نهشته لاتریتی سپارده: ویژگی‌های بافتی، کانی‌شناسی و زمین‌شیمی عناصر نادر خاکی

نوع مقاله : علمی -پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زمین‌شناسی اقتصادی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

چکیده

نهشته لاتریتی سپارده در منطقه اشکورات در استان مازندران و در مرز بین سازندهای الیکا و شمشک محصور شده است. مطالعات ساختی و بافتی نشان‌دهنده خاستگاه برجازا و نابرجازا برای این نهشته است. بررسی‌های کانی‌شناسی آشکار می‌کنند که کانی‌های سیدریت، شاموزیت، کائولینیت، بوهمیت، دیاسپور، هماتیت، گوتیت، کلینوکلر و آناتاز فازهای کانیایی اصلی این کانسنگ‌ها هستند که توسط فازهای فرعی روتیل، موسکویت و لپیدوکروسیت همراه می‌شوند. این مجموعه کانیایی پیشنهاد‌کننده آن است که آب‌های زیرزمینی با ماهیت بازی- احیایی و آب‌های سطحی با ماهیت اسیدی- اکسیدان نقش مهمی در تشکیل این نهشته ایفا نموده‌اند. با توجه به رفتار زمین‌شیمیایی عناصر اصلی به نظر می‌رسد که کانسنگ‌های لاتریتی طی فرآیندهای لاتریتی‌شدن متوسط تا شدید تشکیل شده‌اند. براساس آنالیزهای شیمیایی، مقادیر REEها در کانسنگ‌ها در بازه‌ای از 91/58- 72/846 ppm متغیر است. مقادیر La/Y، Eu/Eu*، و Ce/Ce* در کانسنگ‌ها به ترتیب دارای بازه 34/0- 76/3، 76/0- 24/1 و 92/0- 41/2 می‌باشند. بررسی‌های زمین‌شیمیایی نشان داد که تغییر در شرایط فیزیکوشیمیایی محیط تشکیل (pH و Eh)، عملکرد سنگ بستر کربناتی به عنوان یک سد زمین‌شیمیایی، کمپلکس‌شدن با لیگندهای کربناتی، اختلاف در میزان پایداری کانی‌های حامل عناصر نادر خاکی و تثبیت در فازهای نئومورف نقش مهمی در توزیع و تحرک عناصر نادر خاکی در طی تشکیل و تکامل افق لاتریتی در سپارده ایفا نموده‌اند. علاوه بر این، ناهنجاری‌های Eu به همراه نسبت‌های TiO2/Al2O3 و Sm/Nd مبین سنگ‌های آندزیتی و بازالتی تریاس فوقانی به عنوان منشاء احتمالی برای نهشته سپارده می‌باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Separdeh laterite deposit: textural, mineralogical, and geochemical characteristics of the rare earth elements

نویسندگان [English]

  • maryam kiaeshkevaryan 1
  • ali asghar Calagari 1
  • Ali Abedini 2
  • Gholam hossein Shamanian 3
1 Department of Economic Geology, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 -Department of Geology, Faculty of Sciences, Urmia University, Urmia, Iran
3 Department of Geology, Faculty of Sciences, Golestan University, Gorgan, Iran
چکیده [English]

IntroductionThe Separdeh laterite deposit in the western part of Alborz is about 114 km from the Ramsar city in Mazandaran province. This deposit is located between Triassic limestones (Elika Formation) and Jurassic sandstones (Shemshak Formation). There has been no comprehensive study on the Separdeh deposit. Only studies included 1: 100,000 scale geological map of Javaherdeh and identification of bauxite-laterite and refractory materials of Gilan province by Geological Survey of Iran. Therefore, this paper attempts to study the physicochemical conditions of formation, factors of ore type development and factors affecting the distribution, mobility and differentiation of rare earth elements, Ce and Eu anomalies, and determining the origin of the ore, taking into account the petrographic, mineralogical and geochemical features of the Separdeh deposit.Materials and methodsBased on detailed field observations, 14 ore samples were systematically taken. These were perpendicular to the profile, picked up from the lateritic rocks due to changes in color, texture, and hardness. Thin sections were prepared for textural studies and X-ray diffraction (XRD) analyses of the samples for mineralogical studies at the Iranian Mineral Processing Research Center in Karaj. Geochemical studies of 10 samples were analyzed by ICP-OES and ICP-MS methods to determine the quantities of major and minor earth elements by MS Analytical Company in Canada.Results and DiscussionStructural and textural studies in the Separdeh deposit indicate both autochthonous and allochthonous origins for this deposit. Mineralogical investigations revealed that minerals such as siderite, chamosite, kaolinite, boehmite, diaspore, hematite, goethite, clinochlore, and anatase are the main mineral phases accompanied by of minor phase like rutile, moscovite, and lipidocrocite. This mineral assemblage suggests that both underground waters with reducing-alkaline nature and surface waters with oxidizing-acidic nature played an important role in development of this deposit. Based upon chemical analyses, REE values of the ores vary from 58.91 to 846.72 ppm. Values of La/Y, Eu/Eu*, and Ce/Ce* of the ores are within the range of 0.34-3.76, 0.76-1.24, and 0.92-2.41, respectively. Geochemical studies showed that changes in the physico-chemical conditions of formation environment (pH and Eh), carbonate bed rock as a geochemical barrier, complexation with carbonate ligands, difference in the stability of minerals carrying rare earth elements (REEs), and fixation in neomorph phases, play important roles in distribution and mobility of REEs during the formation and evolution of the lateritic horizon at Separdeh. In addition, the Eu anomalies along with ratios of TiO2/Al2O3 and Sm/Nd indicate that upper Triassic rocks with andesitic to basaltic composition could be the potential precursor for this depositConclusionTextural, mineralogical and geochemical studies show that the Separdeh deposit is formed in two stages. In the first stage, authigenic lateritization of the upper Triassic basaltic rocks has occurred, such as alteration and decomposing of silicate minerals and formation of clay, iron and titanium minerals. In the second stage, the transfer of lateritic material into karstic cavities and deposition in lagoon and swampy environments was carried out. These conditions have resulted in the formation of minerals such as pyrite, siderite, and facilitated the process of leaching of rare earth elements from the upper parts of the profile and deposited on the lower parts of the Separdeh deposit.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rare earth elements
  • Mineralogy
  • Laterite
  • Separdeh
  • Eshkevarat
-بهارفیروزی، خ.، 1380. نقشه زمین‌شناسی 1:100000 جواهرده، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور.
-شمعانیان، ‌غ.ح. و مریدی، ز.، 1395. کانی‌شناسی، ژئوشیمی و خاستگاه نهشته بوکسیتی شیرین‌آباد، جنوب‌شرق گرگان، فصلنامه زمین‌شناسی ایران، سال 10، شماره 39، ص 103-115.
-شمعانیان، ‌غ.ح.، منفرد، ز. و عمرانی، ه.، 1394. مشخصات چینه‌شناسی، سنگ‌نگاری و رخساره‌ای نهشته‌های بوکسیتی- لاتریتی تاش و آستانه در البرز شرقی: رهیافت‌های دیرینه محیطی، نشریه رخساره‌های رسوبی، سال 8، شماره 1، ص 71- 84.
-عابدیان، ن.، 1387. شناساسی بوکسیت- لاتریت و مواد نسوز استان گیلان، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 119 ص.
-کنگرانی فراهانی، ف.، کلاگری، ع.ا. و عابدینی، علی.، 1393. کانی‌شناسی و ژئوشیمی نهشته لاتریتی کمبلو، باختر دامغان، استان سمنان، علوم زمین، سال 23، شماره 92، ص 349-358.
-Abedini, A., Calagari, A.A. and Mikaeili, K., 2014. Geochemical characteristics of laterites: the Alibaltalu deposit, Iran: Bulletin of the Mineral Research and Exploration, v. 148, p. 69–84.
