چنانچه در یک توده اسکارن، دگرسانی قهقرایی رخ دهد و عناصری نظیر آهن و تنگستن نهشته شود و کانهزایی به مقدار مناسب صورت گیرد، یک ذخیرۀ معدنی به نام کانسار اسکارن به وجود میآید. بسته مقدار به اینکه غلظت کدام فلز غالب باشد، انواع مختلفی از کانسار اسکارن به وجود میآید که میتواند شاملِ کانسارهای آهن، کلسیمی، منیزیمی، مولیبدن و کانسار سرب و روی اسکارن باشد. تنگستن مهمترین ماده معدنی اسکارنها است؛ بنابراین، از میان انواع کانسار اسکارن، کانسارهای تنگستن بسیار مهم هستند. برای ایجاد و شکل گیری کانسار اسکارن، سه مرحله لازم است: دگرگونی مجاورتی، تشکیل اسکارن و در نهایت دگرسانی قهقرایی. دگرسانی قهقرایی، مهمترین مرحلۀ شکل گیری این کانسارها است. این دگرسانی، به دگرسانی تأثیری نیز معروف است؛ زیرا چنانچه رخ ندهد، حتی با وجود دگرگون شدن سنگها، کانساری ایجاد نخواهد شد!
کانسار اسکارن چیست؟
اسکارن یک ناحیۀ دگرگونی است که در آن، سنگ های کربناتی در تماس با ماگماهای نفوذی آذرین قرار میگیرند. بر اثر این تماس، سنگهای رسوبی کربناته توسط مقادیر زیادی سیلیکون، آلومینیوم، آهن و منیزیم مورد هجوم قرار میگیرند. کانههایی که معمولاً در اسکارن وجود دارند عبارتند از اکسیدهای آهن، کالک سیلیکات (ولاستونیت، دیوپسید، فورستریت)، گارنت آندرادیت و گروسولاریت، اپیدوت و کلسیت. بسیاری از اسکارن ها شامل مواد معدنی سنگ معدن نیز میشوند. کانسارهای اسکارن در گذشته به کانسارهای پیرومتاسوماتیک موسوم بودند (Lindgren, 1922). واژۀ اسکارن بدواً توسط متخصصان سنگ های دگرگونی مورد استفاده قرار گرفت.
انواع کانسار اسکارن
آهن، تنگستن، مس، سرب، روی، مولیبدن و قلع فلزاتی هستند که میتوانند در اسکارنها یافت شوند. چنانچه ته نشینی و تجمع این فلزات در اسکارن ها، بیش از حد معمول شود، منجر به تشکیل کانسار آن فلز میگردد. بدین ترتیب، انواع مختلفی از کانسار اسکارن به وجود میآید که عبارتند از:
- کانسار اسکارن آهن
- کانسار اسکارن تنگستن
- کانسار اسکارن مس
- اسکارن سرب – روی
- اسکارن مولیبدن
- کانسار اسکارن قلع
کانسار اسکارن آهن
اسکارن آهن در نواحی بعد از کوهزایی، همراه با کوارتز مونزونیت و گرانیت و در حاشیههای قارهای گسیخته همراه با دیاباز تشکیل میگردد. آهن از بسیاری از کانسارهای اسکارن دیگر که بخاطر عناصر دیگر استخراج میشوند نیز به دست میآید. تناژ کانسارهای مگنتیت از 2 تا 10 میلیون تن (برای کانسارهای کوچک) تا 40 الی 300 میلیون تن برای کانسارهای بزرگ متغیر است. کانسارهای اسکارن آهن را میتوان در سایتهای زمین شناسی زیر جستجو کرد:
- در جزایر قوسی همراه با سنگهای دیوریتی.
- در حاشیه قاره ای نوع آند همراه با سنگهای کوارتز مونزونیتی.
