بررسی فرایندهای فیزیکی تبلور در سنگ‌های آذرین جنوب خاوری بیرجند با استفاده از مدل‌سازی سه بعدی بلورهای پلاژیوکلاز

نویسندگان

دانشگاه تربیت معلم تهران

چکیده

شکل بلورها در شرایط فیزیکی و شیمیایی تبلور، کنترل می‌شود؛ بنابراین اندازه‌گیری آن می‌تواند برخی از ویژگی‌های محیط تبلور بلورها را بازتاب دهد. در این نوشتار، روش­های مختلف اندازه‌گیری کمّی شکل بلورها در فضای سه بعدی بر مبنای محاسبات آماری، مدل‌سازی عددی نرم‌افزاری و مشاهدات میکروسکوپی مورد بحث قرار گرفته است. اندازه و شکل بلورها در دو گروه سنگ‌های آندزیت بازالتی و دیوریتی تا کوارتز دیوریتی منطقه­ی مورد بررسی واقع در 120 کیلومتری جنوب خاوری بیرجند پردازش شدند. ویژگی‌های هندسی بیش از 3200 بلور پلاژیوکلاز در 9 مقطع میکروسکوپی از این دو گروه سنگی اندازه‌گیری شدند. نتایج محاسبه­ی نسبت منظر بلورها (S:I:L یا بعد کوتاه: بعد متوسط: بعد بلند) و چگونگی نمونه‌ها در نمودار زینگ (نسبت S/I نسبت به I/L) نشان داد که نمود بلورها در هر دو گروه تخته‌ای است (I≈L) ولی در گروه نخست، میزان تخته‌ای بودن بیشتر است (I, L>2). از مقایسه و تحلیل شرایط کینتیکی و دینامیکی تبلور می‌توان نتیجه گرفت که ریزبلور‌های گروه اول در شرایط با درجه­ی سردشدگی و سرعت رشد بیشتر (در حدود mms-1 9- 10 برای یک دوره­ی زمانی سردشدن 3 ساله) نسبت به بلورهای گروه دوم در محیطی که جنبش نسبی بین بلور و محیط رشد بالا بود تشکیل شده‌اند، و جابجایی مکانیکی ماگما و شیب بالای تغییرات پتانسیل شیمیایی نقش قابل توجهی در ایجاد شکل بلورها داشته است. در گروه دوم، سرعت رشد پایین‌ و سرعت انتشار بالاتر بوده است. در ضمن فرایند درشت‌شدگی بافتی در تغییر شکل بلورهای گروه دوم از تخته‌ای به حالت­های هم‌بعدتر و در کاهش نسبت منظر بلورها متناسب با افزایش اندازه­ی بیشینه­ی بلورها ﻣﺆﺛﺮ بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of physical processes of crystallization in igneous rocks from SE Birjand using 3-D shape modeling of plagioclase crystals

چکیده [English]

Shape or habit of crystal is controlled by physicochemical conditions of crystallization, thus quantitative measurements of crystal shape can reveal aspects of crystallization environment. In this paper, based on statistical calculations, numerical modeling software and microscopic observations. various methods of quantitative measurement of the shape of crystal have used More than 3200 plagioclase crystals in 9 thin sections of the two groups of rocks including basaltic andesite and quartz diorite were processed. Study area is located about 120 Km southeast of Birjand. The results of calculated crystals aspect ratio (Short: Intermedite: Long or S: I: L) have showed that both groups have tabular habit (I≈L), but tabulation amount in the first group is to be more (I, L>2). Analysis demonstrates that microlites in the first group were formed under conditions with high undercooling, fast growth rate and environment with high advection (relative movement between the crystal and growing medium) and the high mechanical movement of magma and high chemical potential gradient had significant role on ctystal shapes. In the second group, contrastingly, low growth rate and high diffusion rate were established. Also, textural coarsening process was affected on shift of crystal shapes from tabular to more equant forms and reduction of aspect ratio with increment of maximum length of crystals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Crystal shape
  • igneous crystallization
  • textural coarsening
  • Birjand
[1] Marsh B. D., "On the interpretation of crystal size distribution in magmatic systems”, Journal of

Petrology 39 (1998) 553-599.