-Abedini, A. and Calagari, A.A., 2013. Geochemical characteristics of Kanigorgeh ferruginous bauxite horizon, West-Azarbaidjan province, NW Iran, Periodico di Mineralogia, v. 82, p. 1-23.
-Aiglsperger, T., Proenza, J.A., Lewis, J.F., Labrador, M., Svojtka, M., Rojas-Puro´n, A., Longo, F. and urisˇova, J.D., 2016. Critical metals (REE, Sc, PGE) in Ni laterites from Cuba and the Dominican Republic: Ore Geology Reviews, v. 73, p. 127-147.
-Alavi, M., 1996. Tectonostratigraphic synthesis and structural style of the Alborz Mountain system in Northern Iran: Journal of Geodynamics, v. 21, p. 1-33.
-Aleva, G.J.J., 1994. Laterites: Concepts, Geology, Morphology and Chemistry, Wageningen, Netherlands, 169 p.
-Bardossy, G., 1982. Karst Bauxites, Elsevier Scientific, Amsterdam, 441 p.
-Berberian, M., 1983. The southern Caspian: A compressional depression floored by a trapped, modified oceanic crust: Canadian Journal of Earth Sciences, v. 20, p. 163–183.
-Beyala, V.K.K., Onana, V.L., Priso, E.N.E., Parisot, J. and Ekodeck, G.E., 2009. Behaviour of REE and mass balance calculations in a lateritic profile over chlorite schists in South Cameroon: Chemie der Erde-Geochemistry, v. 69, p. 61-73.
-Braun, J.J., Viers, J., Dupre, M., Ndam, J. and Muller, J.J., 1998. Solid liquid REE fractionation in the lateritic system of Goyoum, East Cameroon: The implication for the present dynamics of the soil covers of the humid tropical regions: Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 62, p. 273-299.
-Calagari, A.A., Kangarani Farahani, F. and Abedini, A., 2015. Geochemical Charactristics of a Laterite: The Jurassic Zan Deposit, Iran: Acta Geodyn. Geomater, v. 12, p. 67-77.
-Carroll, D., 1985. Role of clay minerals in the transportation of iron: Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 14, p. 1-27.
-Condie, K., 1991. Another look at REEs in shales: Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 55, p. 2527-2531.
-Costa, M.L., Lemos, V.P., Lima da Costa, M., Lemos, R.L. and Faria, M.S.G., 2007. Vivianite and siderite in lateritic iron crust: an example of bioreduction: Quim. Nova, v. 53, p. 101-107.
-Esmaeily, D., Rahimpour-Bonab, H., Esna-Ashari, A. and Kananian, A., 2010. Petrography and geochemistry of the Jajarm Karst bauxite ore deposit, NE Iran: implications for source rock material and ore genesis. Turkish Journal of Earth Sciences, v. 19, p. 267-284.
-Garrels, R.M. and Christ, C.I., 1965. Solution Minerals and Equiliberia Harper and Row, New York, 450 p.
-Giorgis, I., Bonetto, S., Giustetto, R., Lawane, A., Pantet, A., Rossetti, P., Thomassin, J. and Vinai, R., 2014. The lateritic profile of Balkouin, Burkina Faso: geochemistry, mineralogy and genesis: Journal of African Earth Sciences, v. 90, p. 31-48.
-Hanilçi, N., 2013. Geological and geochemical evolution of the Bolkardaği bauxite deposits, Karaman, Turkey: Transformation from shale to bauxite, Journal of Geochemical Exploration, v. 133, p. 118-137.
-Hill, I.G., Worden, R.H.G. and Meighan, I.G., 2000. Geochemical evolution of paleolaterite: the interbasaltic Formation, Northern Ireland: Chemical Geology, v. 166, p. 65-84.
-Karadağ, M., Kupeli, S., Aryk, F., Ayhan, A., Zedef, V. and Doyen, A., 2009. Rare earth element (REE) geochemistry and genetic implications of the Mortaş bauxite deposit (Seydişehir/Konya–Southern Turkey): Chemie Erde-Geochem, v. 69, p. 143-159.
