الگوسازی نقش رسوبات کرتاسة پسین- میوسن منشور برافزایشی مکران در پیدایش بازالت‌های کمان آتشفشانی مکران، جنوب‌خاوری ایران

مقدمه

پهنة فرورانشی مکران در شمال سواحل دریای عمان، از واحدهای رسوبی، آتشفشانی و بقایای پوستة اقیانوسی نئوتتیس تشکیل شده است و حاصل فرورانش بخش به‌جاماندة پوستة اقیانوسی نئوتتیس به زیر لبة جنوب‌خاوری سنگ‌کره قاره‌ای اوراسیاست (Dolati, 2010; Saccani et al., 2022). منشور برافزایشی مکران گستردگی چشمگیری دارد (Critelli et al., 1990)؛ به‌گونه‌ای‌که از سواحل دریای عمان در جنوب، تا فروافتادگی جازموریان در شمال ادامه می‌یابد و از خاور به گسل چمن در پاکستان و از باختر به گسل میناب می‌رسد (Stocklin, 1977). در شمال منشور برافزایشی مکران مجموعه‌های آتشفشانی شاهسواران، بزمان، باختر خاش و تفتان، یک نوار منقطع ماگمایی را پدید آورده‌اند (شکل 1-A) که کمان ماگمایی حاصل از فرورانش در نظر گرفته می‌شود (Dupuy and Dostal, 1978; Moinevaziri, 1985; Biabangard and Moradian, 2008; Saadat and Stern, 2011; Pang et al., 2014).

در پهنة فرورانشی مکران بیش از 3 کیلومتر رسوبات بیشتر آواری به زیر حاشیة جنوبی اوراسیا، رانده^[1] شده‌ است (Plank and Langmuir, 1998; Kukowsky et al., 2001). از این رو، این پرسش مطرح می‌شود که آیا می‌توان سرنخی از ورود این رسوبات به گوشته و مشارکت آنها در پیدایش بازالت‌های شمال مکران دید؟ با توجه به زیررانده‌شدن حجم بزرگ رسوبات در جبهة فرورانش، پیش‌بینی عملکرد رسوبات و رفتار دینامیکی آنها چالشی جدی به‌شمار می‌رود؛ اما می‌توان گفت هرچه میزان مشارکت این رسوبات در ماگمازایی بیشتر بوده باشد، ماگمای حاصل از فرورانش درکمان آتشفشانی مکران از عنصرهای متحرک غنی‌‌تر خواهد بود.

پژوهش‌های بسیاری پیرامون مشارکت رسوبات در ماگمازایی پهنه‌های فرورانشی انجام شده‌است (برای نمونه: Plank and Langmuir, 1993; Johnson and Plank, 1999; Hoang et al., 2011). در پهنة مکران نیز به موضوع مشارکت رسوبات در پیدایش کمان ماگمایی پرداخته شده ‌است. جعفریان (Jafarian, 2011) ماگماهای آتشفشان بزمان را متعلق به خاستگاه گوشته‌ای غنی‌شده در اثر مشارکت رسوبات و نیز آب برخاسته از لبة فرورونده دانسته است. سعادت و استرن (Saadat and Stern, 2011)، شواهد حاصل از بررسی نسبت‌های ایزوتوپی سرب در مجموعه آتشفشانی شاهسواران را نشان‌دهندة مشارکت رسوبات روی لبة فرورونده دانسته‌اند. فیروزکوهی (Firouzkouhi, 2017a) غنی‌شدگی بازالت‌های کمان ماگمایی مکران از عنصرهای LIL، را پیامد ترکیبی از سه عامل درجة پایین ذوب‌بخشی، سیال‌های برخاسته از لبه و ذوب رسوبات فرورانده‌شده دانسته است. این پژوهش‌ها بی‌آنکه ترکیب زمین‌شیمیایی رسوبات منشور برافزایشی در نظر گرفته شود، انجام شده‌اند.

از ترکیب زمین‌شیمیایی رسوبات منشور برافزایشی مکران دادة چندانی در دسترس نیست. تنها دادة زمین‌شیمیایی در دسترس از توالی رسوبی منشور برافزایشی مکران، از تجزیة مغزه‌های حفاری بخش ساحلی مکران پاکستان است که پلانک و لانگ مویر (Plank and Langmuir, 1998) از جرارد و لایل (Jarrard and Lyle, 1991) آن را نقل کرده است. این نمونه از گودال اقیانوسی برداشته ‌شده است و در این نوشتار از آن با نام نمونة ساحلی مکران[2] یاد شده‌است. از این رو، یکی از اهداف این پژوهش، ارائه ترکیب زمین‌شیمیایی رسوبات آواری ریزدانة منشور برافزایشی مکران و مقایسه آن با دیگر رسوبات فرورانشی فعال است. آواری‌های ریز‌دانه از آنجایی مورد توجه هستند که آخرین محصولات حمل و دگرسانی رسوبات هستند و ترکیب آنها می‌تواند نمایندة خاستگاه و همچنین، رسوبات گوناگون پدیدآمده در حوضه رسوبی باشد (Rudnick and Gao, 2003). همچنین، تجزیة رسوبات آواری ریزدانه نسبت به ماسه‌سنگ، این امکان را می‌دهد که با شمار کمتری تجزیه‌ زمین‌شیمیایی، اطلاعات جامع‌تری از ترکیب متوسط رسوبات منطقه به‌دست آورد.

با توجه به اینکه غلظت عنصرهای LIL مانند Ba، Sr، Pb و Rb در رسوبات فرورانده از مقدارِ گوشته‌ای (تا بیش از 100 برابر) و مقدار آنها در NMORB (تا بیش از 50 برابر) بسیار بیشتر است، مشارکت مقدار اندکی رسوبات در ماگمازایی پهنه‌های فرورانش می‌تواند غنی‌شدگی چشمگیری را در ماگمای حاصل پدید آورد. ازاین‌رو، ترکیب زمین‌شیمیایی چند نمونة بازالتی از آتشفشان‌های شمال مکران در این پژوهش آورده شده ‌است. ویژگی‌های زمین‌شیمیایی آنها به‌طور خلاصه بررسی شده و شباهت‌ها و تفاوت‌های آنها با نمونه‌های رسوبی به‌ویژه در عنصرهای بسیار متحرک و امکان مشارکت رسوبات در پیدایش بازالت‌ها بحث شده ‌است. افزون‌براین، با کمک الگوسازی ذوب و اختلاط، دو انگارة مشارکت رسوبات مکران به‌صورت مذاب و یا مشارکت سیالات برخاسته از آنها در پیدایش بازالت‌ها بررسی شده است.

انتخاب برش فنوج- بنت (شکل 1-B) در این پژوهش با این فرض انجام شده است که اگر رسوب‌های منشور برافزایشی مکران در ماگمازایی سنوزوییک پسین شمال مکران نقش داشته‌اند، بهترین رسوب‌ها برای بررسیِ میزانِ مشارکت آنها، قدیمی‌ترین آنها هستند؛ زیرا مدت زمان لازم برای ورود به محیط گوشته و ظهور در ماگماهای کمان آتشفشانی مکران را داشته‌اند. از این‌رو، رس‌سنگ‌هایِ آمیزة افیولیتی فنوج (Huber, 1977) و واحدهای رس‌سنگ از توالی‌های توربیدایتی، پالئوژن تا میوسن نمونه‌برداری و تجزیه شدند. هرچند، داده‌های عنصرهای کمیاب به اندازة داده‌های ایزوتوپی برای تعیین میزان مشارکت رسوب‌ در فرایند ماگمازایی راهبردی نخواهند بود، اما گاهی برای شناخت کامل‌تر فرایندهای ماگمایی در پهنة مکران در این بررسی مورد توجه قرار گرفته‌اند. گفتنی است هدف این پژوهش بررسی سنگ‌زایی بازالت‌ها نیست و ازاین‌رو، بر تفاوت‌ها و شباهت‌های نمونه‌های بازالتی تاکید نشده است، بلکه تنوع نسبی در زمین‌شیمی نمونه‌ها با هدف این پژوهش هماهنگی دارد.

