دانشگاه شهید بهشتی پژوهشهای دانش زمین 2008-8299 14 4 2023 12 08 Occurrence and genesis of Borjlu travertine located in Nair in Ardabil province based on the geochemical and stable isotopes findings نگرشی بر رخداد و زایش تراورتن برجلو واقع در نیر در استان اردبیل براساس یافته‌های ژئوشیمی و ایزوتوپ‌های پایدار 78 96 103527 10.48308/esrj.2023.103527 FA علی لطفی بخش گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران Journal Article 2023 05 06 <strong>Introduction:</strong> Travertine refers to all non-marine carbonate sediments consisting of calcite/aragonite formed by calcium and CO₂-rich fluids under surface conditions and low pressure. Travertine deposition takes place as a result of the decomposition of calcium bicarbonate and the release of CO₂ gas. Based on elemental geochemistry, origin of carbon dioxide gas and composition of stable isotopes, travertines are divided into two groups: thermogenic and meteogenic. Studies of stable isotopes of carbon and oxygen play a fundamental role in determining the origin and type of travertine. Thermogenic travertines, which are often associated with young volcanic areas, were deposited from medium to high temperature fluids and their carbon isotope composition is heavy. While meteogenic travertines are formed from relatively low temperature fluids and their carbon isotope composition is light.<br /><strong>Materials and methods:</strong> In this study, the mineralogical, geochemical and isotopic characteristics of Borjlu travertine located in the Alborz-Azerbaijan magmatic belt in the northwest of Iran have been investigated based on field and laboratory studies. In this research, petrographic studies were done using microscopic thin sections by polarizing microscope. The samples were analyzed by inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) to determine Ba and Sr contents. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) imaging have also been used to study the mineralogy of the samples. The analysis of stable isotopes of carbon and oxygen has been done to determine the isotopic composition of carbonate minerals by mass spectrometer (MS) method.<br /><strong>Results and discussion:</strong> Three facies including crystalline crust in the form of alternating light and dark layers, raft in the form of discontinuous layers, and shrub consisting of branching structures with rounded and buttons ends can be seen in Barjelo travertine. The result of XRD analysis from the crystalline crust shows that they are formed from pure calcite. SEM image shows the limited presence of microbial accumulations on the surface of calcite crystals. Petrographic studies of the crystalline crust part of travertine show that calcite crystals have grown in three forms of lamellar prisms, fibrous crystals and micrite grains. Some sections also indicate the alternating growth of crystalline crust and shrub facies. The average values of Ba and Sr in the travertine samples are 40.22 and 563.89 ppm, respectively. The values of δ¹³C_(VPDB) and δ¹⁸O_(VPDB) isotopes of the samples range from +1.44‰ to +2.19‰ and -14.39 to -16.51‰, respectively. The calculated values of δ¹⁸O_(SMOW) and δ¹³C_(CO2) for the samples show changes from +13.84‰ to +16.02‰ and -7.87 to -8.77‰ respectively.<br /><strong>Conclusion:</strong> The comparison of Ba and Sr contents indicates the thermogenic origin of Borjlu travertine. Although the δ¹³C_(VPDB) positive values in Borjlu travertine indicate its thermogenic origin, its values are lower than typical thermogene travertines. Comparison of δ¹³C_(VPDB) and δ¹⁸O_(SMOW) values showed that Borjlu travertine samples located in the field of thermogene and meteogene travertines, which indicates the mixing of two fluids with heavy and light isotopic composition. The calculated values of δ¹³C_(CO2) indicate the inorganic and internal origin of CO₂ in the travertine-forming fluid. Also, in the isotope composition diagram of δ¹³C_(VPDB) versus δ¹⁸O_(VPDB), carbonate rocks are shown as the source of CO₂ gas for the formation of Borjlu travertine. Some field evidences, such as the formation of crystalline crust and shrub facies, the presence of a hot spring with a relatively high temperature in the studied area, and the presence of a geothermal reservoir in the depth are signs of active hydrothermal phenomena in the area. It is thought that the presence of limestone units in the region and their contact with the fault system has