شیمی کانی و دما- فشارسنجی آنکلاوهای مافیک آتشفشان قزلجه‌کند، شمال‌شرق قروه، کردستان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 گروه زمین شناسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

مقدمه
آتشفشان چینه­ای (استراتوولکان) قزلجه­کند در شمال پهنه سنندج- سیرجان و در کمربند آتشفشانی تبریز- همدان قرار دارد. این آتشفشان شامل مخلوطی از گدازه، بمب، اسکوری و خاکستر می­باشد که در داخل گدازه و پرتابه­های آن­ها تعدادی آنکلاوهای فلسیک و مافیک دیده می­شود. آنکلاوهای فلسیک در اندازه­های مختلف از چند میلیمتر تا چند دسی­متر دیده می­شوند و آنکلاوهای مافیک نیز از چند میلیمتر تا چند سانتیمتر دیده می­شود که به دلیل شباهت کانی­شناسی که با سنگ­های میزبان (آلکالی بازالت) دارند بحث بر سر اتولیت و یا زینولیت بودن آن­ها است. در این تحقیق آنکلاوهای مافیک از جمله فلوگوپیت- پیروکسنیت و پیروکسنیت مطالعه شده است. با استفاده از پتروگرافی و شیمی کانی­هایی مانند پیروکسن و فلوگوپیت و مقایسه آن­ها با سنگ آتشفشانی میزبان و همچنین مطالعات دما- فشار سنجی به بررسی شرایط فیزیکی و شیمیایی تبلور ماگما، خاستگاه ماگمایی پرداخته شده و از این اطلاعات جهت تشخیص اتولیت یا زینولیت بودن آنکلاوها استفاده شده است.
مواد و روش­ها
پس از انجام عملیات صحرایی و نمونه­برداری، مقاطع نازک جهت مطالعات پتروگرافی تهیه شدند. سپس دو نمونه آنکلاو (شامل یک نمونه فلوگوپیت- پیروکسنیت، یک نمونه پیروکسنیت) و یک نمونه سنگ آتشفشانی میزبان (آلکالی بازالت) جهت تجزیه شیمی نقطه­ای انتخاب شدند و کانی­های پیروکسن و فلوگوپیت آن­ها مورد تجزیه شیمی قرار گرفتند. دو نمونه آنکلاو در دانشگاه یاماتاگا کشور ژاپن با روش WSD توسط یک ریزپردازشگر الکترونی (EPMA) خودکار مدل JEOL.JXA-8600 با ولتاژ 20 کیلوولت و جریان 8-10×2 آمپر تجزیه شده است. قطر پرتوی الکترونی 5 میکرون و غلظت داده­ها بر اساس برنامه کامپیوتری ZAF محاسبه شده است. نمونه آلکالی بازالت در آزمایشگاه انستیتوی زمین شناسی  Ambientale e Geoingegneriaکشور ایتالیا با روش WDS با استفاده از دستگاه Cameca SX50 با ولتاژ 15 کیلوولت و قطر پرتو الکترونی یک میکرومتر برای پیروکسن و 10 میکرومتر برای بیوتیت انجام شد.
نتایج و بحث
کانی­های تشکیل دهنده فلوگوپیت- پیروکسنیت­ها شامل کلینوپیروکسن، فلوگوپیت و آپاتیت با بافت کومولایی می­باشند. آنکلاوهای پیروکسنیتی شامل کلینوپیروکسن همراه با مقدار کمی فلوگوپیت با بافت گرانولار می­باشد.
