كاني شناسي، زمين شيمي، منشأ و مصرف صنعتي سيليس منطقه عارفي، جنوب مشهد

Mineralogy, geochemistry, genesis, and industrial application of silica in Arefi area, south of Mashhad

كنگلومرای كوارتزدار عارفی (با سن ژوارسیك میانی) در زون ساختاری بینالود واقع شده است. این واحد دارای روند شمال غربی- جنوب شرقی است و در 25 كیلومتری جنوب مشهد رخنمون دارد. بیش از 97 درصد كنگلومرا از انواع مختلف كوارتز در قالب كوارتزهای مونوكریستالین، پلی‌كریستالین و به مقدار خیلی كمتر خرده‌سنگ از نوع چرت، كوارتزیت و یا میكا ‌شیست تشكیل‌شده است. كمتر از 3 درصد دیگر شامل فلدسپات، میكا، كلریت، هورنبلند، تورمالین، زیركن، اسفن و كانی اوپاك است. سیمان از نوع سیلیسی است. مطالعه سیالات درگیر در كوارتزهای مونوكریستالین و پلی كریستالین نشان‌دهنده حضور سیالات سه فازی LVS حاوی نمك طعام است. دمای همگن شدن آنها بین 484 تا بیش از 600 درجه سانتی‌گراد با میانگین دمای 559 درجه سانتی‌گراد و شوری بین 6/49 تا 1/72 درصد NaCl با میانگین 2/61 درصد می¬باشد كه مؤید ماهیت ماگمایی آنهاست. دامنه دمای همگن شدن در سیالات درگیر دوفازی LV در كوارتز دگرگونی بین 287 تا 365 درجه سانتی‌گراد با میانگین دمای 318 درجه سانتی‌گراد است. مهمترین منشأ كوارتزهای موجود در كنگلومرا، رگه های كوارتز در بخش فوقانی توده های گرانیتی – پگماتیتی (تریاس فوقانی) محدوده خواجه مراد و رگه های كوارتز تشكیل شده در زمان دگرگونی ناحیه ای است. برپایه تجزیه ژئوشیمیایی 93 نمونه برداشت شده از سطح (روش كانالی) و حفاری پودری از عمق، مقدار SiO2 عمدتا بیش از 98 درصد، مقدار TFeO كمتر از 42/0 درصد و TiO2 كمتر از 16/0 درصد است. میزان ذخیره قطعی بیش از 50 میلیون تن است. با انجام آزمایشهای مغناطیسی خشك مقدار TFeO به 03/0 درصد و TiO2 به 02/0 درصد نیز كاهش یافته است. ذخیره سیلیس عارفی از نوع سیلیس درجه یك محسوب شده و برای انواع مختلف صنایع سرامیك می تواند استفاده شود.

Introduction Arefi quartz-bearing conglomerate (Middle Jurassic) is situated within Binalud structural zone. The unit is trending NW-SE located 25 km south of Mashhad. More than 97% of the pebbles are quartz as mono-crystalline, poly-crystalline, and minor fragments of chert, quartzite, and mica schist. Less that 3% of the remaining minerals are feldspar, mica, chlorite, hornblende, tourmaline, zircon, sphene, and opaque minerals. The cement is mainly silica. Hashemi (Hashemi, 2004) suggested this unit is orthoquartzitic polymictic conglomerate. In this study, we carried out detailed mineralogical studies, geochemical analyses for SiO2 and troublesome elements, determination of quartz pebbles source using geological observations and fluid inclusion microthermometry, and industrial application studies with new insight for porcelain and ceramic factories as the nearest silica-rich reserve to Mashhad. Material and methods 1. Preparing geologic map in 1:10000 scale in the Arefi area. 2. Petrographic study of 65 samples from the quartz-bearing conglomerate unit. 3. Major elements such as SiO2, TFeO, TiO2, and CaO were analyzed at the Maghsoud Porcelain Factories Group, using a Philips PW1480 X-ray spectrometer. 4. Ore dressing analyses in Danesh Faravaran Engineering Company. 5. Fluid-inclusion studies in 4 samples doubly-polished wafers of quartz crystals were studied using standard techniques (Roedder, 1984) and Linkam THM 600 heating-freezing stage (from –190 to 600ºC) mounted on a Olympus TH4–200 microscope stage at Ferdowsi University of Mashhad, Iran. Salinities and density of fluid inclusions were calculated using the Microsoft Excel spreadsheet HOKIEFLINCS-H2O-NACL (Steele-MacInnis et al., 2012; Lecumberri-Sanchez et al., 2012) Results and Discussion Fluid Inclusion studies of both mono- and poly- crystalline quartz revealed that the inclusions consist of three phases (LVS) with NaCl crystals. Homogenization temperature is between 484 and more than 600ºC with average 559ºC and the salinity is between 49.6 and 72.1 wt% NaCl with average 61.2 wt% NaCl. These data indicate a magmatic origin according to Kesler (Kesler, 2005) diagram. Homogenization temperature of two phases (LV) inclusions in the metamorphosed quartz is between 287 and 365ºC with average 318ºC. The main source of quartz pebbles is quartz veins formed within the top of pegmatite-granite (upper Triassic) of Khajeh-Morad area and quartz veins formed due to regional metamorphism. Based on chemical analysis of 93 samples which were taken from the surface (channel method) and power drilling, the SiO2 content is more than 98%, TFeO is less than 0.42% and TiO2 is less than 0.16%. The proved ore reserve is more than 50 million tonnes. Using dry magnetic method, the TFeO became less that 0.03% and TiO2 less than 0.02%. Arefi silica deposit is a first-class reserve and can be used in different types of ceramic. Acknowledgments The Research Foundation of Ferdowsi University of Mashhad, Iran, supported this study (Project No. 29057.2). We also thank Danesh Faravaran Engineering Company for the ore dressing analyses. Reference Hasemi, S.F., 2004. Petrology and depositional environment of Jurrasic conglomerate in south of Mashhad. Unpublished M.Sc. thesis, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran, 200 pp. (in Persian) Kesler, E.S., 2005. Fluids in Planetary Systems: ore-Forming Fluids. Elements, 1(1): 13–18. Lecumberri-Sanchez, P., Steel-MacInnis, M. and Bodnar, R.J., 2012. A numerical model to estimate trapping conditions of fluid inclusions that homogenize by halite disappearance. Geochim Cosmochim Acta, 92: 14-22. Roedder, E., 1984. Fluid inclusions. Reviews in Mineralogy 12, 644 pp. Steele-MacInnis, M., Lecumberri-Sanchez, P. and Bodnar, R.J., 2012. HOKIEFLINCS-H2O-NACL: A Microsoft Excel spreadsheet for interpreting microthermometric data from fluid inclusions based on the PVTX properties of H2O–NaCl. Computers Geosciences, 49: 334–337.