ماسه سنگ چیست انواع آن کدامند و چه کاربردی دارد؟

ماسه سنگ (Sand stone) یک سنگ رسوبی است که عمدتاً از قطعات ماسه، یعنی دانه‌هایی با اندازه ۰.۰۶۲۵ تا ۲ میلی‌متر تشکیل شده است. جنس این دانه‌ها اغلب کوارتز است؛ پس از آن، فلدسپات، میکا و قطعات سنگ نیز می توانند وجود داشته باشند. بافت دانه ای، تخلخل خوب و تنوع رنگی، از ویژگی ماسه سنگ‌ها است. کاربرد ماسه سنگ، استفاده در ساختمان سازی، ساخت شیشه و سنگفرش خیابان ها و بوستان‌هاست. این سنگ‌ها در مناطق کم عمق دریاها، بادبزن‌های عمیق دریایی و یخچال های طبیعی تشکیل می‌شوند. بر اساس محیط تشکیل و در نتیجه دانه های اصلی موجود در ماسه‌سنگ‌ها، انواع مختلفی از این سنگ‌ها شکل می‌گیرند؛ از جمله کوارتز آرنایت، ماسه‌سنگ فلدسپاتی و ماسه‌سنگ رسی. Sand stone ها، سنگ های مخزن مهمی برای گاز، نفت و آب هستند. سَند استون کوارتزی خالص (کوارتز آرنایت) به عنوان منبع سیلیس برای شیشه سازی ارزشمند هستند. با کوه سنگ همراه باشید.

ماسه سنگ چیست؟

ماسه سنگ نوعی سنگ رسوبی آواری است که از ذراتی با اندازۀ ماسه، یعنی 0.06 تا 2 میلیمتر تشکیل شده است. جنس این ذرات عمدتاً فلدسپات و کوارتز است؛ اما انواع مختلف خرده های سنگی نیز در آن وجود دارند. این خرده های سنگی توسط موادی مانند سیلیس، کربنات کلسیم یا اکسیدهای آهن فشرده و چسبیده می‌شوند. به این ترتیب، انواع مختلفی از ماسه سنگ ایجاد می شود.

Sandstone از جمله سنگ های رایج است که در سراسر جهان یافت می‌شود و اغلب در مناطقی که تجمع ماسه زیاد است، مانند بیابان‌ها، بستر رودخانه‌ها یا مناطق ساحلی، تشکیل می‌شود.

ترکیب (کانی های اصلی) ماسه سنگ ها

ترکیب و شیمی ماسه سنگ ها متغیر است. اما ترکیب اصلی و اساسی آن ها شامل سه کانی اصلی است:

1. کوارتز (به اختصار با حرف Q نشان داده می شود).
2. فلدسپات (به اختصار با حرف F نشان داده می شود).
3. خرده سنگ یا لیتیک (به اختصار با حرف R و یا L نشان داده می‌شود).

کوارتز می‌تواند به صورت دانه‌های منفرد باشد و یا اینکه به صورت مجموعه‌ای از دانه‌ها باشد که مرزهای آن‌ها در هم رشد کرده است (انبوهه های چند بلوری).

فلدسپات ها شامل انواع آلکالن و پلاژیوکلاز است.

خرده های سنگی (R) شامل انبوهه های چند کانیایی از جمله چرت است.

خرده های لیتیک شامل فقط قطعات ناپایا است؛ مثل خرده های شیل، قطعات سنگی آتشفشانی، قطعات سنگی پلوتونیک و معادل های دگرگونی آن ها شیست، فیلیت، اسلیت و سرپانتینیت.

کانی های فرعی ماسه سنگ ها

همه سنگ‌ها علاوه بر کانی‌های اصلی، کانی های فرعی نیز دارند. کانی‌های فرعی sand stoneها، معمولاً کانی‌هایی هستند که سنگین تر از معمول هستند یا نسبت به سایش و انحلال مقاوم اند. این کانی‌ها عبارتند از:

• هورنبلند
• گلوکوفان
• مسکویت
• بیوتیت
• گارنت
• اپیدوت
• تورمالین
• زیرکن
• سیلیمانیت
• کیانیت
• مگنتیت
• ایلمنیت

کانی های دیاژنتیکی سند استون ها

برخی کانی ها نظیر فلدسپات آلکالن، روتیل و تورمالین ممکن است به صورت دیاژنتیکی در sand stoneها تشکیل شوند.

در هر sand stone ممکن است یکی یا تعدادی از کانی های فرعی یا دیاژنتیکی وجود داشته باشد؛ هر یک از این کانی‌ها، شرایط فرسایش و رسوبگذاری خاصی را نشان داده و منعکس می‌کنند.

انواع ماسه سنگ

Sane stoneها می‌توانند به دلیل شرایط زمین‌شناسی مختلفی که در آن تشکیل می‌شوند، از نظر ترکیب، ساختار و ویژگی‌های خود بسیار متفاوت باشند. مهمترین انواع ماسه سنگ‌ ها عبارتند از:

1. آرنایت (Arenite)
2. ماسه‌ سنگ سیلیسی (Silica sandstone)
3. ماسه‌سنگ فلدسپاتیک (Feldspathic Sandstone)
4. ماسه‌سنگ میکایی (Micaceous sandstone)
5. ماسه‌سنگ رسی (Clay Sandstone)
6. کوکونینو (Coconino Sandstone)

1- آرنایت

آرنایت اصطلاحی است که برای ماسه‌سنگ‌هایی با درصد بالای دانه‌های کوارتز به کار می‌رود. این نوع ماسه‌سنگ اغلب جورشدگی خوبی دارد، به این معنی که اندازه دانه‌ها نسبتاً یکنواخت است.

 2- ماسه سنگ سیلیسی

ماسه سنگ سیلیسی نوعی ماسه سنگ است که عمدتاً از دانه های کوارتز (SiO₂) تشکیل شده است. دانه های کوارتز توسط سیمانی از سیلیس به هم چسبیده‌اند. محتوای بالای کوارتز و وجود سیمان سیلیسی، Silica sandstone را به سنگی قوی، بادوام و نفوذ ناپذیر تبدیل کرده است. این نوع سند استون اغلب در ساختمان سازی و کارهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 3- ماسه‌سنگ میکایی

ماسه سنگ میکایی، به دلیل وجود میکا، ظاهری براق داشته و به آن، مقاومت استثنایی در برابر سایش می‌دهد. این سنگ اغلب برای کفپوش فضای بسته استفاده می‌شود.

4- آرکوز

به ماسه سنگ های با محتوای بالای فلدسپات، به ویژه ارتوکلاز، آرکوز گفته می‌شود. مشخصه آرکوز، فراوانی دانه‌های فلدسپات در آن است؛ به این صورت که حداقل ۲۵٪ از سنگ را تشکیل می‌دهند. اصطلاح “آرکوز” از کلمه یونانی “arkos” به معنای “سخت” گرفته شده است که منعکس کننده ماهیت بادوام و مقاوم این سنگ است. بنابراین، در این ماسه‌سنگ فلدسپاتیک، علاوه بر کوارتز، مقدار قابل توجهی فلدسپات وجود دارد. فلدسپات می‌تواند در رنگ این سنگ نقش داشته باشد و بر کارایی آن تأثیر بگذارد.

5- ماسه سنگ رسی

سنگ‌ماسه رسی، سنگ حاوی مقدار قابل توجهی رس و همچنین کوارتز و سایر کانی‌ها است. وجود رس به توانایی سنگ در نگه داشتن آب کمک می‌کند. گریوِک (Greywacke) نوعی ماسه‌سنگ رسی است که بسیار سخت است و جورشدگی ضعیفی دارد. این ماسه‌سنگ درصد زیادی از سنگ‌های زیرزمین نیوزیلند را تشکیل می‌دهد و بنابراین یک سنگ مهم در سراسر این کشور است. رنگ گریوِک ها تیره است. محیط تشکیل این سنگ ها اغلب بخش های عمیق و کم اکسیژن دریاها می‌باشد.