زمین‌شناسی منطقه

سنگ‌های رسوبی بررسی‌شده در این پژوهش، در محدوده‌‌ای از شمال‌خاوری فنوج تا بنت (شکل1) نمونه‌برداری شده‌اند. این سنگ‌ها بیشتر شامل واحدهای فلیشی یا توربیدایتی آمیخته در مجموعة آمیزة رنگین و نیز توربیدایت‌های پالئوژن تا میوسن منشور برافزایشی مکران هستند (شکل‌های 1-B و 1-C). در شمال پهنة مکران، واحدهای پریدوتیتی همراه با بازالت‌های بالشی، گابرو و رادیولاریت جای گرفته‌اند (شکل 2-A). در بخش جنوبی این مجموعه نیز آمیزة افیولیتی، شاملِ پریدوتیت و مرمر به سن کرتاسة پسین و سنگ‌های بیشتر آواری به سن کرتاسة پسین-ائوسن با ریخت‌شناسیِ مرتفع گسترده شده‌اند (شکل 2، B). مک‌کال (McCall, 1997) از این مجموعه با نام پهنة ژرفنای اقیانوسی یاد کرده است. این پهنه حجم چشمگیری از سنگ‌های کربناتی دگرگون‌شده (مرمر) روشن‌رنگ دارد که روی پریدوتیت‌های گوشته‌ای جای گرفته‌اند. افرون‌بر مرمرهای روشن‌رنگ، توالی‌های گسترده و ضخیمی از آواری‌های ریزدانه و ماسه‌سنگ سرخ‌رنگ (شکل 2-B)، با بلوک‌های بیگانه آهک‌های میکرایتی مربوط به آمیزة افیولیتی دیده می‌شوند. همچنین، در جنوب افیولیت‌های مکران سنگ‌های کربناتی میکرایتی به پهنای کمتر از 2 کیلومتر، دیده می‌شوند. مک‌کال (McCall, 1997) این واحد را کربنات پیش‌کمانی نامیده است.

توربیدایت‌های پالئوژن تا میوسن در محدودة فنوج-بنت متشکل از لایه‌های ماسه‌سنگ و آواری‌های ریزدانه هستند و کم‌کم از شمال به جنوب، حجم واحدهای آواری ریزدانه نسبت به ماسه‌سنگ‌ها بیشتر می‌شود و با افزایش سازنده کربناتی، کم‌کم ماهیت مارنی به خود می‌گیرند. در واحدهای آواری ریزدانه، تورق‌های هم‌روند با سطح لایه‌بندی دیده می‌شوند (برای نمونه: شکل 2-C). در برخی لایه‌های ماسه‌سنگی ساختمان‌های رسوبی پیش از رسوب‌گذاری مانند قالب‌های فلوت^[3]، همزمان با رسوب‌گذاری مانند ریپل‌مارک (برای نمونه: شکل 2-D) و پس از رسوب‌گذاری مانند قالب‌های وزنی دیده شده‌اند. این سنگ‌ها بخشی از واحدهای توربیدایتی میوسن منشور بر افزایشی هستند و در محدودة کمابیش باریکی به پهنای کمتر از 2 کیلومتر گسترده شده‌اند. سنگ‌های ریزدانه‌تر برگوارگی دارند و برگوارگی در آنها هم‌شیب و هم‌روند با سطح لایه‌بندی است. می‌توان گفت نسبت حجمی ماسه‌سنگ به رس‌سنگ در این زیرپهنه نزدیک به 1 به 20 است.

شکل 1. A) تصویر ماهواره‌ای پهنة مکران و کمان آتشفشانی در جنوب‌خاوری ایران. محدودة نقشة زمین‌شناسی، میدان‌های آتشفشانی شاهسواران (SVF)، بزمان (BVF)، باخترخاش (KVF) و تفتان (TVF) (محل تقریبی نمونه‌های بازالتی در تصویر ماهواره‌ای نمایش داده شده‌اند)؛ B) جایگاه جغرافیایی نمونه‌های رس‌سنگی تجزیه‌شده؛ C) نقشة زمین‌شناسی بخشی از منشور برافزایشی مکران را نشان می‌دهد (برگرفته از نقشة 1000000/1 هابر (Huber, 1977). محدودة رسوبات نمونه‌برداری‌شده با خط‌چین نشان داده شده ‌است).

Figure 1. A) Satellite image showing geological setting of the Makran range, SE Iran and Shahsavaran (SVF), Bazman (BVF), west of Khash (KVF) and Taftan volcanic fields in the north of Makran accretionary prism (The location of analyzed basaltic samples are shown); B) Location of the analysed claystones; C) Geological map of Fanouj-Bint area (based on 1:1000000 geological map of Huber (1977). rectangular dashed line shows the location of sedimentary samples).

از چهار میدان آتشفشانی شاهسواران، بزمان، باختر خاش و تفتان در شمال پهنة مکران، دو میدان شاهسواران و بزمان، در شمال فرونشست جازموریان و دو میدان چاه سالار و تفتان، در بخش جنوبی پهنة زمین‌درز سیستان جای گرفته‌اند (شکل 1-A). این میدان‌های آتشفشانی دربردارندة مجموعه‌ای از سنگ‌های آندزیتی، داسیتی، بازالتی و ریولیتی متعلق به سری کالک‌‌آلکالن هستند. حجم آندزیت و داسیت خروجی در کمان ماگمایی به مقدار چشمگیری از بازالت‌ها بیشتر است. دو میدان آتشفشانیِ تفتان و بزمان، استراتوولکان‌هایی بزرگ با حجم عظیمی از گدازه و مواد آذرآواری و با ترکیب بیشتر آندزیتی و داسیتی هستند. بیشتر سنگ‌هایِ با ترکیب بازالتی در میدان‌های آتشفشانی شاهسواران و ‌باختر خاش (Firouzkouhi et al., 2017b) و در قالب آتشفشان‌های بازالتی متعدد و کوچک تک‌زاد (مخروط سیندر) یافت می‌شوند (شکل‌های 2-E و 2-F). افزون‌براین، از آتشفشان‌های بازالتی تک‌زاد اطراف قلة بزمان، حجم چشمگیری بازالت بیرون ریخته‌ است. همچنین، در میدان آتشفشانی تفتان، آتشفشان بازالتی تخت‌رستم در دامنه‌های جنوبی تفتان، از معدود مراکز خروج گدازة بازالتی در این میدان به‌شمار می‌رود. به این ترتیب می‌توان گفت حجم گدازه‌های بازالتی خروجی در طول کمان از باختر به خاور، کاهش چشمگیری می‌یابد.

سنگ نگاری

بر پایة بررسی مقاطع میکروسکوپی و رده‏‌بندی پیکارد (Picard, 1971) آواری‏‌های ریزدانه منطقه بیشتر در گروه رس‏‌سنگ‏‌ جای می‏‌گیرند. در برخی نمونه‏‌ها، دانه‏‌های میکا و به‌طور اندک فلدسپار و کوارتز نیز شناسایی شدند. همچنین، در یک نمونه فسیل‌های پلاژیک به سن ائوسن پیشین نیز دیده شدند. دیگر نمونه‌ها از نوع سیلت‌ستون بوده‌اند. در این پژوهش، نمونه‌های رس‌سنگ برای تجزیة‌ زمین‌شیمیایی برگزیده شده‌اند.

بر پایة بررسی‌های میکروسکوپی، نمونه‌های ماسه‌سنگی، مانند بسیاری از ماسه‌سنگ‌های توربیدایتی، رسیدگی کانی‌شناختی و بافتی نارس نشان می‌دهند. بر پایة رده‌بندی پتی جان و همکاران (Pettijohn et al., 1987)، این نمونه‌ها در گروه فلدسپاتیک گری‌وکی جای می‌گیرند. دانه‌های فلدسپار را می‌توان از انواع پلاژیوکلاز و آلکالی‌فلدسپار شناسایی کرد. در برخی نمونه‌ها، فلدسپار‌ها به کانی‌های رسی تجزیه شده‌اند. همچنین، گلاکونیت در شماری از نمونه‌ها دیده شده ‌است. از دیگر کانی‌های فرعی می‌توان میکاهای نوع مسکوویت، بیوتیت و کلریت را نام برد. زمینه در این نمونه‌ها از سیلت دانه‌ریز و رس ساخته شده است.

