدا می‌کند (شکل 3). در هر دو منطقۀ موردمطالعه، در بین لایه‌های تخریبی سازند سنگستان، یک افق گدازۀ بازالتی برونزد دارد که به‌صورت هم‌شیب با سایر لایه‌های این سازند قرارگرفته است (شکل 3). با نزدیک‌ترشدن به سمت سازند تفت، سیلتستون‌ها تشکیل شده که به رنگ قرمز و خاکستری تیره مشاهده شده‌اند. در افق‌های بالایی این سازند، یک لایۀ نازک سنگ آهک قرار گرفته و سپس یک لایۀ سیلتستون قرمز روی این لایۀ آهکی نهشته شده است. درنهایت، روی این لایۀ سیلتستونی، لایه‌های کربناتی سازند تفت به‌صورت هم‌شیب نهشته شده‌ است. این روند مشابه در هر دو برش بیداخوید و کوه علوی دیده شد که در شکل 3 نشان داده شده ‌است.

 

 

شکل 1- موقعیت جغرافیایی بلوک یزد در زون‌های ساختاری ایران (A) (اقتباس از (Alavi 1991) به‌همراه راه‌های دسترسی و نقشۀ زمین‌شناسی ساده‌شدۀ مناطق موردمطالعه (B) اقتباس از نقشه‌های زمین‌شناسی 1:100000 خضرآباد و یزد (Hajmolla- Ali 1993; Haj Mola ali and Majidifard 2000).

Fig 1- Geographical location of Yazd block in structural zones of Iran (A), access roads and the simplified geological map and access of the studied areas taken from geological maps of Yazd and Khezerabad (1:100000) (B)

 

شکل 2- ستون چینه‌شناسی تهیه‌شده از سازند سنگستان در برش‌های بیداخوید و کوه علوی؛ محل برداشت نمونه‌های ژئوشیمی با مربع و نمونه‌های پترولوژیکی با ستاره مشخص شده‌ است

Fig 2- The stratigraphic column of Sangestan formation in Bidakhavid , Alavi Mountain sections, the location of geochemical samples and petrological samples have been shown in rectangle and star, respectively.

 

 

رسوبات کنگلومرای کرمان به سن کرتاسۀ پسین-پالئوسن، از مهم‌ترین واحدهای سنگی دوران سنوزوئیک در محدودۀ مناطق موردمطالعه است. مهم‌ترین ماگماتیسم در نزدیکی مناطق موردمطالعه، باتولیت شیرکوه با سن Ma159-186 با روش پتاسیم-آرگون روی فلدسپات است که باعث دگرگونی مجاورتی رسوبات قدیمی‌تر شده و رسوبات کرتاسۀ پیشین با ناپیوستگی آذرین پی بر روی آن قرار گرفته است (Az-Mikaelians et al. 2020). این گرانیت از نوع پرآلومین و نوع S است و از سه واحد جداگانۀ گرانودیوریتی، مونزوگرانیتی و لوکوگرانیتی با مرز واضح تشکیل شده است (Sheibi et al. 2012). نقشۀ زمین‌شناسی مناطق موردمطالعه در شکل 1 نشان داده شده‌ است.

 

 

 

سازند تفت

سیلتستون قرمز

لایه آهکی

 

سیلتستون قرمز

لایه آهکی

A)

B)

C)

D)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 3- تصاویر صحرایی از مناطق پژوهش: A. وجود لایه‌های ماسه‌سنگ قرمز در برش کوه علوی (دید به سمت شمال)، وجود افق بازالتی بین لایه‌های تخریبی سازند سنگستان در برش بیداخوید (دید به سمت جنوب غربی )، نمایی از لایه‌های انتهایی سازند سنگستان و مرز هم شیب با سازند تفت در برش کوه علوی (دید به سمت جنوب متمایل به جنوب غربی (C)، برش بیداخوید (دید به سمت جنوب غربی) (D).

Fig 3- Field images of study areas: A) the existence of red sandstone in Alavi Mountain section (view to north), B) Basalt horizon within Siliciclastic layers of Sangestan formation in the Bidakhavid section (view to the southwest), the photo of the last layers of Sangestan formation which located in conformation with Taft formation in Alavi Mountain section (view to southwest) (C), and Bidakhavid section (view to southwest) (D).

 

روش انجام پژوهش

پس از بازدیدهای صحرایی، نمونه‌برداری از رسوبات سیلیسی آواری سازند سنگستان در هر دو برش چینه‌شناسی به‌منظور مطالعات سنگ‌شناسی و ژئوشیمی انجام شد. از برش کوه علوی، 9 نمونه سیلتستون و 8 نمونه ماسه‌سنگ و از برش بیداخوید 3 نمونه سیلتستونی و 7 نمونه ماسه‌سنگی برداشت شد. از بین نمونه‌های برداشت‌شده، 16 نمونه برای تهیۀ مقطع نازک انتخاب و با میکروسکوپ پلاریزان مدل الیمپوس (Olympus) مطالعه شد. شمارش نقطه‌ای برای نام‌گذاری دقیق 12 نمونه‌ ماسه‎‍سنگی روی مقاطع و به روش گزی-دیکنسون (Gazzi-Dickinson method) انجام شد. تقسیم‌بندی انواع پارامترهای نقطه‌شماری در جدول 1و نتایج حاصل از آن در جدول 2 نشان داده شده است. همچنین نمونه‌های بررسی‌شده، براساسِ تقسیم‌بندی فولک (1980) نام‌گذاری شد.

برای انجام مطالعات ژئوشیمی،آماده‌سازی27 نمونۀ آواری در آزمایشگاه‌های دانشکدۀ معدن و متالورژی دانشگاه یزد انجام شد. ابتدا نمونه‌ها برش داده شد تا سطح هوازده‌نشده و سالمی از نمونه انتخاب شود. پس‌ازآن، نمونه‌ها با دستگاه سنگ‌شکن فکی خرد شده تا به ابعاد مدنظر برای پودرکردن مناسب باشد. درنهایت، نمونه‌ها با آسیاب دیسکی پودر شد تا به‌اندازۀ ذرات زیر 200 مش برسد. درحین آماده‌سازی نمونه‌ها، حداکثر دقت صورت گرفت تا نمونه‌ها از هرگونه آلودگی دور باشد. نمونه‌های پودرشده به آزمایشگاه زرآزما فرستاده شد تا برای عناصر اصلی، فرعی و نادر خاکی آنالیز شود. نمونه‌ها ابتدا با بورات متالیتیم ذوب شده و پس‌ازآن، با اسیدنیتریک رقیق حل شده است تا برای آنالیز عناصر آماده شود. برای تجزیۀ اکسید عناصر اصلی، از روش ICP-OES استفاده شده و سپس با دستگاه ICP-OES 735، ساخت شرکت Varian استرالیا خوانش شده است. همچنین برای آنالیز عناصر فرعی و نادر خاکی از روش ICP-MS استفاده شد که برای این امر از دستگاه Agilent Series4500 ساخت کشور آمریکا استفاده شده ‌است.

برای انجام مطالعات آماری چندمتغیره از نرم‌افزار SPSS و برای رسم نمودارهای سه‌تایی از نرم‌افزار GCDkit استفاده شده‌ است. علاوه‌برآن، برای رسم ستون چینه‌شناسی از نرم‌افزار Rock work 14 استفاده شد.

 

 

جدول 1- تقسیم‌بندی انواع پارامترهای نقطه‌شماری‌شده و علائم اختصاری آن‌ها

Table1- The classification of parameters used in modal analysis, and their abbreviations

Qm non

Non-undulouse monocrystalline quartz

Qm un

Undulouse monocrystalline quartz

Qpq

Polycrystalline quartz

Qpq>3

Qpq>3 crystal units per grain

Qpq2-3

Qpq2-3 crystal units per grain

Cht

Chert

Qp

Polycrystalline quartz (or Calcedonic) lithic fragments (Qpq+Cht)

Qt

Total quartzose grain (Qm+QP)

Q

Total (Qmnon+Qm un) and Qpq used for Folk (1980) classification (Qm+QPQ)

P

Plagioclase feldspar

K

Potassium feldspar

F

Total feldspar grain (P+K)

Ls

Sedimentary rock fragments

Lsm

Metasedimentary rock fragments (Ls+(1-x)Lm)

L

Unstable lithic fragments (Lv+Ls+Lsm)

Lt

Total Siliciclastic lithic fragments (L+Qp)

RF

Total unstable rock fragments and Chert used for Folk (1980) classification (L+Cht)

Acc

Accesory minerals

Cem

Cements

 

 

بحث و تحلیل یافته‌های پژوهش

پتروگرافی و آنالیز مودال

بررسی اولیۀ مقاطع نازک نشان داد که نمونه‌های آواری سازند سنگستان در دو برش موردمطالعه، شامل ماسه‌سنگ و سیلتستون است. نمونه‌های ماسه‌سنگی اغلب، متوسط‌دانه است و درصد کمی درشت‌دانه و دارای گردشدگی متوسط و نابالغ است. دانه‌ها دارای تماس‌های مستقیم و مضرس است و میزان رس در نمونه‌های ماسۀ سنگی کم است. برای انجام مطالعات دقیق‌تر، آنالیز مودال روی آن‌ها انجام شد. ذرات اصلی تشکیل‌دهندۀ این سنگ‌ها نسبت‌به کل سنگ، به‌طور میانگین شامل 56% کوارتز ، 25% فلدسپات و کمتر از 1% خرده‌سنگ است (جدول 2). در ابتدا تصویر یک ماسه‌سنگ آرکوزی نشان داده شده که در آن فلدسپات‎‍ها بیش از 25درصد حجم سنگ را تشکیل داده است. کوارتز‎‍های تک‌بلوری نیز به رنگ شفاف در آن مشاهده می‎‍شود. سیمان اکسید آهن نیز فضای بین بلور‎‍ها را پر کرده ‎‍است که به رنگ تیره دیده می‎‍شود (شکل.a 4). در نمونه‌های ماسه‌سنگی موردمطالعه، کوارتزهای مشاهده‌شده، اغلب به‌صورت تک‌بلوری (حدود 5/54%) و به میزان کم کوارتزهای چندبلوری (5/1%) است. در شکل.b 4، یک کوارتز چندبلوری نشان داده شده ‎‍است. فلدسپات‌های موجود با رخ‎‍های دوجهته، بیشتر از نوع فلدسپات پتاسیم بوده و به میزان بسیار کم پلاژیوکلاز در آن مشاهده شد. سطح بعضی از فلدسپات‌های موجود به میزان کمی به کانی‌های رسی تجزیه شده‌ است و به‌همین‌علت این بلور‎‍ها، در بعضی موارد شفاف نیست و سطح مه‎‍آلود دارد. در شکل.c 4، یک بلور بزرگ فلدسپات دانه‎‍درشت، دارای رخ‎‍های واضح به‌همراه بلور کوارتز نشان داده شده ‎‍است که بین آن‎‍ها را سیمان اکسید آهن پر کرده ‎‍است. در این نمونه‌ها خرده‌سنگ چندانی مشاهده نشد و همان‎‍طورکه بیان شد، کمتر از 1درصد از حجم سنگ‎‍ها را به خود اختصاص داده است. در شکل.d 4، خرده‌سنگ ماسه‎‍سنگی که تجمعی از بلور‎‍های کوارتز و فلدسپات است، بین بلور‎‍های کوارتز مشاهده شده‎‍ است. چرت نیز کمتر از 1 درصد حجم این سنگ‌ها را به خود اختصاص داده ‌است. در شکل.b 4، چرت در گوشه سمت چپ پایین و در شکل.f 4، در مرکز تصویر نشان داده شده ‎‍است. از دیگر ذرات موجود در این سنگ‌ها، کانی‌های فرعی است که شامل کانی‌های خانوادۀ میکا (سریسیت، موسکویت)، بیوتیت، کلریت و کانی فلزی است که درمجموع، درحدود 2 درصد حجم سنگ را تشکیل داده‌اند. در شکل.c 4، کانی بیوتیت به رنگ قهوه‎‍ای و در شکل.e 4، کانی سریسیت به رنگ بنفش مشاهده می‎‍شود که رخ یک‌جهته ‎‍دارد. سیمان در ماسه‌سنگ‌ها، شامل سیمان سیلیسی و اکسید آهن است که مقدار سیمان سیلیسی بیشتر است و به‌طور میانگین حدود12درصد حجم سنگ را اشغال کرده است. ه‌مچنین سیمان اکسید آهن نیز به‌طور متوسط، حدود 4% حجم سنگ را در بر گرفته ‌است (شکل.c 4). نمونه‌های سیلتستونی نیز به‌طورمشابه از کوارتز، فلدسپات و کانی‌های فرعی تشکیل شده‌ است و درحدود 52 درصد کوارتز دارد که قسمت اعظم آن از نوع تک‌بلورین است و تنها کمتر از 1درصد آن را کوارتزهای چندبلورین تشکیل داده‌ است. میزان فلدسپات این سنگ‌ها نسبت‌به ماسه‌سنگ‌ها کمتر است و حدود 16درصد حجم سنگ را تشکیل داده است. در این مقاطع نیز خرده‌سنگ به میزان بسیار کم و بیشتر از نوع سیلیسی بود و تنها در یک مقطع، خرده‌سنگ کربناته مشاهده شد که درمجموع کمتر از یک درصد، سنگ در سنگ وجود دارد. کانی‌های فرعی درمجموع حدود 3درصد سیلتستون‌ها را تشکیل داده و شامل سریسیت، موسکویت بوده است و در یک نمونه، فسیل آهکی نیز مشاهده شد. سیمان این سنگ‌ها، شامل سیمان کربناته و اکسید آهن است که به‌ترتیب حدود 15 و 14درصد حجم سنگ‌های سیلتستونی را به خود اختصاص داده است.

علاوه بر مطالعات پتروگرافی برای طبقه‌بندی نمونه‌های ماسه‎‍سنگی سازند سنگستان، از نمودار فولک استفاده شد. همان‌طورکه در شکل 5 مشاهده می‌شود، باتوجه‌به تقسیم‌بندی فولک (Folk 1980) و درصد کانی‌های تشکیل‌دهنده، نمونه‌های ماسه‌سنگی سازند سنگستان از نوع آرکوز است و تنها یک نمونه در محدودۀ ساب‎‍آرکوز قرار گرفته ‎‍است.

 

 

 

 

جدول 2- نتایج دانه‌شماری نمونه‌های سیلیسی‌آواری سازند سنگستان در مناطق موردمطالعه ( اقتباس علائم اختصاری به‌کار رفته از جدول 1)

Table 2- The results of modal analysis of siliciclastic samples of Sangestan Formation in studied areas (Abbreviations have taken form Table 1)

 

Sample

SA-B-7

SA-B-16

SA-A-21

SA-A-16

SA-B-8

SA-A-15

SA-A-19

SA-A-18

SA-A-17

SA-A-14

SA-B-13

SA-B-6

 

Qm un

201

77

117

54

101

47

210

173

194

202

200

155

 

Qm non

136

199

168

176

235

248

215

182

226

213

158

230

Q

Qpq2-3

0

0

0

0

0

0

0

1

2

2

0

0

 

Qpq>3

22

25

40

3

0

26

0

0

0

0

0

0

F

P

1

14

18

31

2

0

46

28

30

35

25

44

 

K

175

126

141

141

202

143

99

90

98

101

90

96

 

Cht

1

5

0

2

0

23

0

0

0

0

0

0

L

Ls

1

1

0

0

0

12

0

0

0

0

0

0

 

Lsm

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2

0

 

Lc

0

0

0

0

0

0

0

0

0

4

0

1

Other minerals

Moscovite

0

14

4

11

6

0

0

0

0

0

2

0

Metal Mineral

0

9

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Serisite

0

0

0

0

0

0

4

0

2

0

0

5

Biotite

0

0

0

0

0

0

0

3

0

0

12

0

Chlorite

0

0

0

0

1

  

0

1

0

0

0

0

Cements

Cem-Si

109

67

43

78

59

81

102

42

100

26

78

91

Cem- Hem

0

19

50

18

51

20

11

53

11

83

16

14

 

Sum

668

581

622

517

657

626

687

573

663

666

581

636

Recalculated modal composition

Qm

337

276

285

230

336

295

425

355

420

415

358

385

Qpq

22

25

40

3

0

26

0

1

2

2

0

0

Qp

23

30

40

5

0

49

0

1

2

2

0

0

Qt

360

306

325

235

336

344

425

356

422

417

358

385

Q

359

301

325

233

336

321

425

356

422

417

358

385

F

176

140

159

172

204

143

145

118

128

136

115

140

L

1

1

0

0

0

12

0

0

0

4

2

1

Lt

24

31

40

5

0

61

0

1

2

6

2

1

RF

2

6

0

2

0

35

0

0

0

4

2

1

Acc

5

23

5

11

7

0

4

4

2

0

12

5

 

جدول 3- درصد محاسبه‌شده از نتایج نقطه‌شماری نمونه‎‍های ماسه‎‍سنگی سازند سنگستان برای استفاده در نمودار فولک

Table 3- Calculated percentage of modal analysis results of sandstone samples for using Folk diagram

Sample

Q

F

RF

SA-B-7

66.85

32.77

0.37

SA-B-16

67.34

31.32

1.34

SA-A-21

67.15

32.85

0.00

SA-A-16

57.25

42.26

0.49

SA-B-8

62.22

37.78

0.00

SA-A-15

64.33

28.66

7.01

SA-A-19

74.56

25.44

0.00

SA-A-18

75.11

24.89

0.00

SA-A-17

76.73

23.27

0.00

SA-A-14

74.87

24.42

0.72

SA-B-13

75.37

24.21

0.42

SA-B-6

73.19

26.62

0.19

 

شکل 4- تصاویر میکروسکوپی از اجزای تشکیل‌دهندۀ ماسه‌سنگ‌های سازند سنگستان : a) ماسه‌سنگ با ترکیب سنگ‌شناسی از نوع آرکوز دارای کوارتز (Qm)، فلدسپات (F) ؛ b) وجود کوارتز چندبلوری (Qpq) به‌همراه چرت ؛ c) فلدسپات، کانی فرعی بیوتیت، سیمان‎‍های اکسید آهن و سیلیسی ؛ d) وجود خرده‌سنگ ماسه‎‍سنگی بین بلور‎‍های کوارتز؛ e) وجود سریسیت به‌عنوان کانی‌های فرعی موجود در ماسه‌سنگ‌ها؛ f) وجود چرت در بین ذرات ماسه‎‍سنگ‎‍ها. تمامی تصاویر با استفاده از نور عبوری پلاریزه متقاطع گرفته شده ‌است.

Fig 4- Photograph of sandstone components of Sangestan formation: a) the existence of monocrystalline and polycrystalline quartz, b) Arkose sandstone with monocrystalline quartz, Feldsphar and litic fragments, c) Feldsphar with polysynthetic twinkle, d) the existence of chert mineral in the sandstone samples, e) other minerals including sericite and metal minerals, f) Cement types consist of silicious and Fe-oxide cements. (Microscopic images were taken using crossed polarized light)

 

شکل 5- ترکیب سنگ‌شناسی نمونه‌های ماسه‎‍سنگی سازند سنگستان براساسِ طبقه‌بندی فولک (Folk 1980)

Fig 5- Petrological composition of siliciclastic samples of Sangestan Formation based on Folk classification

 

 

ژئوشیمی

مقادیر عناصر اصلی و فرعی به‌دست‌آمده از تجزیۀ شیمیایی کل سنگ (bulk) دربارۀ 27 نمونه رسوبات سیلیسی آواری سازند سنگستان در جدول 4 و 5 آورده شده است.

 

 

 

جدول 4- غلظت عناصر اصلی رسوبات سیلیسی آواری سازند سنگستان در برش‌های کوه علوی و بیداخوید برحسب درصد وزنی .

Table 4- The Concentration of major elements siliciclastic sediments of Sangestan Formation in Alavi Mountain and Bidakhoid sections (w %).

 

Area

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3T

MnO

MgO

CaO

Na2O

K2O

P2O5

BaO

Cr2O3

LOI

Total

(SiO2)adj

Unit

  

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

SH-A-2

AM

58.86

0.45

6.98

2.13

0.24

1.21

14.53

1.31

1.31

0.06

0.12

0.01

12.74

99.95

67.59

SH-A-3

AM

59.14

0.62

7.17

2.56

0.23

1

14.27

1.73

0.9

0.08

0.11

0.01

12.17

99.99

67.43

SH-A-4

AM

67.33

0.51

8.71

3.01

0.13

1.27

8.17

2.17

0.98

0.05

0.07

0.01

7.59

100

72.92

SH-A-5

AM

63.92

0.46

9.04

3.39

0.14

1.47

9.29

2.14

1.07

0.08

0.12

0.01

8.81

99.94

70.24

SH-A-7

AM

51.14

0.45

8.63

2.84

0.35

1.2

17.48

1.88

1.1

0.08

0.02

<0.01

14.83

100

60.06

SH-A-8

AM

59.56

0.53

8.41

2.54

0.32

1.38

12.85

1.71

1.12

0.07

0.06

<0.01

11.45

100

67.31

SH-A-10

AM

53.18

0.6

9.58

3.53

0.32

1.46

15.12

1.56

1.47

0.09

0.04

<0.01

13

99.95

61.19

SH-A-12

AM

55.32

0.51

8.48

3.26

0.25

1.3

15.07

1.47

1.19

0.08

0.02

<0.01

13.05

100

63.64

SH-A-13

AM

49.46

0.49

6.94

2.49

0.27

0.97

20.33

1.25

1.08

0.05

0.08

<0.01

16.59

100

59.35

SA-A-14

AM

80.81

0.18

9.02

1.51

0.03

0.65

1.04

1.76

2.52

0.03

0.1

0.02

2.29

99.96

82.84

SA-A-15

AM

83.68

0.12

8.87

1.1

<0.01

0.25

0.18

1.52

2.84

0.02

0.11

0.02

1.25

99.96

84.88

SA-A-16

AM

82.19

0.16

9.6

1.31

0.01

0.21

0.11

2.63

3.06

0.01

0.02

0.01

0.68

100

82.78

SA-A-17

AM

88.56

0.04

6.05

0.43

<0.01

0.11

0.1

1.7

2.09

<0.01

0.14

0.01

0.77

100

89.37

SA-A-18

AM

76.35

0.26

11.5

2.69

0.04

0.66

0.86

2.69

2.98

0.04

0.02

0.04

1.87

100

77.85

SA-A-19

AM

84.79

0.12

7.65

1.51

0.02

0.32

0.69

1.15

2.32

0.06

0.02

0.05

1.3

100

85.97

SA-A-20

AM

84.13

0.11

6.96

1.25

0.06

0.77

1.2

1.08

2.08

0.07

0.03

0.02

2.24

100

86.10

SA-A-21

AM

82.29

0.07

7.55

1.33

0.05

0.17

2.05

1.99

1.97

0.06

0.12

0.03

2.25

99.93

84.37

SH-B-1

BKH

56.32

0.61

10.86

3.51

0.12

2.45

11.13

1.67

2.27

0.13

0.04

0.01

10.87

99.99

63.23

SH-B-2

BKH

56.21

0.62

10.87

3.59

0.12

2.45

11.07

1.68

2.3

0.13

0.04

0.01

10.91

100

63.13

SH-B-5

BKH

56.76

0.56

10.58

3.99

0.12

1.75

11.26

2.21

1.86

0.13

0.13

0.03

10.62

100

63.62

SA-B-6

BKH

83.65

0.08

7.5

0.91

0.05

0.06

1.55

1.61

2.99

0.06

0.03

0.07

1.41

99.97

84.96

SA-B-7

BKH

79.01

0.18

10.93

1.39

0.01

0.24

0.31

1.68

5.15

0.06

0.03

0.02

0.99

100

79.84

SA-B-8

BKH

80.79

0.15

10

1.21

<0.01

0.2

0.27

1.51

4.75

0.06

0.03

0.02

1.01

100

81.65

SA-B-11

BKH

81.4

0.05

8.92

0.94

0.05

0.23

1.47

3.57

1.45

0.06

0.19

0.05

1.53

99.91

82.94

SA-B-13

BKH

79.47

0.09

10.13

1.4

0.05

0.21

1.55

3.17

2.03

0.06

0.07

0.09

1.66

99.98

80.96

SA-B-15

BKH

79.67

0.14

9.1

1.31

0.08

0.21

2.7

3.03

1.23

0.05

0.02

0.04

2.41

99.99

81.70

SA-B-16

BKH

85.21

0.13

8.7

1.01

0.02

0.14

0.16

2.7

1.33

0.04

0.02

0.05

0.49

100

85.69

AM: کوه علوی، BKH: بیداخوید، SH: سیلتستون، SA: ماسه‌سنگ

جدول 5- غلظت عناصر فرعی رسوبات سازند سنگستان در دو برش بیداخوید و کوه علوی (برحسب ppm). (علائم اختصاری مشابه جدول 1 است).

Table 5- The trace element concentrations of sediments of Sangestan Formation in two sections of Bidakhood and Alavi Mountain (ppm). (Abbreviations are similar to Table 1).

 

Area

Li

Sc

V

Cr

Co

Ni

Cu

Sn

Zn

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Cs

Hf

Ta

Pb

Th

U

 

SH-A-2

AM

34

4.8

52

85

7.6

19

16

1

39

43

162.5

14.5

59

7.3

5.6

1.98

0.7

9

5.87

1.3

SH-A-3

AM

31

5.4

47

97

9.4

22

11

1.1

41

30

143.5

16.9

71

8.6

2.7

2.33

0.85

18

7.32

1.6

SH-A-4

AM

35

5

51

95

9.5

22

6

1

44

30

118

12.5

59

6.8

2.7

1.99

0.69

11

6.38

1.3

SH-A-5

AM

45

5.8

55

74

7.8

24

4

1

65

36

131.5

14.5

53

6.8

2.7

1.8

0.74

9

6.08

1.2

SH-A-7

AM

32

5.3

48

55

9.4

19

7

1.1

38

39

166.6

15.5

50

7.1

4

1.95

0.67

14

6.29

1.4

SH-A-8

AM

38

5.5

51

73

7.9

21

6

1

43

40

134.9

16.1

60

7.5

4.5

2.12

0.78

6

6.69

1.3

SH-A-10

AM

39

6.7

58

54

10.9

23

10

1.4

52

50

153.8

15.5

64

8.3

5.5

2.33

0.86

11

8.23

1.6

SH-A-12

AM

42

5.4

56

55

7.3

21

4

1.1

44

41

142.6

16

57

7.9

4.1

2.07

0.86

8

6.7

1.4

SH-A-13

AM

36

5.1

50

59

9.3

23

7

1.1

36

39

139

15.7

50

8.2

4

2.06

0.81

6

6.61

1.6

SA-A-14

AM

19

2.2

33

95

7.6

12

9

1.4

21

73

109.4

4.5

19

5.1

4.8

1.08

0.57

8

4.31

0.5

SA-A-15

AM

14

1

28

97

5.7

12

6

1.7

14

81

85.2

3.4

18

4.4

5.1

1.13

0.52

8

3.96

0.48

SA-A-16

AM

15

1.7

24

104

5.1

8

7

1.5

18

84

42.1

3.7

6

5

4.9

0.77

0.58

11

4.94

0.4

SA-A-17

AM

19

<0.5

19

93

3.6

8

9

1.3

12

49

45

2.3

5

3.2

1.6

0.72

0.34

9

2.85

0.3

SA-A-18

AM

15

3.4

42

194

9

19

12

2.2

37

92

59

7.8

17

6.6

7.8

1.15

0.75

16

7.34

0.6

SA-A-19

AM

15

1.8

30

187

5.7

15

10

2.4

28

86

37.1

4.7

12

4.8

4.8

0.98

0.56

13

4.62

0.5

SA-A-20

AM

22

1.5

30

71

5.9

8

9

1.5

26

63

67

4.9

12

4.3

3.1

0.98

0.5

18

3.82

0.5

SA-A-21

AM

25

<0.5

18

105

6.4

11

5

1.2

27

56

55.9

5.2

7

3.7

4.5

0.87

0.41

10

3.47

0.5

SH-B-1

BKH

43

7.9

65

52

11.1

28

11

2

63

75

125.8

16.8

54

9.6

8.4

2.08

1.01

17

7.98

1.6

SH-B-2

BKH

43

8

64

52

11.3

28

12

1.8

63

74

125.5

16.8

54

9.2

7.8

2.15

1.07

17

8.38

1.6

SH-B-5

BKH

36

6.6

63

132

11

28

9

1.6

55

56

172.6

16.2

52

8.1

4.9

2

0.81

18

7.56

1.63

SA-B-6

BKH

17

<0.5

17

161

2.7

14

7

1.6

6

63

42.8

3.9

6

3.8

1.5

0.74

0.39

8

3.04

0.3

SA-B-7

BKH

8

1.5

25

51

3.1

8

5

1.9

12

120

32.5

4.5

12

5.2

6.7

0.96

0.62

16

5.05

0.4

SA-B-8

BKH

10

1.8

26

70

3.6

8

6

2

13

135

36.6

5

10

5.3

7.5

0.86

0.5

17

5.1

0.5

SA-B-11

BKH

22

1.2

22

139

5.1

12

8

1.5

11

41

79.8

7.6

11

4.6

1.6

0.93

0.51

5

3.29

0.49

SA-B-13

BKH

18

1.1

23

249

4.6

19

10

1.8

15

47

41.3

9.4

9

4.8

2.1

0.85

0.47

7

4.13

0.5

SA-B-15

BKH

27

1.8

23

131

3.5

10

6

1.6

13

37

34.1

11.6

6

5.3

2.1

0.82

0.59

8

5.25

0.5

SA-B-16

BKH

30

1.8

23

166

6.5

13

9

1.7

13

37

26.2

4

8

5.3

2

0.93

0.64

5

4.23

0.5
                                                                                       

 

 

 

از نمودار لگاریتم نسبت Fe2O3/ K2O به لگاریتم نسبت SiO2 / Al2O3 برای طبقه‌بندی رسوبات تخریبی استفاده شد (Herron 1988). براساسِ این نمودار، نمونه‌های سیلیسی آواری سازند سنگستان به انواع آرکوز، لیتارنایت-وک تقسیم شد (شکل 6). همان‌طورکه در قسمت پتروگرافی بیان شد، نمونه‌های ماسه‌سنگی از نوع آرکوز است که با استفاده از دیاگرام ژئوشیمیایی نیز تأیید شد؛ اما نمونه‌های سیلتستونی درمحدودۀ لیتارنایت و وک قرار گرفت. این مسئله، به علت آن است که نمونه‌های سیلتستونی آهن زیادی دارد که باعث‌شده نمونه‌ها از سمت آرکوز به لیتارنایت میل کند.

 

 

 

 

شکل 6- نمودار تقسیم‌بندی سنگ‌های آواری سازند سنگستان در دو مقطع بیداخوید و کوه علوی ((Herron 1988))

Fig 6- The siliciclastic sediments classification plot of Sangestan Formation in Bidakhavid and Alavi Mountain sections

 

پردازش داده‌ها

پیش‌پردازش داده‌ها

داده‌های ژئوشیمی معمولاً دارای مقادیر سنسورد (کمتر یا بیشتر از حد تشخیص دستگاه اندازه‌گیری) و مقادیر خارج از ردیف است. در این مطالعه، مقادیر SO3 بیش از 50 درصد مقادیر سنسورد داشت و از بین داده‌ها حذف شد؛ اما مقادیر سنسورد بقیه داده‌های موردمطالعه از 25% کمتر بود و با روش ساده، سه‌چهارم حد تشخیص دستگاهی جانشین شد. علاوه‌برآن، دادۀ خارج از ردیفی بین داده‌ها مشاهده نشد. همچنین، ازآنجاکه، داده‌های ژئوشیمی به‌صورت ترکیبی گزارش شده است و مجموع آن‌ها باید به یک عدد ثابت برسد، فضای این داده‌ها بسته است (Buccianti and Grunsky 2014)؛ بنابراین، نتایج آنالیزهای چندمتغیرۀ داده‌های ژئوشیمی در این فضا قابل‌اعتماد نیست. برای رفع این مشکل، باید تبدیل‌های مناسبی انجام شود تا داده‌ها باز شود (Aitchison and Egozcue 2005). تبدیل لگاریتمی یکی از روش‌هایی است که باعث بازشدن داده‌های ژئوشیمیایی می‌شود. سه نسبت‌های لگاریتمی مختلف برای این هدف وجود دارد که از بین آن‌ها، نسبت لگاریتمی clr برای داده‌های این مطالعه انتخاب شد که به‌صورت زیر تعریف می‌شود (Buccianti and Grunsky 2014):

(1)

 

که در آن، g(x) میانگین هندسی داده‌هاست.

 

آنالیزهای آماری چندمتغیره

در این مطالعه به‌جای روش‌های مرسوم بررسی‌های آماری ساده، از روش‌های آماری چندمتغیره استفاده شده است تا براساسِ آن بتوان رابطۀ عناصر در رسوبات را بهتر درک کرد و تغییرات هم‌زمان عناصر را بررسی کرد؛ بنابراین، براساسِ این روش‌ها می‌توان یکسان‌بودن منشأ رسوبات در دو منطقۀ موردمطالعه را بررسی کرد؛ بنابراین، لازم است ابتدا توضیحات مختصری دربارۀ دو روش آماری چندمتغیره (آنالیز خوشه‌ای و آنالیز فاکتوری) داده و پس‌ازآن نتایج آورده شود.

 

آنالیز فاکتوری

این روش که ابتدا روان‌شناس‌ها آن را به کار گرفتند، تغییرات بین مجموعۀ داده‌ها و ساختار داده‌های چندمتغیره را با استفاده از چند فاکتور نشان می‌دهد. واژۀ فاکتور در روان‌شناسی معادل فرآیندهای کنترل‌کننده در ژئوشیمی است (Reimann et al. 2002). این روش، یکی از آنالیزهای چندمتغیرۀ معمول در مطالعات ژئوشیمیایی است که باعث تبدیل داده‌ها با ابعاد بزرگ (یا تعداد زیاد) به داده‌هایی با بعد کوچک (یا تعداد کم)، با استفاده از ماتریس واریانس/کوواریانس می‌شود. در این روش، چندین متغیر وابسته به یک متغیر مستقل تبدیل شده است و به‌این‌ترتیب، ابعاد کاهش پیدا می‌کند. براساسِ این روش، مجموعۀ متغیرهای ژئوشیمیایی به تعداد کمی فاکتور تبدیل می‌شود. در روش آنالیز فاکتوری، هر فاکتور نشان‌دهندۀ یک فرآیند زمین‌شناسی یا ژئوشیمیایی است که باعث همبستگی بین متغیرها در آن فاکتور می‌شود (Meigoony et al. 2014).

قبل از انجام آنالیز فاکتوری و برای از بین‌بردن اثر مقیاس، داده‌های پس از پیش‌پردازش، با استفاده از روش Zscore استاندارد شد که در آن برای هر عنصر، میانگین داده‌ها از هر داده کم شده است و بر انحراف معیار تقسیم می‌شود. پس از انجام این آنالیز روی 27 نمونه ماسه‌سنگ و سیلتستون، فاکتورهای مهم ازلحاظ آماری با استفاده از نمودار صخره‌ای[1] و جدول واریانس کلی[2] استخراج شد که به‌ترتیب در شکل 7 و جدول 6 نشان داده ‌شده ‌است. براین‌اساس، 5 فاکتور اول، بیش از 86 درصد واریانس کل داده‌ها را به خود اختصاص داد. ازطرفی‌دیگر، این 5 فاکتور دارای مقدار ویژۀ بالاتر از 1 بوده و بقیۀ فاکتورها روند ثابتی را نشان داده است و اهمیت چندانی ندارد. در مرحلۀ سوم، تابع چرخش واریمکس[3] روی مؤلفه‌های اصلی اعمال شده است و ماتریس بار فاکتورها (مقادیر ویژۀ هر فاکتور) مشخص شد. با مطالعۀ عناصر در هر فاکتور و مقدار بار آن، نتایج زیر به دست آمد:

 در فاکتور اول، عناصر Cr, Na2O, SiO2, Al2O3 دارای مقادیر ویژۀ منفی بالا و عناصر Zr, V, U, Sc, Sr, REE MgO, Fe2O3,TiO2,CaO, دارای مقادیر ویژۀ مثبت بالایی است.

باتوجه‌به توصیف کانی‌های اصلی تشکیل‌دهندۀ سیمان و اجزای اصلی تشکیل‌دهندۀ سنگ‌ها، می‌توان نتیجه گرفت که قرارگرفتن CaO به‌همراه TiO2 و Fe2O3 در یک گروه، نشان‌دهندۀ وجود سیمان کربناته به‌همراه سیمان اکسید آهن و مواد تیتانیم‌دار است. ازطرفی، عناصر Na2O, SiO2, Al2O3 نیز در یک گروه قرار گرفت و مقادیر ویژۀ منفی این فاکتور را تشکیل داد که نشان‌دهندۀ عناصر تشکیل‌دهندۀ اجزای اصلی ماسه‌سنگ‌ها است.

 

 

 

شکل 7- نمودار صخره‌ای تعیین‌کنندۀ تعداد فاکتور موردنیاز در روش آنالیز فاکتوری

Fig 7- The scree plot determining the number of factors required in the factor analysis method

 

 

عناصر Y, MnO, CaO, REE دارای بار فاکتوری مثبت بالا در فاکتور دوم است و رابطۀ عکس با عناصر Cs, Rb, K2O, Al2O3, SiO2 دارد که دارای بار فاکتوری منفی است. این فاکتور نیز نشان‌دهندۀ همراهی عناصر نادر خاکی با اکسیدهای کلسیم و منگنز است که بیانگر وجود عناصر نادر خاکی در سیمان سنگ است. ازطرفی، عناصر لیتوفیل بزرگ یون نیز رفتاری شبیه اکسید پتاسیم نشان می‌دهد که مشخص می‌کند این عناصر در فیلوسیلیکات‌ها تمرکز پیدا کرده است.

این دو فاکتور، عناصر تشکیل‌دهندۀ سیمان سنگ و عناصر مرتبط با اجزای اصلی ماسه‌سنگ‌ها را از هم تفکیک کرده است. نتایج حاصل از این تفکیک، به‌طورخلاصه در جدول 7 نشان داده شده است.

علاوه‌برآن، همان‌طورکه در جدول 8 مشاهده می‌شود، مقادیر بار فاکتوری هم در سیلتستون‌های منطقۀ بیداخوید و هم در منطقۀ کوه علوی دارای بار مثبت بالا است. درمقابل، این مقادیر در ماسه‌سنگ‌های هر دو منطقه، دارای بار منفی بالا است. این مسئله نشان‌دهندۀ آن است که منشأ سیلتستون‌ها و ماسه‌سنگ‌ها در هر دو منطقۀ موردمطالعه شبیه هم است.

در فاکتور سوم، عناصر با شدت میدان بالا[4]، دارای مقادیر ویژۀ مثبت بالایی است؛ درحالی‌که، BaO مقدار ویژۀ منفی را در این فاکتور نشان می‌دهد. این عناصر باتوجه‌به مقاومت بالایی که دارد، می‌تواند تا فاصلۀ زیادی حمل شده و در حوضه تجمع پیدا کند. فاکتور چهارم، نشان‌دهندۀ بار فاکتوری مثبت برای عناصر Fe2O3 و P2O5 است. این فاکتور نشان‌دهندۀ همراهی اکسید آهن با فسفات‌ها است. در فاکتور پنجم، عناصر Ni و Co مقدار مثبت بالایی نشان داد که نشان‌دهندۀ وجود عناصر انتقالی در این فاکتور است.

 

 

جدول 6- نمایش مقادیر ویژۀ مربوط به هر فاکتور به‌همراه درصد واریانس تجمعی آن‌ها برای نمونه‌های رسوبات سازند سنگستان (عناصر بااهمیت به‌صورت پررنگ نشان داده‌ شده‌ است)

Table 6- The eigenvalue of Factors and their cumulative variance for sediments of the Sangestan Formation

(Important elements are shown in bold)

Elements

F1

Elements

F2

Elements

F3

Elements

F4

Elements

F5

clrCr

-.907

clrCs

-.859

clrBaO

-.549

clrBaO

-.609

REE

-.248

clrNa2O

-.849

clrRb

-.845

clrSr

-.501

clrSr

-.379

clrY

-.176

clrSiO2

-.803

clrK2O

-.783

clrCaO

-.379

clrCu

-.290

clrK2O

-.161

clrAl2O3

-.699

clrAl2O3

-.542

clrMnO

-.297

clrCo

-.277

clrRb

-.154

clrCu

-.542

clrSiO2

-.474

clrP2O5

-.233

clrSiO2

-.245

clrTh

-.126

clrK2O

-.530

clrCu

-.344

clrYb

-.180

clrNa2O

-.201

clrCs

-.110

clrRb

-.438

clrTh

-.336

clrZr

-.122

clrNb

-.140

clrP2O5

-.099

clrBaO

-.260

clrTa

-.315

clrNi

-.112

clrV

-.139

clrAl2O3

-.094

clrTa

-.126

clrCo

-.167

clrMgO

-.098

clrCr

-.099

clrSiO2

-.093

clrNi

-.007

clrCr

-.155

clrY

-.074

clrTa

-.088

clrYb

-.089

clrNb

-.005

clrNb

-.140

clrU

-.041

REE

-.047

clrNb

-.063

clrP2O5

.058

clrV

-.075

clrCo

-.033

clrAl2O3

-.034

clrCaO

-.038

clrTh

.077

clrNa2O

-.066

clrCr

.048

clrK2O

-.020

clrNa2O

-.009

clrCs

.198

clrBaO

-.054

REE

.079

clrZr

-.008

clrBaO

.017

clrCo

.317

clrFe2O3

.114

clrCu

.088

clrU

.003

clrMnO

.035

clrMnO

.428

clrP2O5

.132

clrSiO2

.115

clrRb

.010

clrTiO2

.073

clrY

.466

clrSr

.154

clrFe2O3

.137

clrTh

.037

clrTa

.077

clrYb

.483

clrMgO

.158

clrK2O

.188

clrMgO

.094

clrU

.112

clrCaO

.578

clrTiO2

.260

clrRb

.213

clrCs

.133

clrSc

.116

clrSr

.651

clrSc

.279

clrV

.221

clrNi

.150

clrSr

.124

clrFe2O3

.700

clrZr

.308

clrNa2O

.229

clrSc

.164

clrMgO

.147

REE

.741

clrNi

.428

clrCs

.267

clrTiO2

.172

clrZr

.162

clrSc

.782

clrU

.481

clrTiO2

.283

clrMnO

.259

clrCu

.206

clrU

.817

REE

.512

clrAl2O3

.340

clrCaO

.292

clrCr

.207

clrTiO2

.860

clrCaO

.630

clrSc

.367

clrY

.299

clrFe2O3

.220

clrV

.862

clrMnO

.720

clrTa

.835

clrYb

.331

clrV

.233

clrZr

.880

clrYb

.734

clrTh

.881

clrFe2O3

.526

clrNi

.698

clrMgO

.913

clrY

.775

clrNb

.902

clrP2O5

.847

clrCo

.747

% of Cumulative Variance

37.4

 

59.02

 

72.72

 

80.90

 

86.41

 

جدول 7- تفکیک عناصر موجود در سیمان و اجزای اصلی سنگ‌های آواری مناطق بیداخوید و کوه علوی

Table 7- The separation of elements in the cement components and in the principal components of siliciclastic sediments in Bidakhavid and Alavi Mountain areas

عناصر فرعی

عناصر اصلی

کانی

 

REE, Zr, Y, V, Sc, Sr

CaO, MnO, MgO, TiO2, Fe2O3

سیمان کلسیتی و آهن‌دار

سیمان (تفکیک برحسب درصد در تمام نمونه‌ها)

Rb, Cr, Cs

SiO2, Al2O3, K2O, Na2O

کوارتز، فلدسپات و کانی‌های رسی

اجزای اصلی سنگ

 

 

جدول 8 - مقادیر بار فاکتوری برای رسوبات سیلیسی آواری در دو منطقۀ کوه علوی و بیداخوید

Table 8- The loading factor values for siliciclastic sediments in Bidakhavid and Alavi Mountain areas

Rock type

منطقۀ کوه علوی

Rock type

منطقۀ بیداخوید

Sample

F1

Sample

F2

Sample

F1

Sample

F2

ماسه‌سنگ

SA-A-21

-0.98

SA-A-15

-1.61

ماسه‌سنگ

SA-B-6

-2.01

SA-B-8

-1.66

SA-A-17

-0.84

SA-A-14

-1.27

SA-B-13

-1.86

SA-B-7

-1.52

SA-A-19

-0.69

SA-A-20

-1.24

SA-B-16

-1.49

SH-B-1

-0.19

SA-A-18

-0.26

SA-A-16

-1.03

SA-B-11

-1.47

SH-B-2

-0.16

SA-A-16

-0.19

SA-A-19

-0.93

SA-B-15

-1.28

SH-B-5

0.12

SA-A-15

0.04

SA-A-21

-0.85

SA-B-7

-0.05

SA-B-6

0.17

SA-A-20

0.11

SA-A-18

-0.73

SA-B-8

0.00

SA-B-16

0.76

SA-A-14

0.26

SA-A-17

-0.35

سیلتستون

SH-B-5

0.61

SA-B-11

0.81

سیلستون

SH-A-3

0.56

SH-A-10

0.24

SH-B-2

1.07

SA-B-13

1.14

SH-A-4

0.60

SH-A-2

0.28

SH-B-1

1.10

SA-B-15

1.70

SH-A-5

0.64

SH-A-7

0.61

 

SH-A-8

0.92

SH-A-12

0.74

 

SH-A-2

0.93

SH-A-8

0.77

 

SH-A-7

0.96

SH-A-5

0.77

 

SH-A-13

1.02

SH-A-4

0.91

 

SH-A-12

1.13

SH-A-13

1.01

 

SH-A-10

1.19

SH-A-3

1.50

 

 

 

آنالیز خوشه‌ای

هدف از تجزیه‌وتحلیل خوشه‌ای اغلب دسته‌بندی متغیرها یا مشاهدات، به گروه‌های هموژن چندمتغیرۀ معنی‌دار است؛ به‌گونه‌ای‌که، اعضای هر گروه از اعضای گروه‌های دیگر متمایز باشد (Zhou et al. 2018)؛ به عبارت دیگر، تجزیه‌وتحلیل خوشه‌ای، فاصلۀ بین هر جفت از اشیاء را برحسب متغیرهای پیشنهادی اندازه‌گیری و سپس اشیایی را گروه‌بندی می‌کند که نزدیک‌ترین فاصله را نسبت‌به یکدیگر دارد (Tullis and Albert 2013).

آنالیز خوشه‌ای سلسله مراتبی، یکی از روش‌های تجزیه‌وتحلیل خوشه‌ای است که نتایج را به‌صورت یک نمودار درختی نشان می‌دهد. در این روش، ابتدا هر مشاهده داخل یک خوشه قرار می‌گیرد (n خوشه)، در مرحلۀ دوم، دو مشاهده با نزدیک‌ترین فاصله نسبت‌به یکدیگر، به هم ملحق می‌شود و یک خوشه را تشکیل می‌دهد (n-1 خوشه). این فرآیند آن‌قدر تکرار می‌شود تا خوشه‌های ایجادشده نسبت‌به هم، کمترین شباهت را داشته باشد (Tullis and Albert 2013). این آنالیز با استفاده از الگوریتم وارد [5]و روش مربع فاصلۀ اقلیدسی[6] روی داده‌های موردمطالعه انجام گرفت.

نتایج حاصل از آنالیز خوشه‌ای سلسله مراتبی، به‌صورت دندروگرام شکل 8 نشان داده ‌شده است. همان‌طورکه در شکل مشاهده می‌شود، دو گروه اصلی ایجاد شده است که البته در داخل این گروه‌ها، زیرگروه‌هایی نیز مشاهده می‌شود و نتایج این آنالیز تأییدکننده، نتایج آنالیز فاکتوری است. عناصر CaO, MnO, P2O5, Y همبستگی قوی را با هم نشان می‌دهند. همبستگی این گروه از عناصر نشان‌دهندۀ آن است که در سیمان کربناته تمرکز پیدا کرده‌ و از دیاژنز اولیه متأثر شده است. این گروه با گروه عناصر Fe2O3, TiO2, MgO, Sc, V, REE, Zr, U, Ni, Co, Sr نیز همبستگی نشان می‌دهد. عناصر انتقالی (Ni, V, Sc, Co) با اکسیدهایی مانند: TiO2 و Fe2O3 نشان‌دهندۀ همراهی آن‌ها با اکسیدها است که می‌توانند به‌صورت ذرات معلق در سطح آن‌ها درحین فرآیندهای ژئوشیمیایی جابه‌جا شوند. همراهی زیرکونیوم و عناصر نادر خاکی نشان‌دهندۀ آن است که زیرکن، نقش اساسی در تفریق عناصر نادر خاکی دارد. همراهی آن‌ها با اکسید کلسیم نشان‌دهندۀ آن است که این عناصر در سیمان سنگ‌ها بیشتر یافت می‌شود. اکسیدهای SiO2, Al2O3, Na2O, K2O و عناصر لیتوفیل یون بزرگ[7] مانند Cs, Rb, K با هم همبستگی بالایی نشان می‌دهند. همراهی Al2O3 با اکسید پتاسیم نشان‌دهندۀ تأثیر کانی‌های غنی از پتاسیم مثل ایلیت در توزیع آلومینیوم است و اینکه کانی‌های رسی، ترکیب عناصر اصلی را کنترل می‌کند. ازطرفی همراهی اکسید سدیم با اکسید آلومینیوم در این سنگ‌ها، به وجود سدیم در ساختار آلومینوسیلیکات‌ها برمی‌گردد. همراهی سیلیس با اکسید آلومینیوم نشان‌دهندۀ آن است که فلدسپات‌ها و سیلیس، از کانی‌های اصلی سنگ بوده و جزء سیمان آن قرار نگرفته است.