-Ling, K.Y., Zhu, X.Q., Tang, H.S. and Li, S.J., 2017. Importance of hydrogeological conditions during formation of the karstic bauxite deposits, Central Guizhou Province, Southwest China: A case study at Lindai deposit. Ore Geology Reviews, v. 82, p. 198-216.
-Mameli, P., Mongelli, G., Oggiano, G. and Dinelli, E., 2007: Geological, geochemical and mineralogical features of some bauxite deposits from Nurra (western Sardinia, Italy): insights on conditions of formation and parental affinity: International Journal of Earth Sciences, v. 96, p. 887-902.
-Meshram, R.R. and Randive, K.R., 2011. Geochemical study of laterites of the Jamnagar district, Gujarat, India: Implications on parent rock, mineralogy and tectonics: Journal of Asian Earth Sciences, v. 42, p. 1271-1287.
-Mongelli, G., 1997. Ce-anomalies in the textural components of upper Cretaceous karst bauxites from the Apulian carbonate platform (southern Italy): Chemical Geology, v. 140, p. 69–79.
-Mongelli, G., 2002. Growth of hematite and boehmite in concretions from ancient karst bauxite: clue for past climate: Catena, v. 50, p. 43-51.
-Mongelli, G., Boni, M., Oggiano, G., Mameli, P., Sinisi, R., Buccione, R. and Mondillo, N., 2017. Critical metals distribution in Tethyan karst bauxite: The cretaceous italian ores. Ore Geology Reviews, v. 86, p. 526-536.
-Retallack, G., 2010. Lateritization and Bauxitization Events: Economic Geology, v. 105, p. 655-667.
-Rudnick, R.L. and Gao, S., 2004. Composition of the Continental Crust, In: Holland H, Turekian K, editors. Treatise on Geochemistry: 2nd ed. Amsterdam, the Netherlands: Elsevier, 64 p.
-Salamab Ellahi, S., Taghipour, B., Zarasvandi, A., Bird, M.l. and Somarin, A.K., 2016. Mineralogy, Geochemistry and Stable Isotope Studies of the Dopolan Bauxite Deposit, Zagros Mountain, Iran: Minerals, v. 6, p. 1-21, DOI: 10.3390/min6010011.
-Schellmann, W., 1986. A new definition of laterite: Memoirs of the Geological Survey of India, v. 1284, p. 1-7.
-Tardy, Y. and Nahon, D.B., 1985. Geochemistry of laterites, Stability of Al-goethite, Al-hematite and Fe3+-kaolinite in bauxites and ferricretes: an approach to the mechanism of concretion formation: American Journal of Science, v. 285, p. 865-903.
-Taylor, S.R. and McLennan, S.M., 1985. The Continental Crust: Its Composition and Evolution: Blackwell Oxford, 312 p.
-Taylor, S.R., 1964. Abundance of chemical elements in the continental crust: a new table: Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 196, p. 1273-1285.
-Temur, S. and Kansun, G., 2006. Geology and petrography of the Mastadagi diasporic bauxites, Alanya, Antalya, Turkey: Journal of Asian Earth Sciences, v. 27, p. 512-522.
-Torro, L., Proenza, J.A., Aiglsperger, T., Bover-Arnal, T., Villanova-de- Benavent, C., Rodriguez-Garcia, D., Ramirez, A., Rodriguez, J., Mosquea, L.A. and Salas, R., 2017. Geological, geochemical and ineralogical characteristics of REE-bearing Las Mercedes bauxite deposit, Dominican. RepublicOre Geology Reviews, v. 89, p. 114-131.
-Valeton, I., 1972. Bauxites: Development in Soil Sciences: Elsevier, Amsterdam, 226 p.
-Voicu, G., Bardoux, M. and Voicu, D., 1997. Mineralogical norm calculations applied to tropical weathering profiles. Mineralogical Magazine, v. 61, p. 185-196.
-Zarasvandi, A., Carranza, E.J.M. and Ellahi, S.S., 2012. Geological, geochemical, and mineralogical characteristics of the Mandan and Dehnow bauxite deposits, Zagros Fold Belt, Iran, Ore Geology Reviews, v. 48, p. 125-233