بیشتر بازالت‌های بررسی‌شده ریز‌دانه و متشکل از 5 تا 15 درصدحجمی فنوکریست (پلاژیوکلاز، الیوین، ارتوپیروکسن و کلینوپیروکسن) در زمینه ریزبلور تا شیشه‌ای هستند. پلاژیوکلاز (5- 10 درصدحجمی)، الیوین (2- 10 درصدحجمی)، ارتوپیروکسن و کلینوپیروکسن (2 تا 5 درصدحجمی) فنوکریست‌های غالب سنگ را تشکیل می‌دهند. هرچند ارتوپیروکسن به‌صورت فنوکریست‌ در زمینه برخی سنگ‌ها دیده می‌شود، الیوین در بیشتر نمونه‌ها فنوکریست اصلی است (شکل‌های 3-A و 3-B) و مگر شمار کمی از نمونه‌ها، در بیشتر نمونه‌ها حاشیه‌های ایدینگزیتی دارد. لخته‌های گلومروپرفیریک از پلاژیوکلاز، الیوین و ارتوپیروکسن در برخی نمونه‌ها پدید آمده‌اند (شکل 3-B). افزون‌بر شیشة بازالتی که در زمینة نمونه‌های مختلف با مقادیر متفاوتی پدید آمده است، میکرولیت‌های فلدسپار، ارتوپیروکسن، اکسیدهای آهن و تیتانیم و کلینوپیروکسن و در شمار اندکی از نمونه‌ها، الیوین به‌همراه میکرولیت‌های پلاژیوکلاز تشکیل شده‌اند. بافت این سنگ‌ها عموماً پورفیری تا میکروپورفیری است و در زمینة آنها بیشتر بافت‌های اینترگرانولار، اینترسرتال، جریانی و در شمار اندکی از سنگ‌ها بافت گلومروپورفیری به‌چشم می‌خورند.

شکل 2. A) واحدهای توربیدایتی کرتاسة پسین- پالئوژن به‌صورت آمیزه در واحدهای افیولیتی (دید رو به باختر)؛ B) روابط صحرایی واحدهای کربناتی، پریدوتیت و ماسه‌سنگ‌ها (دید رو به خاور)؛ C) واحدهای رس‌سنگ توربیدایتی میوسن؛ D) تناوبی از واحدهای ماسه سنگی با آواری ریزدانه توربیدایتی به سن میوسن. در سطح زیرین بیشترِ لایه‏‌هایِ ماسه‏‌سنگی، قالب‏‌های فلوت دیده می‏‌شوند؛ E) مخروط‌ تک‌زاد بازالتی از میدان‌ آتشفشانی شاهسواران (دید رو به شمال)؛ F) مخروط تک‌زاد بازالتی از میدان‌ آتشفشانی باختر خاش (دید رو به جنوب).

Figure 2. A) Late- Cretaceous- Paleogene turbidites in ophiolitic mélange (westward view); B) Field relation of carbonate, peridotite and sandstones in ophiolitic mélange (eastward view); C) Miocene turbidite claystones; D) Miocene sandstone-claystone sequence. The flute casts are at the lower surface of almost all sandstone layers; E) The basaltic cinder cone, from Shahsavaran magmatic field (northward view); F) The basaltic cinder cone, from west of khash magmatic field (southward view).

شکل 3. تصاویر میکروسکوپی از دو نمونه بازالتی در نور XPL. A) اجتماع فنوکریست‌های الیوین، پلاژیوکلاز و ارتوپیروکسن در زمینه‌ای از میکرولیت‌های پلاژیوکلاز، ریزبلورهای الیوین، منیتیت و شیشه؛ B) فنوکریست‌های الیوین در زمینه‌ای متشکل از ریزبلورهای پلاژیوکلاز و الیوین. نام اختصاری کانی‌ها از ویتنی و ایوانس (Whitney and Evans, 2010) گرفته شده‌است.

Figure 3. Photomicrographs of 2 basaltic samples in XPL. A) Phenocrysts of olivine, orthopyroxene, and plagioclase in a groundmass of plagioclase laths, granular olivine, magnetite, and glass; B) Olivine phenocrysts in a fine-grained groundmass of olivine and plagioclase. Mineral abbreviations are from Whitney and Evans (2010).

روش انجام پژوهش

از میان نمونه‌های سیلیسی آواری ریز‌دانة دارایِ برگوارگی که در ردة رس‌سنگ‌ها جای دارند، 8 نمونه برای تعیین ترکیب شیمیایی انتخاب شدند. این نمونه‌ها در سازمان زمین‌شناسی در ‌هاون‌ تنگستن کرباید پودر شدند. تجزیة شیمیایی 6 نمونه به روش XRF، برای تعیین مقدار عنصرهای اصلی در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه اصفهان و 2 نمونه در آزمایشگاه ACME کانادا انجام شد. برای بررسی صحت^[4] داده‌ها، یک نمونه استاندارد داخلی با ترکیب آندزیتی به‌صورت ناشناس همراه با نمونه‌ها تجزیه شد. با توجه به بالابودن مقدار LOI در سنگ‌های رسوبی، مقدار اکسید‌ عنصرهای اصلی بدون در نظر گرفتن LOI به‌دست آورده شد تا مقایسة ترکیب زمین‌شیمیایی نمونه‌ها با ترکیبات شاخص رسوبی مختلف امکان‌پذیر شود. جدول 1 مقدار اکسید عنصرهای اصلی را پس از تصحیح مقدار، با در نظرگرفتن صحت تجزیه‌ها و به صد رساندن بدون دخالت مقدار LOI نشان می‌دهد. افزون‌بر عنصرهای اصلی، 6 نمونه رس‌سنگی، در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه اصفهان به روش ICP-OES تجزیه شدند. همراه هر دو گروه نمونه‌ها، نمونة استاندارد به‌صورت ناشناس تجزیه شد.

مقدار عنصرهای LIL، RE و HFS و دیگر عنصرهای کمیاب 6 نمونه رس‌سنگی، در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه اصفهان به روش ICP-OES و 2 نمونه (sed-17وsed-18) به روش ICP-MS در آزمایشگاه ACME کانادا تجزیه شده و در جدول 1 آورده شده است. افزون‌بر نمونه‌های رسوبی، 6 نمونة بازالتی از کمان آتشفشانی مکران نیز در آزمایشگاه ACME، تجزیه شده‌اند. برای تعیین صحت و دقت این تجزیه‌ها نیز، 3 نمونه استاندارد BCR1 به‌صورت ناشناس همراه آنها تجزیه شد.

جدول 1. داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیة زمین‌شیمیایی نمونه‌های مورد بررسی به روش XRF و ICP-MS.

Table 1. XRF and ICP-MS analytical data of the studied rocks.

*داده‌ها بدون در نظر گرفتن مقدار LOI به صد رسیده‌اند.

** 8 نمونة سمت چپ جدول که با پیشوند sed نامگذاری شده‌اند، رسوبی و 6 نمونة دیگر بازالت هستند.

* The sums of the major oxides of the claystones are calculated to 100%, volatile free.

**8 samples on the left side of the table with prefix "sed" are sedimentary and the other 6 samples are basalt.

جدول 1. داده‌های به‌دست‌آمده از تجزیة زمین‌شیمیایی نمونه‌های مورد بررسی به روش XRF و ICP-MS.

Table 1. XRF and ICP-MS analytical data of the studied rocks.