[2] Higgins M. D., "Quantitative Textural Measurements in Igneous and Metamorphic Petrology, Cambridge University Press", Cambridge (2006) 265P

[3] Higgins M.D., Roberge J., "Three magmatic components in the 1973 eruption of Eldfall volcano, Iceland: Evidence from plagioclase Crystal size distribution (CSD) and geochemistry", Journal of Volcanology and Geothermal Research 161 (2007) 247–260

[4] Jerram D. A., Kent A., "An overview of modern trends in petrography: textural and microanalysis of igneous rocks", Journal of Volcanology and Geothermal Research 154 (2006) vii–ix.

[5] Cashman K.V., Marsh B.D., "Crystal size distribution (CSD) in rocks and the kinetic and dynamics of crystallization II : Makaopuhi Lova lake", Contributions to Mineralogy and Petrology 99 (1988) 292-305.

[6] Higgins M.D., "Measurement of crystal size distributions", American Mineralogist 85 (2000) 1105-1116.

[7] Higgins M.D., "Determination of crystal morphology and size from bulk measurements on thin sections: numerical modeling", American Mineralogist, 79 (1994) 113-119.

[8] Morgan D. J., Jerram D. A., "On estimating crystal shape for crystal size distribution analysis", Journal of Volcanology and Geothermal Research 154 (2006) 1–7.

[9] Jerram D. A., Cheadle M. J., Hunter R. H., Elliott M. T., "The spatial distribution of grains and crystals in rocks", Contributions to Mineralogy and Petrology 125(1) (1996) 60-74.

[10] Holness M. B., Cheadle M. J., Mckenzie D., "On the use of changes in dihedral angle to decode late-stage textural evolution in cumulates", Journal of Petrology 46 (2005) 1565–1583.

[11] Higgins M. D., "Closure in crystal size distribution (CSD), verification of CSD calculations and the significance of CSD fans", American Mineralogist, 87 (2002) 160–164.

[12] Tirrul R., Bell I.R., Griffis R.J., Camp V.E., "The Sistan Suture Zone of eastern Iran", Geol.Soc.Am.Bull 94 (1983) 134-150

[13] فتوحی راد، غ.، "پترولوژی و ژئوشیمی افیولیت‌های دگرگون شده شرق بیرجند"، رساله دکتری، دانشگاه تربیت معلم تهران (1383) 244 صفحه

[14] Eftekhar Nezhad J., Alavi Naini M., Behroozi A.," Explanatory Text of the Gazik Quadrangle Map 1:250,000", Geological survey of Iran 1990 200pp

[15] اسکندری ا.، "پترولوژی و ژئوشیمی سنگ‌های ماگمائی ترشیری و لیستونیت‌های جنوب خاوری بیرجند" ، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت معلم تهران (1388) 212ص

[16] Mock A., Jerram D. A., "Crystal size distributions (CSD) in three dimensions: insights from the 3D reconstruction of a highly porphyritic rhyolite", Journal of Petrology 46 (2005) 1525–1541.

[17] Jerram D. A., Higgins M.D., "3D analysis of rock textures: quantifying igneous microstructures", Elements 3 (2007) 239–245.

[18] Garrido C. J., Kelemen P. B., Hirth G., "Variation of cooling rate with depth in lower crust formed at an oceanic spreading ridge; plagioclase crystal size distributions in gabbros from the Oman Ophiolite", Geochemistry, Geophysics, Geosystems 2 (2001) 2000GC000136.

[19] Higgins M. D., "The origin of laminated and massive anorthosite, Sept Iles intrusion, Quebec, Canada", Contributions to Mineralogy and Petrology 106 (1991) 340-354.

[20] Higgins M. D., Chandrasekharam D., "Nature of Sub- volcanic Magma chambers, Deccan Province, India: Evidence from Quantitative Textural Analysis of Plagioclase Megacrysts in the Giant Plagioclase Basalts", Journal of Petrology 48 (2007) 885-900

[21] Sunagawa I., "Morphology of crystals ". Reidel, Dordrecht, The Netherlands. (1987) 743 p

[22] Vernon R. H., "A practical guide to Rock Microstructure". Cambridge University Press, Cambridge (2004)

[23] Higgins M.D., "Magma dynamics beneath Kameni Volcano, Thera, Greece, as revealed by crystal size and shape measurements", Journal of Volcanology and Geothermal Research 70 (1996) 37-48

[24] Lofgren G. E., "An experimental study of plagioclase crystal morphology: isothermal crystallization", American Journal of Science 274 (1974) 243-273.

[25] Martel C., Poussineau S., "Diversity of eruptive styles inferred from the microlites of Mt Pelée andesite (Martinique, Lesser Antilles)", Journal of Volcanology & Geothermal Research 166, Issues 3-4 (2007) 233-254

[26] Jerram D.A., Martin V.M., "Understanding crystal populations and their significance through the magma plumbing system. From: Annen, C. & Zellmer, G. F. (eds) Dynamics of Crustal Magma Transfer, Storage and Differentiation", Geological Society, London, Special Publications 304 (2008) 133–148.

[27] Salisbury M. J., Bohrson W.A., Clynne M.A., Ramos F.C., Hoskin P., "Multiple Plagioclase Crystal Populations Identified by Crystal Size Distribution and in situ Chemical Data: Implications forTimescales of Magma Chamber Processes Associated with the 1915 Eruption of Lassen Peak, CA", Journal of Petrology 00 (2008) 1-26

[28] Jerram D.A., Cheadle M.C., Philpotts A.R., "Quantifying the building blocks of igneous rocks: are clustered crystal frameworks the foundation?" , Journal of Petrology 44 (2003) 2033–2051.

[29] امینی ص.، اسکندری ا.، "مقایسه شرایط تشکیل پلاژیوکلازها در سنگ‌های کوارتزدیوریت و الیوین بازالت جنوب شرق بیرجند با استفاده از روش CSD"، مجموعه مقالات دوازدهمین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران (1387) 756-748

[30] Kouchi A., Tsuchiyama A., Sunagawa I., "Effects of stirring on crystallization of basalt: texture and element partitioning", Contributions to Mineralogy and Petrology 93 (1986) 429-438.

[31] Higgins M.D., Meilleur D., "Development and emplacement of the Inyo Domes Magmatic Suite, California: Evidence from geological, textural (CSD) and geochemical observations of ash and lava", Journal of Volcanology and Geothermal Research 186 (2009) 280–292

[32] Higgins M.D., "Origin of anorthosite by textural coarsening: quantitative measurements of a natural sequence of textural development", Journal of Petrology 39 (1998) 1307–1325.

[33] Voorhees P.W., "Ostwald ripening of two-phase mixtures", Annual Review of Materials Science 22 (1992) 97–215.

[34] Kitayama M., Hirao K., Toriyama M., Kanzaki S., "Modeling and simulation of grain growth in Si3N4—I. Anisotropic Ostwald ripening", Acta Materialia 46 Issue 18 (1998) 6541-6550

[35] Cashman K. V., Ferry J. M., "Crystal size distribution (CSD) in rocks and the kinetics and dynamics of crystallization III. Metamorphic crystallization", Contributions to Mineralogy and Petrology 99 (1988) 410–415.

[36] Higgins M.D., "Origin of megacrysts in granitoids by textural coarsening: a crystal size distribution (CSD) study of microcline in the Cathedral Peak Granodiorite, Sierra Nevada, California", In: Castro, A., Fernandez, C., and Vigneresse, J.L. (eds.),Understanding Granites: Integrating New and Classical Techniques. Geological Society, London, Special Publications 168 )1999 ( 207–219.

[37] Higgins M.D., Roberge J., "Crystal size distribution (CSD)of plagioclase and amphibole from Soufriere Hills volcano, Monteserrat: evidence for dynamic crystallization/textural coarsening cycles", Journal of Petrology 44 (2003) 1401-1411

[38] Higgins M. D., "The Cascadia megathrust earthquake of 1700 may have rejuvenated an isolated basalt volcano in western Canada: Age and petrographic evidence, Journal of Volcanology and Geothermal Research 179 (2009) 149–156

[39] Couch S., Sparks R. S. J., Carroll M. R., "Mineral disequilibrium in lavas explained by convective self-mixing in open magma chambers", Nature 411 (2001) 1037–1039.

[40] Best M. G., Christiansen E. H., "Igneous Petrology", Blackwell Science (2001) 458P

[41] Cabane H., Laporte D., Provost A., "An experimental study of Ostwald ripening of olivine and plagioclase in silicate melts: implications for the growth and size of crystals in magmas", Contributions to Mineralogy and Petrology 150, 1 (2005) 37-53

[42] Schiavi F., Walte N., Keppler H., "First in situ observation of crystallization processes in a basaltic-andesitic melt with the moissanite cell", Geology v. 37 no. 11 (2009) 963-966

[43] Park Y., Hanson B., "Experimental investigation of Ostwald-ripening rates of forsterite in the haplobasaltic system", Journal of Volcanology and Geothermal Research 90, Issues 1-2 )1999( 103-113

[44] نقشه زمین‌شناسی 1:100000 پرنگ.، 1386، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور.