توصیف انواع دولومیت‌ها در سازند شتری (محدوده کوهبنان)بر اساس مطالعات سنگ‌شناسی و زمین‌شیمیایی، با نگرشی بر نقش شیل‌های سازند سرخ شیل در تأمین یون منیزیم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

     توالی‌های رسوبی آواری و کربناتی سازندهای سرخ شیل و شتری به ترتیب به سن تریاس پیشین و میانی و با مجموع ستبرای 870 متر در ناحیه بهاباد، شهرستان بافق در ایران مرکزی به صورت هم‌شیب و تدریجی بر روی یکدیگر قرار دارند. توالی سنگ‌های شیلی، سیلتستونی و ماسه‌سنگی سرخ شیل به تدریج به رخساره آهک‌های دولومیتی شده مربوط به پهنه کشندی سازند شــتری ختم می‌شوند. توالی ستبر لایه تا توده‌ای سنگ‌های به طور عمده دولومیتی سازند شتری نیز به صورت تدریجی توسط آهک‌های نازک تا ستبر لایه به نام عضو آهک اسپهک پوشیده شده‌اند. در مطالعات سنگ‌شناسی چهار نوع مختلف دولومیت (از نظر شکل و اندازه بلورها، پراکندگی اندازه بلورها در متن سنگ و اشکال مرزهای بلوری) تشخیص داده شده است. دولومیت نوع یک، در شرایط دمای سطحی و در مراحل اولیه رسوبگذاری تشکیل شده و دولومیت دیاژنتیــکی اولیه به‌شمار می‌آید. سایر دولومیت‌ها به ترتیب درشت شدن اندازه بلور آنها، در محیـط‌های کم‌ژرفا تا ژرف تدفینی تشکیل شده‌اند. تغییر ترکیب سیال‌های دولومیت ساز در طی مراحــل گوناگون دیاژنز (اولیه تا تأخیری) سبب چنین تنوعی درتشکیل دولومیت‌های این سازند شده است. بر اساس مطالعات زمین‌شیمیایی (تجزیه‌های عنصریFe , Na , Sr , Mg ,Ca  و Mnو ایزوتوپی 
) و) تشکیل این دولومیت‌ها به طور عمده در محیط کاهیده و طی افزایش تدریجی دما در مراحل مختلف تدفین رخ داده است. منبع اصلی تأمین یون منیزیم در مورد دولومیت‌های بسیار دانه ریز اولیه آب دریا و در مورد سایر انواع دولومیت‌ها دیاژنز کانی‌های رسی لایه‌های زیرین (سازند سرخ شیل) و شوراب‌های حوضه‌ای پیشنهاد می‌شود. نتایج مطالعات XRD وXRF بر روی کانی‌های رسی کلریتی و مونت موریلونیتی سازند سرخ شیل حاکی از کاهش به ترتیب 36 و 84 درصدی محتوای MgO در مقایسه با کانی‌های رسی استاندارد مشابه است. این کاهش نشانه دیاژنز کانی‌های رسی موجود در شیل‌ها و خروج منیزیم در نتیجه فشردگی لایه‌های بالایی است که تأمین‌کننده بخشی از Mg برای دولومیتی شدن کربنات‌ها بوده است. با اندازه‌گیری مقدار کربن آلی در دولومیت‌ها و آهک‌ها مشخص شد که تمرکز این ماده در دولومیت‌ها چندین برابر آهک‌ها می‌باشد. این مطلب گویای مستعد‌تر بودن آهک‌های غنی از مواد آلی برای فرایند دولومیتی شدن است. در این سازند ساختارهای زیستی چون استروماتولیت‌ها در به دام انداختن مواد آلی نقش مهمی داشته‌اند. دمای تشکیل دولومیت‌های اولیه (Early diagenetic) سازند شتری حدود 39 درجه سانتی‌گراد و دولومیت‌های ثانویه (Late  diagenetic) 179 درجه سانتی‌گراد محاسبه شده است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Description of Different Kinds of Dolomites in Shotori Formation (Kouhbanan area) based on Petrographic and Geochemical Studies with a Reference to the Role of Shales in the Sorkh Shale Formation as a Major Source of Mg

نویسندگان [English]

  • F. Karimzadeh 1
  • M. H. Adabi 2
1 Department of Geology, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran,Iran
2 School of Earth Sciences, Shahid Beheshti University,Tehran, Iran
چکیده [English]

     Carbonate and siliciclastic sedimentary sequences of Sorkh Shale and Shotori Formations ( Lower and Middle Triassic) with a total thickness of 870 m , have a gradational and conformable contacts, at Behabad region of Bafgh in Central Iran. At the beginning of this sequence, shale, siltstone and sandstone gradually change into dolomitic carbonates of tidal flat sub-environment. Thick layered or massive sequence of mainly dolomitic rocks of Shotori Formation, are transitionally overlain by a limestone member namely Espahak limestone. Based on petrographic studies, four different types of dolomites (based on shape, crystal size and crystal boundaries), have been recognized. Dolomite type 1 (dolomicrite) formed during the first stage of sedimentation and  under surface temperature, this is very early diagenetic dolomite. The other types, having coarse  crystal size, formed during shallow to deep burial environments. Change of composition and temperature of dolomitizing fluids at several stages of diagenesis (early to late ) led to formation of different types of Shotori dolomites. On the basis of geochemical studies (elemental analysis such as Ca, Mg, Sr, Na and stable isotopes such as  ,), formation of these dolomites occurred in a reducing environment and increasing temperature. The source of Mg is sea water for dolomite type 1, but for the other types of dolomites, Mg provided was by clay minerals diagenesis and basinal brine. The results of XRD and XRF on chlorite and montmorillonite clay minerals of Sorhk Shale Formation show a decrease in MgO content from 36% and 84% respectively compared to standard clay minerals. This reduction is due to diagenesis of clay minerals that exist in shales and Mg was originated from overlain layers. Measurement of organic carbon contents of dolomites and limestones showed that dolomites have several times more organic carbon than limestones. This information confirm that limestones rich in organic matter, are more susceptible to dolomitization. Microbial structures such as stromatolites, in the Shotori Formation have major role in trapping of organic matters. The calculated paleotemperature for the formation of early dolomites is about   and for late diagenetic dolomite is  .

کلیدواژه‌ها [English]

  • Petrography
  • Geochemistry
  • Dolomite
  • Shotori Formation
  • Central Iran
آدابی ، م،ح .، 1383- ژئوشیمی رسوبی، انتشارات آرین زمین ، 448 صفحه.
رحیم پور بناب، ح .، 1384- سنگ شناسی کربناته( ارتباط دیاژنز و تکامل تخلخل)، موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران، 487 صفحه.
شهرابی، م .، 1378- تریاس در ایران، طرح تدوین کتاب زمین شناسی ایران، سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور، شماره 67، 297 صفحه.
عبدی، ن.، 1383 -  محیط رسوبی ، دیاژنز و ژئوشیمی سازند کنگان (تریاس زیرین) در خلیج فارس، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده علوم زمین ، 113 صفحه.
کریم زاده، ف.ن .،1384- ژئوشـیمی، محیط رسوبی وکانی‌سازی سرب و روی در سنگ‌های کربناته تریاس در محدوده کوهبنان، رساله دکتری دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، 517 صفحه.
میر شاهانی، م.، 1381- مطالعات پتروگرافی و ژئوشیمیائی نهشته‌های کربناته سازند باروت در البرز مرکزی ( فشم )، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده علوم زمین، 165 صفحه.
 
References
Adabi, M. H., 1992-  Diagenetic trend of Upper Jurrassic carbonates, (Oxfordian – Titonian) in Sarakhs area: 10 th Geol. Symp. Iran, (abs), p. 109 - 112.
Adabi, M.H., 1996- Sedimentology and geochemistry of carbonates from Iran and Tasmania: PhD.thesis (unpublished). University of Tasmania, Australia , 470 p.
Al – Aasm, I. al., S., Coniglio, M. & Desrochers, A.,1995- Formation of complex fibrous calcite veins in Upper Triassic strata of Wrangellia Terrain, British Columbia, Canada. Sed. Geology, v. 100, p. 83 – 95.
Allan, J.R. & Wiggins, W.D., 1993- Dolomite reservoirs: Geochemical techniquse for  evaluating origin and distribution, AAGP. Countinuing Edu. Cour. Not. Seri. No. 36.129p.
Amthor, J. E. & Friedman, G. M., 1992- Early – to late – diagenetic  dolomitization of platform carbonates : Lower Ordovician Ellenburger   Group , Permian basin , West Texas , Jour . Sed. Petrology, v. 62, p. 131 – 143.
Behrens, E. W. & Land, L. S., 1972- Subtidal Holocene dolomite, Baffin Bay, Texas: Jour. Sed. Petrology, v. 42, p. 155 – 161.
Boles, J.R. & Franks, S.G., 1979- Clay diagenesis in Wilcox sandstones of southwest Texas: implications of smectite diagenesis on sandstone cementation: Jour. Sed. Petrology, v. 49, p. 59-70.
Brand, U. & Veizer, J., 1980- Chemical diagenesis of a multicomponet  carbonat : System 1 : Trace elements . Jour. Sed. Petrology, p. 1219 –1236 .
Breesch, L., Swennen, R.  & Vincent, B., 2006-. Dolomite formation in breccias at the Musandam Platform border, Northern Oman Mountains, United Arab Emirates: Jour. Geochem. Exploration, In press.
Deelman, J. C., 2005- Low-temperature formation of dolomite and magnesite: Compact Disc,Publ.,P.O.Box 1076,5622 Eindhoven, The Netherlands,
Dickson, J.A.D., 1965- A modified staining technique for carbonate in thin section: Nature, v. 205, p. 587.
Elias, A.R.D., De Ros,L.F., Mizusaki,A.M.P. & Anjos, S.M.C., 2004- Diagenetic patterns in eolian/coastal resorvoirs of the Solimoes Basin, Northern Brazil: Jour.Sed.Geology, v.169, p.191-217.
Folk, R. L., 1974- The natural history of crystalline calcium carbonate:    effect magnesium content and salinity: Jour. Sed. Petrology, v .44 .p.40 - 53.
Folk, R. L., 1980- Petrology of Sedimentary Rocks: Hemphill Pub. Co. Austin .Texas, pp. 182
Friedman, G.M., 1965- Terminology of crystallization textures and fabrics in sedimentary rocks: Jour. Sed. Petrology, v. 35, p. 643 - 655.
Gasparrini, M., Bakker, R. J., Bechstadt, Th. & Boni, M., 2003- Hot dolomites in a Variscan foreland belt: hydrotermal flow in the Cantabrian Zone (NW Spain):Jour. Geochem. Exploration, v.78-79, p. 501-507.
Given, R. K. & Wilkinson, B. H., 1987- Dolomite abundance and   stratigraphic age: constraints on rates and mechanisms of Phanerozoic dolostone formation: Jour. Sed. Petrology, v. 57.p.1068-1078.
Gregg, J. M. & Sibley, D. F., 1984- Epigenetic dolomitization and the origin of xenotopic dolomite texture: Jour .Sed. Petrology, v. 54, p. 908-931.
Gregg, J. M. & Shelton, K.L., 1990- Dolomitization and neomorphism in the back reef facies of the Bonneterre and Davies Fomations (Cambrian), Southeastern Missouri: Jour. Sed. Petrology, v. 60, p. 549-562.
Grimmer, J.O.W., Bakker, R.J., Zeeh, S. &  Bechstadt, T., 2000- Dolomitisation and  brecciation along  fault zones in the Cantabrian mountains :Jour. Geochem. Exploration, v. 69-70, p.153-158.
Hardie, L.A., 1987- Dolomitization: a critical review of some current views: Jour. Sed. Petrology, v. 57, p. 166-183.
 Jackson, K.A., 1958- Interface structure, in Doremus, R.M., Robrts ,B.W., and Turnbull, D., (eds.), Growth and Perfection of Crystals: John Wiley & Sons. New York, p. 319 – 323.
Jackson, K.A. & Gilmer, G.H., 1976- Critical  surface  roughening: Faraday Discussion of the Chemical  Society , No.61, The Faraday Division , Chem.Soc. London, p.53-62.
Jones, G., Whitaker, F., Smart, P. & Sanford, W., 2000- Numerical modelling of geothermal and reflux circulation in Enewetak Atoll: implications for dolomitization: Jour. Geochem. Exploration, v. 69-70, p.71-75.
Kohout, F. A., 1967- Groundwater flow and the geothermal regime of the   Floridan plateau. Trans.Gulf – Coast Assoc. Geo. Soc., v. 17, p. 339 – 354.
Krom, M. D. & Berner, R. A., 1983-A rapid method for the determination  of organic and carbonate carbon in geological sample: Jour. Sed. Petrology, v. 53, p. 660 – 663.
Land, L. S., 1980- The isotopic & trace element geochemistry of dolomite: the   state of the art, in Zenger, D. H., Duntam, J. B., and Ethington, R.L., (eds.),  Concepts of Models of Dolomtization: Soc. Econ. Paleont. Mineral. Spec. Publ., v. 28, p. 87-110.
Land, L.S., 1983- The application of stable isotopes to studies of the origin of  dolomite and to problem of diagenesis of clastic sediments: in Stable Isotopes in Sedimentary Geology: Soc. Econ. Paleont. Mineral., Short Course, v.10, p.4.1 - 4.22.
Land, L.S., 1985- The origin of massive dolomite: Jour. Geo. Education, v. 33,   p.112-125.
Lee, Y. I. & Friedman, G.M., 1987- Deep -burial dolomitization in the   Lower Ordovician Ellenburger Group carbonates in West Texas and southeastern New Mexico: Jour. Sed. Petrology, v. 57, p. 544 - 557.
Longstaffe, F. J., Calvo. R., Aylon. A. & Donaldson. S., 2003- Stable isotope evidence for multiple fluid regims during carbonate cementation of the Upper Tertiary Hazeva Formation, Dead Sea Graben, southern Israel: Jour. Geochem. Exploration, v. 80, p.151-170.
Lumsden, D. N., 1988- Characteritics of deep marine dolomite: Jour. sed. Petrology, v. 58, p. 1023-1031.
Malone, M. J., Baker, P. A. & Burns, S. J., 1996- Recrystallization of dolomite: An experimental study from 50-200°c. Geochim. Cosmochim. Acta, v. 60, p. 2189- 2207.
Mattes, D. H. & Mountjoy, E. W., 1980- Burial dolomitization of the Upper Devonian Miette Buildup, Jasper National Park, Alberta: In Zenger, D. H., Dunham, J. B. & Ethington, R. L., (eds.) Concepts and Models of Dolomitization: Spec. Publ. Soc. Econ. Paleont. Mineral., v. 28, P. 259 – 297.
Mazzullo, S. J., 1992- Geochemical and neomorphic alteration of dolomite: a review. Carbonates and  Evaporites,v.7, p. 21-37.
Mazzullo, S. J., 2000. Organigenic dolomitization in peritidal to deep-see sediments: Recent insights on to dolomite problem: Jour. Sed. Research, v. 70, p. 10-23.
McHargue, T. R. & Price, R. C., 1982- Dolomite from clay in argillaceous associated marine carbonates: Jour. Sed. Petrology, v. 48, p. 799 – 814.
Mckenzie, J. A., 1981- Holocene dolomitization of caicium carbonate sediments from the coastal sabkhas of Abu Dhabi, U.A..E: a  stable isotope study: Jour. Geology, v. 89, p. 185 – 198.
Melezhik, V. A., Roberts, D., Fallick,A. E., Gorokhov, I. M. & Kusnetzov, A.B., 2005- Geochemical preservation potential of high-grade calcite marble versus dolomite marble: implication for isotope chemostratigraphy: Jour. Chem. Geology, v.216, p.203-224.
Morse, J. W. & Mackenzie, F.T., 1990- Geochemistry of Sedimentary   Carbonates: New York, Elsevier, 707 p.
Moore, T. S., Murray, R. W., Kurtz, A. C. & Schrag, D. P., 2004- Anaerobic methane oxidation and the formation of dolomite: Earth Planet. Sci. Lett., v. 229, p. 141-154.
Mountjoy, E. W., Machel, H. G., Green, D., Duggan, J., & Williams-Jones, A. E., 1999- Devonian matrix dolomites and deep burial cabonate cements:A comparison between the Rimbey-Meadowbrook reef trend and the deep basin of west-central Alberta: Bul. Canadian, Petrol. Geo., v. 47, p. 487-509.
Nader, F. H., Swennen, R. & Ellam, R. M., 2006- Petrographic and geochemical study of Jurassic dolostones from Lebanon: Evidence for superimposed diagenetic events: Jour. Geochem. Exploration, v.89, p.288-292.
Nelson, C. S. & Smith, A. M., 1996- Stable oxygen and carbon isotope compositional fields for skeletal and diagenetic components in New Zealand Cenezoic nontropical carbonate sediments and limestones: a synthesis and review: New Zealand  Jour. Geology, Geophisics, v. 39, p. 93-107.
Peterhancel,A. & Egenhoff, S.O., 2005-Sea level changes versus hydrothermal diagenesis: Origin of Triassic carbonate platform cycles in the dolomites, Italy: Discussion:Jour. Sed.Geology, In press.
Pichler. T. & Humphrey. J. D., 2001- Formation of dolomite in recent island-arc sediments due to gas-seawater sediment interaction: Jour. Sed. Research, v. 71, p. 394-399.
Qing, H. & Mountjoy, E. W., 1994- Formation of coarsely crystaline, hydrothermal dolomite reservoirs in the Presquile Barrier, western Canada sedimentary Basin.Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull., v. 78,  p. 55-77.
Radke, B. M. & Mathis, R.L., 1980- On the formation and occurrence of saddle dolomite: Jour. Sed. Petrology, v. 56, p. 1149-1168.
Rao. C. P., 1996- Modern Carbonates: tropical, temperate and polar,  Introduction to Sedimentology and Geochemistry, Carbonates, Hobart, 206   p.
Sachan, H.K., 1993- Early – replacement dolomitization and deep – burial  modification and stabilization: A case study from the Late Precambrian of   the Zawar area , Rajasthan (India), Carbonates and Evaporates, v. 8, No. 2, p. 191-198 .
Saller, A.H., 1984- Petrologic and geochemical constrains on the origin of subsurface dolomite, Eniwetak Atoll: an example of dolomitization by  normal seawater: Geology, v. 12, p. 217-220.
Sass, E. & Bein,A.,1988- Dolomites and salinity: a comparative   geochemical study: In Shukla, V., and Baker, P. A., (eds.), Sedimentology and Geochemistry of Dolostones: Soc. Econ. Paleont. Mineral. Spec. Publ., No. 43, p. 223 - 233.
Scoffin,  T. P., 1987-  An Introduction to carbonate sediments and Rocks. Blackie & Son  Ltd ., 247 p.
Schmid, S., Worden, R.H. & Fisher, Q., 2006- Carbon isotope stratigraphy using carbonate cements in the Triassic Sherwood Sandstone Group: Corrib Field, West of Ireland: Chem. Geology, v. 225, p.137-155.
Sibley, D.F. & Gregg, J. M., 1987- Classification of dolomite rock texture:  Jour. Sed. Petrology, v .57, p. 967-975.
Shukla, V. & Baker, P.A. 1988- Sedimentology and Geochemistry   of Dolostones: Soc. Econ. Paleont. Mineral. Spec. Publ., No. 43. 266 p.
Srinivasan, K., Walker,  K.R. &  Goldberg ,S.A .,1994- Determining fluid  source and possible  path wayes during burial dolomitization of Maryville limestone (Cambrian), Southern Appalachians, U.S.A: Sedimentology,  v. 41,p. 293-308.
Sternbach, C.A. & Friedman, G. M., 1984- Ferroan carbonates formed at depth require porosity well – log correction: Hunton Group, deep   AnadarkoBasin (Upper Ordovician to lower Devonian) of Oklahoma and Texas: Transaction of Southwest section: Am. Assoc. Petrol.Geology, p. 167-17.
Swart, P. K., Cantrell, D. L., Westphal, H., Handford, C. R. & Kendall, C. G., 2005- Origin of dolomite in the Arab-D reservoir from the Ghawar field, Saudi Arabia: Evidence from petrographic and geochemical constraints: Jour. Sed. Research, v. 75, p. 476-491.
Swennen, R., Ferket, H., Benchilla, L., Roure, F. & Ellam, R., 2003- Fluid flow and diagenesis in carbonate dominated Foreland Fold and Thrust Belts: petrographic inferences from field studies of late-diagenetic fabrics from Albania, Belgium, Canada, Mexico and Pakistan : Jour. Geochem. Exploration, v. 78-79, p. 481-485.
Taraz, H., 1974- Geology of the Surmaq – Deh Bid area, Abadeh Region,  central  Iran: Geol. Surv. Iran. Rep. No. 37, 147 p.
Tucker, M. E. & Wright, V. P., 1990- Carbonate Sedimentology, Blackwell Sci. Publ., London, 482 p.
Veizer, J., 1983. Chemical diagenesis of carbonate: theory and application of   trace element technique: Stable Isotopes in Sedimentary Geol: Soc. Econ. Palaeont. Mineral. ShortCourse, No.10, p.3-1to 3-100.
Veizer, J., Lemieux, J., Jones, B., Giblig, M.R. & Savelle, J.,. 1978- Paleosalinity and dolomitization of the lower Palaeozoic carbonate sequence, Somerset and Prince of Wales Islands, Arctic Canada: Can. Jour. Earth Sciences, v. 15, p. 1448 -1461.
Warren, J.K., 1988- Sedimentology of Coorong dolomite in the salt Creek   region, South Australia: Carbonates and Evaporates, v. 3, p. 175-199.
Warren, J., 2000- Dolomite: occurrence, evolution and economically important associations: Earth-Sci. Reviews,v. 52, p. 1-81.
Whitaker, F.F. & Smart, P. L., 1990- Active circulation of saline ground waters in carbonate platforms: evidence from the Great Bahama Bank. Jour. Geology, v.18, p. 200-203.
Wright,W. R., Johnson, A. W., Shelton, K. L., Somerville, I. D. & Gregg, J.M., 2000- Fluid migration and rock interactions during dolomitisation of the Dinantian Irish Midlands and Dublin Basin :Jour. Geochem. Exploration, v. 69-70, p. 159-164.
Ye, Q. & Mazzullo, S. J., 1993- Dolomitization of lower Permian platform facies, Wichita Formation, North platform, Midland Basin, Texas: Carbonates and Evaporites, v. 8, p. 55-70.
Zahedi, M., 1973- Etude geologique de la region de Soh, (W de l , Iran  Central) Geol. Surv. Iran. Rept. No .27. 197 p.
Zeimpolich, W.G., Wilkinson, B.H. & Lohmann , K.C., 1988- Diagenesis of late Proterozoic carbonates: The Beck Spring Dolomite of eastern California: Jour. Sed. Petrology, v. 57, p .656-672.