Document Type : Research Paper
Authors
1 Azizollah Taheri* Professor, Department of Geology, Faculty of Earth Sciences, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Associate Professor, Department of Geology, Faculty of Earth Sciences, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
Abstract
Keywords
زون ساختاری البرز در پالئوزوئیک، بخشی از شمال شرق گندوانا بوده است که در انتهای پرمین از آن جدا شده است، بهسمت شمال حرکت و درنهایت با صفحۀ توران در انتهای تریاس میانی یا در ابتدای تریاس پسین برخورد کرده است(Sengor 1990; Stampfli et al. 1991; Saidi et al. 1997)؛ در نتیجۀ این برخورد، اقیانوس پالئوتتیس در این ناحیه بسته شده است. این کوهزایی (سیمرین پیشین) سبب تغییر شرایط رسوبگذاری مشخصی در نواحی زیادی از ایران شده است. پلاتفرم کربناتۀ تریاس زیرین- میانی (سازند شتری در ایران مرکزی و سازند الیکا در البرز) با ناپیوستگی بهوسیلۀ رسوبات آواری درشت تا ریزدانه، بیشتر با ضخامتی بیش از چندین هزار متر پوشیده میشوند. بهطور کلی این رسوبات، رسوبات مولاس پرکنندۀ حوضه تفسیر و ازطریق رشتهکوهای بالاآمده بر اثر کوهزایی سیمرین پیشین تغذیه میشدهاند. آسرتو (Assereto 1966)، این رسوبات را در رشتهکوهای البرز، با عنوان «سازند شمشک» نامگذاری کرده است.
گروه شمشک به سن تریاس پسین تا ابتدی ژوراسیک میانی، متشکل از رسوبات آواری با بیش از 4000 متر ضخامت است که با داشتن رسوبات زغالسنگی و گسترش وسیع جغرافیایی در البرز، از دیرباز توجه زمینشناسان را جلب کرده است (شکل 1)(Assereto 1966; Fursich et al. 2005) .
سنگهای تریاس بالایی- ژوراسیک پیشین، یکی از ضخیمترین توالیهای زمینشناسی را در ایران تشکیل میدهد. این توالی نشاندهندۀ دو چرخۀ رسوبی بزرگ و جداگانهاند که مرز آنها بر رویدادهای زمینساختی منطبق است. اولین سیکل رسوبی به سن تریاس پسین- ژوراسیک میانی و شامل شیل و ماسهسنگهای زغالدار است که در محیط کولابی و مردابی نزدیک به ساحل نهشته شدهاند و ستبرای آن از چندین متر تا بیش از سه هزار متر متغیر است. رسوبهای زغالدار، معرف گروه شمشک است که مرز زیرین آن با ناپیوستگی سیمرین پیشین و مرز بالایی آن با رویداد سیمرین میانی مشخص میشود. دومین چرخۀ رسوبی ژوراسیک صفحۀ ایران، از نوع مارن و سنگهای آهک آمونیتدار است که «گروه مگو» نامیده میشود.(Majidifard 2004; Aghanabati 2004)
گروه شمشک در برش گلبینی همانند دیگر برشهای این گروه از رسوبات سیلیسی آواری، نظیر ماسهسنگ، سیلتسنگ و ماسهسنگ سیلتی تشکیل شده است که از مهمترین ماکروفسیلهای موجود در آن، به آمونیتها اشاره میشود. فوریش و همکاران (Fursich et al. 2009) دربارۀ گروه شمشک در محل برش گلبینی مطالعه کردند. براساس این مطالعات، ستبرای کلی گروه شمشک 2050 متر اندازهگیری شد که به ترتیب شامل سازندهای شهمیرزاد، آلاشت، شیریندشت، فیل زمین و دنسیرت است. گروه شمشک در برش گلبینی در مرز زیرین خود بر دولومیتهای سازند الیکا قرار گرفته و در مرز بالایی خود با سنگآهکهای مارنی و مارنهای سازند دلیچای پوشیده شده است. همچنین مرزهای زیرین و بالایی این گروه در برش مطالعهشدۀ هر دو ناپیوسته و فرسایشی و حاصل دو رویداد زمینساختی، رویداد سیمرین پیشین (مرز زیرین) و رویداد سیمرین میانی (مرز بالایی) است.
با توجه به تغییرات واحدهای رسوبی در حوضههای رسوبی مختلف و بخشهای مختلف یک حوضه، مطالعات چینهشناسی و بهخصوص تقسیمبندیهای لیتواستراتیگرافی واحدهای رسوبی نهشتهشده، جزء اولین و مهمترین بخش از مطالعات زمینشناسی اکتشافی در یک منطقه است. براساس مطالعات فوریش و همکاران (Fursich et al. 2009) ، توالی رسوبات تریاس بالایی- ژوراسیک میانی گروه شمشک- در نظر گرفته میشود؛ در حالی که در گذشته، سازند در نظر گرفته میشد. گروه شمشک معرف رسوبات چندرخسارهای از نوع قارهای و دریاییاند که متناوباند و با گذشت زمان جایگزین یکدیگر میشوند(Fursich et al. 2006)؛ این گروه سنگی در البرز پراکندگی یکسانی ندارد (شکل 1). با توجه به بررسی بخشهای چهارگانۀ نهشتههای شمشک در برش الگو (Assereto 1966) و نیز مطالعات انجامشده در شمال ایران (Fursich et al. 2009)، هیچیک از تقسیمات انجامشده در همهجای البرز پایدار نیست.