عنصرهای اصلی

در این پژوهش، اکسید‌های عنصرهای اصلی تنها برای رده‌بندی شیمیایی نمونه‌های رسوبی و آذرین به‌کار برده شده‌اند. بر پایة جدول 1، مقدار SiO₂ در نمونه‌های رسوبی (sed-2 تا sed-18) مورد بررسی از 95/52 تا 95/65 درصدوزنی وزنی تغییر می‌کند و به‌طور میانگین برابر با 83/58 درصدوزنی است. بازه تغییرات Al₂O₃ بین 23/16 و 10/20 درصدوزنی وزنی بوده و میانگین آن برابر با 96/17 درصدوزنی است. مقدار آهن کل در نمونه‌ها به‌صورت Fe₂O₃ گزارش شده‌است. کل آهن در نمونه‌های رسوبی به‌صورت 3 ظرفیتی در نظر گرفته شده ‌است. مقدار Fe₂O₃* در نمونه‌های مورد مطالعه، در بازة 09/6 تا 29/8 درصدوزنی وزنی متغیر است و میانگین آن برابر با 60/7 درصدوزنی است. مقدار K₂O در نمونه‌های مورد بررسی از 65/3 و 19/4 درصدوزنی وزنی تغییر می‌کند و میانگین آن برابر با 01/4 درصدوزنی است.

شکل 4 جایگاه نمونه‌های رسوبی مورد بررسی در نمودار رده‌بندی ماسه‌سنگ و شیل‌های سیلیسی آواری بر پایة مقدار log(SiO₂/Al₂O₃) در برابر log(Fe₂O₃/K₂O) را نشان می‌دهد. در نمودار یادشده، شیل‌ها سنگ‌هایی با کمترین مقدار نسبت SiO₂/Al₂O₃ هستند. نمونه‌های سیلیسی آواری ریز دانه مورد بررسی در این نمودار در محدودة شیل جای گرفته‌اند.

شکل 4. رده‌بندی شیمیایی هرون (Herron, 1988) برای ماسه‌سنگ‌ها و شیل‌های آواری.

Figure 4. Chemical ternary plot for classification ogf sandstones and shales (Herron, 1988).

نمونه‌های آذرین بررسی‌شده در این پژوهش بر پایة رده‌‌بندی پیشنهادیِ لومتر (LeMaitre, 2002)، با Na₂O+K₂O کمتر از 5 درصدوزنی و SiO₂ کمتر از 5/52 درصدوزنی در محدوده بازالت جای می‌گیرند (شکل 5-A). همچنین، بر پایة رده‌بندی اروین و باراگار (Irvine and Baragar, 1971)، نمونه‌ها (مگر نمونة CH-1) در محدودة ساب‌آلکالن جای می‌گیرند. مقدار MgO در بازالت‌ها بیشتر از 6 درصدوزنی (از 06/6 تا 23/8 درصدوزنی؛ میانگین: 21/7 درصدوزنی) است. از این‌رو، می‌توان آنها را بیشتر بازالت‌های با ترکیب نزدیک به اولیه به‌شمار آورد. مقدار Al₂O₃ (01/17 تا 1/18 درصدوزنی وزنی؛ میانگین: 58/17 درصدوزنی) و شاخص قلیایی[5] در این بازالت‌ها آنها را در گروه بازالت‌های آلومینیم بالا (کالک‌آلکالن) جای می‌دهد (Middlemost, 1975) (شکل 5-B). همچنین، این بازالت‌ها با توجه به مقدار K₂O+Na₂O (01/4 تا 99/4 درصدوزنی)، MgO و Fe₂O₃ (92/6 تا 57/8 درصدوزنی)، در محدودة بازالت‌های کالک‌آلکالن جای می‌گیرند (شکل 5-C).

بر پایة تعریف وایت (White, 2013) بازالت‌های اولیه عدد منیزیم برابر با 68 تا 75، SiO₂ کمتر از 50 درصدوزنی، Ni برابر با 400-500 ppm و Cr بیشتر از 1000ppm دارند. بازالت‌های بررسی‌شده در این پژوهش از میان بیشتر از 40 نمونة بازالتی تجزیه‌شده از سراسر کمان آتشفشانی مکران، برگزیده شده‌اند و مافیک‌ترین نمونه‌های بازالتی کمان آتشفشانی مکران به‌شمار می‌روند. نمونه‌های بازالتی یادشده مقدار عدد منیزیم برابر با 3/63 تا 8/69 و مقدار SiO₂ برابر با 19/50 تا 79/51 درصدوزنی دارند. همچنین، مقدار Cr (ppm231-138) و Ni (ppm144-86) در نمونه‌های یادشده از مقدارهای پیشنهادی برای بازالت‌های اولیه کمتر است. چنین بازالتی ترکیب زمین‌شیمیایی نزدیک به ترکیب بازالت‌های اولیه (White, 2013) دارد که چه‌بسا دچار تفریق ناچیزی شده ‌‌باشند. این بازالت‌ها تحول چندانی نیافته‌اند و جدایش بلورین و آلایش احتمالی در زمین‌شیمی آنها تغییرات بنیادینی نداده ‌است.

شکل 5. بازالت‌های کمان آتشفشانی مکران در A) رده‌بندی لومتر (LeMaitre, 2002) و ایروین و باراگار (Irvine and Baragar, 1971) مگر نمونة CH-1، دیگر نمونه‌ها در محدودة ساب‌آلکالن جای گرفته‌اند؛ B) رده‌بندی میدل‌موست (Middlemost, 1975)؛ C) نمودار سه‌تایی AFM (Irvine and Baragar, 1971).

Figure 5. Tha volcanic arc basalts of Makran in A) the classification scheme of LeMaitre (2002) and Irvine and Baragar (1971); B) The Middlemost (1975) classification diagram; C) AFM ternary plot (Irvine and Baragar, 1971).

عنصرهای کمیاب

شکل‌های 6-A و 6-B، الگوی تغییرات عنصرهای خاکی کمیاب در رس‌سنگ‌ها را نشان می‌دهد که به ترکیب PAAS یا شیل پسا‌‌آرکئن استرالیا (McLennan, 1989) و کندریتC1 (McDonough and Sun, 1995) بهنجار شده‌اند. در این نمودارها ترکیب GLOSS II (Plank, 2014)، OIB (Sun and McDonough, 1989)، میانگین پوستة قاره‌ای (McLennan, 1989) و میانگین پوستة بالایی (Rudnick and Gao, 2003) و نمونة ساحلی مکران (Jarrard and Lyle, 1991) برای مقایسه نشان داده شده‌اند. بر پایة شکل 6-A، رس‌سنگ‌ها الگوی کمابیش افقی و نزدیک به ترکیب شیل PAA دارند. همچنین، چنان‌چه در هر دو نمودار دیده می‌شود، این رس‌سنگ‌ها الگویی همانند GLOSSII دارند و در مقایسه با پوستة بالایی و پوستة قاره‌ای از عنصرهای HREE غنی‌شدگی بیشتری نشان می‌دهند که می‌تواند نشان‌دهندة غنی‌شدگی ترکیب میانگین خاستگاه آنها از HREE باشد. همچنین، همة نمونه‌ها ناهنجاری منفی چشمگیری از Eu (57/0تا70/0) دارند که با توجه به بررسی‌های انجام‌شده پیرامون فرایندهای مرتبط با خاستگاه رس‌سنگ‌ها، چه‌بسا به مشارکت ترکیبات آذرین فلسیک در پیدایش آنها بستگی داشته ‌باشد (Rastay, 2020).

شکل 6. A) عنصرهای نادر خاکی در رس‌سنگ‌ها که به ترکیب PAAS (McLennan, 1989) بهنجار شده‌اند؛ B) عنصرهای خاکی کمیاب در نمونه‌های بازالتی که به ترکیب کندریت C1 (McDonough and Sun, 1995) بهنجار شده‌اند. سطح خاکستری رنگ، ترکیب رس‌سنگ‌های منطقه را نشان می‌دهد. ترکیب GLOSS II (Plank, 2014)، پوستة بالایی (McLennan, 1989)، پوستة قاره‌ای (Rudnick and Gao, 2003)، بازالت جزیره‌های کمانی (Sun and Mcdonough, 1989) و نمونة ساحلی مکران (Jarrard and Lyle, 1991) برای مقایسه نشان داده شده‌اند.

