سنگ شناسی و جایگاه زمین ساختی سنگ‌های آتشفشانی و نیمه‌عمیق شرق خوسف (جنوب غرب بیرجند)

منطقة بررسی‏‌شده در10 کیلومتری خاور خوسف (جنوب‏‌باختری بیرجند، خراسان جنوبی)، در محدوده‏‌ای با مختصات طول جغرافیایی خاوری ^′54^◦58 تا ^′00^◦59 و عرض جغرافیایی شمالی ^′42^◦32 تا ^′48^◦32 جای گرفته است. در نقشة 1:100000 زمین‏‌شناسی خوسف (Vahdati Daneshmand and Kholghi, 1988)، این منطقه در شمال‏‌خاوری بلوک لوت و مرز آن با پهنة سیستان نشان داده شده است. مهم‏‌ترین راه دسترسی به منطقه از مسیر بیرجند– خوسف است (شکل 1).

این منطقه، بخشی از مجموعة جوش‌خورده پدیدآمده از برخورد پهنه لوت با بلوک افغان است که به‌نام زمین‌درز سیستان نامیده شده است (Tirrul et al., 1983). برپایة بررسی‌های Yousefzadeh (2010)،  سنگ‏‌های آتشفشانی ترشیری (ائوسن- الیگوسن) در منطقة بیرجند- خوسف، سرشت کالک‏‌آلکالن دارند و در مرز قاره‏‌ای فعال پدید آمده‌اند. Yousefi (2010) سنگ‏‌های آتشفشانی منطقه گیوشاد (جنوب‏‌باختریی بیرجند) را کالک‏‌آلکالن پتاسیم بالا با گرایش آداکیتی دانسته است. بررسی‏‌های Mohammadi و همکاران (2011) در منطقه حسین آباد (جنوب باختر بیرجند) نشان می‌دهد سنگ‏‌های آتشفشانی ترشیری منطقه از سری ماگمایی کالک‌آلکالن با ویژگی آداکیتی هستند و از خاستگاهی گارنت‌آمفیبولیتی برخاسته‌اند. یافته‌های به‌دست‌آمده از بررسی‏‌های Yousefzadeh و Sabzehei (a2012) نشان می‏‌دهد سنگ‏‌های آتشفشانی شمال‏‌خاوری بیرجند و به‌ویژه در مارکوه از نوع داسیتی و با سرشت کالک‏‌آلکالن هستند و انکلاوهای فراوانی از نوع متاپلیتی و آمفیبولیتی دارند. همچنین، در بررسی‏‌های Yousefzadeh و Sabzehei (b2012)، سنگ‏‌های آتشفشانی منطقة جنوب‏‌باختری بیرجند نیز ترکیب آندزیتی– داسیتی دارند و با اتولیت‏‌ها و برونبوم‏‌های فراوان آمفیبولیتی‌اند. Pang و همکاران (2013) سن فعالیت‏‌های ماگماتیسم کالک‌آلکالن خاور ایران را ائوسن پایانی تا الیگوسن پایانی به‌دست آورده‏‌اند. Gholami (2014) سنگ‏‌های آذرین ترشیری منطقة شوراب (غرب خوسف) را کم قلیایی وابسته به فرورانش دانسته است. برپایة بررسی‌های Mojarrad (2014)، سنگ‏‌های آتشفشانی منطقة کلاته قصاب (شمال‌باختری خوسف) ویژگی کالک‏‌آلکالن پتاسیم متوسط دارند و همانند آداکیت‏‌های پرسیلیس هستند. Labbaf (2014) سنگ‏‌های آتشفشانی جنوب گرونگ را مرتبط با مرز قاره‏‌ای فعال می‏‌داند. برپایة بررسی‌های Abutalebi و همکاران (2016)، سنگ‏‌های آتشفشانی ترشیری منطقة گارجگان (جنوب‏‌باختری بیرجند)، داسیت، ریوداسیت و تراکی‏‌آندزیت با ویژگی کالک‏‌آلکالن و وابسته به پهنه‌های فرورانش در یک مرز فعال قاره‏‌ای هستند. Torshizi (2016) سنگ‏‌های باختر فدشک (جنوب‏‌باختری بیرجند) را کالک‏‌آالکالن پتاسیم متوسط به بالا و پدیدآمده در مرز فعال قاره‏‌ای دانسته است. برپایة بررسی‏‌های Yousefzadeh و همکاران (2018) سنگ‏‌های آتشفشانی منطقة خوان قهستان (شمال‏‌خاوری بیرجند) پیامد ماگماتیسم وابسته به پهنة فرورانش با خاستگاه گوشته متاسوماتیسم‌شده هستند. هرچند سنگ‏‌های آتشفشانی ترشیری در منطقه خوسف گسترش بسیاری دارند، بررسی‌های سنگ‌شناسی کمتری دربارة آنها انجام شده است. پس، در این پژوهش تلاش شده است در راستای شناخت تکامل زمین‏‌شناسی بلوک لوت و خاور کشور، به سنگ‌شناسی سنگ‏‌های یادشده و جایگاه زمین ساختی آنها پرداخته شود.

زمین‏‌شناسی منطقه

برپایةنقشة زمین‏‌شناسیخوسف (Vahdati Daneshmand and Kholghi, 1988)، سنگ‏‌های گدازه‏‌ای (مانند: داسیت، ریوداسیت، آندزیت، آندزیت‏‌بازالتی، تراکی‏‌آندزیت)، سنگ‏‌های نیمه‌عمیق (مانند: میکرودیوریت) و سنگ‏‌های آذرآواری (مانند: توف، برش و آگلومرا) از گروه‌های سنگی ترشیری در این منطقه هستند. بیشتر سنگ‏‌های گدازه‏‌ای به شکل گنبدی روی سنگ‏‌های آذرآواری رخنمون دارند. افزون‌بر این، واحدهای فلیشی و رخنمون‏‌های کوچکی از سنگ‏‌های افیولیتی نیز در این منطقه دیده می‌شوند. آندزیت‏‌ها با بیشترین گسترش، در بخش‏‌های شمال‏‌خاوری (کوه بارنده) تا جنوب‏‌باختریی منطقه رخنمون دارند. داسیت‏‌ها و ریوداسیت‏‌ها در شمال منطقه در بلندی‌های دمبه‌میل به‌چشم می‏‌خورند. آندزیت‏‌های بازالتی تنها در گستره‌‏‌ای با بزرگی بسیار کم و به‌صورت تپه‏‌های پست و کم‌ارتفاع در منطقه‏‌ای میان دوکوهة دم و پیشو و نیز در محدودة مزرعة چاه‌موسی دیده می‏‌شوند. رخنمون میکرودیوریت‏‌ها در پیرامون دیکوچدن نیز دیده می‌شود. واحدهای آذرآواری در بخش زیرین گدازه‏‌ها، به‌ویژه در بخش مرکزی منطقه، گسترش دارند (شکل 1).