provided the possibility of infiltration and circulation of hydrothermal fluids containing CO₂ inside them. In this way, the bicarbonate ions necessary for the formation of travertine has been provided by decarbonation and dissolution of these carbonates. It seems that the fault system acted as a conduit for the migration and ascent of fluids containing calcium bicarbonate towards the surface. The mixing of this fluid with meteoric waters near the surface caused lighter isotopic composition of the ascending fluid. Based on isotope composition of travertine samples, the temperature of outflowing fluid is estimated about 70 °C. <strong>مقدمه:</strong> تراورتن به تمام رسوبات کربناتی غیر دریایی متشکل از کلسیت/ آراگونیت گفته می­شود که توسط سیالات کلسیم­دار غنی از CO₂ در شرایط سطحی و فشار کم تشکیل می­شود. ترسیب تراورتن در اثر تجزیه بی­کربنات کلسیم و خروج گاز CO₂ صورت می­گیرد. تراورتن­ها را براساس ژئوشیمی عنصری، منشأ گاز CO₂ و ترکیب ایزوتوپ­های پایدار، به دو گروه گرمازاد و سطحی­زاد تقسیم می­کنند. مطالعات ایزوتوپ­های پایدار کربن و اکسیژن برای تعیین منشأ و نوع تراورتن نقش اساسی ایفا می­کنند. تراورتن­های گرمازاد که اغلب با مناطق آتشفشانی جوان مرتبط هستند از سیالات با دمای متوسط به بالا رسوب کرده و ترکیب ایزوتوپ کربن آنها سنگین است. در حالی که تراورتن­های سطحی­زاد از سیالات با دمای نسبتاً پایین تشکیل شده و ترکیب ایزوتوپ کربن آنها سبک است.<br /><strong>مواد و روش­ها:</strong> در این مطالعه به بررسی ویژگی‌های کانی‌شناسی، ژئوشیمیایی و ایزوتوپی تراورتن برجلو واقع در کمربند ماگمایی البرز-آذربایجان در شمال غرب ایران براساس مطالعات میدانی و آزمایشگاهی پرداخته شده است. در این تحقیق مطالعات پتروگرافی با استفاده از مقاطع نازک میکروسکوپی توسط میکروسکوپ پلاریزان صورت گرفته است. برای تعیین مقادیر Ba و Sr نمونه­ها به روش طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-MS) تجزیه شدند. همچنین برای مطالعه کانی­شناسی نمونه­ها از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شده است. آنالیز ایزوتوپ­های پایدار کربن و اکسیژن جهت تعیین ترکیب ایزوتوپی کانی­های کربناتی به روش طیف سنج جرمی (MS) انجام شده است.<br /><strong>نتایج و بحث:</strong> در تراورتن برجلو سه رخساره قشر متبلور به شکل تناوبی از لایه­های روشن و تیره، رخساره شناور به صورت لایه­های ناپیوسته و رخساره بوته­ای شامل ساختارهای انشعابی با انتهای گرد و دکمه­ای قابل مشاهده است. نتیجه آنالیز XRD نمونه ارسالی از قشر متبلور نشان دهنده تشکیل آنها از کلسیت خالص است. تصاویر SEM نشان دهنده حضور محدود تجمعات میکروبی بر روی سطح بلورهای کلسیت است. مطالعات پتروگرافی از بخش متبلور تراورتن نشان می­دهد که بلورهای کلسیت به سه شکل منشورهای تیغه­ای، الیافی و میکریتی رشد کرده­اند. برخی مقاطع نیز نشانگر رشد متناوب رخساره­های قشر متبلور و بوته­ای است. مقادیر متوسط Ba و Sr در نمونه­های تراورتن برجلو به ترتیب 22/40 و ppm 89/563 است. دامنه تغییرات مقادیر ایزوتوپ δ¹³C_(VPDB)  و δ¹⁸O_(VPDB) نمونه­ها به ترتیب از ‰44/1+ تا ‰19/2+ و ‰39/14- تا ‰51/16- است. مقادیر محاسبه شده δ¹⁸O_(SMOW₎ و δ¹³C(CO₂) برای نمونه­ها به ترتیب تغییراتی از ‰84/13+ تا ‰02/16+ و ‰87/7- تا ‰77/8- نشان می­دهند.<br /><strong>نتیجه گیری:</strong> مقایسه مقادیر Ba و Sr نشان دهنده منشأ گرمازادی تراورتن برجلو است. اگرچه مقادیر مثبت δ¹³C_(VPDB) در تراورتن برجلو نشانگر گرمازاد بودن آن است اما مقادیر آن از تراورتن­های شاخص گرمازاد پایین­تر است. مقایسه مقادیر δ¹³C_(VPDB) و δ¹⁸O_(SMOW) نشان داد که نمونه­های تراورتن برجلو در محدوده تراورتن­های گرمازاد و سطحی­زاد قرار گرفته­اند که بیانگر اختلاط دو سیال با ترکیب ایزوتوپی سنگین و سبک است. مقادیر محاسبه شده δ¹³C(CO₂) نشان دهنده منشأ غیر آلی و درونی CO₂ در سیال تراورتن­سازاست. همچنین در نمودار ترکیب ایزوتوپ δ¹³C_(VPDB) در مقابل δ¹⁸O_(VPDB)، سنگ­های کربناتی به عنوان منشأ گاز CO₂ برای تشکیل تراورتن برجلو نشان داده شده­اند. برخی شواهد میدانی نظیر تشکیل رخساره­های شناور و بوته­ای، وجود چشمه آبگرم با دمای نسبتاً بالا در پهنه مورد مطالعه و نیز اثبات حضور یک مخزن زمین­گرمایی در عمق منطقه نشانه­های فعال بودن محدوده از منظر پدیده­های گرمازادی و گرمابی هستند. تصور می­شود که حضور واحدهای آهکی در منطقه و همبری آنها با سیستم گسلی، امکان نفوذ و چرخش سیالات گرمابی حاوی CO₂ در داخل آنها را فراهم نموده و با کربن­زدایی کربنات­ها یون بی­کربنات لازم برای تشکیل تراورتن­ها را تأمین کرده است. به نظر می­رسد که سیستم گسلی به عنوان مجرایی برای مهاجرت و صعود سیالات حاوی بی­کربنات کلسیم به سمت سطح زمین عمل کرده است. اختلاط این سیال با آب­های جوی در نزدیکی سطح سبب سبک­تر شدن ترکیب ایزوتوپی سیال صعود کننده شده است. دمای سیال خروجی براساس ترکیب ایزوتوپی نمونه­های تراورتن در حدود 70 درجه سانتی­گراد برآورد شده است. https://esrj.sbu.ac.ir/article_103527_f855b93e1ff9eed2cb5640b58c1dc94b.pdf