Figure 6. A) REE abundances in claystones, normalized to PAAS composition (McLennan, 1989); B) Chondrite-normalized REE pattern for basaltic samples (McDonough and Sun, 1995). The gray area represents the REE content of claystones. The compositions of GLOSS II (Plank, 2014), upper crust (McLennan, 1989), continental crust (Rudnick and Gao, 2003), OIB (Sun and McDonough, 1989), and the coastal Makran sample (Jarrard and Lyle, 1991) are plotted for comparison.

با توجه به شکل 6-B نمونه‌های بازالتی همانند الگوی مورد انتظار برای ماگماهای کمانی، از عنصرهای LREE نسبت به HREE غنی ‌شده‌اند. نسبت La/Yb در این نمونه‌ها از 38/3 تا 67/8 متغیر و به‌طور میانگین برابر با 02/6 است. عنصرهای HREE در این بازالت‌ها الگوی کمابیش همواری نشان می‌دهند و نابهنجاری منفی چندانی در Yb دیده نمی‌شود که این ویژگی می‌تواند گواهِ کمبود یا نبود گارنت در گوشتة خاستگاه این بازالت‌ها باشد.

الگوی تغییرات عنصرهای MREE نیز در این بازالت‌ها بدون تهی‌شدگی است و گویای نبود جدایش بلورین کلینوپیروکسن دارد. مقدار آنومالی Eu در نمونه‌های بازالتی به‌طور میانگین برابر با 01/1 است که نشان‌دهندة نبود جدایش بلورین پلاژیوکلاز است.

شکل 7-A نمودار عنکبوتی بهنجارشده به ترکیب پوستة قاره‌ای (Rudnick and Gao, 2003) را برای نمونه‌های رس‌سنگی نشان می‌دهد که با ترکیب رسوبات منشور‌های برافزایشی پهنه‌‌های فرورانشی فعال و شاخص، مقایسه شده ‌است. محدودة خاکستری رنگ نشان‌دهندة ترکیب رس‌سنگ‌های یادشده است. افزون‌بر این نمونه‌ها، ترکیب نمونة ساحلی مکران و GLOSSII برای مقایسه در نمودار نمایش داده شده‌اند. بر پایة این نمودارها رس‌سنگ‌های مکران از نظر فراوانی عنصرهای متحرک، از شمار غنی‌شده‌ترین رسوبات منشورهای برافزایشی فعال هستند؛ اما از Ba (میانگین: ppm213) و تا اندازه‌ای از Sr (میانگین: ppm171) فقیر شده‌اند. تهی‌شدگی از Sr و Ba از ویژگی‌های زمین‌شیمیایی کلی نهشته‌های آواری است که رس‌سنگ‌های بررسی‌شده نیز اینگونه هستند. مقدار Sr و Ba در رسوبات حاصل از فعالیت‌های گرمابی و یا بیوژنیک افزایش می‌یابد (Plank, 2014)؛ اما در نهشته‌های آواری این عنصرها غنی‌شدگی کمتری نشان می‌دهند؛ به‌گونه‌ای که مقدار Sr در ترکیب متوسط شیل از 100 تا 200 و مقدار Ba در رسوب‌های بیشتر آواری گودال اقیانوسی نانکایی (شکل 7-A) نزدیک به 300 ppm است (Plank, 2014).

شکل 7-B نمودارهای عنکبوتی بهنجارشده به ترکیب N-MORB (Sun and Mcdonough, 1989) در بازالت‌های یادشده را نشان می‌دهد. همچنین، محدودة ترکیبی رس‌سنگ‌ها به‌صورت محدودة خاکستری رنگ و نمونة ساحلی مکران برای مقایسه در نمودار نشان داده شده‌اند. بر پایة این نمودارها بازالت‌های یادشده از عنصرهای LILE و Th غنی شده‌اند و از عنصرهای HFSE فقیر شده‌اند که اینها از ویژگی‌های شاخص ماگماهای کمانی به‌شمار می‌‍‌آیند. مقدار Th در نمونه‌های بازالتی از 5/1 تا ppm 8/4 (میانگین: ppm 14/3) تغییر می‌کند و نزدیک به مقدار آن در OIB ( ppm4) است؛ اما از NMORB ( ppm12/0) بسیار غنی‌شده‌تر است. همچنین، این بازالت‌ها از Sr (میانگین: برابر با ppm742) و Pb غنی‌شدگی چشمگیری نشان می‌دهند؛ اما از Rb کمابیش تهی شده‌اند (میانگین: ppm15).

بازالت‌ها و رس‌سنگ‌ها سرشت زمین‌شیمیایی کاملاً متمایزی دارند و چنانکه انتظار می‌رود غنی‌‌شدگی از Th، Cs وRb در رس‌سنگ‌ها بسیار بیشتر از نمونه‌های بازالتی است (جدول 1). مقدار Th، در نمونه‌های رس‌سنگی مورد بررسی از 5/7 تا ppm3/26 تغییر می‌کند و به‌طور میانگین برابر با ppm5/15 است. مقدار میانگینِ Cs و Rb در رس‌سنگ‌های بررسی‌شده به‌ترتیب برابر با 2/12 و 8/185 ppm و در نمونه‌های بازالتی به‌ترتیب برابر با 63/1 و ppm8/14 است. مقدارBa در بازالت‌ها و رس‌سنگ‌ها نزدیک به یکدیگر است اما در رس‌سنگ‌ها الگوی تهی‌شده و در بازالت‌ها الگوی غنی‌شده نشان می‌دهد. محتوای Ba در نمونه‌های بازالتی به‌طور میانگین ppm341 و بیش از 20 برابر N-MORB و در رس‌سنگ‌ها به‌طور میانگین ppm 213 است (شکل 7-B).

بازالت‌های کمانی مقدار چشمگیری پلاژیوکلاز، چه به‌صورت فنوکریست و چه به‌صورت میکرولیت‌های سازندة زمینه دارند و غنی‌شدگی از Sr (نزدیک به ppm600) از ویژگی‌های شاخص ماگماهای کمانی است (White, 2013). با وجود این، مقدار Sr در بازالت‌های بررسی‌شده نسبت به دیگر کمان‌های ماگمایی تا بیشتر از 5 برابر غنی‌شده‌تر است (Firouzkouhi, 2017a). همچنین، بازالت‌های کمان مکران از نظر Ba نیز از شمار غنی‌شده‌ترین کمان‌های ماگمایی زمین هستند. این میزان غنی‌شدگی افزون‌بر رسوبات آواری، می‌تواند پیامد جریان سیال‌های آبگین حاصل از دگرگونی بخش بازالتی لبة فرورونده، در گوة گوشته‌ای باشد (Pang et al., 2014; Turner and Langmuire, 2022).

مقدار Ba (میانگین: ppm851) و Rb (میانگین: ppm4/84) در نمونة ساحلی مکران نسبت به مقدار آنها در رس‌سنگ‌های بررسی‌شده بیشتر است. همچنین، میزان غنی‌شدگی از Sr در نمونة ساحلی مکران (ppm422) در مقایسه با نمونه‌های رس‌سنگی، بیشتر است؛ زیرا، مقدار کربنات بیشتری دارد (Plank and Langmuir, 1998). در این پژوهش، برای الگوسازی‌های ذوب رسوبات و مشارکت سیالات خروجی از آنها، افزون‌بر نمونه‌های رس‌سنگی، نمونة ساحلی مکران نیز به‌کار گرفته‌ شده و در نمودارها نشان داده شده ‌است.

شکل 7. A) نمودارهای عنکبوتی رس‌سنگ‌های بهنجارشده به ترکیب پوستظ قاره‌ای (Rudnick and Gao, 2003) در مقایسه با رسوبات جبهة فرورانش پهنه‌های فرورانشی فعال شاخص (Plank, 2014)؛ B) نمودار عنکبوتی بهنجارشده به ترکیب N-MORB (Sun and McDonough, 1989) برای نمونه‌های بازالتی. ترکیب رس‌سنگ‌های منطقه در محدودة خاکستری رنگ نشان داده شده ‌است. ترکیب نمونة ساحلی مکران (Jarrard and Lyle, 1991) در هر دو نمودار دیده می‌شود.