شکل 1- نقشة زمین‏‌شناسی منطقة خاور خوسف برگرفته از نقشة 1:100000 خوسف (Vahdati Daneshmand and Kholghi, 1988)

روش انجام پژوهش

در راستای انجام این پژوهش، نخست بررسی‏‌های صحرایی و نمونه‏‌برداری از گروه‌های سنگی گوناگون انجام شد. سپس با ساخت 100 مقطع نازک میکروسکوپی، ویژگی‏‌های کانی‏‌شناسی و بافتی آنها بررسی شدند.برای بررسی‏‌های شیمیایی، شمار 10 نمونه که نمایندة همة گروه‌های سنگی منطقه هستند و کمترین دگرسانی را نشان می‌دهند برگزیده شدند و به آزمایشگاه ACME در کشور کانادا فرستاده شدند. عنصرهای اصلی به روش ICP-ES و عنصرهای فرعی و کمیاب به روش ICP- MS (روش آماده‌سازی نمونه: ذوب با لیتیم‌متابورات/ تترابورات و هضم در اسید‏‌نیتریک رقیق‌) اندازه‌گیری شدند. برای رسم نقشه‏‌ها و نمودارها از نرم‏‌افزارهای CorelDraw، Minpet، GCDkit و ArcGIS بهره گرفته شد.

سنگ‌نگاری

آندزیت‏‌ها و تراکی‏‌آندزیت‏‌ها: این سنگ‏‌ها در نمونة دستی به رنگ خاکستری روشن و تیره دیده می‏‌شوند. بافت آنها بیشتر پورفیریتیک با زمینة دانه‏‌ریز است. بافت‏‌های گلومروپورفیریتیک (شکل 2- A)، پویی‏‌کیلیتیک (شکل 2- B) و هیالوپورفیریتیک (شکل 2- C) نیز در آنها دیده می‏‌شوند. پلاژیوکلاز، هورنبلند سبز، بیوتیت، پیروکسن و گاه کوارتز، فنوکریست‏‌های این سنگ‏‌ها را می‌سازند. بافت‏‌های پورفیریتیک بافت‏‌های غیرتعادلی سیستم ماگمایی‌اند و نشان می‌دهند به‌دنبال رخدادهای ناگهانی مانند کاهیدگی فشار (شاید در پی بالاآمدن یکبارة ماگما) و فرونشست دمایی بخشی و یا کامل ماگمای بجامانده، عمل تبلور در آن سیستم بازایستاده است (Cobbing, 2000).

شکل 2- بافت‏‌ در آندزیت‏‌های خاور خوسف (جنوب‏‌باختری بیرجند): A) بافت‏‌های پورفیریتیک با زمینه دانه‏‌ریز و گلومروپورفیریتیک (پیامد انباشتگی پلاژیوکلازها)؛ B) بافت پویی‏‌کیلیتیک (هورنبلند درون پلاژیوکلاز) و منطقه‏‌بندی نوسانی در پلاژیوکلازها؛ C) بافت هیالوپورفیریتیک (نور در همه تصویرها XPL است) (نام اختصاری کانی‏‌ها برگرفته از Kretz (1983) است)

فنوکریست‏‌های شکل‏‌دار تا نیمه‏‌شکل‏‌دار پلاژیوکلاز 50 تا60 درصد حجم درشت‏‌بلورها را دربر گرفته‌اند و گاه منطقه‏‌بندی شیمیایی (شکل 3- B)، ماکل کارلسباد، گردشدگی و بافت غربالی (شکل 3- A) نشان می‌دهند. برپایة زاویه خاموشی (17 تا 22 درجه)، فنوکریست‏‌های پلاژیوکلاز ترکیب الیگوکلاز- آندزین دارند و میانگین اندازة آنها برابربا 1/0تا 4/2 میلیمتر است. پیدایش منطقه‏‌بندی در پلاژیوکلازها پیامد نبود تعادل کامل هنگام تبلور است و این پدیده معمولاً هنگام فوران‏‌های آتشفشانی رخ می‌دهد (Shelley, 1993). پیدایش بافت غربالی در پلاژیوکلازها را پیامد افت سریع فشار، آمیختگی ماگمایی و تغذیه آشیانة ماگمایی می‌دانند (Nelson and Montana, 1992). مرز‏‌های واکنشی و گردشدگی کانی‏‌ها از نشانه‏‌های نبود تعادل هنگام انجماد ماگماست و چه‌بسا در پی بالاآمدن سریع ماگما، افزایش فشار بخار آب، فرایند‏‌های آلایش و هضم، اختلاط ماگمایی و افت سریع و ناگهانی فشار پدید آمده‏‌اند (Nelson and Montana, 1992).

آمفیبول‏‌های درون آندزیت‏‌ها از نوع هورنبلند هستند و به رنگ‏‌های سبز تا سبز مایل به قهوه‏‌ای و قرمز دیده می‏‌شوند. این کانی با بزرگی 1/0تا 8/2 میلیمتر، 7 تا 10 درصد از حجم سنگ را دربر می‌گیرد. همچنین، ماکل‏‌های نواری و یا ساده را به نمایش گذاشته است و با به‌دام‌انداختن بلورهای پلاژیوکلاز بافت پویی‌کیلیتیک را پدید آورده است (شکل 3- B).