ویژگیهای سنگی بسیار همگن و فقدان لایههای شاخص، بررسی تغییرات جانبی گروه شمشک را بسیار دشوار کرده است. در این مطالعه سعی بر این است با مطالعۀ دقیق چینهشناسی بخش بالایی سازند الیکا، بخش قاعدهای گروه شمشک (سازند شهمیرزاد و آلاشت) بهصورت جزئی به واحدهای مختلف سنگی تفکیک و در صورت امکان، لایههای کلیدی و شاخص معرفی شوند.
شکل 1- گسترش گروه شمشک در زون البرز و راههای دسترسی به منطقۀ مطالعهشده (Fursich et al. 2009)
Fig 1- Distribution of the Shemshak Group in the Alborz zone and access routes to the study area (Fursich et al. 2009)
موقعیت جغرافیایی برش گلبینی
با توجه به مطالعات انجامشده، برش گلبینی کاملترین توالی از ردیفهای رسوبی گروه شمشک در محدودۀ ساختاری البرز خاوری است که در استان خراسان شمالی و در فاصلۀ 16 کیلومتری شمال خاوری جاجرم در ناحیهای کوهستانی، با نام کوه ازوم و در محل معدن آلومینای جاجرم و با مختصات جغرافیایی"9/33 ´30 º56 طول خاوری و "9/57 ´02 37ₒ عرض شمالی در نقشۀ زمینشناسی رباط قرهبیل با مقیاس 1:100000 2001) (Vaziri and Salamati واقع شده است (شکل 2).
|
شکل 2- موقعیت جغرافیایی برشهای مطالعهشده Fig 2- Geographical location of the studied sections |
روش مطالعه
مطالعۀ سازند شمشک در دو مرحلۀ صحرایی و آزمایشگاهی انجام شده است. ویژگیهای سنگی بسیار همگن و فقدان لایههای شاخص، بررسی تغییرات جانبی گروه شمشک را بسیار دشوار کرده است. در این پژوهش پس از بررسی دقیق مطالعات انجامشدۀ قبلی و بازدیدهای صحرایی، برشهای چینهشناسی مناسب برای بررسی و پژوهش انتخاب شد. با توجه به عملیات معدنکاری و تکتونیک، نظم و ترتیب توالی اولیۀ رسوبی به هم ریخته است و انتخاب یک برش کامل چینهشناسی امکانپذیر نیست؛ بنابراین در سه برش گلبینی 4، گلبینی 6 و دره زو توالی بررسی شد (جدول 1).
جدول 1- مختصات جغرافیایی مقاطع برداشتشده
Table1- Geographical coordinates of the study sections
|
شمارۀ مقطع |
محل برداشت |
مختصات ابتدا |
مختصات انتها |
||
|
Y |
X |
Y |
X |
||
|
مقطع شمارۀ 1 سازند الیکا |
گل بینی 5 |
4100230 |
455300 |
4100433 |
455133 |
|
مقطع شمارۀ 1 سازند شهمیرزاد |
گل بینی 4 |
4100499 |
455159 |
4100575 |
455171 |
|
مقطع شمارۀ 2 سازند شهمیرزاد |
گل بینی 6 |
4100275 |
456398 |
4100396 |
456413 |
|
مقطع شمارۀ 3 سازند شهمیرزاد |
زو 2 |
4101350 |
458682 |
4101445 |
458734 |
در مطالعات صحرایی، توالی رسوبی براساس وضعیت لایهبندی، ساختهای رسوبی، فسیلها، لیتولوژی و تغییرات عمودی و جانبی به واحدهای مختلف تفکیک شد. برای توصیف و بررسی بیشتر، نمونه از برخی لایهها برای تهیۀ مقطع نازک انتخاب شد. طی مطالعات صحرایی، تعداد100 نمونه ماسهسنگ برای مطالعات سنگشناسی بهطور سیستماتیک برداشت شد که از این میان70 مقطع نازک تهیه و با میکروسکوپ پلاریزان مطالعه شده است. مطالعة میکروسکوپی براساس شمارش نقطهای، با استفاده از روش گازی – دیکنسون (Gazzi-Dickinson method)(Ingersoll et al. 1984) انجام شده است. ماسهسنگها براساس طبقهبندی فولک (Folk 1974, 1980) نامگذاری شدهاند.