کانسار اسکارن کلسیمی
از نظر تکتونیکی، کانسارهای اسکارن کلسیمی در موقعیت تکتونیکی جزیرۀ قوسی تشکیل میشوند. سنگ های نفوذی مربوط به این محیط های تکتونیکی، از گابرو تا گرانودیوریت متغیر است. اما دیوریت معمولترین سنگی است که با کانسار اسکارن کلسیم یافت میشود. در این کانسار اسکارنی، مگنتیت کانه اکسیدی اولیه است و هماتیت بر اثر هوازدگی سطحی مگنتیت حاصل میشود. پیریت و کالکوپیریت نیز به مقدار فرعی موجود است. اسکارن های کلسیمی موجود در سنگ های آذرین، حجیم هستند. از دیگر ویژگی های کانسار اسکارن کلسیمی عبارتند از:
- همراهی آن ها با گابرو و دیوریت در توالی های آتشفشانی رسوبی
- گستره بودن جانشینی سدیم
- حضور مقادیر غیرعادی کبالت و نیکل
کانسار اسکارن منیزیمی
کانسارهای اسکارن منیزیمی مگنتیت، در حاشیه های نوع آند و درون سنگ های دولومیتی تشکیل میشوند. کانسارهای اسکارن کلسیمی مگنتیت، در سنگ های آهکی تشکیل و یافت میشوند؛ محیط تکتونیکی تشکیلشان نیز جزیرۀ قوسی است.
در مناطق تکتونیکی حاشیه قاره، سنگ های کوارتز مونزونیتی فقیر از آهن، فقط قادر به تشکیل اسکارن در سنگهای دولومیتی هستند. این کانسار اسکارن معمولاً همراه با توده های استوک و یا دایک مانند با ترکیب گرانودیوریت یا کوارتز مونزونیت و ندرتاً گرانیت یافت میشود. این توده های نفوذی معمولاً “درون اسکارن” ندارند. چنانچه درون اسکارن داشته باشند، شامل فلدسپار ثانویه، کلریت و به مقدار فرعی اپیدوت میباشند. اولین مرحلۀ تشکیل اسکارن، تشکیل اسکارنِ دیوپسید – اسپینل به طرف تودۀ نفوذی و فورستریت کلسیت به طرف دولومیت است. اسکارنِ بدونِ آبِ مربوط به مرحلۀ اول، در برخی کانسارها توسط اسکارنهای کلسیکِ گارنت – پیروکسن تحت تأثیر قرار میگیرد. این مرحله، به اسکارنهایی که به طرف ترکیبات غنی از سولفید تکامل مییابند، اختصاص دارد. اما در کانسار اسکارن مگنتیت که از گوگرد فقیر هستند، کانیهایی که در مرحلۀ تأخیری تشکیل میشوند، هومیت، فلوگوپیت، سرپانتین و برات ها، همراه با مگنتیت میباشند.
کانسار اسکارن تنگستن
مهمترین مادۀ معدنی اسکارنها، تنگستن است. کانسارهای اسکارن تنگستن در توده های نفوذی کالک آلکالن یافت میشوند. جنس این تودههای نفوذی، معمولاً گرانودیوریت تا کوارتز مونزونیت و بافت شان، پورفیری است. تنگستن به دلیل شرایط فیزیکو شیمیایی خاص و ناپایداری کمپلکس های فلزی، نسبت به فلزات دیگر (مثل مس و مولیبدن) همواره در اعماق بیشتری نهشته میشود. کانسارهای تنگستن که در اسکارنها شکل میگیرند، دو نوع هستند. انواع اسکارن تنگستن عبارتند از:
- اسکارن های تنگستن احیایی: در سنگ های میزبان زغال دار و یا در اعماق زیاد تشکیل میشوند. در اسکارنهای احیایی، مقادیر زیادی از مجموعه های آهن دو ظرفیتی (مثل گارنت آلماندین)، بیوتیت و هورنبلند وجود دارد.
- اسکارن های تنگستن اکسیدی: در سنگ های میزبان هماتیتی و فاقد زغال و در عمق کم تشکیل میشوند. اسکارن های اکسیدی تنگستن، حاوی مقادیر زیادی از مجموعه های آهن سه ظرفیتی مثل اپیدوت و گارنت آندراتیت میباشند.
توجه داشته باشید که مقادیر آهن دو ظرفیتی، حتی در فازهای مربوط به اسکارنهای تنگستن غنی از آهن سه ظرفیتی، بیشتر از اسکارنهای مس است.
فازهای آبدار مثل بیوتیت، هورنبلند، اکتینولیت و اپیدوت در اسکارنهای تنگستن معمول است؛ بخصوص در نزدیکی تودۀ نفوذی و در طول راهروهای مربوط به سیالات گرمابی.