بزرگی بلورهای شکل‏‌دار تا نیمه‏‌شکل‌دار کلینوپیروکسن‏‌ها (اوژیت) برابربا 1 تا 3 میلیمتر است و نزدیک‏‌به 3 تا 5 درصد حجم این سنگ‏‌ها را دربر می‌گیرند. همچنین، این کانی ماکل ساده دارد و با دربرگرفتن میکرولیت‏‌های پلاژیوکلاز بافت پویی‏‌کیلیتیک نشان می‌دهد نشانة تبلور پلاژیوکلاز پیش از پیروکسن یا تبلور همزمان آن دو است (شکل 3- C).

شکل 3- آندزیت‏‌های خاور خوسف (جنوب‏‌باختری بیرجند): A) درشت‌بلور پلاژیوکلاز با منطقه‏‌بندی نوسانی، ماکل کارلسباد و بافت غربالی؛ B) ماکل ساده و بافت پویی‏‌کیلیتیک در آمفیبول؛ C) ماکل ساده و بافت پویی‏‌کیلیتیک (پلاژیوکلاز درون پیروکسن) در پیروکسن (نور در همة تصویرها XPL است)

کانی فرعی آپاتیت به‌صورت بلورهای ریز سوزنی درون پلاژیوکلازها دیده می‏‌شود (شکل 4- A). Reid و همکاران (1983) پیدایش آپاتیت‏‌های سوزنی را پیامد رشد سریع آن در ماگما می‌دانند. به باور Kuno (1969)، بلورهای ریز کانی فرعیِ آپاتیت، ویژگیِ آندزیت‏‌های کوهزایی است. دربارة تراکی‏‌آندزیت‏‌های منطقه خوسف، افزون‌بر کانی‏‌های یادشده، بلورهای ریز سانیدین نیز در سنگ‌ها دیده می‌شوند. بیوتیت‏‌ها‏‌ و هورنبلندها، به کلریت‏‌ دگرسان شده‏‌اند (شکل 4- B). جانشینی کلریت به‌جای بیوتیت نیازمند از دست‌دادن پتاسیم، کلسیم و سدیم است، که با پیدایش مقداری اکسید آهن و کانی‏‌های کدر جبران می‏‌شود (Mehrban et al., 2007).

داسیت‏‌ها و ریوداسیت‏‌ها: این سنگ‏‌ها در نمونة دستی به رنگ خاکستری روشن دیده می‏‌شوند. بافت این سنگ‏‌ها بیشتر پورفیریتیک با خمیرة میکروکریستالن است (شکل 5- A). فنوکریست‏‌های پلاژیوکلاز، کوارتز، آمفیبول و بیوتیت کانی‏‌های رایج این سنگ‏‌ها به‌شمار می‌روند. زمینة سنگ نیز دربردارندة بلورهای ریز پلاژیوکلاز و کوارتز است. فنوکریست‌های شکل‏‌دار تا نیمه‏‌شکل‏‌دار پلاژیوکلاز نزدیک‌به 10 درصد حجم سنگ را دربر می‌گیرند و بزرگی آنها به 2 میلیمتر می‏‌رسد. کناره‏‌های این کانی گاه گردشدگی نشان می‏‌دهند و مرز واجذبی شمرده می‌شوند (شکل 5- A). آمفیبول‏‌ها از گروه هورنبلند هستند و حجم کمی از سنگ (نزدیک‏‌به 5 درصد) را دربر می‌گیرند (شکل 5- A). اندازة بلورهای هورنبلند به 2 تا 3 میلیمتر می‌رسد. کوارتز نیز به‌صورت فنوکریست و با کناره‌های گردشده در سنگ دیده می‌شود و 5-7 درصد از حجم سنگ را دربر گرفته است. خوردگی سطوح و کناره‏‌های بلورهای کوارتز نشان‏‌دهندة‏ نبود تعادل کانی، در شرایط فیزیکوشیمیایی جدید است (Best and Christiansen, 2001). ریوداسیت‏‌ها، افزون‌بر کانی‏‌هایِ داسیت‏‌ها، بلورهای ریزی از سانیدین دارند که به‌همراه کوارتز در زمینة سنگ دیده می‏‌شوند.

شکل 4- کانی‏‌های فرعی و دگرسانی در آندزیت‏‌های خاور خوسف (جنوب‏‌باختری بیرجند): A) بلور کانی فرعی آپاتیت درون پلاژیوکلاز و پیدایش و بافت پویی کیلیتیک و نیز کانی‏‌های کدر در سنگ (XPL)؛ B) کلریت پس از دگرسانی بیوتیت (PPL)

از ویژگی‏‌های سنگ‏‌های آتشفشانی ترشیری منطقه خوسف، به‌ویژه آندزیت‏‌ها و داسیت‏‌ها، برونبو‏‌م‌های آمفیبولیتی و متاپلیتی (میکاشیست‏‌ها و اسلیت و فیلیت) فراوان در آنهاست که به باور Yousefzadeh و Sabzehei (a2012)، بقایای دگرگون‌شدة پی‏‌سنگ افیولیتی و سنگ‏‌های فلیشی منطقه هستند. پلاژیوکلاز و هورنبلند و گاه گارنت، رایج‌ترین کانی‏‌های برونبو‏‌م‌های آمفیبولیتی هستند. کوارتز و کانی‏‌های رسی سازنده‌های اصلی برونبو‏‌م‌های اسلیت و فیلیتی به‌شمار می‌روند (شکل‌های 5- B و 5- C). حضور این برونبوم‌‏‌ها چه‌بسا نشان‏‌دهندة تأثیر آنها بر ماگمای خاستگاه سنگ میزبان‌شان و به گفته دیگر، نشان‌دهندة فرایند آلایش پوسته‌ای ماگمای سازندة سنگ‏‌های آتشفشانی منطقه است.