6- کوکونینو

کوکونینو نوعی ماسه سنگ معروف است که در ایالات متحده، به ویژه در گرند کانیون، یافت می‌شود. این سنگ اغلب با لایه بندی متقاطع خود مشخص می‌شود. محیط تشکیل آن احتمالاً در تپه‌های شنی باستانی بوده است. در گرند کنیون، این ماسه‌سنگ به رنگ بژ-قهوه ای روشن است و اغلب در دیواره‌های بالاتر دره دیده می‌شود. تشکیل کوکونینو ناشی از رسوب عظیم شن و ماسه در زیر آب دریایی تفسیر شده است. به عبارت دیگر، کوکونینو شواهد چشمگیری از یک سیل جهانی ارائه می‌دهد (Dr. Whitmore).

ویژگی ماسه سنگ ها و راه های تشخیص آن

sand stone ها ویژگی های خاص خود را دارند. این ویژگی ها، نشانه‌هایی هستند که می‌توانند در شناسایی و تشخیص ماسه سنگ‌ها به ما کمک کنند.

1. بافت دانه ای
2. تنوع رنگ
3. تخلخل
4. ورقه ورقه شدن

1- بافت ماسه سنگ ها

بافت ماسه‌سنگ‌ ها از نوع  دانه‌ای آواری (Grainy texture) با دانه‌های قابل مشاهده به اندازه ماسه (0.06-2 میلی‌متر) است. این بافت نتیجه تجمع دانه‌های ماسه در طول فرآیند تشکیل آنهاست. بنابراین، ظاهر ماسه‌سنگ بسته به منشأ آن، از ریز و همگن تا درشت و ناهمگن، بسته به اندازه و شکل دانه‌های ماسه، متفاوت است.

sand stone هایی که در آن‌ها، هیچ ماتریکسی وجود ندارد و دانه‌ها جورشدگی و گرد شدگی خوبی دارند، مچور یا سوپر مچور هستند.

جور شدگی متوسط تا ضعیف و با ماتریکس کم یا بدون ماتریکس: ساب مچور.

انواع با ماتریکس قابل ملاحظه: ایمچور هستند.

بافت: (قابل مشاهده با چشم).

2- تنوع رنگ

انواع مختلف ماسه‌سنگ‌ها می‌توانند رنگ‌های متنوعی داشته باشند. از رنگ زرد گرفته تا رنگ‌های سفید، خاکستری، بژ، قهوه‌ای یا قرمز. این رنگ‌ها نتیجه وجود مواد معدنی و اکسیدهای آهن در ترکیب سنگ هستند.

3- تخلخل

زمانی که دانه های ماسه در کنار هم قرار می‌گیرند، یک فضای بین دانه ای میان شان ایجاد می‌شود. این حالت باعث می‌شود تا این سنگ ها عموماً متخلخل باشند. این تخلخل می‌تواند بسته به درجه سیمانی شدن سنگ متفاوت باشد.

نام گذاری ماسه سنگ

چند طبقه بندی علمی برای سند استون ها ارائه شده است.

در یک طبقه بندی، برای نامگذاری و تعیین نوعِ ماسه سنگ، دانه و ماتریکس (زمینه) سنگ را ملاک قرار می‌دهند. در این طبقه بندی، سیمان که یک فرایند دیاژنتیک (پس از رسوب گذاری) است نادیده گرفته شده است.

برخی از طبقه بندی‌ها مثل طبقه بندی مک براید و فولک، به ترکیب ناشی از نسبت‌های دانه سنگ متکی هستند و ماتریکس را به عنوان معیار طبقه بندی استفاده نمی‌کنند.

دات (1964) برای طبقه بندی و نام گذاری ماسه سنگ ها، مواد ماتریکس را در نظر می‌گیرد. به این صورت که اصطلاح آرنایت را برای Sand stone ‌هایی که 5% یا کمتر ماتریکس دارند، به کار می‌برد و اصطلاح وک را برای Sand stone هایی که بیشتر از 5% ماتریکس دارند استفاده می‌کند.