همان‌طورکه مشاهده شد، دو گروه عناصر مرتبط با اجزای اصلی ماسه‌سنگ‌ها و عناصر مرتبط با سیمان آن‌ها، با استفاده از روش‌های آماری چندمتغیره به‌خوبی تفکیک شدند. به‌منظور بررسی روند این عناصر در ماسه‌سنگ‌ها، سیلتستون‌ها، ارتباط بین عمق حوضۀ رسوبی و نحوۀ تشکیل رسوبات در سازند سنگستان، روند تغییرات عمقی عناصر مطالعه می‌شود.

 

روند تغییرات عناصر

با استفاده از آنالیزهای چندمتغیره، عناصر به دو گروه عناصر مرتبط با سیمان سنگ و عناصر مرتبط با اجزای اصلی سنگ تقسیم شد. همان‌طورکه در جدول 7 مشاهده می‌شود، عناصر SiO2, Al2O3, K2O, Na2O با اجزای اصلی تشکیل‌دهندۀ سنگ مرتبط است. روند تغییرات عناصر اصلی و فرعی نسبت‌به عمق، در دو منطقۀ بیداخوید و کوه علوی به‌طورجداگانه رسم شده است (شکل‌های 8 و 9). باتوجه‌به شکل‌های فوق، مقدار اکسید آلومینیوم هم برای ماسه‌سنگ‌ها و هم سیلتستون‌ها در هر دو منطقۀ موردمطالعه، نسبتاً ثابت است؛ اما مقدار سیلیس در هر دو منطقه، از طرف ماسه‌سنگ‌ها به سمت سیلتستون‌ها کاهش پیدا می‌کند. مقادیر K2O و Na2O نیز از روند تغییرات سیلیس تبعیت کرده و در ماسه‌سنگ‌ها بیشتر بوده است و مقدار آن به سمت سیلتستون‌ها کاهش می‌یابد. عناصر فرعی مانند Cr و Rb در دو منطقۀ موردمطالعه، روند تغییراتی شبیه سیلیس دارد و مقدار آن‌ها به سمت سیلتستون‌ها کاهش می‌یابد. ازطرفی، عناصر مرتبط با سیمان سنگ که شامل: CaO, MnO, MgO, TiO2, Fe2O3, P2O5 است (جدول 7)، از ماسه‌سنگ‌ها به طرف سیلتستون‌ها روند افزایشی دارد. این مقدار افزایشی، هم در سیلتستون‌های منطقۀ کوه علوی و هم در منطقۀ بیداخوید مشاهده می‌شود. علاوه‌برآن، روند تغییرات عناصر فرعی REE، Y، V، Sc، Zr و Sr در دو منطقۀ موردمطالعه نیز شبیه روند تغییرات CaO است و از ماسه‌سنگ‌ها به طرف سیلتستون‌ها افزایش می‌یابد.

نمونه‌برداری از قاعدۀ سازند سنگستان و با ماسه‌سنگ‌ها شروع شده و در پایان با نمونه‌برداری از سیلتستون‌ها پایان یافته است. هرچه به طرف سازند کربناته تفت نزدیک‌تر شویم، ماسه‌سنگ‌های ریزدانه و سیلتستون‌ها تشکیل شده‌ است که نشان‌دهندۀ افزایش عمق حوضۀ رسوبی و فاصله از ساحل است؛ بنابراین، ذرات ریزتر و مقاوم‌تر، این فاصله را طی کرده و در حوضۀ رسوبی ته‌نشست کرده‌اند. درنتیجه، افزایش سیمان در سیلتستون‌ها با افزایش عمق حوضه رسوبی و تأثیر بیشتر فعالیت‌های شیمیایی مرتبط است. در اثر این فعالیت‌ها، عناصر با شدت میدان بالا نیز به‌همراه اکسیدهای آهن و تیتانیوم، بین ذرات اصلی سنگ قرار گرفته و سیمان سنگ را تشکیل داده‌اند. در این مرحله از تکامل حوضۀ رسوبی، عناصر انتقالی مثل Ni و Co احتمالاً به‌صورت بار معلق، REE ها، احتمالاً به‌علت شروع فعالیت‌های هیدروترمالی از طریق بازشدگی‌های عمیق پوسته‌ای، در سیستم ریفت درون قاره‌ای احتمالی در این زمان، به‌همراه عنصر تخریبی مانند Zr به‌علت مقاومت بالا در حوضه تشکیل شده‌ است (Chen and Robertson 2020). همان‌طورکه در نتایج آنالیزهای چندمتغیره و سنگ‌شناسی نیز مشاهده شد، این عناصر همراه با سیمان تشکیل‌شده است؛ بنابراین، می‌توان چنین تفسیر کرد که احتمالاً زمان تشکیل سیلتستون‌ها و افزایش مقدار سیمان بین آن‌ها، مقارن با بازشدگی بیشتر حوضه، گسترش ریفت، افزایش عمق آن و افزایش فعالیت‌های شیمیایی و فیزیکی است.

 

 

 

شکل 8- دندروگرام حاصل از روش آنالیز خوشه‌ای سلسله مراتبی بر روی رسوبات سیلیسی آواری سازند سنگستان

Fig 8- The dendrogram obtained from the hierarchical cluster analysis on siliciclastic sediments of Sangestan Formation

 

 

 

شکل 9- روند تغییرات عمقی عناصر اصلی و فرعی در ماسه‌سنگ‌ها و سیلتستون‌ها در منطقۀ کوه علوی

Fig 9- Depth change trends of major and trace elements in sandstones and siltstones in the Alavi Mountain region

 

 

 

 

شکل 10- روند تغییرات عناصر اصلی و فرعی در ماسه‌سنگ‌ها و سیلتستون‌ها در منطقه بیداخوید

Fig 10- Depth change trends of major and trace elements in sandstones and siltstones in the Bidakhavid area

 

 

 

 

محاسبۀ میزان هوازدگی و تفسیر شرایط آب‌وهوایی دیرینه

ترکیب کانی‌شناسی و ژئوشیمی عناصر اصلی، از شدت هوازدگی سنگ منشأ، اثر می‌پذیرد که نشان‌دهندۀ شرایط آب‌و‌هوایی است (Sci et al. 2019). به عبارت دیگر، بلوغ کانی‌های رسوبات با فرآیندهای هوازدگی کنترل می‌شود؛ درحالی‌که، درجۀ تبدیل کانی‌های فلدسپات به کانی‌های رسی، در ارتباط با شرایط آب‌وهوایی قدیمی، هوازدگی و رخدادهای تکتونیکی است (Hou et al. 2018)؛ بنابراین، لازم است شاخص‌های دگرسانی پلاژیوکلازها [8]PIA (Fedo et al. 1995)، شاخص دگرسانی شیمیاییCIA [9] (Nesbitt and Young 1982)، شاخص هوازدگی شیمیایی[10] CIW (Harnois 1988) برای بررسی میزان هوازدگی محاسبه شوند. مقادیر بالای اندیس‌ها (75-100) نشان‌دهندۀ هوازدگی شدید است؛ درحالی‌که، هوازدگی با شدت کم، در مقدار اندیس کمتر از 60 مشاهده می‌شود (Zaid et al. 2015). این اندیس‌ها با رابطه‌های 2تا4 محاسبه می‌شود.

 

(2)

 

(3)

 

(4)

 

(5)

در این محاسبه، CaO* مقدار کلسیت در ارتباط با فاز سیلیکاتۀ سنگ است؛ اما CaO در سیمان و خرده‌سنگ‌های کربناته نیز وجود دارد؛ بنابراین، مقدار CaO در فاز سیلیکاته با استفاده از مقدار P2O5 و رابطۀ 5 محاسبه شد. اگر این مقدار کمتر از مقدار Na2O بود، مقدار CaO موجود در شبکۀ سیلیکات‌ها محاسبه شده ‌است؛ ولی اگر مقدار آن بیشتر از مقدار Na2O بود، مقدار CaO* معادل Na2O در نظر گرفته می‌شود (McLennan 1993) . برای نمونه‌های موردمطالعه، مقدار CaO* ماسه‌سنگ‌ها کمتر از مقدار Na2O و برعکس مقدار آن درسیلتستون‌ها بیشتر به دست آمد. ازاین‌رو، برای ماسه‌سنگ‌ها مقدار CaO* محاسبه ‌شده است و برای سیلتستون‌ها مقدارNa2O مولی در نظر گرفته ‌شد.

اندیس‌های هوازدگی، برای نمونه‌های سیلیسی آواری سازند سنگستان محاسبه شد که نتایج آن در جدول 9 مشاهده می‌شود. مقادیر شاخص‌های فوق، در محدودۀ کمتر از 75 قرار داشته و نشان‌دهندۀ آن است که سنگ‌های منشأ، دچار هوازدگی با شدت کم تا متوسط شده‌ است. مقادیر این اندیس‌ها برای نمونه‌های ماسه‌سنگی و سیلتستونی در هر دو منطقۀ موردمطالعه، نزدیک به هم است که نشان‌دهندۀ شرایط آب و هوایی یکسان در هنگام تشکیل آن‌ها بوده است.

علاوه‌برآن، شرایط آب‌وهوایی دیرینه را می‌توان از طریق نمودار مثلثی (A-CN-K) Al2O3-(CaO+Na2O)-K2O ارزیابی کرد(Nesbitt and Young 1984). در این نمودار، سنگ‌های غیر هوازده در زیر خط اتصال پلاژیوکلاز-فلدسپات قرار می‌گیرد. نمودار فوق، برای نمونه‌های سیلیسی آواری سازند سنگستان رسم شده است و در شکل 11نمایش داده شد. همان‌گونه در این شکل مشاهده می‌شود، نمونه‌ها نزدیک به خط اتصال پلاژیوکلاز-فلدسپات قرار گرفته و قسمت مرکزی آن را اشغال کرده‌ است که نشان‌دهندۀ شرایط هوازدگی ضعیف است؛ البته میزان هوازدگی نمونه‌های ماسه‌سنگی، کمی نسبت‌به نمونه‌های سیلتستونی بیشتر است. این نتیجه با استفاده از نمودار ارائه‌شده توسط Suttner and Dutta 1986 برای تعیین آب‌وهوای گذشته نیز در تطابق است که نمونه‌های سیلتستونی درمحدودۀ آب‌وهوای خشک و نمونه‌های ماسه‌سنگی درمحدودۀ آب‌وهوای خشک تا کمی مرطوب قرار گرفت (شکل 12).

 

 

شکل 11- نمودار مثلثی (A-CN-K) Al2O3-(CaO+Na2O)-K2O نمونه‌های سیلیسی‌آواری سازند سنگستان در جنوب غربی شهر یزد (Nesbitt and Young 1984). Pl: پلاژیوکلاز، Ksp: فلدسپات پتاسیم

Fig 11- The triangle plot (A-CN-K) Al2O3-(CaO+Na2O)-K2O of siliciclastic samples of Sangestan formation in the southwest of Yazd city.

 

شکل 12- نمایش شرایط آب‌وهوایی نمونه‌های سیلیسی‌آواری سازند سنگستان در زمان ته‌نشینی سنگ‌ها در مناطق موردمطالعه (Suttner and Dutta 1986)

Fig 12- Climate conditions of siliciclastic samples of Sangestan formation in the deposition time of rocks

 

 

نتایج آب‌وهوای دیرینل به‌دست‌آمده از رسوبات سیلیسی‌آواری سازند سنگستان، در تطابق با نتایج به‌دست‌آمده از مطالعات پالئومغناطیسی است که Mattei et al. 2015 انجام داده است. نتایج پالئومغناطیسی نشان داده است که بلوک یزد ازلحاظ آب‌وهوایی، در کمربند خشک گرمسیری در زمان ژوراسیک پسین- کرتاسۀ پیشین قرار داشته است (شکل 13 ).

 

شکل 13- بازسازی جغرافیای قدیمی خرده قارۀ ایران مرکزی (بلوک‌های لوت، طبس و یزد) در زمان کرتاسۀ پیشین (Mattei et al. 2015). Y : بلوک یزد، T: بلوک طبس، L : بلوک لوت، A: البرز، SCB: حوضۀ خزر جنوبی، CA: افغانستان مرکزی

Fig 13- The reconstruction of Central East Iranian Microcontinent including Lut, Tabas, and Yazd blocks in the early Cretaceous.

 

جدول 9- مقادیر شاخص‌های هوازدگی رسوبات سیلیسی آواری سازند سنگستان در برش‌های بیداخوید و کوه علوی

Table 9- The weathering index Values of siliciclastic sediments of Sangestan Formation in Bidakhvid and Alavi Mountain sections

Rock type

منطقه کوه علوی

Rock type

منطقه بیداخوید

Sample

CIA

PIA

CIW

Sample

CIA

PIA

CIW

ماسه‌سنگ

SA-A-14

54.77

57.61

65.67

ماسه‌سنگ

SA-B-6

46.67

44.81

58.48

SA-A-15

60.21

68.18

76.14

SA-B-7

55.48

63.30

77.44

SA-A-16

55.10

58.98

68.07

SA-B-8

55.60

63.76

77.93

SA-A-17

53.61

56.78

67.10

SA-B-11

47.20

47.20

51.49

SA-A-18

55.75

58.95

66.12

SA-B-13

50.09

50.64

56.21

SA-A-19

58.08

63.55

71.81

SA-B-15

45.03

44.67

48.21

SA-A-20

53.50

55.73

64.73

SA-B-16

58.86

61.73

65.23

SA-A-21

45.63

44.48

52.40

سیلتستون

SH-B-1

57.71

60.82

66.40

سیلستون

SH-A-2

54.91

56.71

61.82

SH-B-2

57.53

60.61

66.29

SH-A-3

51.81

52.50

55.74

SH-B-5

53.25

54.46

59.27

SH-A-4

51.50

52.11

54.95

          

SH-A-5

52.43

53.20

56.21

          

SH-A-7

53.91

54.98

58.25

          

SH-A-8

55.14

56.50

59.92

          

SH-A-10

58.74

61.25

65.11

          

SH-A-12

58.05

60.16

63.68

          

SH-A-13

56.77

58.76

62.79

          

 

نتیجه‌

سازند سنگستان به‌همراه سازندهای تفت و دره زنجیر، توالی کرتاسۀ پیشین را در حوضۀ جنوب یزد تشکیل می‌دهد. سازند سنگستان از رسوبات سیلیسی آواری و به‌ میزان خیلی کم، از سنگ‌های کربناته تشکیل شده است. به‌منظور شناسایی دقیق سنگ‌های تشکیل‌دهندۀ این سازند و محیط تشکیل آن‌ها، نمونه‌برداری از رسوبات سیلیسی آواری آن و مطالعات کانی‌شناسی و ژئوشیمی صورت گرفته است. براساس نتایج مطالعات آنالیز دانه‎‍شماری، نوع ماسه‌سنگ‌های آن، آرکوز و رسوبات ریزدانه نیز سیلتستون تشخیص داده شد. نتایج آنالیز فاکتوری و خوشه‌ای نیز تمایزدهندۀ عناصر مرتبط با سیمان سنگ‌ها و عناصر مرتبط با اجزای اصلی سنگ‌ها است. عناصر مرتبط با سیمان سنگ هم در سیلتستون‌های منطقۀ بیداخوید و هم در منطقۀ کوه علوی دارای بار مثبت بالا است و در مقابل، ماسه‌سنگ‌ها نیز در هر دو منطقه دارای بار مثبت بالا از عناصر مرتبط با اجزای اصلی سنگ‌ها است. این مسئله نشان‌دهندۀ آن است که منشأ سیلتستون‌ها و ماسه‌سنگ‌ها در هر دو منطقۀ موردمطالعه شبیه هم است. تغییرات عناصر نشان داد که هم‌زمان با تشکیل سیلتستون‌ها، عناصر مرتبط با سیمان نیز افزایش پیدا کرد که می‌تواند با افزایش عمق حوضۀ رسوبی، بازشدگی‌های عمیق پوسته‌ای در کف حوضۀ رسوبی، گسترش ریفت درون‌قاره‌ای در این زمان و ورود موارد هیدروترمالی از عمق بازشدگی‌ها به کف حوضه مرتبط باشد. علاوه‌برآن، مقادیر اندیس‌های هوازدگی نشان داد که تشکیل سیلتستون‌ها و ماسه‌سنگ‌ها در شرایط آب و هوایی مشابهی در کمربند خشک گرمسیری رخ داده است.

 

[1] Scree Plot

[2] Total Variance Table

[3] Varimax

[4] High field strength elements (HFSE)

[5] Ward

[6] Squared Euclidean Distance

[7] Large Ion Lithophile Elements (LILE)

[8] Plagioclase Index of Alteration

[9] Chemical Index Alteration

[10] chemical index of weathering

References

Abbaszadeh S. Mojtahedzadeh S.H. Ansari A. and Verma S.P. 2021. New evidence of Early Cretaceous basaltic eruption in the Sangestan Formation: Geochemistry, Petrology, and Tectonic Setting in Central Iran. (in review).
Abubakar U. Usman M.B. Bello A.M. Garba T.A. and Hassan S. 2019. Geochemical and palaeocurrent analysis of the Tertiary Kerri–Kerri Formation in the Gongola Sub-Basin of the northern Benue Trough north-eastern Nigeria: implications for provenance, tectonic setting and palaeoweathering. SN Applied Sciences 1(10): 1149.
Aitchison J. and Egozcue J.J. 2005. Compositional data analysis: where are we and where should we be heading? Mathematical Geology 37(7): 829-850.
Alavi M. 1991. Tectonic map of the Middle East 1:5000000. Geological Survey of Iran Tehran.
Armstrong-Altrin J.S. Machain-Castillo M.L. Rosales-Hoz L. Carranza-Edwards A. Sanchez-Cabeza J.-A. and Ruíz-Fernández A.C. 2015. Provenance and depositional history of continental slope sediments in the southwestern Gulf of Mexico unraveled by geochemical analysis. Continental Shelf Research, 95: 15-26.
Az-Mikaelians H. Ashja-Ardalan A. Sheikhzakariayi S.-J. and Ansri S. 2020. Introducing the main and accessory minerals in the granitoid batholith of Shirkuh, Yazd (Central Iran) and its tourmaline and garnet phases. Geosaberes, 11: 75-103.
Buccianti A. and Grunsky E. 2014. Compositional data analysis in geochemistry: Are we sure to see what really occurs during natural processes?. Journal of Geochemical Exploration 141:1-5.
Chen G. and Robertson A.H.F. 2020. User's guide to the interpretation of sandstones using whole-rock chemical data, exemplified by sandstones from Triassic to Miocene passive and active margin settings from the southern Neotethys in Cyprus. Sedimentary Geology, 400: 105616.
Etesampour A. Mahboubi A. Moussavi-Harami R. Arzani N. and Salehi M.A. 2019. Sandstone petrography and geochemistry of the Nayband Formation (Upper Triassic, Central Iran): Implications for sediment provenance and tectonic setting. Austrian Journal of Earth Sciences, 112(1): 20-41.
Fedo C. Nesbitt H. and Young G. 1995. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance. Geology, 23: 921-924.
Folk R.L. 1980. Petrology of sedimentary rocks: Hemphill Publishing Company, 182p.
Ghorbani M. 2019. Lithostratigraphy of Iran: Springer International Publishing, 567p.
Haj Mola ali A. and Majidifard M.R. 2000. Explanatory text of Yazd. Geological Quadrangle Map 1: 100000. Geological Survey of Iran Tehran.
Hajmolla- ali A. 1993. Explanatory text of Khezr Abad. Geological Quadrangle Map 1: 100000. Geological Survey of Iran Tehran.
Haque M.M. and Roy M.K. 2020. Sandstone-shale geochemistry of Miocene Surma Group in Bandarban Anticline, SE Bangladesh: Implications for provenance, weathering, and tectonic setting. Earth, 9(1): 38-51.
Harnois L. 1988. The CIW index: A new chemical index of weathering. Sedimentary Geology, 55(3): 319-322.
Haruna K. and Ojo O. 2019. Major and trace element evaluation of the Campano-Maastrichtian sediments of Anambra Basin exposed around Enugu, Nigeria. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 23(1): 111–119.
Herron M.M. 1988. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data. Journal of Sedimentary Research, 58(5): 820-829.
Hou Q. Mou C. Wang Q. Tan Z. Ge X. and Wang X. 2018. Geochemistry of sandstones from the Silurian Hanxia Formation, north Qilian Belt, China: implication for provenance, weathering and tectonic Setting. Geochemistry International, 56(4): 362-377.
Khan Z. Quasim M. Amir M. and Ahmad A. 2019. Provenance, tectonic setting, and source area weathering of Middle Jurassic siliciclastic rocks of Chari Formation, Jumara Dome, Kachchh Basin, western India: Sedimentological, mineralogical, and geochemical constraints. Geological Journal, 55(5):3537-3558.
Khosro Tehrani K. and Vaziri-Moghadam H. 1993. Stratigraphy of Lower Cretaceous rocks, west and S.W. of Yazd (Central Iran). Earth Science Journal of Iran. 2(7): 35-45.(in persian).
Maghfouri S. and Hosseinzadeh M.R. 2018. The Early Cretaceous Mansourabad shale-carbonate hosted Zn–Pb (-Ag) deposit, central Iran: An example of vent-proximal sub-seafloor replacement SEDEX mineralization. Ore Geology Reviews, 95: 20-39.
Maghfouri S. Hosseinzadeh M.R. Choulet F. Alfonso P. Zadeh A.M.A. and Rajabi A. 2019. Vent-proximal sub-seafloor replacement clastic-carbonate hosted SEDEX-type mineralization in the Mehdiabad world-class Zn-Pb-Ba-(Cu-Ag) deposit, southern Yazd Basin, Iran. Ore Geology Reviews, 113: 103047.
Maghfouri S. Hosseinzadeh M.R. Lentz D. and Choulet F. 2020. Geological and geochemical constraints on the Farahabad vent-proximal sub-seafloor replacement SEDEX-type deposit, southern Yazd basin, Iran. Journal of Geochemical Exploration, 209: 106436.
Mattei M. Cifelli F. Muttoni G. and Rashid H. 2015. Post-Cimmerian (Jurassic–Cenozoic) paleogeography and vertical axis tectonic rotations of Central Iran and the Alborz Mountains. Journal of Asian Earth Sciences, 102: 92-101.
McLennan S.M. 1993. Weathering and global denudation. The Journal of Geology, 101(2): 295-303.
Meigoony M.S. Afzal P. Gholinejad M. Yasrebi A.B. and Sadeghi B. 2014. Delineation of geochemical anomalies using factor analysis and multifractal modeling based on stream sediments data in Sarajeh 1: 100,000 sheet, Central Iran. Arabian Journal of Geosciences, 7(12): 5333-5343.
Moallemi S. Salehi M. and Zohdi A. 2017. Geochemistry of the Razak Formation Sandstones, southeastern Zagros Sedimentary Basin: Implications for tectonic setting, parent rocks and palaeoweathering. Geosience Journal, 26(103): 265-286 (in persian).
Mojtahedzadeh S.H. 2002. Mehdiabad, a SEDEX-type Pb-Zn deposit in Yazd, Central Iran: Geology and Geochemistry. (unpublished PhD thesis). Tsukuba University. Japan, 233p.
Nabavi M. 1972. Explanatory text of Abadeh. Geological Quadrangle Map 1: 250000. Geological Survey of Iran Tehran.
Nesbitt H. and Young G. 1982. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature, 299: 715-717.
Nesbitt H.W. and Young G.M. 1984. Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations. Geochimica et Cosmochimica Acta, 48(7): 1523-1534.
Nowrouzi Z. Moussavi-Harami R. Mahboubi A. Gharaie M.H.M. and Ghaemi F. 2014. Petrography and geochemistry of Silurian Niur Sandstones, Derenjal Mountains, east Central Iran: implications for tectonic setting, provenance and weathering. Arabian Journal of Geosciences, 7(7): 2793-2813.
Ohta T. 2004. Geochemistry of Jurassic to earliest Cretaceous deposits in the Nagato Basin, SW Japan: implication of factor analysis to sorting effects and provenance signatures. Sedimentary Geology, 171(1-4): 159-180.
Okon E. Essien N. and Adeyemi G. 2017. Geochemistry of sandstones of Awi Formation, southeastern Nigeria: Implications for weathering, provenance and tectonic settings. International Journal of Science and Technology, 6(4): 742-755.
Parto Azar H. and Aboutorab F. 1981. Mesozoic stratigraphy in Taft area, Central Iran. Internal Journal, 30 P (in persian).
Patra A. and Shukla A.D. 2020. Geochemical signatures of Late Paleocene sandstones from the Sanu Formation, Jaisalmer basin, western India: Implication for provenance, weathering and tectonic setting. Journal of Earth System Science, 129(1): 1-12.
Periasamy V. and Venkateshwarlu M. 2017. Petrography and geochemistry of Jurassic sandstones from the Jhuran Formation of Jara dome, Kachchh basin, India: Implications for provenance and tectonic setting. Journal of Earth System Science, 126(3): 44.
Reimann C. Filzmoser P. and Garrett R.G. 2002. Factor analysis applied to regional geochemical data: problems and possibilities. Applied Geochemistry, 17(3): 185-206.
Safaei M. Mahboubi A. Modabberi S. and Moussavi-Harami R. 2020. Palaeoenvironment, sequence stratigraphy and palaeogeography of the Lower Cretaceous deposits of Mehdi Abad, Yazd Block, Central Iran. Neues Jahrbuch für Geologie und Paläontologie-Abhandlungen, 295(1): 61-89.
Salehi M.A. Moussavi-Harami S.R. Mahboubi A. Wilmsen M. and Heubeck C. 2014. Tectonic and palaeogeographic implications of compositional variations within the siliciclastic Ab-Haji Formation (Lower Jurassic, east-Central Iran). Neues Jahrbuch für Geologie und Paläontologie-Abhandlungen, 271(1): 21-48.
Sci T. Sengun F. and Koralay O. 2019. Petrography, geochemistry, and provenance of Jurassic sandstones from the Sakarya Zone, NW Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, 28: 603-622.
Shadan M. and Hosseini-Barzi M. 2013. Petrography and geochemistry of the Ab-e-Haji Formation in Central Iran: implications for provenance and tectonic setting in the southern part of the Tabas block. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, 30(1): 80-95.
Sheibi M. Bouchez J.-L. Esmaeily D. and Siqueira R. 2012. The Shir-Kuh pluton (Central Iran): Magnetic fabric evidences for the coalescence of magma batches during emplacement. Journal of Asian Earth Sciences, 46: 39–51.
Somasekhar V. Ramanaiah S. and Sarma D.S. 2018. Geochemical characterization of the siliciclastic rocks of Chitravati Group, Cuddapah Supergroup: Implications for provenance and depositional environment. Journal of Earth System Science, 127(4): 54.
Suttner L.J. and Dutta P.K. 1986. Alluvial sandstone composition and paleoclimate; I, Framework mineralogy. Journal of Sedimentary Research, 56(3): 329-345.
Tullis T. and Albert B. 2013. Chapter 9 - Special Topics. In T. Tullis & B. Albert (Ed.). Measuring the User Experience (Second Edition). Boston: Morgan Kaufmann. 209-236 p.
Wang B.-Q. Wang W. and Zhou M.-F. 2013. Provenance and tectonic setting of the Triassic Yidun Group, the Yidun Terrane, Tibet. Geoscience Frontiers, 4(6): 765-777.
Wilmsen M. Fürsich F.T. and Majidifard M.R. 2015. An overview of the Cretaceous stratigraphy and facies development of the Yazd Block, western Central Iran. Journal of Asian Earth Sciences, 102: 73-91.
Xu K. Ding F. Li Q. Xie X. Yang L. Li Y. and Dong B. 2019. Petrology and geochemistry of Upper Jurassic Weimei Formation sandstones in southern Tibet: implications for provenance and tectonic setting. Geosciences Journal, 23(5): 767-790.
Zaid S.M. and Al Gahtani F. 2015. Provenance, diagenesis, tectonic setting, and geochemistry of Hawkesbury Sandstone (Middle Triassic), southern Sydney Basin, Australia. Turkish Journal of Earth Sciences, 24(1): 72-98.
Zaid S.M. El Badry O. Ramadan F. and Mohamed M. 2015. Petrography and geochemistry of Pharaonic sandstone monuments in Tall San Al Hagr, Al Sharqiya Governorate, Egypt: implications for provenance and tectonic setting. Turkish Journal of Earth Sciences, 24(4): 344-364.
Zand-Moghadam H. Jafarzadeh M. Moussavi-Harami R. and Mahboubi A. 2018. Petrography and geochemistry of the Upper Jurassic siliciclastic rocks equivalent to the Mozduran Gas Reservoir in the eastern Kopet-Dagh Basin, NE Iran. Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran, 29(2): 157-171.
Zhou S. Zhou K. Wang J. Yang G. and Wang S.-S. 2018. Application of cluster analysis to geochemical compositional data for identifying ore-related geochemical anomalies. Frontiers of Earth Science, 12(3): 491-505.
 
 
 
 
Journal of Stratigraphy and Sedimentology Researches
Volume 37, Issue 4 - Serial Number 85
Journal of Stratigraphy and Sedimentology Researches , Vol. 37, Issue 4 No. 85, َWinter 2022
February 2022
Pages 135-162

Files

Share

How to cite

Statistics