Figure 7. A) Spidrogram of claystones normalized to continental crust (Rudnick and Gao, 2003) in comparison with the sediments from active subduction zones (Plank and Langmuir, 1998). B) Spidrogram for basaltic samples normalized to NMORB (Sun and McDonough, 1989). The gray shade is representative of the composition of clay stones. Shown for comparison is the coastal Makran sample and GLOSS II.

بحث

بررسی‌هایی که روی سرشت سیال‌های آبگین یا سیال‌های بحرانی آزاد‌شده از لبة فرورونده انجام گرفته‌اند نشان می‌دهند این سیال‌ها می‌توانند محلول‌های آبگین، مذاب‌های آبگین و یا مخلوطی از هر دو آنها باشند (مانند: Nakamora and Iwamory, 2009; Schmidt and Poli, 2014; Turner and Langmuir, 2022). محلول‌های آبگین حاصل از واکنش‌های دگرگونی لبة فرورونده هستند که در دمایی کمتر از دمای ذوب سنگ‌های پوسته‌ای آزاد می‌شوند (Hawkesworth et al., 1993). درحالی‌که، مذاب‌های آبگین در دماهای بیشتر از دمای ذوب سنگ‌های پوسته‌ای از لبه آزاد می‌شوند (Zheng et al., 2019). در شرایط دما و فشار گوشتة زیرین کمان ماگمایی (فشار نزدیک به 5/3 گیگاپاسکال و دمای 800 تا 1300 درجة سانتیگراد) این دو محلول به‌طورکامل اختلاط پیدا می‌کنند و سیال‌های فوق بحرانی را پدید می‌آورند (Schmidt and Poli, 2014; Zheng et al., 2019).

یافته‌های جانسون و پلانک (Johnson and Plank, 1999)، نشان می‌دهند غنی‌شدگی از Th و Be پیامد فرایند ذوب رسوبات است؛ اما غنی‌شدگی از عنصرهای LIL مانند Rb، Sr، Ba و Pb، حاصل سیالات خروجی از رسوبات، در دماهای کمتر از دمای ذوب است. در پژوهش‌های گوناگون نسبت‌هایی مانند Ba/Th، Ba/Nb، Ba/La، Rb/La (مانند: Cameron et al., 2002; Hoang et al., 2011) را نسبت‌های نشان‌دهندة مشارکت فازهای آبدار در نظر می‌گیرند. همچنین، افزایش نسبت‌های Th/Yb، Th/Ce وSr/Nd (Hawkesworth et al., 1993; Elliott, 2003; Kelemen et al., 2014) و نیز نسبت La/Sm (Labanieh et al., 2012) را پیامد ذوب رسوبات در ماگماتیسم پهنه‌های فرورانش دانسته‌اند. با توجه به جوان‌بودن پهنة فرورانشی مکران در آغاز فرورانش در کرتاسة پسین و همچنین، آغاز فرورانش دوباره در الیگوسن (McCall, 1997) می‌توان انگارة داغ‌بودن لبة فرورونده (Falloon et al., 2008) و امکان ذوب رسوبات روی لبة فرورونده را در این دو برهة زمانی مد نظر قرار داد. ازاین‌رو، در این پژوهش، الگوسازی هر دو انگارة مشارکت رس‌سنگ‌ها به‌صورت مذاب و سیال خروجی از آنها در پیدایش بازالت‌های شمال مکران انجام شده ‌است.

ذوب‌بخشی رسوبات

تأثیر ذوب رسوبات مکران در غنی‌شدگی بازالت‌های شمال مکران با در‌نظر‌گرفتن نسبت‌های Th/Yb، Th/Ce، Sr/Nd و Sm/Yb در مذاب حاصل از ذوب نمونه‌های رس‌سنگی کرتاسه و نمونة ساحلی مکران الگوسازی شده ‌است. برای تعیین ترکیب مذاب حاصل از ذوب رسوبات، الگوی ذوب‌بخشی غیر مدال (Shaw, 1970) به‌کار برده شد. جانسون و پلانک (Johnson and Plank, 1999) مقدار ذوب رسوبات را از 12 تا 26% در نظر گرفته‌اند. در این پژوهش، محاسبات بر پایة 15% ذوب رسوبات انجام شده‌‌ است (15/0F=). مقدارهای D از نتایج به‌دست‌آمده توسط جانسون و پلانک (Johnson and Plank, 1999)، برای مذاب حاصل از یک ترکیب رسی از بخش‌های ژرف دریا در فشار GPa 2 و دمای 800 درجة سانتیگراد برگرفته‌ شده‌اند.

ترکیب به‌دست‌آمده از ذوب نمونه‌های رس‌سنگی و نمونة ساحلی مکران با یک ترکیب بازالتی اولیه مخلوط شده است و ترکیب حاصل، با نمونه‌های بازالتی بررسی‌شده مقایسه شده‌ است. ترکیب بازالتیِ اولیه با اعمال 15%ذوب‌بخشی غیر مدال (Shaw, 1970)، بر یک گوشتة اسپینل لررزولیتی بر پایة ترکیب PM به‌دست آمده ‎است. ازآنجایی‌که در نمونه‌های بازالتی در این پژوهش، عنصر Yb، تهی‌شدگی نشان نمی‌دهند و گمان نمی‌رود در ترکیب گوشته گارنت وجود داشته باشد، ترکیب گوشته اسپینل لرزولیتی در نظر گرفته شد. در ادامه از ترکیب بازالتی اولیه با نام MM [6]، از ترکیب میانگین مذاب حاصل از ذوب رس‌سنگ‌ها، با نام Av.C [7] و از ترکیب مذاب حاصل از ذوب نمونة ساحلی مکران با نام CMm [8]، یاد خواهد شد.

همچنین، ترکیب بازالت اولیه با #Mg برابر با 72 از برونیابی ترکیب بازالت‌های شمال مکران به‌دست آمده است و محتوای عنصرهای کمیاب در چنین ماگمایی که اولیه در نظر گرفته می‌شود، به‌دست آورده شده ‌است. این بازالت در نمودارها با نام ماگمای اولیه[9] نشان داده شده ‌است؛ اما با توجه به آنکه نسبت‌های به‌کاررفته در این بررسی تحت‌تأثیر جدایش بلورین قرار نمی‌گیرند، در نمودار‌ها این ترکیب به نمونه‌های بازالتی بررسی‌شده شباهت بسیاری دارد و تغییری در نتایج الگو پدید نمی‌آورد.

شکل 8 نسبت‌های Th/Yb، Th/Ce، Sm/Yb و Sr/Nd در رس‌سنگ‌ها و نمونه‌های بازالتی بررسی‌شده در مقایسه با Av.C و MM را نشان می‌دهد. ترکیب مذاب‌های حاصل از ذوب رس‌سنگ‌های بررسی‌شده در این پژوهش، به‌صورت محدوده‌های خاکستری رنگ در نمودارهای شکل 8 نشان داده شده است. افزون‌بر این، ترکیب PM، EMORB و نیز CM، برای مقایسه در نمودارها نشان داده شده ‌است. نسبت Th به REE‌ها در سنگ‌زایی سنگ‌های ماگمایی کمانی به‌عنوان گواهی بر ذوب رسوبات به‌کار برده می‌شود؛ زیرا Th در هنگام ذوب رسوبات نسبت به عنصرهای REE به‌شدت دچار جدایش بلورین می‌شود (Brenan et al., 1995). از آنجایی‌که نسبت Sm/Yb به ترکیب گوشتة خاستگاه وابسته است و نیز نسبت Sr/Nd به‌علت فراوانی Sr در بازالت‌های بررسی‌شده بالاست و در جریان فرایند ذوب‌بخشی Sr نسبت به Nd دچار جدایش بلورین شدید می‌شود، این نسبت‌ها انتخاب شده‌اند.

بر پایة شکل 8-A، مقدار نسبت‌های Th/Yb و Th/Ce در ترکیب MM و نمونه‌های بازالتی مکران نزدیک هستند. افزون‌بر این، روند آمیختگی MM و Av.C با بازالت‌ها همخوانی چشمگیری دارد و مشارکت نزدیک به 10 درصد Av.C را نشان می‌دهد. مقدار نسبت‌های Th/Yb و Th/Ce در ترکیب MM و نمونه‌های بازالتی مکران نزدیک هستند. شکل 8-B تغییرات نسبت Sm/Yb در برابر log Th/Yb را نشان می‌دهد. روند تغییرات ترکیب بازالت‌ها در این نمودار با روند به‌دست‌آمده برای آمیختگی MM و Av.C بسیار همانند است. اگرچه مقدار نسبت Sm/Yb در ترکیب MM نسبت به نمونه‌های بازالتی مکران کمی کمتر است. در دو نمودار یادشده، روند آمیختگی دو ترکیب MM و CMm، نتایج کمابیش همانندی دارد.

برپایة نمودار شکل 8-C، نمونه‌های بازالتی مکران مقدار Sr/Nd بیشتری نسبت به ترکیب MM دارند و از این‌رو، روند آمیختگی MM با Av.C با نمونه‌های بازالتی مکران فاصله دارد. از سوی دیگر، تغییرات نسبت Sr/Nd در برابر Th/Yb در الگوی آمیختگی MM با CMm، روندی کمابیش همانند روند تغییرات در نمونه‌های بازالتی مکران را نشان می‌دهند. همچنین، روند افزایش Sr/Nd در پی مشارکت سیالات خروجی از لبة فرورونده با به‌کارگیری ترکیب پیشنهادیِ راستیونی و همکاران (Rustioni et al., 2019) در نمودار شکل 8-C نشان داده شده ‌است. برپایة این شکل، افزایش Sr/Nd در نمونه‌های بازالتی مکران می‌تواند هم با مشارکت سیالات برخاسته از لبة فرورونده و هم مشارکت بیشتر مذاب حاصل از رسوبات ساحلی مکران در ارتباط‌ باشد.

شکل 8-D تغییرات نسبت Sm/Yb در برابر Pb/Ce را نشان می‌دهد. مقدار نسبت Pb/Ce در ترکیب MM در مقایسه با نمونه‌های بازالتی مکران بیشتر است و روند آمیختگی MM و Av.C با نمونه‌های بازالتی مکران هیچگونه همخوانی ندارد. با توجه به مقدار D ناچیزِ عنصر Pb (White, 2013) در کانی‌های گوشته اسپینل لرزولیتی، این عنصر در الگوهای ذوب‌بخشی گوشته بسیار افزایش می‌یابد (ppm34) و به مقداری نزدیک به مقدار Pb در رس‌سنگ‌های بررسی‌شدة مکران (میانگین: ppm58/30) می‌رسد. برپایة یافته‌های جانسون و پلانک (Johnson and Plank, 1999)، Pb در دماهای کمتر از دمای ذوب به فاز سیال وارد می‌شود. همچنین، بیومایز و همکاران و ژنگ (Beaumais et al., 2013; Zheng, 2019) فراوانی عنصرهای Pb و Ba را پیامد آبدهی سنگ‌کرة فرورونده در دماهای کم دانسته‌اند. نتایج الگوسازی در این نمودارها نیز نشان می‌دهد ذوب رسوبات به‌تنهایی نمی‌تواند مقدار Pb در نمونه‌های بازالتی مکران را با اطمینان توجیه کند.

شکل 8. مقادیر نسبت‌های Th/Yb، Th/Ce، Sm/Yb و Sr/Nd در رس‌سنگ‌ها، CMm، MM و روند آمیختگی آن با Av.C، همچنین، سه ترکیب PM، OIB و EMORB، برای مقایسه. A) نسبت Th/Ce در برابر logTh/Yb در نمونه‌های بازالتی مکران شباهت بسیاری با MM و روند آمیختگی آن با Av.C دارد؛ B) الگوی کلی تغییرات نسبت‌های Sm/Yb و logTh/Yb در نمونه‌های بازالتی و روند آمیختگی MM با Av.C، شباهت نسبی دارد؛ C) نسبت Sr/Nd در برابر logTh/Yb در نمونه‌های بازالتی با روند آمیختگی MM و مذاب حاصل از نمونة ساحلی مکران (CMm)، شباهت نسبی دارند. تغییرات این دو نسبت در نمونه‌های بازالتی مکران با روند تغییرات بر اثر مشارکت سیالات برخاسته از لبة فرورونده هماهنگی دارد؛ D) مقدار نسبت Pb/Ce در ترکیب MM در مقایسه با نمونه‌های بازالتی مکران بسیار بیشتر است و روند اختلاط MM و Av.C با بازالت‌های مکران هیچگونه همخوانی ندارد. محدودة خاکستری رنگ، ترکیب حاصل از 15% ذوب‌بخشی غیرمدال رس‌سنگ‌ها را نشان می‌دهد.

Figure 8. Th/Yb, Th/Ce, La/Sm, and Sr/Nd values in claystones, CMm, MM, binary mixing path of MM-Av.C., PM, OIB and EMORB are shown for comparison. A) Variation of Th/Ce versus Th/Yb in basaltic samples is consistent with MM-Av.C binary mixing trend; B) Variation trend of Sm/Yb versus log Th/Yb showing a relative correlation between basalts and the trends of MM-Av.C mixing model; C) Sr/Nd versus log Th/Yb of basaltic samples are almost consistant with the trend of MM-CMm mixing model. Variation of the ratios in the basaltic samples are in agreement with variation caused by slab-derived fluids; D) Pb/Ce values in basaltic samples are remarkably higher than MM; and the plots of Sm/Yb versus Pb/Ce show no systematic correlation with hypothetical mixing curve between MM and Av.C. The gray fields in the diagrams show calculated compositions for 15% non modal fractional melting of claystones.

سیالات آبگین

در دماهای کمتر از دماهای سالیدوس، عنصرهای Sr، Ba، Pb و Rb بیشترین تحرک را نشان می‌دهند (Johnson and Plank, 1999; Schmidt and Poli, 2014). از این‌رو، تغییرات عنصرهای Sr، Ba، Rb و Pb در ماگمای حاصل از ذوب‌بخشی گوشته و آمیختگی آن با سیال خروجی از لبة فرورونده بررسی شده است.

شکل 9. نمودارهای نشان‌دهندة آمیختگی ترکیب MM با سیالات خروجی از رس‌سنگ‌ها و نمونة ساحلی مکران. ترکیب سیالات خروجی از نمونه‌های رسوبی با کمک مقادیر D به‌دست‌آمده توسط جانسون و پلانک (Johnson and Plank, 1999) برای سیال خروجی در دمای ^oC650، F برابر با 15/0 (sed-f: 0.15) و در دمای ^oC700، F برابر با 55/0 (sed-f: 0.55) به‌دست آورده شده ‌است؛ A) نسبت Rb/Nd در برابر Ba/La در نمونه‌های بازالتی با مشارکت نزدیک به 10% سیال خروجی از نمونة ساحلی مکران (CM- f: 0.15)، بیشترین همخوانی را دارد؛ B) نسبت Rb/La در برابر Sr/Nd، درنمونه‌های بازالتی مکران در همخوانی نسبی با الگوی به‌دست‌آمده برای آمیختگی MM با نزدیک به 50% سیال خروجی از نمونة ساحلی مکران (CM- f: 0.15) هستند؛ C) نسبت Ba/Rb در برابر Pb/Ce در نمونه‌های بازالتی با هیچ یک از مقادیر آمیختگی به‌دست‌آمده همخوانی ندارد. روند تغییرات در پی مشارکت سیالات برخاسته از پوستة اقیانوسی فرورونده در شکل‌ها نشان داده شده است.