در طبقه بندی‌های دیگر، از جمله پتی جان و دیگران (1987) از اصطلاح گری وک استفاده می‌شود. این اصطلاح برای sand stoneهایی به کار می‌رود که در آن، مواد ماتریکس شامل میکاها، کلریت و رس ها، مشخصاً بیشتر از 15% سنگ را تشکیل داده است.

با توجه به اهمیت ماتریکس در سند استون‌ها، اصطلاح گِری وَک (Greywacke) و وک (Wacke) در نام گذاری این سنگ‌ها بسیار استفاده می‌شود.

ماتریکس در sandstone

در Sand stone ها، ماتریکس می‌تواند به دو صورت باشد:

1. ماتریکس تخریبی یا اولیه: این ماتریکس اطلاعاتی در مورد منشاء و حمل و نقل رسوب به دست می‌دهد.
2. ماتریکس دیاژنتیک یا ثانویه: اطلاعاتی را دربارۀ شرایط بعد از رسوبگذاری آشکار می‌سازد.

بر اساس طبقه بندی دات (1964) اگر تمام مواد ماتریکس موجود در یک Sand stone، منشاء دیاژنتیک داشته باشند، آن ماسه سنگ از نوعِ آرنایت است. در تمام موارد دیگر، سند استون‌های با ماتریکس 5% یا کمتر، آرنایت و انواعِ با ماتریکس بیشتر از 5% وک نامیده می‌شوند.

بیشتر ماسه‌هایی که 10 تا 30 درصد ماتریکس دارند، به طور مستقیم از طریق رسوبگذاری تشکیل نمی‌شوند. از این رو، به نظر می‌رسد فرایندهای رسوبگذاری یا دیاژنتیکی بایستی مسئول منشاء مواد ماتریکس اضافی در وک‌ها باشند.

محیط تشکیل

Sand stone ها در طیف وسیعی از محیط ها تشکیل می‌شوند:

1. محیط های یخچالی – رودخانه ای آلپی.
2. مناطق کم عمق دریایی که منجر به رسوب گذاری لایه نازک گسترده‌ای از ماسه به وسعت هزاران کیلومتر مربع می‌گردد.
3. بادبزن‌های عمیق دریایی که در آنجا sand stoneهایی به وسعت هزاران کیلومتر ایجاد می‌کند؛ اما ضخامت‌شان 15 کیلومتر است و شامل واحدهای ماسه‌ای تخت تا گوه ای شکل می‌باشند.

وجود یا عدم وجود فسیل، به ما کمک می‌کند تا محیط شکل گیری سنگ‌ها را تشخیص دهیم. حضور فسیل نشان دهندۀ تشکیل ماسه سنگ در محیط های دریایی و اقیانوسی است.

مراحل دیاژنز ماسه سنگ ها

تبدیل شدن رسوبات ماسه به سنگ و شکل گیری sandstone، یک توالی عمومی را طی می‌کند. به عبارت دیگر، برای آنکه رسوبات پراکنده ماسه در یک جا جمع شوند و به سنگی رسوبی به نام ماسه سنگ تبدیل شوند، باید یک سری مراحل طی شود. این مراحل به صورت زیر است:

1. رسوبگذاری
2. سیمانی شدن
3. تراکم با درجازایی؛ درجازایی از طریق دگرسانی و جانشینی، ایجاد ماتریکس (زمینه) می‌کند.
4. سیمانی شدن
5. انحلال و ایجاد تخلخل ثانوی
6. رسوبگذاری و سیمانی شدن ناشی از درجازایی تأخیری
7. انحلال تأخیری یا تبلور دوباره جزئی، جانشینی و سیمانی شدن. از جمله تشکیل هماتیت، جانشین شدن گوتیت بجای پیریت و رسوب گذاری کلسیت.

اهمیت مطالعه sand stoneها

ماسه سنگ ها تغییرات دیاژنتیکی مهمی را تحمل می‌کنند که برای کارهای علمی و اقتصادی مورد توجه است. این سنگ‌ها، از سنگ های مخزن اصلی برای انباشت های هیدروکربنی و آب زیر زمینی هستند. از این رو، تغییرات تخلخل و تراوایی ناشی از دیاژنز در این سنگ‌ها، با جزئیات بیشتری مورد مطالعه قرار گرفته است. فرایندهای دیاژنتیکی مانند تراکم، سیمانی شدن، درجازایی و تبلور دوباره است.