شکل 5- ویژگی‌های میکروسکوپی داسیت‏‌های خاور خوسف (جنوب‏‌باختری بیرجند): A) بافت پورفیریتیک با خمیرة میکروکریستالن و حاشیه قهوه ای گرداگرد پلاژیوکلازها و ماکل کارلسباد و پلی‌سینتتیک در پلاژیوکلازها و نیز بلورهای سوزنی هورنبلند‏‌ در داسیت‏‌ها؛ B) برونبوم آمفیبولیتی؛ C) برونبوم متاپلیتی (نور در همه شکل‌ها XPL است)

آندزیت بازالتی: این سنگ‏‌ها در نمونة دستی رنگ خاکستری تیره دارند. پلاژیوکلاز، کلینوپیروکسن، آمفیبول و بیوتیت کانی‏‌های اصلی در این سنگ‏‌ها هستند. بافت آنها بیشتر پورفیریتیک با زمینه میکرولیتی است (شکل 6- A). برپایة زاویه خاموشی، ترکیب پلاژیوکلازهای درون آندزیت‏‌های بازالتی، آندزین تا لابرادوریت است. بلورهای شکل‏‌دار تا نیمه‌شکل‏‌دار پلاژیوکلاز با بزرگی 2/0 تا 1 میلیمتر، نزدیک‏‌به 40 تا 50 درصد حجم سنگ را دربر گرفته‌اند. پیروکسن از نوع اوژیت است و دربردارندة 10 تا 20 درصدحجمی از درشت بلورهای سنگ است. بزرگی کلینوپیروکسن‏‌ها به 1تا 2 میلیمتر می‏‌رسد. فنوکریست‏‌های این کانی ماکل ساده (شکل 6- A) دارند و همچنین، شکستگی‏‌های فراوان، خوردگی و گردشدگی نشان می‏‌دهند که به‌باور Renjith (2014)، پیامد برداشته‏‌شدن فشار در پی فوران شدید هوایی است. همچنین، پیروکسن‏‌ها ماکل‏‌های نواری و صلیبی دارند.

شکل 6- ویژگی‌های میکروسکوپی آندزیت بازالتی منطقة خاور خوسف (در XPL): A) بافت پورفیریتیک پدیدآمده از جایگیری درشت‌بلورهای اوژیت در زمینة میکرولیتی و نیز اوژیت با ماکل ساده؛ B) منطقه‏‌بندی در آمفیبول و حاشیه سوخته گرداگرد آن

آمفیبول‏‌ها از نوع هورنبلند قهوه‏‌ای و فنوکریست هستند و 10 تا 15 درصد از حجم سنگ را دربر می‌گیرند. بزرگی فنوکریست‏‌های شکل‏‌دار تا نیمه‌شکل‏‌دار آنها از 1/0 تا 7/2 میلیمتر است. بلورهای هورنبلند ماکل ساده، منطقه‏‌بندی شیمیایی و حاشیه سوخته دارند (شکل 6- B). این منطقه‏‌بندی شاید نشان‏‌دهندة تغییر ترکیب شیمیایی در هر بخش باشد. بخش‏‌های تیره رنگ چه‌بسا سرشار از Fe و Al و بخش‏‌های روشن سرشار از Mg و Si هستند (Rutherford and Devine, 2003). حاشیه سوخته در آمفیبول‏‌ها شاید پیامد بالابودن فوگاسیتة اکسیژن و فشار بخار آب هنگام پیدایش این کانی‏‌ها و ازدست‌رفتن آب هنگام فوران ماگما باشد (Shelley, 1993).

میکرودیوریت: ترکیب کانی‏‌شناسی و شیمیایی این سنگ‏‌ها همانند آندزیت‏‌هاست؛ اما زمینة بافت پورفیریتیک آنها اندکی دانه درشت‏‌تر است. پلاژیوکلاز (الیگوکلاز- آندزین؛ برپایة اندازه‌گیری زاویة خاموشی)، آمفیبول و بیوتیت از مهم‏‌ترین کانی‏‌های سازندة این سنگ‏‌ها هستند. میکرولیت‏‌های پلاژیوکلاز و گاه مقدار کمی کوارتز، بخش زمینة سنگ‏‌ را می‌سازند. بافت این سنگ‏‌ها بیشتر پورفیریتیک با زمینه دانه‏‌ریز است (شکل 7- A).اندازه فنوکریست‏‌های پلاژیوکلازها به نزدیک‏‌به 4 میلیمتر می‏‌رسد (شکل 7- B).

شکل 7- ویژگی‌های میکروسکوپی میکرودیوریت منطقة خاور خوسف (در XPL): A) بافت پورفیریتیک با زمینه دانه‏‌ریز؛ B) فنوکریست‏‌های پلاژیوکلاز و کلینوپیروکسن در زمینه دانه‌ریز ساخته‌شده از میکرولیت‏‌های پلاژیوکلاز

فنوکریست‏‌های شکل‏‌دار تا نیمه‏‌شکل‏‌دار و سبز رنگ آمفیبول (هورنبلند) نزدیک‏‌به 10 درصدحجمی از درشت‏‌بلورهای سنگ در بر می‏‌گیرند. بزرگی بلورهای این کانی از 3/0 تا 5/1 میلیمتر تغییر می‏‌کند. فنوکریست‏‌های شکل‏‌دار و نیمه‏‌شکل‏‌دار کلینوپیروکسن (اوژیت) با بزرگی نزدیک‏‌به 1 میلیمتر، 5 درصدحجمی از درشت‌بلورهای سنگ را دربر می‌گیرد. بلورهای نیمه‏‌شکل‏‌دار و قهوه‏‌ای رنگ بیوتیت با بزرگی 5/0 تا 1 میلیمتر، دربردارندة نزدیک‏‌به 3 درصدحجمی از فنوکریست‏‌هاست. کانی‏‌های کدر که کانی فرعی هستند و کلسیت که کانی‌ دگرسانی پدیدآمده از دگرسانی پلاژیوکلازهاست نیز در سنگ دیده می‌شوند.

زمین‏‌شیمی و سنگ‌زایی

داده‌های تجزیة شیمیایی سنگ‏‌های آتشفشانی و نیمه‏‌عمیق منطقه خاور خوسف برای عنصرهای اصلی (به‌روش ICP-ESوبر‌پایة درصدوزنی)و برای عنصرهای فرعی و کمیاب (به‌روش ICP-MS؛ برپایة بخش در میلیون یا ppm)، در جدول 1 آورده شده‌اند.