Figure 9. Diagrams for showing the mixing trends between MM and critical fluids derived from claystones and coastal Makran sample. Composition of hydrous fluids derived from subducted sediment are calculated using D values at 650^oC, F_d is 0.15 (sed-f: 0.15), and at 700^oC, F is 0.55 (sed-f:0.55) determined by Johnson and Plank (1999). A) Binary mixing between MM and about 10% fluid derived from coastal Makran sample (CM- f: 0.15) is consistent with the variation of Rb/Nd and Ba/Laratios of studied basalts; B) Binary mixing between MM and fluid derived from coastal Makran sample (CM- f: 0.15) is almost consistent with the variation of Rb/La and Sr/Nd ratios of the studied basalts; C) Variations of Ba/Rb versus Pb/Ce show no systematic correlation with any of the calculated mixing trends. The trends caused by contribution of slab-derived fluids are also shown.

ترکیب سیالات خروجی از نمونه‌های رسوبی با به‌کارگیری مقادیر D به‌دست‌آمده (Johnson and Plank, 1999) برای سیال برخاسته از رسوب رسی مناطق ژرف در دمای ^oC650 ، F برابر با 15/0 (sed-f: 0.15) و دمای ^oC700، F برابر با 55/0 (sed- f: 0.55) به‌دست آمده است. مقدارF نشان‌دهندة نسبت جرمی سیال آزادشده از نمونة رسوبی فرضی بوده است. این مقدارها به‌صورت جداگانه بر رس‌سنگ‌ها اعمال شدند و ترکیب سیال به‌دست‌آمده، در نمودارهای شکل 8 نشان داده شدند.

روند آمیختگی MM با ترکیب متوسط سیال برای F برابر با 15/0(sed-f: 0.15) و 55/0(sed- f: 0.55)، به‌ترتیب با شماره‌های 1 و 2 و روند آمیختگی با سیال خروجی از نمونة ساحلی مکران (MCR- f: 0.15) با شماره 3 در نمودارها نشان داده شده‌ است. برای محاسبة ترکیب سیال خروجی از رابطة ذوب مرحله‌ای مدال بهره گرفته شده ‌است؛ زیرا در این‌گونه روابط، سه متغیر شامل ترکیب اولیه، مقدار D و F به‌کار برده می‌شوند که دو متغیر D و F در شرایط ویژه دما و فشار خروج سیالات از رسوبات به‌دست آمده‌اند. ازاین‌رو، معادلات ذوب می‌تواند برای سیال خروجی نیز معتبر باشد.

نمودارهای شکل 9، مقادیر نسبت‌های Rb/Nd در برابر Ba/La، Rb/La در برابر Sr/Nd و نیز Ba/Rb در برابر Pb/Ce در رس‌سنگ و بازالت‌های مکران، CM و MM و سیالات حاصل از رس‌سنگ‌ها را نشان می‌دهند. عنصرهای Nd، La و Ce که عنصرهای کمابیش سازگار (5/1D>) هستند در این نسبت‌ها به‌کار برده شده‌اند. Rb در مقایسه با عنصرهای Nd و La ناسازگارتر است و از این‌رو، نسبت‌های Rb/La و Rb/Nd در دو نمودار A وB به‌کار رفته‌اند.

چنان‌چه در شکل‌های 9-A و 9-B، دیده می‌شود نسبت‌های Rb/La و Rb/Nd در بازالت‌های مکران به نسبت دیگر ترکیبات تغییرات ناچیزی نشان می‌دهند و در عوض دو نسبت Sr/Nd و Ba/La در نمونه‌های بازالتی در بازة وسیعی در تغییر هستند و یک الگوی عمودی در نمودار پدید آورده‌اند. این الگو با روند به‌دست‌آمده برای آمیختگی ترکیب MM و سیالات خروجی از رس‌سنگ‌ها هماهنگی ندارد؛ اما اگر آمیختگی MM با سیال خروجی از نمونه‌ای همانند نمونة ساحلی مکران در نظر گرفته شود، افزایش دو نسبت Sr/Nd وBa/La در بازالت‌ها به‌ترتیب با نزدیک به 10 و بیشتر از 50% مشارکت سیال توجیه‌شدنی است. بنابراین، میان نتایج به‌دست‌آمده از این دو نمودار هماهنگی وجود ندارد.

شکل 9-C تغییرات Ba/Rb در برابر Pb/Ce را نشان می‌دهد. نسبت Ba/Rb در نمونه‌های بازالتی از رس‌سنگ‌ها و ترکیب به‌دست‌آمده برای سیالات خروجی از آنها بیشتر است و افزن‌بر این، در بازة وسیع‌تری تغییر می‌کند. همچنین، نسبت Pb/Ce در بازالت‌های مکران از مقدار آن در ترکیب MM کمتر است. روند آمیختگی MM نیز با سیالات خروجی از رس‌ سنگ‌ها و هم سیال خروجی از نمونة مکران به‌صورت سه روند فرضی در شکل نشان داده شده است که هیچ‌ یک با ترکیب بازالت‌های مکران همخوانی کامل ندارد؛ اما نسبت Pb/Ce در بازالت‌های مکران روند افزایشی ضعیفی نشان می‌دهد که می‌توان آن‌ را به مشارکت سیالات خروجی از رسوبات و یا سیالات برخاسته از لبة فرورونده در پیدایش بازالت‌های مکران نسبت داد.

برداشت

در بررسی‌های میکروسکوپی، واحدهای آواری ریز‌دانه بیشتر در گروه‌های رس‌سنگ و برخی در گروه سیلستون و بر پایة داده‌های تجزیة شیمیایی و رده‌بندی شیمیایی در ردة شیل جای می‌گیرند. رس‌سنگ‌های بررسی‌شده در مقایسه با دیگر رسوبات گودال‌های اقیانوسی در پهنه‌های فرورانشی از غنی‌شده‌ترین رسوباتِ گودال‌های اقیانوسی زمین هستند؛ اما از Ba و Sr به مقدار چشمگیری فقیر شده‌اند.

مقدار عنصرهای متحرک در رس‌سنگ‌ها و بازالت‌های نزدیک به اولیه از کمان آتشفشانی مکران شباهت کلی دارد، اما عنصرهای Ba و Sr در نمونه‌های بازالتی از رس‌سنگ‌ها غنی‌شده‌تر هستند؛ اما برخلاف غنی‌شدگی رس‌سنگ‌ها از Rb، این عنصر در بازالت‌های شمال مکران، ناهنجاری منفی چشمگیری نشان می‌دهد. مقدار Ba، Rb و Sr در نمونة ساحلی مکران با مقدار آن در بازالت‌های شمال مکران شباهت بیشتری دارد که می‌تواند نشان‌دهندة مشارکت بیشتر رسوبات ساحلی مکران در پیدایش کمان آتشفشانی مکران باشد.

در مجموع، الگوسازی دو انگارة مشارکت مذاب و یا سیال خروجی از رس‌سنگ‌های مکران در پیدایش بازالت‌های شمال مکران، چه از دیدگاه مقدار سیال یا مذاب ورودی و چه از دیدگاه ترکیب رسوبات مشارکت‌کرده در فرایند آمیختگی نتایج هماهنگی ارائه نمی‌کنند؛ اما می‌توان گفت غنی‌شدگی از Th در نمونه‌های بازالتی گویای مشارکت کمتر از 10% مذاب حاصل از ترکیبی مشابه رس‌سنگ‌های بررسی شده و مذابی با ترکیب مشابه MM است. همچنین، افزایش عنصرهای Ba و تا اندازه‌ای Sr وPb و تغییرات Rb را می‌توان با آمیختگی سیال حاصل از ترکیبی مشابه نمونة ساحلی مکران با مذابی مانند MM توجیه کرد. افزون‌بر سیالات خروجی از رسوبات، سیالات برخاسته از پوستة اقیانوسی دگرگون‌شده در هنگام فرورانش، می‌تواند در تغییر نسبت‌های Rb/La، Sr/Nd و تا اندازه‌ای Pb/Ce نقش داشته باشد.

سپاس‌گزاری

نگارندگان از داوران مجلة پترولوژی برای بررسی و تصحیح نوشتار بسیار سپاس‌گزار هستند.

[1] underplate

[2] Coastal Makran Sample: CM

[3] flute casts

[4] Accuracy

[5] alkali index

[6] mantle melt

[7] average of claystone melt

[8] melt of coastal Makran sample

[9] primary magma