تعیین قرارگاه رسوب گذاری با استفاده از ماسه سنگ ها

اجزای تخریبی موجود در ماسه سنگ ها، اطلاعات مهمی دربارۀ منشاء و قرارگاه رسوبگذاری ارائه می‌دهد. منشأ ماسه‌سنگ به فرآیندهای زمین‌شناسی مربوط به رسوب‌گذاری و سیمانی شدن بعدی رسوبات ماسه‌ای در طول میلیون‌ها سال مرتبط است. چرخه تشکیل ماسه‌سنگ با شکستن و فرسایش سنگ‌های از پیش موجود، مانند گرانیت، گنیس یا سنگ‌های رسوبی قدیمی‌تر آغاز می‌شود. این مواد توسط باد، آب یا یخ حمل شده و در مناطقی مانند رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، دریاها یا بیابان‌ها رسوب می‌کنند.

• ماسه سنگ هایی که از فلدسپات و خرده سنگ های آذرین (آتشفشانی و نفوذی) غنی هستند، نشان دهندۀ منشاء قوسی (کمان جزایر) هستند.
• ماسه سنگ های تک بلوری غنی از کوارتز، مشخصه کراتون های داخل قاره‌ای و حاشیه های غیر فعال هستند.
• انواع غنی از کوارتز و خرده های لیتیک، مبین رسوبات چرخۀ دوم از کمربندهای کوهزایی به ویژه، کوهزایی‌هایی که با سنگ‌های رسوبی فراوان هستند.
• ماسه سنگ های غنی از کوارتز و فلدسپات و فقیر از خرده های لیتیک، منشاء کراتونی دارند.

توجه داشته باشید که مکان های رسوبگذاری، همیشه در همان قرارگاه تکتونیکی محل منشاء نیست. از این رو، ترکیبات ماسه سنگ ها ممکن است منشاء را منعکس نمایند اما لزوماً تعیین کنندۀ یک قرارگاه تکتونیکی ویژه نیستند.

کاربرد ماسه سنگ

یکی از موارد استفاده ماسه سنگ ها، استفاده در نمای ساختمان‌ها است. در اروپا، بسیاری از قلعه‌ها و کلیساهای جامع قرون وسطایی با sand stone ساخته شده‌اند. این سنگ ها مقاومت خوبی در برابر شرایط اقلیمی دارند و از این رو، به عنوان سنگ نما ساختمان‌ها استفاده می‌شود. برخی دیگر از کاربردهای ماسه سنگ در ادامه بیان شده است.

• استفاده به عنوان سنگفرش خیابان‌ها، میادین، پیاده‌ روها و سنگ کف حیاط‌ و ویلا در مناطق شهری و روستایی.
• استفاده در ساخت دیوارهای حائل، دیوارهای نگهدارنده آب و سازه‌های پشتیبان.
• استفاده برای حکاکی مجسمه‌ها و عناصر تزئینی در ساختمان‌ها و فضاهای عمومی به دلیل قابلیت شکل‌پذیری خوب ماسه سنگ ها.
• تولید سنگ مالون برای استفاده در نما و استفاده به عنوان سنگ پله.
• استفاده به عنوان سنگ استخر برای عرشه و پیرامون استخر.

سؤالات متداول

1. ماسه سنگ چه سنگی است؟ سنگ رسوبی
2. آیا سند استون نفوذ پذیر است؟ بسته به اینکه درصد دانه های ماسه نسبت به ماتریکس یا سیمان سنگ چقدر باشد، ماسه سنگ می‌تواند نفوذپذیر و نفوذناپذیر باشد. مثلاً ماسه‌سنگ‌های نفتی، تخلخل و نفوذپذیری لازم برای ذخیره‌سازی و جریان هیدروکربن‌ها را دارند.
3. انواع Sandstone کدامند؟ کوارتز آرنایت، آرکوز، ماسه سنگ سیلیسی، آهکی، کوارتزی، رسی و ماسه سنگ میکایی.