برپایة نمودار Na₂O+K₂O دربرابر SiO₂، (شکل 8- A)، سنگ‏‌های آتشفشانی و نیمه‌عمیق خاور خوسف در گسترة داسیت، آندزیت (و هم‌ارز نیمه‌عمیق آن، میکرودیوریت)، تراکی‏‌آندزیت و هاواییت (آندزیت بازالتی) جای می‏‌گیرند. علت جای‌گرفتن نمونة آندزیت بازالتی در محدودة هاواییت، دگرسانی شدید این نمونه است که افزایش مقدار پتاسیم در آن را در پی داشته است. برای دوری از تأثیر دگرسانی روی ترکیب شیمیایی سنگ‏‌های منطقه و رخداد هرگونه تغییر در رده‏‌بندی آنها، فراوانی عنصرهای کمیاب و کم‏‌تحرک Ti و Zr برای نامگذاری سنگ‏‌ها به‌کار برده شد. در نمودار تغییرات Zr/TiO₂ دربرابرSiO₂ (شکل 8- B)، سنگ‏‌های یادشده، در گستره داسیت/ریوداسیت، آندزیت بازالتی و آندزیت جای می‏‌گیرند.

جدول 1- داده‌های تجزیة شیمیایی سنگ‏‌های آتشفشانی و نیمه‏‌عمیق منطقه خاور خوسف (عنصرهای اصلی برپایة درصدوزنی و عنصرهای فرعی و کمیاب برپایة بخش در میلیون یا ppm)

برپایة نمودار AFM (شکل 9- A)، نمونه‏‌ها در محدودة کالک‏‌آلکالن جای می‏‌گیرند. در نمودار تغییرات K₂O دربرابر SiO₂ (شکل 9- B)، نیز سنگ‏‌های یادشده در محدودة کالک‏‌آلکالن و کالک‏‌آلکالن پتاسیم بالا جای می‏‌گیرند. واقع‏‌شدن یکی از نمونه‏‌ها (آندزیت‌بازالتی) در محدودة شوشونیتی شاید پیامد دگرسانی‏‌های شدید منطقه باشد که در بخش سنگ‌نگاری از آن یاد شد. در پی این دگرسانی، میزان K₂O افزایش پیدا می‌کند و جایگاه سنگ را در سری شوشونیتی قرار داده است. سنگ‏‌های آتشفشانی کالک‏‌آلکالن فراوان‌ترین محصول پهنه‏‌های زمین‏‌ساختی مرزهای صفحه‌های همگرا هستند (Harangi et al., 2007).

شکل 8- جایگاه سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در: A) نمودار رده‌بندی TAS برپایة SiO₂ دربرابر Na₂O+ K₂O (Cox et al., 1979)؛ B) نمودار تغیی رات Zr/TiO₂ دربرابر SiO₂ (Winchester and Floyd, 1977)

شکل 9- جایگاه سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در: A) نمودار AFM (Irvine and Baragar, 1971)؛ B) نمودار SiO₂ دربرابر K₂O (Peccerillo and Taylor, 1976)

نمودار تغییرات عنصرهای کمیاب بهنجارشده دربرابر ترکیب گوشته اولیه در شکل 10- A نشان داده شده است. در حقیقت، ترکیب گوشته اولیه همان ترکیب گوشته پیش از پیدایش پوستة قاره‏‌ای است (Rollinson, 1993). در نمودار یادشده غنی‏‌شدگی عنصرهای خاکی کمیاب سبک (LREE) دربرابر عنصرهای خاکی کمیاب سنگین (HREE) دیده می‏‌شود که به‌باور Castillo (2006)، در سری‏‌های کالک‏‌آلکالن پدیده‌ای عادی است. عنصرهای لیتوفیل با شعاع یونی بزرگ (LIL) عنصرهای ناسازگار و متحرک هستند؛‌ اما عنصرهای واسطه با شدت میدان بالا (HFS) در شرایط دگرگونی و دگرسانی، عنصرهای سازگار و تقریباً نامتحرک هستند. برپایة بررسی‌های Pearce (1983)، در پهنه‏‌های فرورانش، عنصرهای HFS (مانند: Ti) در ورقه فرورونده به‌جای می‌مانند؛ اما عنصرهای LIL (مانند: K، Sr، Sr، Ba) به بخش‏‌های بالایی گوشته راه می‌یابند. همچنین، به‌باور McCulloch و Gamble (1991)، غنی‌شدگی LILE دربرابر HFSE شاید پیامد خروج HFSE از گوشته در پی ذوب‏‌بخشی پیشین باشد. به‌باور Caffe و همکاران (2012)، غنی‌‏‌شدگی LILE دربرابر HFSE پیدایش ماگما را در منطقه فرورانش نشان می‌دهد. به باور Yu و همکاران (2016)، غنی‌شدگی یاد‏‌شده، نشان‌دهندة پیدایش سنگ‏‌های آذرین در مرز فعال قاره‏‌ای است. در نمودار یادشده، عنصرهای Nb، P، Ti و به مقدار کم Ba، تهی‏‌شدگی و عنصرهای Cs، Th، K، Sr و به مقدار کم Zr، غنی‏‌شدگی نشان می‏‌دهند. همچنین، در این نمودار، الگوی عنصرهای کمیاب منطقه کمابیش موازی است. به باور Seghedi (2004) این ویژگی نشانة خاستگاه یکسان و تبلوربخشی در سنگ‏‌های یادشده است. تهی‏‌شدگی Ti شاید پیامد جدایش بلورین کانی‏‌های آمفیبول‏‌دار و یا فازهای Tiدار (مانند: ایلمنیت) باشد. با وجود این، مقدار تهی‏‌شدگی در گروه‏‌های سنگی پدیدآمده در کمان‏‌های ماگمایی متفاوت است (Kamber et al., 2002).