اهداف تحقیق
چینهشناسی دقیق، یکی از ابزارهای کلیدی در ارزیابیهای اکتشافی و تفسیر توالیهای رسوبی است. شناسایی افقهای بوکسیتی، بهویژه در نواحی با پیچیدگی لیتواستراتیگرافی، نیازمند بررسیها و مطالعات جامع سطحی و زیرسطحی است. در معدن جاجرم، بخش بالایی سازند الیکا و بخش قاعدهای سازند شمشک، بهعنوان واحدهای اصلی مطالعه شدهاند؛ زیرا این بخشها نقش مهمی در کنترل تجمع نهشتههای بوکسیتی دارند. تعیین ضخامت واقعی نهشتههای این سازندها، ترسیم ستون چینهشناسی منطقه و مطالعات پتروگرافی، ابزارهای ضروری برای تحلیل توالی رسوبی و شناسایی افقهای کلیدی به شمار میروند. همچنین، سازند شمشک بهدلیل رسوبگذاری در محیط رودخانهای–دلتایی، تغییرات جانبی درخور توجهی را نشان میدهد که بررسی دقیق این تغییرات در برشهای چینهشناسی، برای درک محیط رسوبی و تقسیمبندی واحدهای سنگچینهای ضروری است. این پژوهش با هدف اندازهگیری ضخامت نهشتهها، ترسیم ستون چینهشناسی با استفاده از نرمافزارهای Corel و LogPlot، تفکیک توالی رسوبی به واحدهای سنگچینهای مجزا و پتروگرافی ماسهسنگها، انجام شده است.
مطالعات صحرایی و سنگچینهنگاری
براساس مشخصات صحرایی و ماکروسکوپی بخش بالایی سازند الیکا در برش گلبینی 5، از قبیل سنگشناسی، ساختمانهای رسوبی، فرم هندسی، سطوح لایهبندی، واحدهای مختلفی سنگی در بخش بالایی سازند الیکا شناسایی و تفکیک شدند (شکل A4).
واحدهای مختلف سازند الیکا
سنگهای تریاس زیرین-میانی البرز، ردیفهای کربناتۀ آهکی و دولومیتی به نام سازند الیکا هستند که بخش اعظم رسوبات تریاس حوضۀ رسوبی ساختاری البرز را تشکیل میدهند. سازند الیکا در برش الگوی آن در درۀ نور و در 5 کیلومتری پاییندست روستای الیکا، از سنگآهکهای نازکلایه و خاکستری روشن همراه با ساختهای کرممانند به نام «آهکهای ورمیکوله» در بخش زیرین و دولومیتهای ضخیملایه، رنگ روشن و متراکم با سیمای برجسته و صخرهساز در بخش بالایی تشکیل شده است. در برش مطالعهشده، ضخامت سازند الیکا حدوداً 200 متر است. بین سنگآهک تیرهرنگ سازند مبارک و سنگآهکهای ورمیکولۀ سازند الیکا، حدود 18 متر پوشش لاتریتی متناوب با لایههای ماسهسنگی وجود دارد که به احتمال زیاد به سازند نسن نسبت داده میشود. سازند الیکا در مرز بالایی، با یک ناپیوستگی فرسایشی در زیر بوکسیت لاتریت و رسوبات سیلیسی-آواری قرمزرنگ گروه شمشک قرار میگیرد. مهمترین فرایند دیاژنزی سنگهای بخش بالایی سازند الیکا، دولومیتیشدن است (شکل 3).
بخش بالایی سازند الیکا در معدن جاجرم به ضخامت 83 متر و متشکل از آهک، آهکهای دولومیتی و دولومیت متوسط تا ضخیملایه، بیشتر استروماتولیتی است. آهک دولومیتی اینتراکلاستی، معرف ترکهای گلی و خروج از آب رسوبات و تشکیل آنها در پهنۀ جزرومدی است (شکل 4).
از دیدگاه جغرافیای دیرینه در زمان تریاس پیشین تا میانی، منطقۀ البرز بخشی از قارۀ سیمرین بوده است که در حاشیۀ غیر فعال بخش جنوبی اقیانوس پالئوتتیس در حد فاصل عرضهای صفر تا 20 درجه قرار داشته و ازنظر آب و هوایی نیز شرایط گرم و خشک مشابه بخشهای جنوبی خلیجفارس امروزی بر آن حکمفرما بوده است .(Seyed-Emami et al. 2005)
شکل 3- ستون چینهشناسی بخش بالایی سازند الیکا
Fig 3- Stratigraphic column of the upper part of the Elika Formation
شکل 4- واحدهای مختلف سنگی در بخش بالایی سازند الیکا a: مقطع سازند الیکا در برش گلبینی؛ b: بخش بالایی سازند الیکا متشکل از دولومیت و آهک دولومیتی؛ c: دولومیت استروماتولیتی؛ d: آهک دولومیتی اینتراکلاستی معرف پهنۀ جزرومدی؛ :e نمایی از سازند الیکا، افق بوکسیتی، بخش قاعدهای شمشک (سازند شهمیرزاد)
Fig 4- Various lithological units of the upper part of the Elika Formation. a: Elika Formation section at the Gol-Bini section, b: Upper part of the Elika Formation composed of dolomite and dolomitic limestone, c: Stromatolitic dolomite, d: Intraclastic dolomitic limestone indicative of a tidal flat environment, e: View of the Elika Formation, bauxite horizon, and the basal part of the Shemshak Group (Shahmirzad Formation)
واحدهای سنگی سازند شهمیرزاد
لیتولوژی غالب در سازند شهمیرزاد، شیل با بینلایههایی از ماسهسنگ است و براساس سنگچینهنگاری، به واحدهای مختلف تقسیم میشود (شکلهای 5 و 6). توالی کاملی از سازند شهمیرزاد در یک مکان مشاهده نشد و به همین دلیل، از برش مرکب برای معرفی توالیهای سازند شهمیرزاد در منطقۀ مطالعهشده استفاده شد (شکل a, b, c6). واحد 1 متشکل از ماسهسنگ با بینلایههایی از شیل است (شکلd 6). از لایههای شاخص 20/1 متر بوکسیت برشی (شکل f6)، 20 سانتیمتر ماسهسنگ دانهمتوسط خاکستریرنگ حاوی پبل چرتی، 45 سانتیمتر کنگلومرای دارای قطعات گلی و زغالی (شکل E6) است. واحد 2 متشکل از شیل با بینلایههایی از ماسهسنگ (شکلهای hH7) و واحد 3 متشکل از ماسهسنگ با فسیل گیاهی (شکل J6) است.
