ژئوشیمی عنصری و ایزوتوپی سازند بهرام (دونین میانی-بالایی) در شرق ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکترا، گروه زمین‌شناسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 گروه زمین‌شناسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند

3 گروه زمین‌شناسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

4 دانشکده علوم و فنون دریایی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران

چکیده

در این پژوهش، شرایط اقلیمی دیرینه و سیستم دیاژنزی سازند بهرام (دونین میانی-بالایی) با استفاده از مطالعات ژئوشیمیایی عناصر اصلی و فرعی و ایزوتوپ­های پایدار اکسیژن و کربن مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور سه برش چینه­ای از این سازند در مناطق چشمه شیر (شمال­شرق طبس) با ضخامت 180 متر، کمرکوه (جنوب کاشمر) با ضخامت 188 متر و حوض دوراه (شرق طبس) با ضخامت 192 متر در شرق ایران مطالعه شده است. توالی­های مورد مطالعه از سنگ­آهک­های نازک لایه تا ضخیم لایه خاکستری رنگ فسیل­دار تشکیل شده است. بر اساس داده­های ژئوشیمیایی به دست آمده، سبک بودن مقادیر ایزوتوپ اکسیژن δ18O (میانگین 66/7- در برش کمرکوه، 11/8- در برش چشمه شیر و 21/8- در برش حوض دوراه) در اکثر نمونه­های مورد مطالعه و هم­چنین نسبت استرانسیم بهنجار شده توسط کلسیت در برابر آهن و منگنز، می­تواند نشانگر یک سامانه نیمه باز و تبادل آب به سنگ نسبتا بالا باشد. تلفیق نتایج ژئوشیمیایی عنصری (از جمله پایین بودن نسبت استرانسیم به منگنز و بالا بودن منگنز) و روند تغییرات ایزوتوپ کربن و اکسیژن نشان می­دهد که تاثیر دیاژنز متئوریک بر روی نهشته­ها بیش­تر بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Isotopic and elemental geochemistry of Bahram Formation (Middle-Upper Devonian) in east of Iran

نویسندگان [English]

  • M Hosin abadi 1
  • gh mirab shabestri 2
  • a mahbubi 3
  • a motamed 4
چکیده [English]

In this research, paleo-climatic conditions and diagenetic system of Bahram Formation (Middle-Upper Devonian) have been investigated using geochemical data of major and minor elements and also oxygen and carbon stable isotopes. For this purpose, three stratigraphical sections of this formation including Cheshmeh-shir section (north east of Tabas) with a thickness of 180 m, Kamar-kuh section (south of Kashmar) with a thickness of 188 m and Hoze-dorah section (east Tabas) with a thickness of 192 m have been studied.The studied sections have been composed of thin to thick bedded, gray colored fossiliferous limestones. Based on the obtained geochemical data, the insubstantial values of δ18O isotope (mean -7.66‰ at Kamar-kuh, -8.11‰ at Cheshmeh-shir and -8.21‰ at Hoze-dorah section) in most of samples and also normalized ratio by calcite for strontium versus iron and manganese values indicate a relatively open system and high rate of water-rock interactions.The combination of elemental analysis results (including low ratio of Sr/Mn and high Mn content) and  the trend of carbon and oxygen isotopes values reveal that the meteoric diagenesis has had the most important effect on these deposits.
The calculated sea water temperature at the time of deposition of the studied sections using δ18O values has been estimated between 41° and 45° Celsius which is somewhat higher than the expected temperature for this period of time and might be due to the effect of diagenesis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bahram Formation
  • Upper Devonian
  • East of Iran
  • Major and minor elements
  • Carbon and oxygen isotopes

[1]   آقانباتی، ع (1389) زمـین­شـناسی ایـران، سـازمان زمین­شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 586 صفحه.

[2]   حسین­آبادی، م.، محبوبی، ا.، میراب شبستری، غ.، معتمد، ا (1392) ریز رخساره­ها و محیط رسوبی سازند بهرام در برش چشمه­شیر، شمال­شرق طبس، مجموعه مقالات سی و دومین گردهمایی و نخستین کنگره بین­المللی تخصصی علوم زمین- زمین­شناسی بنیادی، مرکز زمین­شناسی و اکتشافات معدنی شمال­شرق کشور، مشهد، ص. 435-441.

[3]   حسین­آبادی، م.، ستاری، پ.، محبوبی، ا.، میراب شبستری، غ (1394) آنالیز رخساره­ای، محیط­رسوبی و چینه­نگاری سکانسی نهشته­های سنگ­های دونین میانی- بالائی (سازند بهرام)، شمال­شرق طبس، نوزدهمین همایش انجمن زمین­شناسی ایران و نهمین همایش ملی زمین­شناسی دانشگاه پیام نور کشور، تهران، 9 ص.

[4]   رستم­نژاد، ع.، قربانی، م.، رضایی، پ.، هاشمی، ا. (1391) مطالعه سنگ رخساره­ها، محیط­های رسوبی و ویژگی­های دیاژنتیکی سازند بهرام در شمال کرمان (برش هوتک)، سی و یکمین گردهمایی علوم زمین، سازمان زمین­شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 7 ص.

[5]   علوی نائینی، م (1388) چکیده­ای از چینه­شناسی ایران، سازمان زمین­شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 482 صفحه.

[6]   محمودی، ف (1391) مطالعه پتروگرافی و محیط رسوبی سازند بهرام (دونین میانی- پسین) در منطقه ازبک کوه، شرق ایران، پایان نامه کارشناسی­ارشد، دانشگاه بیرجند.

[7]   هاشمی، ا.، قربانی، م.، رضایی، پ.، رستم­نژاد، ع.، غلامعلیان، ح.، نیکبخت، ف (1391) فرآیندهای دیاژنزی و توالی پاراژنتیکی سازند بهرام در برش سردر شمال کرمان. اولین همایش زمین­شناسی فلات ایران، کرمان، 6 ص.

[8]  Adabi, M.H. & Asadi-Mehmandosti, E (2008) Microfacies and geochemistry of the Ilam Formation in the Tange-E Rashid area, Izeh, S.W. Iran: Journal of Asian Earth Scienses, v. 33, p. 267-277.

[9]  Asadi Mehmandosti, E., Adabi, M.H., Woods, A.D (2013) Microfacies and geochemistry of the Middle Cretaceus Sarvak Formation in Zagros Basin, Izeh Zone, SW Iran. Sedimentary Geology, v. 293, p. 9-20.

[10]   Bathurst, R (1975) Carbonates Sediments and their Diagenesis. Developments in Sedimentology, v. 12. Elsevier, Amsterdam, 658 p.

[11]   Brand, U., Jiang, G., Azmy, K., Bishop, J., Montane, I.P (2012) Diagenetic evaluation of a Pennsylvanian carbonate succession (Bird Spring Formation, Arrow Canyon, Nevada, U.S.A)- 1: Brachiopod and whole rock comparison. Chemical Geology, v. 308, p. 26-39.

[12]   Brandano, M., Policicchio, G (2012) Strontium Stratigraphy of the Burdigalian transgression in the Western Mediterranean. Lethaia, v. 45, p. 315-328.

[13]   Brand, U., Veizer J (1981) Chemical diagenesis of multicomponent carbonate system, Ι: trace elements. Journal of Sedimentary Petrology, v. 50, p. 1219-1236.

[14]   Budd, D.A (1992) Dissolution of high-Mg calcite fossils and the formation of biomolds during mineralogical stabilization. Carbonates and Evaporates, v. 7, p. 74-81.

[15]   Cicera, A., & Lohmann, K. C (2001) Sr/Mg variation during Rock-Water interaction: implication for secular changes in elemental chemistry of ancient seawater. Geochim.Cosmochin. Acta, v. 65, p. 741-761.

[16]   Conly, A.G., Scott, S.D., Bellon, H (2011) Metalliferous Manganese Oxide Mineralization Associated with the Boleo Cu-Co-Zn District, Mexico. Economic Geology, v. 106, p. 1173-1196. 

[17]   Findlater, G., Shelton, A., Rolin, T., Andrews, J (2014) Sodium and strontium in mollusc shells: Preservation, paleosalinity and paleotemperature of the Middle Pleistocene of eastern England. Proceedings of the Geologists Association , 125 (1) p. 14-19.

[18]   Flügel, E (2010) Microfacies Analysis of Carbonate Rocks: Analysis, Interpretation and Application, Springer-Verlag, 976 p.

[19]   Frankowiak, K., Mazur, M., Gothmann, A.M., Stolarski, J (2013) Diagenetic alteration of Triassic coral from the aragonite Konservat-Lagerstatte in Alakir Cay, Turkey: Implications for geochemical measurements. Palaios, v. 28, p. 333-342.

[20]   Grottoli, A.G., Adkins, J.F., Panero, W.R., Reaman, D.M., Moots, K (2010) Growth rates, stable oxygen isotopes δ18O), and strontium (Sr/Ca) composition in two species of Pacific sclerosponges (Acanthocheatetes wellsi and Astrosclera willeyana) with δ18O calibration and application to paleoceanography. Journal of Geophysical Research, v. 115, p. 1-14.

[21]   Haeri-Ardakani, O., Al-Aasm, I., Coniglio, M (2013) Petrologic and geochemical attributes of fracture-related dolomitization in Ordovician carbonates and their spatial distribution in southwestern Ontario, Canada. Marine and Petroleum Geology, v. 43, p. 409-422.

[22]   Hoseinabadi, M., Mahboubi , A., Shabestari ,Gh., Motamed , A (2016) Depositional environment,diagenesis, and geochemistry of Devonian Bahram Formation carbonates, Eastern Iran , Arabian Journal of Geosciences , V. 6,  P. 2-25.

[23]   Hurley, N. F., Lohmann, K.C (1989) Diagenesis of Devonian Reefal Carbonates in the Oscar Range, Canning Basin, Western Australia. Journal of Sedimentary Petrology, v. 59, p. 127-146.

[24]   Korte, C., Hesselbo, S.P., Jenkyns, H.C., Rickaby, R.E.M., Spӧtl, C (2009) Paleoenvironmental significance of carbon and oxygen isotope stratigraphy of marine Triassic-Jurassic boundary sections in SW Britain. Journal of the Geological Society, v. 166, p. 431-445.

[25]   Milliman, J.D (1974) Marine Carbonates Part 1: Recent Sedimentary Carbonate. Springer-Verlag, Berlin, 375 p.

[26]   Myrow, P.M., Hanson, A., Phelps, A.S., Creveling, J.R., Strauss, J.V., Fike, D.A., Ripperdan, R.L (2013) Latest Devonian (Famennian) global events in western Laurentia: Variations in the carbon isotopic record linked to diagenetic alteration below regionally extensive unconformities. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, v. 386, p. 194-209.

[27]   Rao, C. P (1990) Geochemical characteristics of cool-temperate carbonate, Tasmania, Australia. Carbonates and Evaporites, v. 5, p. 209-221.

[28]   Rao, C. P., (1991) Geochemical difference between subtropical (Ordovician) temperate (Recent and Pleistocene) and subpolar (Permian) carbonates, Tasmania, Australia. Carbonates and Evaporites, v. 6, p. 83-106. 

[29]   Rao, C. P. & Amini, Z. Z (1995) Faunal relationship to grain-size, mineralogy and geochemistry in recent temperate shelf carbonate, Western Tasmania, Australia, Carbonates and Evaporites, v. 10, p.114-123.

[30]   Rao, C. P. & Adabi, M. H (1992) Carbonate minerals, major and minor elements and oxygen and carbon isotopes and their variation with water depth in cool, temperate carbonates, western Tasmania, Australia,  Marine Geology,v. 103, p. 249-272.

[31]   Ruttner, A., Nabavi, M. & Hadjian, J (1968) Geology of the Shirgesht area (Tabas area , East Iran) Geological Survey of the Iran, Rep. No 4, 133 p.

[32]   Schluter, M., Steuber, T., Parente, M (2008) Chronostratigraphy of Campanian-Mastrichtian platform carbonates and rudist association of Salento (Apulia, Italy), Cretaceous Research, v. 29, p. 100-114.

[33]   Scotese, C.R (2014) Paleomap Project. http://www.scotese.com.

[34]   Silva, A.M., Cunha, E.C., Silva, F.D.R., Leao, V.A (2012) Treatment of high-manganese mine water with limestone and sodium carbonate. Journal of Cleaner Production, v. 29-30, p. 11-19.

[35]   Steuber, T (2003) Stable isotope sclerochronology of rudist bivalves: growth rates and Late Cretaceous seasonality. Geology, v. 24, p. 315-318.

[36]   Subias, A., Yuste, I., Fanlo, C., Fernandez-Nieto & Gonzalez Lopez., J (1999) Geochemical, and stable and radiogenic isotope records in Devonian and Early Carboniferous carbonates from Valle de Tena, central Pyrenees(Spain): evidence for their diagenetic environments. Geologie en Mijnbouw, v. 78, p. 87-102.

[37]   Vandeginste, V., John, C.M., Manning, Ch (2013) Interplay between depositional facies, diagenesis and early fracture in the Early Cretaceous Habshan Formation, Jebel Madar, Oman. Marine and Petroleum Geology, v. 43, p. 489-503.

[38]   Van Der Kooij, B., Immenhauser, A., Steuber, T., Bahamonde Rionda, J.R., Merinotome, O (2010) Controlling factors of volumetrically important marine carbonate cementation in deep slope setting. Sedimentology, v. 57, p. 1491-1525.

[39]   Veizer, J (1983) Trace elements and isotopes in sedimentary carbonates. Rev Mineral, v. 11, p. 265-300.

[40]   Winefield, P.R., Nelson, C.S., and Hodder, A.P.W (1996) Discriminating temperate carbonates and their diagenetic environments using bulk elemental geochemistry, a reconnaissance study based on New Zeland Cenozoic Limestone. Carbonates and Evaporites, v. 17, p. 1085-1093.