درجه حرارت تشکیل برای مرحلۀ اولیۀ اسکارن، بین 500 تا 600 درجۀ سانتیگراد و برای دگرسانی قهقرایی 450 تا 300 درجۀ سانتیگراد عنوان شده است.
کانسارهای اسکارن تنگستن نیز معمولاً با دگرسانی قهقرایی همراه هستند. علت تشکیل کانسار سازی تنگستن در این مرحله، آزاد شدن مقادیر زیادی کلسیم، در حین تجزیۀ کانی های پیروکسن و گارنت در نتیجۀ دگرسانی قهقرایی است که باعث ته نشینی تنگستن از محلول میگردد.
به طور کلی، زمین شناسی و کانی شناسی کانسار اسکارن تنگستن با کانسارهای اسکارن مس و سرب و روی همراه با نفوذیهای کالک آلکالن متفاوت است. این تفاوت، عمدتاً ناشی از نهشته شدن تنگستن در شرایط داغتر و عمیقتر است.
کانسار اسکارن مس
بیشترِ کانسارهای اسکارن مس، همراه با استوک های گرانودیوریتی تا کوارتز مونزونیتی در کمربندهای کوهزایی حاشیه قاره ای یافت می شوند.
انواع اسکارن مس:
- اسکارن های مس همراه با استوک های بی بر (استوک های نابارور / فاقد کانی سازی)
- اسکارن های مس همراه با استوک های مربوط به کانسارهای مس پورفیری.
استوک هایی که با کانسارسازی مس از نوع اسکارن و پورفیری مرتبط هستند، دارای دگرسانی پتاسیک و فیلیک با شدت متفاوت هستند. همراه با آن ها، کانسار سازی رگچه ای و انتشاری سوفید مس – آهن یافت میشود. پدیدههای دگرسانی و کانسارسازی نشانه آن است که سیالات گرمابی (هم ماگمایی و هم جوی) اکسید شدهاند. کانسارهای اسکارن که همراه با این استوکها یافت میشوند، حاوی گارنتهایی هستند که این گارنتها، از آهن سه ظرفیتی غنی هستند. مقادیر زیاد آهن سه ظرفیتی، حالت نشانه شرایط اکسیدی است.
اگر سنگهای دیواره، آهکی باشد و تودۀ نفوذی دگرسانی پتاسیک در آن ایجاد کند، کانیهای زیر ایجاد میشود:
- گارنت آنداردیتی.
- کلینوپیروکسن دیوپسیدی همراه با پیریت.
- کالکوپیریت.
- مگنتیت.
اگر سنگهای دیواره، دولومیتی باشد و نفوذی دگرسانی پتاسیک در آن ایجاد کند، اسکارن مس حاوی کانیهای زیر خواهد بود:
- فورستریت
- سرپانتین
- مگنتیت
- کالکوپیریت
سولفیدها و اکسیدهای آهن به صورت انتشاری، خطی و همچنین به صورت رگهای در درون اسکارن و به صورت جانشینی در مرمر حادث میشوند. اعتقاد بر این است که کانی اُپاک در تمامی مراحل تشکیل اسکارن و نیز در مرحلۀ نابودسازی اسکارن ته نشین میشوند.
در اسکارن های کلسیمی حضور پیریت-کالکوپیریت-مگنتیت همراه با آندراتیت در نزدیکی توده و بورنیت -کالکوپیریت همراه با ولاستونیت به طرف مرمر، نشان دهندۀ کاهش مقادیر آهن به طرف خارج است.
تغییرات از آندراتیت – کالکوپیریت به طرف ولاستونیت – بورنیت نتیجۀ یک سیال اکسید کنندۀ غنی از آهن است که ولاستونیت را به آندراتیت تبدیل کرده است (Burt, 1972). ته نشینی آندراتیت باعث کاهش نسبت Fe/Cu موجود در سیال شده و در نتیجه، بجای آنکه کالکوپیریت ته نشین شود، بورنیت ته نشین می گردد.
اهمیت اسکارن های منیزیمی مرتبط با کانسارهای مس پورفیری، نسبت به اسکارن های کلسیک کمتر است. این نوع اسکارن، فقط در کریسمس واقع در آریزونا حاوی کانسارسازی است (اینودی و همکاران، 1981).