ازآن‏‌جایی‌که بی‏‌هنجاری منفی Nb از ویژگی‌های آشکار سنگ‏‌های قاره‏‌ای است؛ تهی‏‌شدگی ماگماهای گوشته‏‌ای از این عنصر چه‌بسا پیامد آلایش این ماگماها با مواد پوسته‏‌ای هنگام بالاآمدن و یا جایگزینی و یا غنی‏‌‏‌شدگی با شاره‏‌ها در منطقه فرورانش بوده است (Sun and McDonough, 1989). Rollinson (1993) نیز تهی‏‌شدگی Nb را نشانة آلایش با سنگ‏‌های پوستة قاره‏‌ای و مشارکت پوسته در فرایندهای ماگمایی می‏‌داند. برونبوم‏‌های متاپلیتی و آمفیبولیتی در سنگ‏‌های آتشفشانی منطقه احتمال تأثیر پوسته بر ماگمای در حال بالاآمدن را افزایش می‏‌دهد. در اینباره به باور Yousefzadeh و Sabzehei (a2012)، برونبوم‏‌های متاپلیتی یادشده در این منطقه و بخش‌های مجاور، نتنها تحت‌تأثیر حرارت ماگمای میزبان، تا حد زون سیلیمانیت، دگرگون شده‏‌اند، بلکه حضور کانی‏‌های کراندوم و اسپینل در این برونبوم‏‌ها، احتمال ذوب‏‌بخشی را در آنها افزایش داده است.

به‌باور Green (2006)، مقدارهای Nb کمتر از ppm70 نشانة پهنة فرورانش هستند. این میزان برای سنگ‏‌های حد واسط و اسیدی منطقة خوسف برابربا 8/2 تا 9/10 است.

آنومالی منفی Ti و Nb در سنگ‏‌های اسیدی و حد واسط از ویژگی‏‌های ماگماهای کالک‏‌آلکالن پدیدآمده در پهنه‌های فرورانش در مرز فعال قاره‏‌ای است (Wilson, 2007; Kuscu and Geneli, 2010) و نشان‏‌دهندة تأثیر فرورانش بر خاستگاه‌های گوشته‏‌ای است (Soesoo, 2000).

برپایة Wu و همکاران (2003)، تهی‏‌شدگی فسفر در سنگ‏‌های آتشفشانی و نیمه‏‌عمیق منطقه چه‌بسا پیامد تفریق آپاتیت در ماگما ‏باشد.

تهی‏‌شدگی اندک Ba در سنگ‏‌های منطقه چه‌بسا به درجة اشباع‌شدگی از سیلیس و میزان ذوب وابسته نباشد (Avanzinelli et al., 2008). آنومالی منفی Ba در سنگ‏‌های اسیدی منطقه شاید نشان‏‌دهندة جدایش بلورینِ فلدسپارها (Arsalan and Aslan, 2006) و یا گویای نقش پوستة قاره‏‌ای بالایی در فرایندهای ماگمایی (Kuscu and Geneli, 2010) باشد. به‌باور Fitton و همکاران (1995)، مقدارهای بیشتر از 28 برای نسبت Ba/Nb نشان‏‌دهندة مرز فعال قاره‏‌ای هستند. این نسبت در سنگ‌های منطقه خوسف برابربا 68 تا 210 است.

به‌باور Foly (a,b1992) (برگرفته از Zheng و همکاران، 2016)، غنی‏‌شدگی K که در سنگ‌های آتشفشانی خاور خوسف دیده می‏‌شود در درجة نخست، شاید پیامد ذوب اولیة خاستگاه گوشته‏‌ای با کانی‏‌های آبدار (مانند: فلوگوپیت و آمفیبول) باشد که پیدایش مذاب سرشار از پتاسیم را به‌دنبال داشته است. در درجة دوم نیز پیامد آلایش پوسته‏‌ای بوده است.

غنی‏‌شدگی بالای Sr در سنگ‏‌های منطقه پیامد حضور پلاژیوکلاز در آن سنگ‏‌هاست. به باور Rollinson (1993)، یون Sr²⁺ در پلاژیوکلازها جانشین Ca²⁺ شده است و ازاین‌رو، دربرابر جدایش بلورین پلاژیوکلاز حساس است.

غنی‏‌شدگی Th و U نیز در این سنگ‏‌ها روی داده است. برپایة بررسی‌های Fan و همکاران (2003)، این پدیده نشان‏‌دهندة افزوده‏‌شدن رسوب‌های پلاژیک و یا پوستة اقیانوسی به خاستگاه پیدایش مذاب‌ است. Th در پهنه‌های وابسته به فرورانش، تحرک بیشتری دارد و در گوة گوشته‏‌ایِ بالای پهنة فرورانش غنی‏‌شدگی نشان می‌دهد. عنصر Zr نیز اندکی غنی‏‌شدگی نشان می‌دهد. به‌باور Rollinson (1993)، ازآنجایی‌که Zr بار الکتریکی بالا و شعاع یونی کمابیش بزرگی دارد به ساختار کانی‏‌های سنگ‏‌ساز رایج وارد نشده است و در فاز ویژه‏‌ای (معمولاً زیرکن) حضور یافته است.

به پیشنهادِ Thompson (1983)، بهتر است داده‏‌ها دربرابر کندریت بهنجار شوند؛ زیرا ترکیب کندریت‏‌ها مستقیماً اندازه‏‌گیری شده است؛ اما ترکیب گوشته اولیه تخمینی است. عنصرهای خاکی کمیاب انحلال‏‌پذیری کمی دارند و هنگام فرایندهای هوازدگی، دگرگونی درجة کم و دگرسانی گرمابی کمابیش نامتحرک هستند. پس الگوی فراوانی آنها ویژگی‌های خاستگاه سنگ‏‌ها را نشان می‌دهد (Boynton, 1985؛ Rollinson, 1993).