آلکالی بازالت­ها از پیروکسن، پلاژیوکلاز، الیوین، بیوتیت، هورنبلند و کانی­های اپک با بافت پورفیریک تشکیل شده­اند. با توجه به نتایج تجزیه شیمی نمونه­ها ترکیب پیروکسن­های هر سه نمونه کلسیم- منیزیم-آهن­دار و از نوع دیوپسید می­باشند. کلینوپیروکسن­ها در نمودار توزیع Al و Si در محدوده چهاروجهی قرار می­گیرند. عدد منیزیم برای کلینوپیروکسنیت­های هر سه نمونه بالای 7/0 است که نشان­دهنده تبلور آن­ها از یک ماگمای اولیه است. جهت تعیین سری ماگمایی از نمودارهای Al2O3 در مقابل SiO2 و Ti در مقابل Ca+Na استفاده شد، که طبق این دو نمودار پیروکسن­ها در محدوده آلکالن تا ساب آلکالن قرار می­گیرند. طبق نمودار Na+AlIV  در مقابل Cr+2Ti+AlVI نمونه­ها در حالت فوگاسیته اکسیژن بالا تشکیل شده­اند. با استفاده از مقدار AlIV در مقابل AlVI  میزان فشار آب در زمان تبلور برای کلینوپیروکسن نمونه فلوگوپیت- پیروکسنیت و آلکالی بازالت 10 % و برای نمونه پیروکسنیتی کمتر از 10 % بدست آمده است. از نمودارهای TiO2 در مقابل Alz و همچنین TiO2 در مقابل AlIV*100 جهت تعیین محیط زمین ساختی ماگمای میزبان استفاده شد که نمونه­ها روند مشابه کمان ماگمایی را نشان می­دهند. بیوتیت­های نمونه فلوگوپیت- پیروکسنیت و سنگ آتشفشانی میزبان از نوع فلوگوپیت و از نظر منشا جزو میکای دوباره متعادل شده می­باشند. در نمودارهای مختلفی که بر اساس شیمی کانی­ها رسم شده است، موقعیت کلینوپیروکسن­های نمونه فلوگوپیت- پیروکسنیت با سنگ آتشفشانی میزبان یکسان است ولی با کلینوپیروکسنیت­های نمونه آنکلاو پیروکسنیتی یکسان نیستند. به علت نبود کانی­هایی مانند الیوین، گارنت و ارتوپیروکسن در آنکلاوها، از کانی کلینوپیروکسن برای دما-فشار سنجی استفاده شد. برای دما- فشار سنجی از دو روش کلینوپیروکسن- مذاب و تک کانی کلینوپیروکسن استفاده شد. آنکلاو فلوگوپیت- پیروکسنیت و آلکالی بازالت با سنگ کل ماگمای میزبان در تعادل بودند. دمای محاسبه شده برای آنکلاو فلوگوپیت- پیروکسنیت 1245-1149 و برای آلکالی بازالت 1238-1190 درجه سانتیگراد و فشار محاسبه شده برای آن­ها به ترتیب 98/14-4/4 و 83/13-7 کیلوبار بدست آمد.
نتیجه­گیری
بر اساس شیمی بلورهای کلینوپیروکسن در آنکلاوها و سنگ میزبان ترکیب ماگما آلکالن تا نیمه آلکالن می­باشد، با شرایط فوگاسیته بالای اکسیژن مطابقت دارد و از یک خاستگاه زمین ساختی وابسته به فرورانش ناشی شده­اند. نتایج حاصل از دما- فشار سنجی نشان می­دهد که مخزن ماگمایی آن­ها داخل پوسته تشکیل شده است. با توجه به شواهد پتروگرافی و ژئوشیمیایی می­توان نتیجه گرفت که نمونه فلوگوپیت- پیروکسنیت اتولیت بوده و از خود ماگمای میزبان تشکیل شده است و نمونه پیروکسنیتی احتمالا یک قطعه زینولیت گوشته­ای است که همراه با فوران کنده شده و به سطح زمین رسیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Mineral chemistry and thermobarometry of mafic enclaves of Qezelje-Kand volcano, northeast of Qorveh, Kurdistan

نویسندگان [English]

  • Parvin Shokrollahi 1
  • Bahman Rahimzadeh 1
  • Vahid Ahadnejad 2
1 Department of Mineral and Groundwater resource, School of Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Department of Geology, Payam-e-Noor University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Introduction
Qezelje-Kand stratovolcano is located north of Sanandaj-Sirjan zone and in Tabriz-Hamadan volcanic belt. This volcano consists of a mixture of lava, bombs, scoria and ash, that several enclaves can be seen inside the lava and their ejecta. The felsic enclaves, can be seen in different sizes from a few millimeters to a few decimeters, and the mafic enclaves can be seen from a few millimeters to a few centimeters. Due to the mineralogical similarity with the host rocks, there is a debate about whether they are autoliths or xenoliths. In this research, mafic enclaves including phlogopite-pyroxenite and pyroxenite have been studied. The physical and chemical conditions of magma crystallization and magma origin were investigated using petrography, mineral chemistry and thermobarometry such as pyroxene, and phlogopite and comparing them with the host volcanic rock. This information has been used to determine whether the enclaves are autoliths or xenoliths.