متنوع بودن کانسارهای اسکارنی که همراه با کانسارهای مس پورفیری یافت می شوند، به شدت دگرسانی قهقرایی بستگی دارد. در کانسارهای پورفیری، این دگرسانی قهقرایی به صورت دگرسانی سریسیتی ظاهر می شود. روند تغییرات در کانسارهای پورفیری مس به صورت کاهش درجه حرارت و فشار و بالاتر بودن شرایط اکسیداسیون – سولفیداسیون و نیز کم شدن نسبت alkali/H+ به طرف خارج می باشد. مطالعات سیالات درگیر، برای دگرسانی سریسیتی، درجه حرارت نزدیک به 300 درجۀ سانتیگراد را پیشنهاد کرده است Roder, 1971)) و مطالعات ایزوتوپی اکسیژن – هیدروژن، دخالت زیاد آب های جوی را در تشکیل این دگرسانی پیشنهاد نموده است (شپارد و تیلور، 1976).
در کانسار اسکارن کلسیمی که با کانسار مس پورفیری مرتبط است، مهمترین کانیهای سیلیکاتی مربوط به دگرسانی قهقرایی، ترمولیت – اکتینولیت و رس اسمکتیتی است. ترمولیت – اکتینولیت جانشین دیوپسید-سالیت میشوند. رس اسمکتیتی نیز جانشین دیوپسید – سالیت و به مقدار کمتر جانشین گارنت می گردد. همراه با دگرسانی قهقرایی، مقادیر زیادی کربنات (کلسیت – سیدریت)، سلیکا (کوارتز، کلسدونی، اپال) و اکسیدها و یا سولفیدهای آهن و به مقدار کمتر تالک، اپیدوت و کلریت یافت میشود. در دگرسانی قهقرایی، روند تغییرات شامل تشکیل سیلیکات های آبدار است که با افزایش شدت دگرسانی قهقرایی، به تدریج از مقادیر کلسیم آنها کاسته میشود (اینودی و همکاران، 1981).
کانسارهای اسکارن سرب و روی
تفاوت کانسار اسکان سرب و روی با سایر کانسارهای اسکارن، وجود کانی های غنی از منگنز و آهن است. ترکیب توده های نفوذی که همراه با اسکارن های سرب و روی یافت میشوند، از گرانودیوریت تا لوکوگرانیت متغیر است. بافتشان نیز از تمام بلورین و همسان دانه تا پورفیری و ریز دانه متغیر است. سایر خصوصیات و مشخصه های کانسار اسکارن سرب و روی عبارتند از:
- حدوث در امتداد فصل مشترک سنگ ها.
- نبود هاله های دگرگونی در اطراف اسکارن.
- حضور پیروکسن به عنوان کانی کالک – سیلیکاتی اصلی.
- همراهی کانسار سازی سولفیدی با پیروکسن بجای گارنت و سایر سیلیکاتها.
- حضور کانی های نشان دهندۀ دگرسانی قهقرایی که شامل ایلوائیت غنی از منگنز، شبه پیروکسنها، آمفیبول ساب کلسیک و کلریت می باشد.
- کانسار اسکارن روی، نسبت به تودۀ نفوذی، به صورت غیر همجوار قرار میگیرد.
کانسارهای اسکارن روی که در نزدیکی فصل مشترک توده های نفوذی باتولیتی همسان دانه یافت میشوند، از سایر کانسارهای اسکارن روی کوچکتر هستند. مقادیر منگنزشان نیز کمتر است.
برخی از کانسارهای بزرگ اسکارن روی را همین اسکارنهای روی که در نزدیکی تودههای نفوذی کوچکتر تشکیل میشوند، به وجود میآورند. در بیشترِ موارد، درون اسکارن شامل اپیدوت، آمفیبول و کلریت است؛ هرچند رودونیت یا رگههای گارنت – ایدوکراز نیز ممکن است وجود داشته باشد. در درون تودۀ نفوذی ممکن است دگرسانیِ گرمابی پتاسیک نیز موجود باشد. در این کانسارها، مناطق اسکارن در طولِ فصل مشترک تودۀ نفوذی، در طول گسل ها و یا در امتداد دایکهای مربوط به قبل از کانسارسازی توسعه مییابد. در بیشتر موارد، کانی کالک سیلیکاتی، کلینوپیروکسن حاوی منگنز همراه با مقادیر زیادی اسفالریت و به مقدار کمتر گارنت میباشد (اینودی و همکاران، 1981).
کانسار اسکارن روی مرتبط با دایک
کانسار اسکارن روی که در نزدیکی دایک ها تشکیل می شود، با کانسارهایی که قبلا تشریح شد، تفاوت دارند. ترکیب دایک ها از گرانودیوریت تا ریولیت متغیر است. ضخامت این دایکها از 1 > تا 10 متر متغیر است؛ لذا به نظر نمیرسد که این دایکها بتوانند گرما و مواد لازم جهت کانسارسازی را تأمین نمایند.
به دلیل موارد زیر، بعضی از محققان، دایک ها را به عنوان عارضهای جهت کنترل ساختمانی کانی سازی میدانند:
- گسترش دگرسانی های رگه ای که مربوط به بعد از انجماد دایک میشود؛
- حضور اسکارن و کانه های سولفیدی به فاصلۀ زیاد از دایکها، در طول گسلها و یا فصل مشترک سنگها؛
- حضور ساخت منطقه ای که فصل مشترک دایکها با سنگهای دیوارهای را قطع می نماید.
در بیشتر موارد، اسکارن به صورت غلافی دایک را میپوشاند. همچنین در طول گسلها و سطح لایه بندی مربوط به سنگ های آهکی، نیز به فاصلۀ زیادی از تودۀ نفوذی گسترش مییابد.
کانسار اسکارن روی غیر همجوار با تودۀ نفوذی
برخی از اسکارنهای روی، در مجاورت توده نفوذی قرار ندارند و ممکن است به صورت غیر همجوار نسبت به یک تودۀ نفوذی شناخته شده و یا ناشناخته قرار گیرند. در این کانسارها تودۀ نفوذی به فاصلۀ چندین کیلومتر از تودۀ معدنی قرار دارد و یا آنکه تودۀ نفوذی در نزدیکی کانسار مشاهده نمیشود. وجود این نوع کانسار، نشانگر اهمیت راهروهای انتقال دهندۀ سیالات کانی ساز در کانسارسازی اسکان است (اینودی و همکاران، 1981).
کانسار اسکارن مولیبدن
کانسارهای اسکارن حاوی مولیبدن از مناطقی مانند استرالیا، اروپا، آفریقا، آمریکای شمالی و روسیه گزارش شده است. نفوذی هایی که همراه با این کانسارها یافت می شوند، تکامل یافته تر از دیوریت، گرانودیوریت و کوارتز مونزونیت مربوط به کانسارهای اسکارن آهن و مس و برخی کانسارهای تنگستن است. برخی از انوع اسکارن حاوی مولیبدن، بخاطر وجود انواع فلزات از جمله مولیبدن، تنگستن، مس و بیسموت استخراج میشوند. فلزات سرب، روی، قلع و اورنیوم نیز ممکن است به طور موضعی حائز اهمیت باشند. این کانسارهای چند فلزی توسط پیروکسن هدنبرژیتی (نشان دهندۀ شرایط احیایی) و گارنت گراندیتی مشخص میشوند.
کانیهای مربوط به دگرسانی قهقرایی شامل هورنبلند، اکتینولیت و به طور موضعی اپیدوت، فلوریت و کلریت میباشند. کانهها نیز عبارتند از مولیبدنیت، شیلیت، کالکوپیریت، بیسموتنیت و به مقدار فرعی اسفالریت و گالن (اینودی و همکاران، 1981).
کانسار اسکارن قلع
کانسارهای اسکارن قلع عمدتاً همراه با تودههای نفوذی گرانیتی یافت میشوند. گرانیت هایی که در ارتباط با کانسارسازی اسکان قلع هستند، نسبت به گرانیت های معمولی، از نظر سیلیس و پتاسیم غنیتر هستند. اکثر گرانیت هایی که با کانسارسازی قلع همراه هستند، خصوصیات مربوط به گرانیت های سری ایلمنیت را از خود نشان میدهند. به طور کلی، کانسارهای اسکارن قلع، کوچک هستند و عیارشان نیز پایین است؛ از این رو، بطور فرعی دارای اهمیت هستند. دو نوع کانسار اسکارن قلع وجود دارد:
- اسکارن قلع کلسیمی: از لحاظ گوگرد غنی هستند.
- اسکارن قلع منیزیمی: از لحاظ گوگور فقیر، از نظر بر غنی هستند.
اسکارن قلع منیزیمی دارای یک توالی تکاملی است که شامل مراحل زیر میباشد:
- مرحلۀ اسکارن اولیه
- مرحلۀ قلع براتی حدواسط
- مرحلۀ کاسیتریت تأخیری
مرحلۀ اسکارن اولیه
در اولین مرحلۀ تشکیل اسکارن، سیالات از نظر شیمیایی، حالت خنثی و یا کمی قلیایی دارند. به این ترتیب، از فصل مشترک گرانیت (تودۀ نفوذی) به طرف مرمر (سنگ میزبان) اسکارن منیزیمی شامل اسپینل، پیروکسن و فورستریت (± کلسیت) است. کانی هایی که در این مرحله تشکیل می شوند، فلورین، بر و قلع ندارند. با تداوم چرخش سیالات گرمابی، کانیهای جدید که حاوی بر و قلع میباشند، تشکیل میشوند. در داخلیترین بخش، اسکارن اولیه به فلوگوپیت مگنتیت و براتهای منیزیمدار (نظیر هولسیت) تبدیل میشود.
قلع در داخل مگنتیت، براتها و یا در نوردن اسکیولدین حادث میشود. مقادیر قلع موجود در براتها با گذشت زمان کاهش مییابد، زیرا انواع غنی از آهن بعداً تشکیل میشوند.
در مرحلۀ نهایی که هجوم سیالات اسیدی شروع میشود، قلع از برات ها آزاد شده و کاسیتریت، فلوئوربوریت، مگنتیت و میکا ته نشین میگردد.
(Fe2+, Mg)2 (Fe3+, Sn4+)2 BO5 + HF → Mg3 (BO3) (F, OH)3 + Fe3O4 + SnO2
فلوئوبوریت → لودوگیت حاوی قلع
در بیشتر اسکارن های کلسیمی قلع، کاسیتریت وجود دارد و قلع در درون آن انباشته می شود. در مورد اسکارن های کلسیمی که کاسیتریت ندارند، قلع در درون کانی های کالک سیلیکاتی مثل آندراتیت و مالایائیت (CaSnSiO5) حضور دارد. در این کانسارها، حدوث یک مرحلۀ قهقرایی که همراه با کانسارسازی سولفیدی است، جهت آزاد سازی قلع ضروری است. در اولین مرحلۀ رشد اسکارن، مجموعههای کلسیک نظیر آندراتیت – ولاستونیت و یا ایدوکراز – مگنتیت فلوریت تشکیل میشوند. این مجموعه، جانشین مرمر میشود. در بیشترِ اسکارنهای کلسیمی، قلع این مرحلۀ اولیه فاقد کاسیتریت است. SnO2 در درون آندراتیت (به مقدار 0.5 تا 5.8 درصد وزنی) و به ندرت در درون آکسینیت (تا 0.3 درصد وزنی) یا آمفیبول (1 تا 3 درصد وزنی) وجود دارد.
در مرحلۀ بعدی رشد اسکارن، قلع ممکن است به صورت مالایائیت همراه با بوروسیلیکاتهایی نظیر دانبوریت (CaBSiO6)3 ته نشین شود. مالایائیت معمول ترین کانی قلع است که در اسکارن های غنی از ولاستونیت حادث می شود. مالایائیت در حرارت بالا و شرایط احیایی مربوط به مراحل اولیه رشد اسکارن تشکیل میشود. در شرایط اسیدی و درجه حرارت پایین، کانیهایی مثل مالایائیت و آندراتیت میشکند و تولید کاسیتریت، کوارتز، فلوریت و کلسیت مینماید؛ واکنش زیر:
CaSnSiO5 + CO2 → CaCO3 + SiO2 + SnO2
در این مرحله، سولفیدهای فقیر از گوگرد نظیر پیروتیت، آرسنوپیریت و به ندرت لالجیت، کاسیتریت، اسفالریت و بورنیت تشکیل میشود.
ارتباط بین ترکیب تودۀ نفوذی و انواع کانسار اسکارن
بین کانسارهای اسکارن و ترکیب تودۀ نفوذی همراه، رابطه ای قوی حاکم است. در شکل زیر، میانگین ترکیب توده های نفوذی در انواع اسکارنها نشان داده شده است. در یک انتهای طیف، اسکارن های قلع و مولیبدن با توده های نفوذی غنی از سیلیکا و شدیداً تفریق یافته قرار دارند. در انتهای دیگر طیف، اسکارنهای آهن، با تودۀ نفوذی فقیر از سیلیکا، غنی از آهن و توده های نفوذی اولیه (تفریق نیافته) وجود دارد. البته در یک کانسار اسکارن ممکن است توده های نفوذی با ترکیبات مختلف وجود داشته باشند.
مراحل تکامل کانسارهای اسکارن
تکامل کانسارهای اسکارن طی سه مرحله، به صورت زیر بیان شده است:
- دگرگونی مجاورتی ایزوکمیکال.
- تشکیل اسکارن (متاسوماتیسم).
- دگرسانی قهقرایی.
این مراحل پی در پی رخ میدهند و تقریباً در تمامی کانسارهای اسکارن اتفاق میافتد. توسعۀ هر مرحله، به محیط زمین شناسی که اسکارن در آن تشکیل میشود، مربوط میگردد. در ادامه، هر یک از این مراحل توضیح داده شده است.
1- دگرگونی مجاورتی اولین مرحلۀ تشکیل کانسار اسکارن
هرگاه ماگما به بخش های بالایی پوسته راه پیدا کند و در اطراف توده های آهکی قرار گیرد، توده های آهکی را دچار دگرگونی می کند. این دگرگونی از نوع مجاورتی است. در اثر این دگرگونی، در اطراف ماگما، کانی های جدید ایجاد میشود. شکل گیری این کانی ها، سبب ایجاد یک هاله در اطراف توده نفوذی (ماگما) می گردد. بسته به اینکه سنگ اولیه موجود در منطقه آهکی باشد یا دولومیتی، هاله های دگرگونی شامل کانیهای زیر خواهد شد:
- در سنگهای شیلی آهکدار: سیلیکات های کلسیم و آلومینیوم.
- در دولومیتهای سیلتی: مارن و سیلیکات های کلسیم و منیزیم.
- در آهکهای چرتدار: ولاستونیت.
اگر تودۀ ماگمایی نفوذی در عمق زیاد سبب دگرگون کردن سنگ مادر شود، هالۀ دگرگونی ممکن است تا کیلومترها در اطراف توده نفوذی گسترش یابد. در شرایط نیمه عمیق، گسترش هاله دگرگونی کمتر است.
سنگ های کالک سیلیکاتی، مرمری و هورنفلسی نشانگر مرحلۀ اول شکل گیری اسکارن هستند. همانطور که قبلا هم بیان شد، مرحلۀ اول، درواقع مرحلۀ دگرگونی است. کانسارسازی در مرحلۀ دگرگونی صورت نمیگیرد، اما دگرگونی یک عمل زمینه ساز مهم برای کانسار سازی است!
مطالعۀ سیالات درگیر نشان داده است که سیالاتی که ضمن دگرگونی و متاسوماتیسم از سنگهای آهکی عبور مینمایند، CO2 شان پایین است (0.1> درصد).
2- تشکیل اسکارن
متاسوماتیسم و تشکیل اسکارن، با شروع تبلور ماگما و آزاد شدن سیالات ماگمایی آغاز میشود. فشار سیالاتی که آزاد میشوند، باعث ایجاد شکستی در درون توده نفوذی و هورنفلس هایی که قبلا تشکیل شدهاند میگردد. این سیال ممکن است با آب های دگرگونی و یا در مراحل آخر، با آب های جوی مخلوط شود. سپس در امتداد فصل مشترک توده نفوذی با سنگ های دیواره، در امتداد شکستگی ها، فصل مشترک لایه ها و نیز در امتداد دایک ها و سیل های مربوط به قبل از اسکارن، به طرف بالا صعود نمایند. گرادیان غلظت مؤثر محلول موجود در راهروهای مربوط به سیالات باعث به وجود آمدن یک ساخت منطقه ای منظم در اسکارن اولیه که اسکارنی بدون آب است، میشود.
مجموعههای کالک سیلیکاتی تحت تأثیر وضعیت اکسیداسیون سیستم قرار میگیرد. شدت اکسیداسیون در مجموعههایی که آهن سه ظرفیتی زیادی دارند، بیشتر و در مجموعه هایی که آهن دو ظرفیتی دارند، کمتر است.
تأثیر مرحلۀ تشکیل اسکارن در هورنفلسها و مرمرهای کالک سیلیکاتی (هر دو مربوط به مرحلۀ دگرگونی هستند) باعث به وجود آمدن یک مجموعۀ کانیایی پیچیده و ساخت منطقهای در دانههای منفرد کانیهای سیلیکاتی میشود.
2- دگرسانی قهقرایی مرحله مهم برای تشکیل کانسار اسکارن
آخرین مرحلۀ شکل گیری یک کانسار اسکارن، دگرسانی قهقرایی (دگرسانی پسرونده) است. این مرحله بعد از تشکیل شدن اسکارن رخ میدهد. کانسار سازی که در این مرحله انجام میشود، به کانسارسازی تأثیری موسوم است. این مرحله توأم با دگرسانی کانیهای اسکارن و همچنین تودۀ نفوذی، به کانیهای آبدار می باشد. دگرسانی و ته نشینی سولفیدها توسط شکستگیها کنترل میشود؛ به طوری که دگرسانی و کانسارسازی سولفیدی، اسکارن را که قبلا تشکیل شده بود، قطع مینماید. در برخی موارد، سولفیدها خارج از اسکارن و در مرمر یا هورنفلس ته نشین میشوند. در دگرسانی قهقرایی، اسکارن کلسیم خود را از دست میدهد و موادّ فرار را جذب مینماید. همچنین جانشینیهای زیر رخ میدهد:
- اپیدوت های فقیر از آهن، کلریت و کلسیت، جانشین گراسولار میشوند.
- کوارتز، اکسیدهای آهن و کلسیت جانشین آندراتیت میگردد.
- بیتوتیت-هورنبلند-پلاژیوکلاز جانشین گارنت های غنی از آلماندین میگردد.
- ترمولیت، اکتینولیت و تالک جانشین دیوپسید میشود.
- ایلوانیت، رودونیت یا رودوکروسیت جانشینِ هدنبرژیت منگنزدار میشود.
- فرو اکتینولیت جانشینِ هدنبرژیت میگردد.
- سرپانتین جانشین فورستریت میشود.
این واکنش های قهقرایی، در نهایت، باعث جانشینی کانیهای کالک سیلیکاتی غنی از کلسیم میگردد. کلسیمی که بدین طریق وارد محلول میشود، ممکن است باعث ته نشینی تأخیری شیلیت گردد. ته نشینی سولفید به علت کاهش درجه حرارت یا خنثی شدن سیالات رخ میدهد.
در اسکارنها، کانیهای اپاک معمولاً همراه با دگرسانی قهقرایی ایجاد و یافت میشوند. این موضوع نشان دهندۀ بالاتر بودن شرایط اکسیداسیون و سولفیداسیون و همچنین پایینتر بودن درجه حرارت نسبت به مرحلۀ کانسارسازی “همراه” است. در بسیاری از موارد، دگرسانی کوارتز- مسکویت– پیریت موجود در تودۀ نفوذی را میتوان مربوط به این مرحله دانست. کانسارهای رگه ای یا مانتوئی که در سنگ های آهکی و در اطراف کانسارهای اسکارن یافت میشوند، ممکن است در همین زمان تشکیل شوند (اینودی و همکاران، 1981).
واکنشهایی که منجر به تشکیل کانیهای اکسیدی میشوند عبارتند از (یعقوب پور، 1366):
- CaCO3 (سنگ دیوارۀ کربناتی) → Co + CaO
- FeO (آهن فرو موجود در ماگما) +Co2 (حاصل از تجزیه سنگ دیواره ای کربناتی) → Fe3O4 (مگنتیت) + CO
اکتشاف کانسار اسکارن
به استثنای اسکارن های دارای سرب و روی، بیشتر ذخایر اسکارن در نزدیکی تودههای نفوذی عمیق تشکیل میشوند. از این رو، برای اکتشاف آنها نخست باید به شناخت سرزمینهای دگرگونی مجاورتی و لیتولوژیهای اولیه مناسب برای تجمع کانهها متمرکز شود.
نظر خود را درج کنید