برای بررسی رفتار REE بهنجارشده در نمونه‌های منطقه خوسف دربرابر ترکیب کندریت، داده‌های پیشنهادیِ Boynton (1984) برای ترکیب کندریت به‌کار برده شدند (شکل 10- B). در نمودار یاد‏‌شده، در کل، عنصرهای خاکی کمیاب در همة نمونه‏‌های بررسی‏‌شده روند همانندی را نشان می‏‌دهند. این نکته نشانة خاستگاه یکسان آنهاست. در این نمودار، غنی‏‌شدگی آشکاری از LREE دربرابر HREE دیده می‏‌شود. به‌پیشنهاد Fitton و همکاران (1991)، بالا‏‌بودن نسبت LREE/HREE از شاخص‏‌های مهم ماگماهای پدیدآمده در پهنة فرورانش است و چه‌بسا نشان‌دهندة غنی‏‌شدگی در گوشته توسط فاز مذاب یا سیال سرشار از آب در پی فرورانش باشد. Zanetti و همکاران (1999) نیز بالابودن نسبت‏‌های LILE/HFSE و LREE/HREE را از نشانه‌های فرورانش به‌شمار می‌آورند. همچنین، غنی‏‌شدگی LREE دربرابر HREE شاید در پی جدایش بلورین کانی هورنبلند یا گارنت‌داربودنِ خاستگاه رخ داده باشد (Jahangiri, 2007). به پیشنهاد Rollinson (1993)، نبود آنومالی منفی چشمگیر Eu نشان‏‌دهندة فعالیت بالای اکسیژن است؛ زیرا در این حالت ضریب جدایش برای Eu کم است و این عنصر مانند دیگر عنصرهای خاکی کمیاب عمل می‏‌کند. همچنین، نبود آنومالی Eu از ویژگی‏‌های آداکیت‏‌هاست (Castillo, 2012; Ghadami et al., 2008; Richard and Kerrich, 2007; Martin et al., 2005).

شکل 10- سنگ‏‌های آتشفشانی و نیمه‌عمیق خاور خوسف در نمودار عنصرهای کمیاب بهنجارشده دربرابر: A) ترکیب گوشته اولیه (Sun and McDonough, 1989)؛ B) ترکیب کندریت (Boynton, 1984)

نسبت Sm/Yb که نسبت یک عنصر سازگار به ناسازگار برای گارنت است برای شناخت کانی‏‌های سنگ خاستگاه به‌کار برده می‌شود؛ به‌گونه‌ای‌که ذوب‏‌بخشی از خاستگاهی گارنت‏‌دار مذابی با مقادیر Sm/Yb بالاتر از 5/2 دربرابر خاستگاه می‌سازد (Aldanmaz et al., 2000). ازاین‌رو، نسبت این عنصرها نشان‏‌دهندة بود یا نبود گارنت در سنگ خاستگاه است. ازآنجایی‌که این نسبت در سنگ‏‌های منطقه برابربا 2/2 تا 3/3 (میانگین: 56/2) است، گارنت‌داربودن خاستگاه را نشان می‌دهد.

به‌باور Pearce و Norry (1979)، اگر نسبت Zr/Y>3 باشد، گدازه‏‌ها مربوط به کمان‏‌های آتشفشانی قاره‏‌ای هستند؛ اما اگر نسبت Zr/Y

جدول 2- مقایسه ویژگی‏‌های گدازه‏‌های خاور خوسف با ماگمای آداکیتی (Moyen, 2009)

ایتریم (Y) رفتاری شبیه عنصرهای خاکی کمیاب سنگین دارد و به گارنت، هورنبلند، تیتانیت و زیرکن افزوده می‌شود. Sr²⁺ جانشین Ca²⁺ در پلاژیوکلاز شده است و ازاین‌رو، دربرابر جدایش بلورین پلاژیوکلاز حساس است. میزان La/Yb بیشتر از 20 (La/Yb ≥ 20) وجود ماگمای آداکیتی در منطقه را نشان می‌دهد. همچنین، این نسبت نشانة گارنت‌داربودن خاستگاه است. نسبت بالای La/Yb نشان‏‌دهندة جدایش بلورین هورنبلند، تیتانیت و زیرکن است (Defant and Keplezhinskas, 2001). نسبت Sr/Y بیشتر از 20 (Sr/Y ≥ 2) نیز نشان‌دهندة ترکیب‌های آداکیتی و نبود جدایش بلورین پلاژیوکلاز و بجا‏‌ماندن گارنت در خاستگاه است (Defant and Keplezhinskas, 2001). ماگمای آداکیتی ویژة پهنه‏‌های فرورانش است؛ به‌ویژه جایی‌که قطعه فرورانده‌شدة جوان (پهنة فرورانش جوان یا پوستة اقیانوسی جوان) باشد (Martin et al., 2005). سنگ‏‌های آداکیتی که از تبلوربخشی گارنت فشار بالا پدید آمده‌اند معمولاً ویژگی‌های زمین‏‌شیمیایی مجزایی را نشان می‏‌دهند (Mcpherson, 2006). برای نمونه، اگر در ماگما SiO₂ افزایش یابد، مقدار Al₂O₃ کاهش می‏‌یابد و نسبت‌های Dy/Yb و Sr/Y افزایش می‌یابند (Tang et al, 2010). در نمودارهای Yb_N دربرابر La_N/Yb_N (شکل 11- A) و Y دربرابر Sr/Y (شکل 11- B) که ماگمای کالک‏‌آلکالن با ماگمای آداکیتی از نظر Sr/Y و La/Yb مقایسه شده است، سنگ‏‌های بررسی‏‌شده در محدودة آداکیتی جای گرفته‏‌اند (شکل‌های 11- A و 11- B). در نمودار شکل 11- A، مقدار La و Yb در نمونه‏‌های خاور خوسف دربرابر ترکیب کندریت پیشنهادیِ Boyton (1984) بهنجار شده‌اند. ماگماهای آداکیتی نسبت Sr/Y و La/Yb بالاتری در مقایسه با ماگمای کالک‏‌آلکالن معمولی دارند که نشان‏‌دهندة بجاماندة گارنت در خاستگاه این ماگماست (Moyen, 2009). Martin و همکاران (2005) دو گروه آداکیت را شناسایی کرده‌اند:

- گروه SiO₂ بالا (HSA) که نشان‏‌دهندة ذوب سنگ‏‌های مافیک صفحه فرورونده‏‌ای است و با پریدوتیت بالاآمده در سراسر گوة گوشته‏‌ای واکنش داده‌ است؛

- گروه کم SiO₂ (LSA) که نشان‏‌دهندة مذاب گوة گوشته‏‌ای پریدوتیتی است که با مذاب ورقة فلسیکی‏‌تر واکنش داده و تغییر کرده است.