شکل 5- ستون چینهشناسی سازند شهمیرزاد
Fig 5- Stratigraphic column of the Shamirzad Formation
واحد 4، شیل با بینلایۀ سیلتستون و ماسهسنگ ریزدانه است (شکلهای i,l6). واحد 5 از ماسهسنگهای حاوی کالامیت تشکیل شده است (شکل k6). واحد 6 شیل با فسیل گیاهی است (شکل n6). واحد 7 شیل بالایی با فراوانی فسیلهای دوکفهای است (شکل m6). واحد 8 لایۀ آهکی فسیلدار است (شکل p6). آخرین واحد این سازند، واحد 9 متشکل از شیل با رگههای زغالی و بینلایههای ماسهسنگ ریپلی است (شکلo6) که درنهایت به ماسهسنگ سازند آلاشت ختم میشود (شکل q6).
|
شکل 6- واحدهای مختلف سنگی سازند شهمیرزاد :a برش سازند شهمیرزاد در گلبینی 4؛ :bادامۀ توالی سازند شهمیرزاد در برش گلبینی 6؛ :cبخش بالایی سازند شهمیرزاد در برش زو 2؛ :dواحد 1 متشکل از ماسهسنگ با بینلایۀ شیلی؛ :e 45 سانتیمتر کنگلومرای دارای قطعات گلی و زغالی؛ :f 20/1متر بوکسیت برشی در قسمت قاعدهای توالی؛ Fig 6- Various lithological units of the Shamirzad Formation a: Shahmirzad Formation section at Gol-Bini 4, b: Continuance of the Shahmirzad Formation sequence at Gol-Bini 6, c: Upper part of the Shahmirzad Formation at the Zou 2 section, d: Unit 1 composed of sandstone with shale interbeds, e: 45 cm thick conglomerate containing clay and coal fragments, f: 1.20 m thick bedded bauxite at the basal part of the sequence; |
|
ادامۀ شکل 6 g: لایۀ ماسهسنگی با سطح فرسایشی و ریشه کالامیتید در قاعده؛ h: واحد 2 متشکل از شیل با بینلایههایی از ماسهسنگ؛ :i واحد 4 شیل با بینلایۀ سیلتستون و ماسهسنگ ریزدانه؛ :j واحد 3 ماسهسنگ با فسیل گیاهی؛ k: واحد 5 ماسهسنگ حاوی کالامیت؛ l: کنکرسیون در بخش بالایی واحد 4؛
Fig 6 continued g: sandstone layer with an erosional surface and calamitid roots at the base, h: Unit 2 consisting of shale with intercalation of sandstone, i: Unit 4 shale with intercalation of siltstone and fine-grained sandstone, j: Unit 3 sandstone with plant fossils, k: Unit 5 sandstone containing calamites, l: Concretion in the upper part of Unit 4; |
|
ادامۀ شکل 6 m: واحد 7 شیل بالایی با فراوانی فسیلهای دوکفهای؛ n: واحد 6 شیل با میانلایۀ ماسهسنگ کنکرسیوندار در برش زو؛ :oماسهسنگ سبز تا خاکستری دانهدرشت ریپلی واحد 9 در برش زو؛ :P واحد 8 لایۀ آهکی فسیلدار در بخش بالایی سازند شهمیرزاد در برش زو؛ :q مرز سازند شهمیرزاد و آلاشت در برش زو Fig 6. continued m: Unit 7, the upper shale unit, with an abundance of bivalve fossils, n: Unit 6, shale with intercalation of concretion-bearing sandstone in the Zou section, o: Green to gray, coarse-grained rippled sandstone of Unit 9 in the Zou section, p: Unit 8, a fossiliferous limestone layer in the upper part of the Shahmirzad Formation in the Zou section, q: The boundary between the Shahmirzad and Alasht formations in the Zou section |
مطالعات میکروسکوپی (توصیف میکروفاسیسها و پتروفاسیسها)
برای تکمیل مطالعات صحرایی، 60 مقطع نازک از بخش بالایی سازند الیکا و بخش قاعدهای گروه شمشک تهیه و مطالعه و بررسی شده است. سنگهای تخریبی براساس ترکیب کانیشناسی اجزای تشکیلدهندۀ چهارچوب سنگ و اجزای فرعی، میزان ماتریکس و سیمان مقاطع نازک تهیهشده براساس طبقهبندی فولک (1974) و پتیجان و همکاران ((Pettijhon et al. 1987 نامگذاری شدند. نامگذاری سنگهای کربناته براساس روش دانهام Dunhum 1962)) انجام و برای توصیف میکروفاسیسها و تعیین محیط رسوبی آنها از روشهای ویلسون(Wilson 1975) و فلوگل(Flugel 2010) نیز استفاده شده است. واحدهای دارای اختصاصات یکسان با عنوان پتروفاسیس توصیف شد. با توجه به محدودیت مطالعات پتروگرافی در بررسی واحدهای دانهدرشت و دانهریز، تمرکز اصلی در این مطالعات براساس پتروفاسیسهای ماسهسنگی استوار است.
توصیف میکروفاسیسها
دانههای کربناته به دو دستۀ اصلی و فرعی تقسیم میشوند. دانههای اصلی ازنظر فراوانی، درصد بالایی را به خود اختصاص میدهند و در طبقهبندی میکروفاسیسها نقش اساسی دارند. آنها شامل قطعات اسکلتی مختلفیاند. دانههای غیر کربناته شامل ذرات آواری کوارتز است. تجزیه و تحلیل دقیق پتروگرافی به تشخیص چند میکروفاسیس به شرح زیر منجر شده است.
میکروفاسیس مادستون کوارتزدار
متن اصلی این رخساره را میکرایت تشکیل میدهد و در آن درصد بسیار کمی از دانههای تخریبی کوارتز مشاهده میشود (شکل a7). این ریزرخساره معرف پیشروی موقت سطح آب دریا و کاهش ورود مواد تخریبی، در بخشهای بالایی سازند شهمیرزاد در توالی مطالعهشده است. ریزرخسارۀ فوق معرف شرایط کمانرژی و عمق کم محیط دریاست (Flugel 2010; Wilson 1975).
بیوکلاستیک پکستون ـ گرینستون
در این میکروفاسیس، تراکم بالایی از قطعات اسکلتی خارپوستان، دوکفهای و شکمپایان مشاهده میشود. از دانههای غیر کربناته و فرعی آن به کوارتز اشاره میشود (شکل b7). وجود سیمان اسپاری نشانگر تهنشست این رسوبات در محدودۀ خط اثر امواج است. در چنین شرایطی در اثر افزایش انرژی، گل کربناته از محیط شسته و فضای خالی در طی دیاژنز با سیمان کربناتی پر شده است. وجود موجودات استنوهالین نظیر اکنیودرم نیز، نشانگر آن است که این ریزرخساره در شوری معمولی آب دریا نهشته شده است(Flugel 2010; Wilson 1975) .
دولوستون
در این ریزرخساره دولومیتها بیشتر ثانویه، با بلورهای درشت، شکلدار تا نیمهشکلدار مشاهده میشوند. بیشتر دولومیتهای سازند الیکا، ثانویه و بهصورت جانشینی است (شکلd7). دولومیتهای متوسط تا درشت بلور دارای بلورهای بیشکل (anhedral)تا شکلدار (anhedral) در اندازههای مختلف (polymodal) و مرزهای بلوری غیرمسطح (nonplanar) هستند. این رخساره در بخش بالایی سازند الیکا مشاهده میشود(Flugel 2010; Tucker 2001) .
پلوئید پکستون
پکستون پلوئیدی یک رخسارۀ دانهغالب با جورشدگی متوسط دانههاست. میکریتیشدن دانهها به صورتی است که ساختمان داخلی دانهها تخریب میشود و گاهی تشخیصدانهها بهسادگی امکانپذیر نیست. با توجه به وجود فابریک فنسترال پرشده با سیمان، این رخساره مربوط به محیط جزرومدی و زیرجزرومدی است که در آن نوسانات جزرومدی، حبابهای هوا را در دانههای کوچک آلوکمها محبوس میکند. این ریزرخساره، زمینۀ مادستونی تیرهرنگ دارد (Flugel 2010) (شکل c7).
|
شکل 7- انواع میکروفاسیس در سازندهای الیکا و شهمیرزاد شکل a: مادستون کواتزدارنور پلاریزه نمونۀ G4-3-3 (سازند شهمیرزاد)؛ شکل b: دانههای اسکلتی فراون شامل دوکفهای، اکینید و شکم پا و درصد کمی از اایید نمونۀ G4-10(سازند شهمیرزاد)؛ شکل c: ریزرخسارۀ پلوئید پکستون با فابریک فنسترال نمونۀ G5-3 بخش بالایی سازند الیکا؛ شکل d: ریزرخسارۀ دولوستون در بخش بالایی سازند الیکا نمونۀ G5-2A نور طبیعی Fig 7- Microfcies types in the Elika and Shamirzad formations a: Quartz-bearing mudstone under plane-polarized light, sample G4-3-3 (Shahmirzad Formation), b: Abundant skeletal grains including bivalves, echinoids, and gastropods, with a low percentage of ooids, sample G4-10 (Shahmirzad Formation), c: Peloidal packstone microfacies with fenestral fabric, sample G5-3, upper part of the Elika Formation, d: Dolostone microfacies in the upper part of the Elika Formation, sample G5-2A, under plane-polarized light |
بررسی ترکیب و پتروفاسیس سنگهای آواری بخش قاعدهای گروه شمشک (سازند شهمیرزاد)
طبقهبندی ماسهسنگها براساس مطالعات میکروسکوپی انجام و درصد انواع مختلف دانههای موجود تخمین زده شده است. این کار با نقطهشماری به روش گری دیکینسون (Ingersoll et al. 1984) بر نمونههای مطالعهشده انجام شد (جدول2).
جدول2- نتایج حاصل از نقطهشماری ماسهسنگهای سازند شهمیرزاد (علائم اختصاری در جدول: Stright: خاموشی مستقیم؛ Wavy: خاموشی موجی؛ Plg: پلاژیوکلاز؛ Kf: فلدسپات پتاسیمدار؛ Sed: خردهسنگ رسوبی؛ Cal: خردهسنگ کربناته؛ Met: خردهسنگ دگرگونی؛ Cht: چرت؛ Acc: کانی فرعی)
|
Table 2- Point counting results for the Shamirzad Formation sandstones |
پتروفاسیسهای سازند شهمیرزاد
پتروفاسیسهای سنگهای آواری سازند شهمیرزاد به دو دسته پتروفاسیسهای دانهریز شامل سیلتستون و شیل و پتروفاسیسهای دانهمتوسط ماسهسنگی تقسیم میشوند. پتروفاسیسهای ماسهسنگی براساس طبقهبندی فولک (1980) مشخص شدهاند. بر این اساس، دادههای حاصل از نقطهشماری مجدداً براساس سه جزء اصلی کوارتز، فلدسپات و خردهسنگ درصدگیری شدهاند (جدول 3). بر این اساس، نمونههای ماسهسنگی سازند شهمیرزاد در طبقهبندی فولک در گروههای لیتارنایت، فلدسپاتیک لیتارنایت و لیتیک آرکوز قرار گرفتهاند (شکل 8).
جدول3- دادههای مجدداً محاسبهشده برای استفاده در مثلث طبقهبندی فولک (1980)
Table 3- Data recalculated for plotting in the Folk classification triangle
|
|
Q% |
F% |
R% |
|
G4-1 |
49.00 |
7.97 |
43.03 |
|
G4-3 |
44.96 |
8.99 |
46.04 |
|
G4-4 |
46.99 |
6.56 |
46.45 |
|
G4-5 |
47.11 |
8.26 |
44.63 |
|
G4-6 |
53.97 |
8.99 |
37.04 |
|
G4-8 |
46.88 |
20.63 |
32.50 |
|
G4-9 |
47.17 |
9.43 |
43.40 |
|
G4-12 |
68.75 |
21.63 |
9.62 |
|
G6-2 |
44.35 |
9.21 |
46.44 |
|
G6-3 |
43.98 |
15.28 |
40.74 |
|
G6-4 |
45.24 |
12.38 |
42.38 |
|
G6-5 |
44.01 |
9.51 |
46.48 |
|
G6-6 |
45.04 |
9.54 |
45.42 |
|
Z2-1 |
41.11 |
11.48 |
47.41 |
|
Z2-2 |
44.49 |
9.45 |
46.06 |
|
Z2-3 |
69.58 |
13.69 |
16.73 |
|
Z2-4 |
54.03 |
23.70 |
22.27 |
شکل 8- طبقهبندی مثلثی فولک (Folk 1980) (که نشاندهندۀ ترکیب لیتارنایت، فلدسپاتیک لیتارنایت و لیتیک آرکوز برای ماسهسنگهای سازند شهمیرزاد است)
Fig 8- Folk classification triangle representing the litharenite, feldespatic litharenite and lithic arkose composition in the Shamirzad Formation sandstones
توصیف انواع پتروفاسیسهای موجود در سازند شهمیرزاد
پتروفاسیس سیلتستونی: این پتروفاسیس در برشهای گلبینی 4، گلبینی 6 و زو 2 مشاهده شده است (شکلa9). اجزای اصلی تشکیلدهندۀ این پتروفاسیس شامل کوارتز، فلدسپات و اجزای فرعی مثل مسکویت در اندازۀ سیلت در یک زمینۀ گلیاند.
پتروفاسیسهای ماسهسنگی
لیتارنایت با سیمان و ماتریکس رسی: این پتروفاسیس (شکلb 9) فراوانترین پتروفاسیس مشاهدهشده در سازند شهمیرزاد است (41درصد) که در نمونههای برش گلبینی 4، 6 و زو 2 مشاهده شده است. اندازۀ ذرات ماسه در این پتروفاسیس از ماسۀ ریز تا متوسط تغییر میکند. در این پتروفاسیس، میانگین فراوانی دانههای کوارتز 1/45درصد، میانگین دانههای فلدسپات 5/9 و میانگین خردهسنگها 4/45درصد است. جورشدگی و گردشدگی متوسطدانهها و بهطور کلی بلوغ بافتی در حد ایمچور، بیانگر انرژی نهچندان بالای محیط در هنگام رسوبگذاری است. از مهمترین کانیهای فرعی به زیرکن و کانیهای اپاک اشاره میشود که زمینه و سیمانهای رسی بسیار فراواناند.
لیتارنایت با سیمان کربناته: این پتروفاسیس (شکل c9) نیز ازجمله فراوانترین پتروفاسیسهای مشاهدهشده در ماسهسنگهای سازند شهمیرزاد است (29درصد). این پتروفاسیس در نمونههای برش گلبینی 4 و 6 مشاهده شده است. اندازۀ ذرات ماسه در این پتروفاسیس از ماسۀ بسیار ریز تا ماسۀ متوسط متغیر است. در این پتروفاسیس، میانگین فراوانی دانههای کوارتز 47درصد، میانگین دانههای فلدسپات 9 و میانگین خردهسنگها 44درصد است. در این پتروفاسیس نیز جورشدگی و گردشدگی متوسط دانهها مشاهده میشود. این پتروفاسیس دارای مقادیر زیادی سیمان کربناته است. کانی زیرکن بهعنوان کانی فرعی در این پتروفاسیس مشاهده شده است.
فلدسپاتیک لیتارنایت با سیمان کربناته: این پتروفاسیس (شکلd9) حدود 12درصد از پتروفاسیس های مشاهدهشده در ماسهسنگهای سازند شهمیرزاد را دارد که در نمونههای برش گلبینی 4 و 6 مشاهده شده است. اندازۀ ذرات در این پتروفاسیس در اندازۀ ماسۀ بسیار ریز تا ماسۀ ریز است. در این پتروفاسیس میانگین فراوانی دانههای کوارتز 45درصد، میانگین دانههای فلدسپات 18 و میانگین خردهسنگها 37درصد است. همچنین جورشدگی ذرات متوسط تا خوب است؛ اما ذرات، گردشدگی خوبی را نشان نمیدهند. این پتروفاسیس نیز دارای مقادیر زیادی سیمان کربناته است.
فلدسپاتیک لیتارنایت با سیمان سیلیسی: این پتروفاسیس (شکلe9) حدود 6درصد از پتروفاسیسهای مشاهدهشده در ماسهسنگهای سازند شهمیرزاد را دارد که تنها در برش زو دیده شده است. در این پتروفاسیس، میانگین فراوانی دانههای کوارتز 5/69درصد، میانگین دانههای فلدسپات 5/13 و میانگین خردهسنگها 17درصد و جورشدگی ذرات متوسط تا خوب است؛ اما ذرات، گردشدگی متوسط تا ضعیف دارند. این پتروفاسیس دارای مقادیر زیادی سیمان سیلیسی است که بهصورت رورشدی در روی دانههای کوارتز مشاهده میشوند.
لیتیک آرکوز با سیمان کربناته: این پتروفاسیس (شکل f 9) نیز حدود 6درصد از پتروفاسیسهای مشاهدهشده در ماسهسنگهای سازند شهمیرزاد را دارد که تنها در برش زو دیده شده است. در این پتروفاسیس، میانگین فراوانی دانههای کوارتز 54درصد، میانگین دانههای فلدسپات 24 و میانگین خردهسنگها 22درصد و جورشدگی ذرات متوسط تا خوب است؛ اما ذرات، گردشدگی متوسط تا ضعیف دارند. سیمان کربناته فراوانترین سیمان در این پتروفاسیس است. از اجزای فرعی موجود در این پتروفاسیس، مسکویت است.
لیتیک آرکوز با سیمان رسی: این پتروفاسیس (شکلg9) نیز حدود 6درصد از پتروفاسیسهای مشاهدهشده در ماسهسنگهای سازند شهمیرزاد را دارد که تنها در برش گلبینی 4 مشاهده شده است. در این پتروفاسیس، میانگین فراوانی دانههای کوارتز 69درصد، میانگین دانههای فلدسپات 22 و میانگین خردهسنگها 9درصد و جورشدگی ذرات نسبتاً خوب است؛ اما ذرات، گردشدگی متوسطی دارند. سیمان رسی، فراوانترین سیمان در این پتروفاسیس است.
|
شکل 9- انواع پتروفاسیس در سازند شهمیرزاد a پتروفاسیس سیلتستونی؛ b: پتروفاسیس لیتارنایت با سیمان و ماتریکس رسی؛ c: پتروفاسیس لیتارنایت با سیمان کربناته؛ d: پتروفاسیس فلدسپاتیک لیتارنایت با سیمان کربناته؛ e: پتروفاسیس فلدسپاتیک لیتارنایت با سیمان سیلیسی؛ f: پتروفاسیس لیتیک آرکوز با سیمان کربناته؛ g: پتروفاسیس لیتیک آرکوز با سیمان رسی Fig 9- Petrofacies types in the Shamirzad Formation a: Siltstone petrofacies, b: Litharenite petrofacies with clay cement and matrix, c: Litharenite petrofacies with carbonate cement, d: Feldspathic litharenite petrofacies with carbonate cement e: Feldspathic litharenite petrofacies with siliceous cement, f: Lithic arkose petrofacies with carbonate cement, g: Lithic arkose petrofacies with clay cement. |
بحث
سازند شهمیرزاد که معرف بخش قاعدهای گروه شمشک است، در یک محیط روخانهای (ماسهسنگهای کانالی، رسوبات دشت سیلابی و باتلاقی) نهشته شده است. لایههای نازک زغال، افقهای ریشۀ گیاهان با بقایای فسیلهای گیاهی، چوب و رنگ غالباً خاکستری، نشانگر شرایط آب و هوایی گرم و مرطوب است. پیشروی دریا با لایههای کربناته در بخش بالایی، که حاوی دوکفهای و اکینید است، مشخص میشود.
ترکیب و ضخامت زیاد سازند شمشک نشان میدهد که در یک حوضۀ کمعمق با نرخ فرونشینی بالا تشکیل شده است. این امر سبب نهشتهشدن ضخامت زیادی از رسوبات در یک حوضۀ فورلندی شده است. فرونشست کف حوضه سبب پیشروی تدریجی سطح آب بهسمت خشکی و تبدیل این حوضه به یک پلتفرم کربناته شده است که در آن رسوبات مربوط به سازند دلیچای تهنشین شده است.
بررسی پتروفاسیسها حاکی از آن است که در بخش قاعدهای گروه شمشک، قطعات سنگی کربناته و چرت فراواناند و در بخش بالایی آن قطعات سنگی دگرگونی نیز وجود دارند. این تغییرات در ترکیب قطعات سنگی مرتبط با شرایط تکتونیکی و ناحیۀ منشأ است. منشأ تأمینکنندۀ قطعات سن آهک احتمالاً مرتبط با سازند الیکا و قطعات سنگی دگرگونی مرتبط با شیستهای گرگان است که ازنظر موقعیت چینهشناسی در زیر سازند الیکا قرار گرفته است. تاکر (Tucker 2001) معتقد است تغییر در روند قطعات سنگی در یک توالی تخریبی ماسهسنگی، مرتبط با شرایط تکتونیکی منطقه است. در بسیاری از ماسهسنگهای حاصل از سیکل مجدد کوهزایی در بخش قاعدهای، خردهسنگ رسوبی غالب و در بخش بالایی، خردهسنگ دگرگونی نیز فراوان میشود. این امر ناشی از بالاآمدن سطوح عمیقتر کوهزایی در ناحیۀ منشأ و ظاهرشدن سنگهای دگرگونی در سطح و تخریب و فرسایش آنهاست. در توالی مطالعهشده، این تغییر روند در قطعات سنگی مشاهده میشود و ناشی از شرایط تکتونیکی البرز در تریاس بالایی-ژوراسیک پیشین است.
دیکنسون و سوچک(Dickinson and Suczek 1979) براساس جایگاه تکتونیکی، ماسهسنگها را به پنج گروه تقسیم کردهاند. لیتآرنایت یکی از این گروهاست که معرف توالیهای بالاآمدۀ ناشی از کمربندهای کوهزایی و تهنشست آنها در حوضۀ فورلند است. شرایط تکتونیکی البرز در زمان تهنشست سازند شمشک با توجه به فراوانی لیتآرنایتها و روند تغییر در ترکیب خردهسنگها در توالی مطالعهشده، یک حوضۀ فورلندی است (Rahimi 2002; Shahriari et al. 2001).
نتیجه
بخش بالایی سازند الیکا به ضخامت 83 متر و بخش قاعدهای گروه شمشک، متشکل از سازند شهمیرزاد و الاشت در معدن جاجرم با ستبرای820 متر براساس لیتواستراتیگرافی و پتروگرافی بررسی شده است. بخش بالایی سازند الیکا متشکل ازدولومیت استروماتولیتی و اینتراکلاستی بوده و در پهنۀ جزرومدی نهشته شده است.
لیتولوژی غالب در سازند شهمیرزاد، شیل با بینلایههایی از ماسهسنگ است. لایۀ آهک فسیلدار در بخش بالایی آن، یک لایۀ راهنما در این توالی تخریبی محسوب میشود. در بخش میانی، ماسهسنگهای حاوی کالامیت بهصورت اتوکتون از لایههای شاخص دیگر سازند شهمیرزاد است. پتروفاسیسهای غالب در سازند شهمیرزاد سیلتستون، لیتارنایت با سیمان و ماتریکس رسی، لیتارنایت با سیمان کربناته، فلدسپاتیک لیتارنایت با سیمان کربناته، فلدسپاتیک لیتارنایت با سیمان سیلیسی، لیتیک آرکوز با سیمان کربناته و لیتیک آرکوز با سیمان رسیاند.
تشکر و قدردانی
این مقاله با حمایت مالی شرکت آلومینای ایران انجام شد و نویسندگان از همکاریهای بیدریغ شرکت آلومینای ایران کمال تشکر را دارند.
)