Materials and Methods
After fieldwork and sampling, thin sections were prepared for petrographic studies. Then, two enclave samples (including phlogopite-pyroxenite and pyroxenite) and one host volcanic rock (alkali basalt) sample were selected for Electron microprobe analysis, and their pyroxene and phlogopite minerals were analyzed. Two enclave samples at Yamagata University in Japan have been analyzed by the WSD method by an automatic electronic processor (EPMA) model JEOL.JXA-8600 with a voltage of 20 kV and a current of 8-10 x 2 amperes. The diameter of the electron beam is 5 µm and the data concentration is calculated based on the ZAF computer program. Alkali basalt sample was analyzed in the laboratory of the Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria (CNR, Roma). They used a Cameca SX50 instrument with five wavelength-dispersive spectrometers (WDS). with a voltage of 15 kV and using 1 μm beam diameter for pyroxenes and 10 µm beam for biotite.
Results and Discussion
The minerals of phlogopite-pyroxenites include clinopyroxene, phlogopite and apatite with cumulate texture. Pyroxenite enclaves contain clinopyroxene with a small amount of phlogopite with granular texture.
Alkali basalts are composed of pyroxene, plagioclase, olivine, biotite, hornblende and Opaque minerals with porphyric texture. According to the results of the chemical analysis of the samples, the composition of pyroxenes of all three samples are calcium-magnesium-iron and Diopside type. Clinopyroxenes are placed in the tetrahedral range in the Al and Si distribution diagram. Mg# for the clinopyroxenites of all three samples is above 0.7, which indicates their crystallization from a primary magma. Al2O3 versus SiO2 and Ti versus Ca+Na graphs were used to determine the magmatic series, according to these two graphs, pyroxenes are in the alkaline to subalkaline area. According to the graph of Na+AlIV versus Cr+2Ti+AlVI, the samples were formed in the state of high oxygen fugacity. By using the value of AlIV versus AlVI, the amount of water pressure at the time of crystallization for clinopyroxene of the phlogopite-pyroxenite sample and the host volcanic rock is 10% and less than 10% for the pyroxenite sample. The graphs of TiO2 versus Alz and also TiO2 versus AlIV*100 were used to determine the tectonic environment of the host magma, and the samples show the same trend as the magmatic arc. The biotite of the phlogopite-pyroxenite sample and the host volcanic rock are of the phlogopite type and are re- equilibrate mica in terms of their origin. In various diagrams drawn based on the chemistry of minerals, the position of clinopyroxenes of the phlogopite-pyroxenite sample is the same as the host volcanic rock, but they are not the same as the clinopyroxenites of the pyroxenite enclave sample. Due to the absence of minerals such as olivine, garnet and orthopyroxene in the enclaves, clinopyroxene was used for thermobarometry measurement. Two methods of clinopyroxene-melt and single-clinopyroxene were used for thermobarometry. The phlogopite-pyroxenite and alkali basalt enclaves were in equilibrium with the host magma whole rock. The calculated temperature for the phlogopite-pyroxenite enclave is 1149-1245 and for the alkali basalt is 1190-1238ºC and the pressure calculated for them is 4.4-14.98 and 7-13.83 kb, respectively.
Conclusion
Based on the chemistry of the clinopyroxene crystals in the enclaves and the host rock, the composition of the magma is alkaline to sub-alkaline, it corresponds to the conditions of high oxygen fugacity and they came from a subduction-related tectonic origin. The results of thermobarometry show that their Magma Chamber is formed in the crust. According to the petrographic and geochemical evidence, it can be said that the phlogopite-pyroxenite sample is an autolith and is formed from the host magma, and the pyroxenite sample is probably a piece of mantle xenolith that was removed along with the eruption and reached the earth's surface.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mafic enclave
  • Qezelje-Kand volcano
  • Thermobarometry
  • Mineral chemistry

مراجع

Abdel-Rahman, A., 1994. Nature of biotites from alkaline, calc-alkaline and peraluminous magmas: Journal of Petrology, v. 35, p. 525-541.
Abdel-Rahman, A.F.M., 1996. Discussion on the comment on nature of biotites in alkaline, calc-alkaline and peraluminous magmas. Journal of Petrology, v. 37(5), p. 1031-1035. Aghanabati, A. (2004). Geology of Iran. Geological survey of Iran, Tehran, 329 p (In Persian).
Aghanabati, A., 2004. Geology of Iran, Tehran, Geological Survey and Mineral Exploration of Iran (In Persian).
Ao, S.J., Xiao, W.J., Han, C.M., Mao, Q.G. and Zhang, J.E., 2010. Geochronology and geochemistry of early Permian mafic-ultramafic complexes in the Beishan area, Xinjiang, NW China: implications for late Paleozoic tectonic evolution of the southern Altaids", Gondwana Research, v. 18, p. 466-478.
Azizi, H. and Moinevaziri, H., 2009. Review of the tectonic setting of Cretaceous to Quaternary volcanism in northwestern Iran, Journal of Geodynamics, v. 47, p. 167-179.
Beccaluva, L., Macciotta, G., Piccardo, G.B. and Zeda, O., 1989. Clinopyroxene composition of ophiolite basalts as petrogenetic indicator. Chemical Geology, v. 77(3-4), p. 165-182.
Berberian, M., 1977. Three phase’s metamorphism in Hajiabad quadrangle (Southeastern extremity of the Sanandaj- Sirjan Structural zon): In contribution to the seisnotectonics of Iran (part 3), p. 239-260.
Botcharnikov, R.E., Koepke, J., Holtz, F., McCammon, C. and Wilke, M., 2005. The effect of water activity on the oxidation and structural state of Fe in a ferro-basaltic melt. Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 69(21), p. 5071-5085.
Cundari, A. and Salviulo, G., 1989. Ti solubility in diopsidic pyroxene from a suite of New South Wales leucitites (Australia). Lithos, v. 22(3), p. 191-198.
Darvishzadeh, A. and Shahbazi, H., 2009. Genetic classification staratovolcano Xenoliths of Gezeljeh kand, NE of Qorveh, western Iran (In Persian).
Deer, W.A., Howie, R.A. and Zussman, J., 1987. Rock forming minerals, (2nd ed), SingleChain Silicates, Longman London, 668 p.
Dioh, E., Béziat, D., Grégoire, M. and Debat, P., 2009. Origin of rare earth element variations in clinopyroxene from plutonic and associated volcanic rocks from the Foulde basin, Northern Kedougou inlier, Senegal, West Africa. European Journal of Mineralogy, v. 21(5), p. 1029-1043.
Forster, M.D., 1960. Interpretation of the composition of trioctahedral micas: U.S. Geological Survey, v. 354, p. 11-49.
Golestani, M., 2020. Characteristics of tectono-magmatic alkali gabbros in northern Fathabad, Zarand (NW Kerman): based on the pyroxene mineral chemistry. Iranian journal of crystallography and mineralogy, v. 28(2), p. 311-328 (In Persian).
Griffin, W.L. and O'Reilly, S.Y., 1986. Mantle-derived sapphirine. Mineralogical Magazine, v. 50(358), p. 635-640.
Gündüz, M. and Asan, K., 2023. MagMin_PT: An Excel-based mineral classification and geothermobarometry program for magmatic rocks. Mineralogical Magazine, v. 87(1), p. 1-9.
Helz, R.T., 1973. Phase relations of basalts in their melting range at PH2O= 5 kb as a function of oxygen fugacity, Journal of Petrolology, v. 17, p. 139-193.
Holland, T.H., 1900. The charnockite series: a group of archæan hypersthenic rocks in peninsular India, v. 28(2). Sold at the Office of the Geological Survey.
Hosseini, M., 1999. Geological map 1:100000 Qorve, Geological Survey & Mineral Explorations of Iran (GSI), p. 465-468 (In Persian).
Kilinc, A., Carmichael, I.S.E., Rivers, M.L. and Sack, R.O., 1983. The ferric-ferrous ratio of natural silicate liquids equilibrated in air. Contributions to Mineralogy and Petrology, v. 83(1), p. 136-140.
Kord, M., 2013. Petrological study of ultramafic and gneissic enclaves of NE- Qorveh (Kurdistan). Master's thesis in petrology, Bou Ali Sina University, 139 p (In Persian).
Kretz, R., 1983. Symbols for rock-forming minerals. American mineralogist, v. 68(1-2), p. 277-279.
Lacroix, A., 1890. Sur les enclaves acides des roches volcaniques d'Auvergne. Bull. Serv. Carte Geol. Fr, v. 2, p. 25-56.
Le Bas, M.J., 1962. The role of aluminum in igneous clinopyroxenes with relation to their parentage. American Journal of Science, v. 260(4), p. 267-288.
Leterrier, J., Maury, R.C., Thonon, P., Girard, D. and Marchal, M., 1982. Clinopyroxene composition as a method of identification of the magmatic affinities of paleo-volcanic series. Earth and Planetary Science Letters, v. 59(1), p. 139-154.
Loucks R.R., 1990. Discrimination of ophiolitic from nonophiolitic ultramafic-mafic allochthons in orogenic belts by the Al/Ti ratio in clinopyroxene, Geology, v. 18, p. 346-349.
Moinvaziri, H., 1999. Introduction to the Magmatism of Iran. Tarbiat Moallem University, Tehran (In Persian).
Morimoto, N., 1988. Nomenclature of pyroxenes, Fortschr mineral, v. 66, p. 237-252.
Morimoto, N., Fabrise, J., Ferguson, A., Ginzburg, I.V., Ross, M., Seifert, F.A., Zussman, J., Akoi, K.I. and Gottardi, G., 1988. Nomenclature of pyroxenes, Mineralogical Magazine, v. 52, p. 535-550.
Morimoto, N. and Kitamura, M., 1983. QJ diagram for classification of pyroxenes. Journal of the Japanese Association of Mineralogists, Petrologists and Economic Geologists, v. 78, p. 128-141.
Nachit, H., Ibhi, A., Abia, E.H. and Ohoud, M.B., 2005. Discrimination between primary magmatic biotites, reequilibrated biotites and neoformed biotites. Comptes rendus Geoscience, v. 337, p. 1415-1420.
Nimis, P., 1995. A clinopyroxene geobarometer for basaltic systems based on crystalsstructure modeling. Contributions to Mineralogy and Petrology, v. 121, p. 115-125.
Nimis, P. and Taylor, W.R., 2000. Single clinopyroxene thermobarometry for garnet peridotites. Part I. Calibration and testing of a Cr-in-Cpx barometer and an enstatite-in-Cpx thermometer. Contributions to Mineralogy and Petrology, v. 139, p. 541-554.
Nimis, P. and Taylor, W.R., 2000. Single clinopyroxene thermobarometry for garnet peridotites. Part 1 Calibration and testing of a Cr-in-cpx barometer and an enstatite-in-cpx thermometer. Contributions to Mineralogy and Petrology, v. 139, p. 541-554.
Nimis, P. and Ulmer, P., 1998. Clinopyroxene geobarometry of magmatic rocks. Part 1: an expanded structural geobarometer for anhydrous and hydrous basic and ultrabasic systems. Contributions to Mineralogy and Petrology, v. 133, p. 122-135.
Nisbet, E.G. and Pearce, J.A., 1977. Clinopyroxene composition in mafic lavas from different tectonic settings. Contributions to mineralogy and petrology, v. 63(2), p. 149-160.
Nosova, A.A., Narkisova, V.V., Sazonova, L.V. and Simakin, S.G., 2002. Minor elements in clinopyroxene from Paleozoic volcanics of the Tagil island arc in the Central Urals. Geochemistry international, v. 40(3), p. 219-232.
Papike, J.J., 1974. Amphiboles and pyroxenes: Characterization of other than quadrilateral components estimates of ferric iron from microprobe data. In Geological Society of America Abstract with Programs, v. 6, p. 1053-1054.
Putirka, K., 2008. Thermometers and barometers for volcanic systems. Mineralogical Society of America, v. 69, p. 61-120.
Putirka, K., Johnson, M., Kinzler, R., Longhi, J. and Walker, D., 1996. Thermobarometry of mafic igneous rocks based on clinopyroxene-liquid equilibria, 0–30 kbar. Contributions to Mineralogy and Petrology, v. 123, p. 92-108.
Putirka, K., Ryerson, F.J. and Mikaelian, H., 2003. New igneous thermobarometers for mafic and evolved lava compositions, based on clinopyroxene + liquid equilibria. American Mineralogist, v. 88, p. 1542-1554.
Rieder, M. and et al, 1998. Nomenclature of the micas. The Canadian Mineralogist, v. 36, p. 905-912.
Schweitzer, E.L., Papike, J.J. and Bence, A.E., 1979. Statistical analysis of clinopyroxenes from deep-sea basalts. American Mineralogist, v. 64(5-6), p. 501-513.
Shabniyan, N., Davoodian Dehkordi, A.R. and Soheilian, F., 2013. Tectono-magmatic characteristics of Bagham pluton in southeastern Ardestan: Base on mineral chemistry of clinopyroxene and amphibole. Iranian Journal of Crystallography and Mineralogy, v. 21, p. 471-486 (In Persian).
Sollas, W.J., 1892. On the volcanic district of Carlingford and Slieve Gullion. Part I.: On the Relation of the Granite to the Gabbro of Barnavave, Carlingford. The Transactions of the Royal Irish Academy, v. 30, p. 477-512.
Speer, J.A., 1984. Mica in igneous rocks. In: Bailey SW (ed) Micas. Reviews in Mineralogy, v. 13, p. 299-356.
Sun, C.M. and Bertrand, J., 1991. Geochemistry of clinopyroxenes in plutonic and volcanic sequences from the Yanbian Proterozoic ophiolites (Sichuan Province, China): Petrogenetic and geotectonic implications, Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen, v. 71, p. 243-259.
Veysi, S., Asibahanha, A., Shahbazi, H. and Nasrabadi, M., 2014. The enclaves of the scoria cone of Qazjeh Kand (north of Qorveh), xenolite or cumula?, Journal of Geology of Iran, v. 9(34), p. 70-51 (In Persian).
Yavuz, F., 2013. WinPyrox: A Windows program for pyroxene calculation classification and thermobarometry. American Mineralogist, v. 98(7), p. 1338-1359.
 
 
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار