کانسار سولفید توده ای چیست و محل تشکیل آن کجاست؟

کانسار سولفید توده ای (Massive sulfide deposits) نهشته های غنی از کانی‌های عمدتاً سولفیدی هستند که در کف دریا یا نزدیک آن واقع شده‌اند. این تمرکزهای سولفیدی، بر اثر گردش آب دریا در پوسته اقیانوسی داغ و از سیالات گرمابی در کف دریاها رسوب کرده و شکل گرفته‌اند. کانسارهای ماسیو سولفید به لحاظ ساختاری دارای یک دودکش و حدأقل یک تودۀ عدسی شکل از جنس سولفید هستند. این کانسارها از منابع اصلی مس، روی، سرب، نقره و طلا بوده و پیریت، پیروتیت، کالکوپیریت، اسفالریت و گالن، کانه‌های اصلی آن هستند. انواع کانسار Massive sulfide عبارتند از کانسارهای نوعِ قبرس، کوروکو، بِشی و بدوی. عناصر اصلی قابل استخراج در کانسارهای نوع قبرس، مس و در سه کانسار دیگر، مس+روی است. محیط تکتونیکی تشکیل کانسار سولفید توده‌ای، متنوع است و این کانسارها متعلق به زمان خاص و سنگ‌هایی با ترکیب شیمیایی خاص نیستند. شرط ته نشینی سولفیدها برای شکل‌گیری یک MSD، حرارت بالای 200 ^°C است.

کانسار سولفید توده ای چیست؟

کانسارهای سولفید توده ای یا ماسیو سولفید (به اختصار MSD) یکی از منابع اصلی مس، روی، سرب، نقره و طلا هستند و عناصری نظیر قلع، کادمیوم، آنتیموان و بیسموت به عنوان محصولات فرعی از آن‌ها به دست می‌آید. این کانسارها بعد از کانسار مس پورفیری، در رتبه دومین ذخایر اقتصادی غیرآهنی قرار دارند. اهمیت اقتصادی این کانسارها در دهه های 1960 تا 1970 مشخص گردید.

MSD ها به کانسارهای سولفید توده‌ای ولکانوژنیک (Volcanogenic massive sulfide deposites) نیز موسوم هستند. زیرا با فرایندهای آتشفشانی مرتبط هستند، اما این ارتباط همیشه حاکم نیست. کانسارهای سولفید توده ای با سیستم‌های گرمابی خاصی مرتبط هستند که همیشه هم با آتشفشان‌های زیردریایی همراه نیست. از این رو، عده‌ای معتقدند که به کاربردن واژۀ ولکانوژنیک در نام این کانسارها مناسب نمی‌باشد.

کانسارهای ماسیو سولفید از دوران آرکئن تا زمان حال، در حال تشکیل می‌باشند. بر همین اساس وضعیت فعالیت گرمابی آن ها را می‌توان به سه دسته “فعال”، “غیرفعال” و “منقرض” طبقه ‌بندی کرد.

انواع کانسار سولفید توده ای

کانسارهای سولفید توده ای را می‌توان بر اساس شیمی عناصر تشکیل دهنده شان به چهار دسته تقسیم کرد:

1. کانسارهای نوع بشی (Besshi)
2. کانسارهای نوع بدوی (Primitive-type)
3. کانسارهای نوع قبرس (مس – روی)
4. کانسارهای نوع کوروکو (روی – سرب- مس)

کانسار سولفید توده ای نوع بشی

بشی یا گیس لاگر، نوعی کانسار سولفید توده ای است که روی و مس، دو عنصر مهم قابل استخراج از آن هستند. مس + روی ± طلا ± نقره، فلزات اصلی هستند که از کانسارهای نوع بشی می‌توان استخراج کرد. در این ذخایر، سرب وجود ندارد؛ مقدار Znشان نیز کمتر از Zn کانسارهای کوروکو است. این کانسارها در حوضه های پشت قوس شکل می گیرند. بازالت های درون صفحه ای، سنگ های همراه با کانسارهای نوع بشی هستند. کانه های اصلی آن نیز شامل کالکوپیریت و پیریت و به مقدار کم اسفالریت است. در کانسارهای نوع بشی، مقدار رگه کم است و یا قابل مشاهده نیست. مثالی از این کانسار، ناحیه شیکوکو در ژاپن است.

کانسار Massive sulfide نوع بدوی

کانسارهای نوع بدوی، نوعی کانسار سولفید توده ‌ای هستند که مس و روی، دو عنصر مهم قابل استخراج از آن هستند. همانند کانسارهای نوع بشی، در کانسارهای نوع بدوی نیز مس + روی ± طلا ± نقره فلزات اصلی هستند. اما در کانسارهای بدوی، نوع سنگ های همراه، گدازه های بازالتی تا ریولیتی و سنگ های آذر آواری است. کانه‌های اصلی نیز شامل پیروتیت، پیریت، کالکوپیریت و اسفالریت است. احتمال داده می‌شود که کانسارهای نوع بدوی به لحاظ موقعیت تکتونیکی، در حوضه های پشت قوس شکل می‌گیرند. مثالی از این نوع، می‌توان به کانسارهای سولفید توده ای موجود در کمربند گرین استون آبیتیبی (Abitibi) اشاره کرد.

کانسار سولفید توده ای نوع قبرس

کانسارهای مس – روی سولفید توده ای، به کانسارهای نوع قبرس معروف هستند. این کانسارها به لحاظ تکتونیکی در ریفت های اقیانوسی (زون های گسترش) و در مناطقی حادث می‌شوند که لیتولوژی سنگ‌های مربوط به کمر پایینِ تودۀ معدنی، از نوع سنگ های آتشفشانی مافیک است. این سنگ های آتشفشانی مافیک، اغلب بازالت تولئیتی کم پتاسیم هستند. آبی که در کانسار سازیِ ذخایر نوعِ قبرس دخالت دارد، آب اقیانوسی است. گوگردِ مربوط به کانسارهای نوع قبرس قدیمی، دارای d³⁴S با دودکش های سولفیدی کنونی است. این می‌تواند نشان دهد که در این ذخایر، منشاء گوگرد احتمالاً سنگ های آتشفشانی مافیک مربوط به کمر پایینِ تودۀ معدنی است.

در کانسار سولفید توده ای نوع قبرس، دگرسانی از یک الگوی تقریباً خاص تبعیت می‌کند. به این صورت که معمولاً یک منطقۀ دگرسانی کلریتی در وسط و یک محدودۀ دگرسانی سریسیتی در حاشیۀ کانسار شکل می‌گیرد. البته این الگو در برخی کانسارها تغییراتی دارد.

کانسارهای سولفید توده ای نوع کوروکو

کانسارهای روی-سرب- مس سولفید توده ای، به کانسارهای نوعِ کوروکو معروف هستند. این کانسارها به لحاظ تکتونیکی در زون های فرورانش و در جایی حادث می‌شوند که لیتولوژی سنگ‌های مربوط به کمر پایینِ تودۀ معدنی، از نوع سنگ های آتشفشانی فلسیک یا سنگ‌های حاوی میکا و رس است. این سنگ های آتشفشانی فلسیک اغلب توف و توفیت هستند. آبی که در کانسارسازیِ کانسارهای نوعِ کوروکو دخالت دارد، آب اقیانوسی است، اما مقداری آب جوّی و آب ماگمایی نیز در آن دخالت دارد. اعتقاد بر این است که گوگرد از سنگ های رسوبی کمر پایین و یا از بخش های احیایی عمیق آب دریا منشاء می‌گیرد.

دگرسانی کانسارهای نوع کوروکو به صورت دگرسانی‌های کلریتی و کوارتز سریسیتی است. در برخی از این کانسارها (مثل کانسار لازارزا در اسپانیا) در زیر تودۀ معدنی، دگرسانی کلریتی مشاهده شده است. در برخی از این کانسارها نیز دگرسانی کوارتز – سریسیتی در زیر تودۀ معدنی اهمیت می‌یابد.

منشاء گوگرد در کانسار سولفید توده ‌ای

به طور کلی، در کانسارهای sulfide توده‌ای، گوگرد عمدتاً از سنگ های بازالت نشأت می‌گیرد. مقدار کمتری نیز از گوگرد احیایی موجود در آب دریا که به صورت انیدریت ته نشین شده است، منشأ می‌گیرد. با این حال، بسته به نوعِ کانسار، منشاء گوگرد ممکن است کمی متغیر باشد. به این صورت که:

1. منشاء گوگرد در کانسار سولفید توده‌ای نوع قبرس: احتمالاً سنگ های آتشفشانی مافیک مربوط به کمر پایینِ تودۀ معدنی.
2. منشاء گوگرد در کانسار سولفید توده ای نوع کوروکو: بخش‌های احیایی عمیق آب دریا و یا سنگ های رسوبی کمر پایین.

محل تشکیل کانسارهای Massive sulfide

کانسارهای سولفید توده ای در محیط های زیردریایی، عمدتاً همراه با سنگ های آتشفشانی و در سنگ های رسوبی از قبیل شیل و گری واک یافت می شوند.

بعضی از این کانسارها نیز در امتداد پشته های میان اقیانوسی و یا در حوضه های پشت قوسیِ در حالِ گسترش شکل می‌گیرند. مثالی از این مورد، کانسارهای سولفید توده ای نوع قبرس است.

در جزایر قوسی یا حاشیه قاره ای؛ مثال: کانسارهای کوروکو در ژاپن.

در آتشفشان های جزیره ای درون صفحه ای (Intraplate oceanic islands).

محیط تکتونیکی برخی از کانسارهای سولفید توده ای ناشناخته است. به عنوان مثال، محل تشکیل کانسارهای موجود در کمربندهای گرین استون که زمان تشکیل شان به به آرکئن بر می‌گردد، ناشناخته است.

همانطور که ملاحظه می شود، محیط های تکتونیکی تشکیل کانسارهای sulfide توده ای بسیار متنوع است. از این رو، از نظر شیمیایی نیز نمی‌توان گفت که این کانسارها با سنگ هایی با ترکیب شیمیایی خاص همراه هستند.

ویژگی های کانسارهای ماسیو سولفید

مهمترین ویژگی کانسارهای sulfide توده ای، ساخت منطقه ای ژئوشیمیایی، کانی شناسی، بافتی و دگرسانی سنگ های دیواره است. کاهش سیستماتیک در نسبت کالکوپیریت به اسفالریت+گالن و یا نسبت مس (Cu) به روی (Zn) از مرکز توده به طرف خارج و بالا، مشخص ترین ساخت منطقه ای مربوط به این کانسارها می باشد. برخی از دیگر ویژگی های این ذخایر در ادامه بیان شده است.

• محیط تکتونیکی تشکیل کانسارهای sulfide توده ای، بسیار متنوع است.
• این کانسارها به سنگ های خاص با ترکیب شیمیایی خاص مرتبط نیستند.
• این کانسارها متعلق به زمان خاصی نیستند. در حال حاضر نیز کانسارهای سولفید توده ای جدید در امتداد برجستگی شرق اقیانوس آرام در حال تشکیل است.
• این کانسارها معمولاً در یک محدودۀ چینه شناسی خاص حادث می شوند. این محدودۀ چینه شناسی به افق مناسب (Favorable horizon) موسوم است.
• در کانسار سولفید توده ای، ته نشینی سولفیدها منحصر به دمای بالای 200^°C و معمولاً بالای 300^°C است.

ساختار کانسارهای سولفید توده ای

ساختار کلی و عمومی یک کانسار سولفید توده ای شامل بخش های زیر است:

1. تودۀ سولفیدی عدسی شکل که ساختمان کلی و اصلی کانسار سولفید توده ای است.
2. منطقۀ داربستی که شامل مجموعه ای از راهروها است و در بخش زیرین تودۀ عدسی شکل قرار دارد.
3. منطقۀ دگرسانی.
4. دودکش دگرسانی.

هر یک از این بخش ها در ادامه توصیف شده است.

1- تودۀ سولفیدی عدسی شکل

ساختمان کلی و اصلی کانسار سولفید توده ای، به صورت تودۀ عدسی شکل است. جنس این تودۀ عدسی شکل، سولفید است. این عدسی با سنگ ها یا رسوبات (لایه‌های) بالایی و پایینی خود همشیب است و 60 درصد یا بیشترِ کانی های نهشته شده، در این عدسی حضور دارند. در عدسی های سولفیدی، کانه‌ها و کانی‌های خاصی شکل می‌گیرد که شامل کانی و کانه های سولفیدی، کانه های حاوی آهن و قلع و تعدادی کانی غیرفلزی است. در یک کانسار سولفید توده ای، ممکن است چندین تودۀ سولفیدی عدسی شکل وجود داشته باشد.

2- منطقه داربستی در ساختار MSD

در بخش زیرین تودۀ عدسی شکل کانسار سولفید توده ای، منطقۀ داربستی قرار دارد. منطقه داربستی در واقع شامل مجموعه ای از راهروها است که با سیستم های گرمابی زیردریایی مرتبط می باشد و سیالات از طریق این راهروها به کف دریا راه می‌یابند (لیدون، 1988). منطقه داربستی، یک منطقۀ دگرسان شده است. در آنجا، کانی های سولفیدی به صورت رگچه ای یافت می‌شود. مرز بالایی عدسی سولفید توده ای با سنگ های کمر بالایی بسیار مشخص می‌باشد؛ اما حدّ پایینیِ آن، به تدریج به این منطقۀ داربستی منتهی می‌شود. در یک کانسار سولفید توده ای، ممکن است چندین منطقۀ داربستی وجود داشته باشد.

عکس ص 282 شکل 2-11

دودکش دگرسانی کانسارهای ماسیو سولفید

یکی از ویژگی های بارز هر کانسار سولفید توده ای، دودکش های آن است. در دودکش های دگرسانی، می‌توانیم شاهد دگرسانی کلریتی و دگرسانی سرسیتی باشیم. دگرسانی کلریتی در داخل و دگرسانی سریسیتی در بخش خارجی دودکش ایجاد می‌شود.

در منطقۀ کلریتی، معمولاً عناصرِ آهن و منیزیم اضافه و کلسیم، سدیم و سیلسیم کم می‌شود. این حالت نشان دهندۀ تجزیۀ فلدسپات های مربوط به سنگ های آتشفشانی فلسیک و مافیک است. در منطقۀ کلریتی، پتاسیم کاهش یافته اما در منطقۀ سریسیتی واقع در اطرافِ آن، پتاسیم افزایش می‌یابد. توجه داشته باشید که منطقۀ سریستی همیشه هم غنی از پتاسیم نیست.

در عدسی های سولفیدی چه کانه هایی وجود دارد؟

همانطور که گفتیم، تودۀ عدسی شکل سولفیدی، اصلی ترین بخش ساختمان هر کانسار سولفید توده ای است. زیرا کانه هایی که برای ما از نظر اقتصادی ارزش دارند، در این بخش تجمع می‌یابند. این مواد معدنی شامل کانه های سولفیدی، کانه های غیر سولفیدی و کانی های باطله است.

معمول ترین کانه و کانی های موجود در عدسی های سولفیدی کانسارهای Massive sulfide عبارتند از:

الف- کانه های سولفیدی در کانسار سولفید توده ای

• پیریت
• پیروتیت
• کالکوپیریت
• اسفالریت
• گالن
• سولفوسالت ها و بورنیت (به ندرت)

ب- کانه های غیر سولفیدی فلزی

• مگنتیت
• هماتیت
• کاسیتریت (SnO₂)

ج- کانی های باطله

کانی های باطله ای که در عدسی های سولفیدی همراه با سولفیدها ته نشین می‌شوند عبارتند از:

• کوارتز
• کلریت
• باریت
• ژیپس
• کربنات ها

ساخت منطقه ای در کانسارهای سولفید توده ای

در یک کانسار سولفید توده ای، از مرکز منطقۀ دگرسانی لوله ای به طرف خارج و بالا تا زیرِ تودۀ سولفیدیِ عدسی شکل، یک کاهش سیستماتیک در نسبت کالکوپیریت به اسفالریت + گالن و یا نسبت مس به روی رخ می‌دهد. این حالت، مشخص ترین ساخت منطقه ای کانسارهای سولفید توده ای است.

سایر کانی های فلزی، پیروتیت، مگنتیت و بورنیت در مرکز بخش داربستی و نیز در بخش میانی تودۀ سولفیدی عدسی شکل تشکیل می شود.

باریت در صورت حضور، همراه با گالن و اسفالریت، در خارجی ترین بخش از تودۀ عدسی شکل تشکیل می‌شود.

پیریت در تمامی مناطق یک کانسار سولفید توده ای یافت می‌شود؛ اما هرگاه مقدار اسفالریت نسبت به کالکوپیریت بیشتر باشد، مقدار پیریت به ماکسیمم می‌رسد.

در بیشتر حالات، یک لایۀ نازک سیلیسیِ متصاعدیِ غنی از پیریت یا هماتیت و یا آنکه یک لایۀ توفیت، تودۀ معدنی سولفیدی را می‌پوشاند. این لایۀ رسوبی، نشان دهندۀ ته نشینی در مراحل آخر فعالیت سیستم گرمابی است. در بعضی مناطق، تشکیلاتِ آهن حاوی مگنتیت و هماتیت و یا تشکیلات اکسید منگنز همراه با کانسار سولفید توده ای یافت می‌شود (لیدون، 1988).