در گروه LSA، مقدار سیلیس کمتر از 60 درصدوزنی، MgO برابربا 4 تا 9 درصدوزنی، CaO+MgO بیشتر از 10 درصدوزنی و Sr بیشتر از ppm 1000 است (جدول 3). آداکیت‏‌های کم‏‌سیلیس تمرکز LREE بیشتری دربرابر HSA دارند. همچنین، LSA آنومالی مثبت Sr که در HSA دیده نمی‌شود را نشان می‏‌دهد. LSA دربرابر HAS روبیدیم کمتری دارد (Martin et al, 2005).

در نمودار Na₂O+K₂O دربرابر Sr (شکل 11- C) نمونه‏‌های خاور خوسف در محدودة آداکیت‏‌های سیلیس بالا جای می‏‌گیرند. الگوی پیشنهادیِ Moyen (2009) برای پیدایش آداکیت‏‌ها نشان‏‌دهندة آنست که آداکیت‏‌های با مقدار سیلیس بالا پیامد ذوب سنگ‌کرة اقیانوسی در ژرفای نزدیک‏‌به 70 کیلومتری زیر سطح زمین هستند. سپس ماگمای ساخته‌شده به ترازهای بالا حرکت کرده و درون پوستة قاره‏‌ای بالایی جای گرفته است. به باور Martin و همکاران (2005)، این سنگ‏‌ها از فرورانش ورقة بازالتی واکنش‌داده با پریدوتیت در راستای گوة گوشته‏‌ای پدید آمده‏‌اند.

شکل 11- جایگاه سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در نمودارهای جداکننده سنگ‏‌های کالک‏‌آلکالن معمولی از آداکیت‏‌ها: A) نمودار Yb_N دربرابر La_N/Yb_N (Reich et al., 2003)؛ B) نمودار Y دربرابر Sr/Y (Drummond and Defant, 1990)؛ C) نمودار Na₂O+K₂O دربرابر Sr (Castillo, 2012)

جدول 3- مقایسه عنصرهای سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف با میانگین همان عنصرها در آداکیت‏‌های پرسیلیس و کم سیلیس (Martin et al, 2005)

بحث

بر پایه نمودار La/Yb دربرابر Yb، سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در پهنة کمان‏‌ آتشفشانی و برپایة نمودار Th/Yb دربرابر Ta/Yb، در محدودة مرز قاره‏‌ای فعال جای گرفته‌اند و ماگمای خاستگاه آنها در پی ذوب‏‌بخشی یک گوشته غنی‌شده پدید آمده است (شکل‌های 12- A و 12- B). بیشتر ماگماهای کمان پیامد ذوب‏‌بخشی گوة گوشته‏‌ای مرتبط با فرورانش هستند و دلیل این رخداد، افزوده‏‌شدن سازنده‌های متاسوماتیک است که از سنگ‌کرة اقیانوسی فرورانده آزاد شده‏‌اند. شاره‏‌های متاسوماتیک چه‌بسا دربرگیرندة سیال‌های آبدار و یا مذاب‏‌های بخشی اولیة پدیدآمده از ذوب رسوب‌های و یا پوستة بازالتی فرورونده به درون گوة گوشته‏‌ای هستند که پیدایش ماگما را در پی دارند (Hoang et al., 2011;Harangietal., 2007).

در نمودار SiO₂دربرابر مقدار #Mg، سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در محدودة آداکیت‏‌های پدیدآمده از ذوب‏‌بخشی اکلوژیت یا متابازالت و بخش مشترک آن با محدودة پوستة قاره‏‌ای ضخیم‌شده نشان داده می‏‌شوند (شکل 13- A). پس پوستة ضخیم‌شده قاره‏‌ای زیرین نقش آشکاری در پیدایش و تکامل ماگمای خاستگاه سنگ‏‌های آتشفشانی ترشیری خاور خوسف داشته است. به باور بیشتر پژوهشگران، آداکیت‏‌ها به‌عنوان یک مرحلة اصلی دیرگداز در خاستگاه خود، گارنت‌ دارند. ازاین‌رو، نوع سنگ خاستگاه آنها اکلوژیت، اکلوژیت آمفیبول‏‌دار و یا گارنت‏‌آمفیبولیتی است که در ژرفای بیشتر از 40 کیلومتری (فشار بیش از 12 کیلوبار) جای دارد (Jamshidi et al., 2014).

شکل 12- جایگاه سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در نمودارهای: A) Yb دربرابر La/Yb (Pearce, 1983)؛ B) Ta/Yb دربرابر Th/Yb

Lai و همکاران (2013) سنگ‏‌های آتشفشانی را به دو گروه با #Mg بالا (45˃#Mg) و #Mgکم (˂45#Mg) رده‌بندی کرده‌اند. میانگین #Mg در سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف کم و برابربا 16/26 است. به‌پیشنهاد Lai و همکاران (2013)، آداکیت‏‌های با خاستگاه ذوب‏‌بخشی پوستة قاره‏‌ای زیرین در مقایسه با دیگر گروه‌های آداکیت‏‌ها، مقدار #Mg، MgO، Cr و Ni کمتری دارند. در نمودار Fe₂O₃-K₂O-MgOکه Karsil و همکاران (2011) پیشنهاد کرده‌اند، سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در محدودة مشترک آداکیت‏‌های پدیدآمده از ذوب‌بخشی پوستة زیرین ضخیم‌شده و آداکیت‏‌های پدیدآمده از مذاب‏‌های اکلوژیتی و متابازالتی و نیز ورقة اقیانوسی فرورونده جای گرفته‌اند (شکل 13- B).

نمودارهای Th/Nb دربرابر Sm/Yb(شکل 14- A) و Yb_N دربرابر La_N/Yb_N(شکل 14- B) نشان می‏‌دهند سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف شاید از ذوب‌بخشی خاستگاهی با ترکیب ده درصد گارنت‌آمفیبولیت پدید آمده باشند.

شکل 13- جایگاه سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در: A) نمودار SiO₂دربرابر مقدار #Mg(Wang et al., 2006)؛ B) نمودار Fe₂O₃-K₂O-MgO(Karsil et al., 2011)

شکل 14- جایگاه سنگ‏‌های آتشفشانی خاور خوسف در: A) نمودار Th/Nb دربرابر Sm/Yb(Karsli et al., 2011)؛ B) La_N/Yb_Nدربرابر Yb_N (Defant and Drummond, 1990; Martin, 1999)