مقدمه

منظور از علم چینه نگاری شیمیایی (Chemical stratigraphy) ، استفاده از برخی عناصر شیمیایی مفید در چینه شناسی و چینه نگاری است. این علم ، علم نسبتا نوینی است که در قلمرو دانش ژئوشیمی رسوبی قرار می‌گیرد و ارزش خود را بویژه در امر تطابق چینه شناسی و بالئوژئوگرافی نشان می‌دهد، بطوری‌که اگر سکانس رخساره‌های چینه نگاری نوسانات مقدار عناصر اصلی و کمیاب (از جمله استرانسیوم ، منگنز و …) در افقهای شبیه به هم باشند، با یکدیگر هم سن هستند و شرایط رسوبی آنها می‌تواند مشابه باشد.

این موضوع ، صحت مطالعات زیست چینه‌ای (بیوستگراتیگرافی) را ممکن می‌سازد. پس می‌توان نتیجه‌گیری کرد که چینه شناسی به روش شیمیایی تکمیل کننده مطالعات بر مبنای مشابهت سنی ، وضعیت و شرایط محیط رسوبی آنها است.

رابطه بین رخساره‌ها و عناصر شیمیایی

بطور کلی رسوبات حاوی دو گروه از عناصر هستند.

• عناصر محدود به رخساره‌های کربناته شامل کلسیم (Ca) ، منیزیم (Mg) ، استرانسیوم (Sr) ، منگنز (Mn) ، گاهی باریم (Ba) و غیره.
  
  
• عناصری که در کانی‌های رسوبات غیرکربناته (غیر قابل حل در اسید) یافت می‌شوند. مثل عناصر بور (B) ، آهن (Fe) ، آلومینیوم (Al) ، سیلیسیم (Si)
  
  

رخساره‌های شیمیایی (Chemo Facies) ، شناخت رخساره‌ها از دیدگاه عناصر شاخص شیمیایی موجود در آن بوده ، به عنوان شاخصی برای تشکیل و دیاژنز رسوبات محسوب می‌شود.

عناصر کمیاب (Trace elements)

عناصر کمیاب ، معمولا مقادیری در این حدود 0.01 تا 0.001% (درصد وزنی) دارند که یا محدود به فاز کربناته بوده ، بستگی کامل به نوع کانی سازی زیستی در طول دیاژنز دارند یا در رسوبات غیرکربناته با فرایند رسوبگذاری ، اندازه دانه‌ها و کانی شناسی به همراه مواد آلی در ارتباطند.

عناصر کمیاب در سنگهای کربناته

این عناصر محدود به یک نسبت ناچیزی از سیلیکاتهای تخریبی در سنگ آهکی می‌باشند. مثلا Mg ، Sr، Mn خصوصا به فاز کربناته مربوط می‌شوند. فراوانترین عناصر کانی‌های کربناته شامل Sr، Ca ، Mg ، Mn بوده ، که در آب اقیانوسها و آبهای موجود در منافذ سنگها وجود دارد.

کاربرد عناصر کمیاب عناصر کربناته

عناصر کمیاب غالبا در تشخیص چگونگی و تفسیر ژنتیک رخساره‌های کربناته کاربرد دارند و تاکنون در مورد تطابق بین تیپهای سنگهای آهکی و پارامترهای ژئوشیمیایی از آنها استفاده شده است. کاربرد نوسانات مقدار عناصر کمیاب و اصلی عبارتند از :

• تقسیم بندی محیطهای دریایی کم‌عمق از نظر رخساره‌ها و رسوبات
• تشخیص و تفکیک رخساره‌های آهکی کم‌عمق از آهکهای نواحی عمیق
• تعیین نوع رسوبگذاری
• تجزیه و تحلیل و تفسیر تیپهای مختلف رخساره‌ها به کمک داده‌های ژئوشیمیایی
• پی بردن به فرآیندهای انحلال ، دیاژنز اولیه و پایانی
• تشخیص عوامل محیط لازم از لحاظ اکولوژیکی

تقسیم بندی محیطهای دریایی کم‌عمق از نظر رخساره‌ها

تفکیک رسوبات ریفی از غیر رسوبات ریفی در بخشهای مختلف یک مجموعه ریفی و تفسیر بهتر آنها به کمک عناصر کمیاب و اغلب بوسیله عنصر استرانسیوم انجام می‌شود. مطالعات انجام شده در محیطهای ریفی عهد حاضر ، حاکی از آن است که مقدار عناصر کمیاب بویژه استرانسیوم در مردابها ، ناحیه مرکزی ریف متفاوت است. این پدیده تا حدودی مربوط به انتشار مختلف بیوکلاستهای آراگونیتی می‌باشد.

اگرچه مقادیر Sr مشاهده شده در لاگونها ، ریفها و حوضه‌های رسوبی متفاوت است، ولی مطالعات بر روی ریفهای قدیمی نشان می‌دهد که پراکندگی عنصر مذکور در ریفهای گفته شده تفاوت دارد و ممکن است از آن روند تبعیت ننماید.

علل تفاوت پراکندگیSr در ریفهای قدیمی

• عدم شرکت عنصرSr در کانی‌های کربناته صدف ارگانیسم مربوط به نسبت Srlca در آب دریا ، کانی شناسی کربناته (آراگونیت ، Sr بیشتری نسبت به کلسیت دارد) درجه حرارت آب ، شوری و سرانجام تاثیرات زیستی و ارگانیسمها.
  
  
• حذف Sr موجود در طول فرآیند دیاژنر ، معمولا نقش Sr در محیطهای دریایی کم‌عمق (ریفها) تعیین کننده تر است و نوسانات میزان Sr در محیطهای ریفی ، بخشهای مختلف ریف را تعیین می‌کند.

تشخیص و تفکیک رخساره‌های آهکی کم‌عمق از مال نواحی عمیق

میزان Mn و مقادیر مختلف آنومینو سیلیکاتها یا عناصر کمیاب موجود در آنها مانند Pb ، Co ، Ni ، Ca ، Zn ، Mo ، می‌توانند در تشخیص رخساره‌های آهکی مناطق عمیق و یا کم‌عمق کاربرد داشته باشند. به نظر می‌رسد که نوسانات میزان Sr در رخساره‌های آهکی کم‌عمق و عمیق مربوط به تیپهای سنگ آهک اسپاری یا میکریتی باشد. این تفاوت در شیمی آبهای مربوط و در میزان انحلال دیاژنتیکی است.

مقادیر عناصر کمیاب در رخساره‌های کربناته

رخساره‌های کربناته پلاتفرم ، غالبا میزان Mn را نسبت به کربناتهای محیط مردابی (لاگون) نشان می‌دهند و به نظر می‌رسد میزان سدیم در رخساره‌های آهکی قدیمی بوسیله میزان شوریهای مختلف آب تعیین می‌شود. میزان زیاد سدیم (80 - 240ppm) یا بطور متوسط ppm150 ، معرف محیطهای بسته با مواد تبخیری و میزان سدیم (90ppm – 30) رخساره‌های آهکی ناحیه سکوهای قاره‌ای (Shelf) و ریفهای مرجانی است.

دولومیت با دیاژنز اولیه ، استروماتولیت (نوعی فسیل) کنگلومرا (Flat pebble) تا 440ppm سدیم دارد. دولومیتهای دیاژنز پایانی از نظر سدیم فقیر هستند، کمتر از (100ppm). در تفکیک رخساره‌های آهکی کم‌عمق و عمیق‌تر عناصر کمیاب نظیر Mo , Zn , Co , Ni , Mn , Sr , Pb بخصوص منگنز موثرترند. میزان عمق محیط با میزان مقدار (درصد) منگنز رابطه مستقیم دارد.

تعیین نوع رسوبگذاری

رسوب گلها و ماسه‌های آهکی عهد حاضر توسط ناحیه منشا و میزان Mg یا Sr موجود در آنها مشخص می‌شود (Sr زیاد و Sr کم در آراگونیت). ترکیب کانی شناسی اولیه دانه‌های تشکیل دهنده رخساره‌ها ممکن است بوسیله عناصر کمیاب تعیین شود. تجزیه و تحلیل بافت‌های دیاژنتیکی سنگ آهکهای پالئوزوئیک و میزان Sr و Mn براکیوپودا ، کرینوئیدها و مرجانهای روگوزا ، معرف تعادل دیاژنتیک عناصر کربناته تشکیل دهنده رخساره‌ها هستند که با میزان آب موجود در هوا افزایش می‌یابند. همچنین با تغییر بافت از میکریت تا مقادیر کم اسپاری بوسیله رسوب سیمان اسپاری بین دانه‌ای نشان داده می‌شوند. این پدیده همراه با کاهش Sr و Mn انجام می‌پذیرد.

تجزیه و تحلیل تیپهای رخساره‌ها با داده‌های ژئوشیمیایی

اطلاعات مربوط به محیطهای رسوبی و فسیلها در رخساره‌های میکروسکوپی با معیارهای ژئوشیمیایی مقایسه شده‌اند. مقایسه داده‌های ژئوشیمیایی (Mn و نهشته‌های غیرمحلول) و تیپهای میکروفاسیس تشخیص داده شده در کربناتهای کناره سکوی قاره‌ای نشان می‌دهد که میزان Mn می‌تواند در تفکیک کربناتهای محیطهای دریایی کم‌عمق موثر باشد.

فرآیندهای انحلال ، دیاژنز اولیه و پایانی

سدیم ، عنصر کمیابی است که در میزان شوری ، انحلال و دیاژنز رسوبات کربناته ، موثر است. عنصر دیگری که غالبا مطالعه می‌شود، Sr است. پراکندگی استرانسیوم در کربناتهای قدیمی ، کاملا به فرآیند دیاژنز ، دولومیتی شدن ، میزان رس موجود در کربناتها و نیز میزان درجه شوری محیط رسوبی بستگی دارد. حذف Sr در خلال تبلور دوباره کانی‌های کربناته کاملا پایدار (Metastable) به وقوع می‌پیوندد (تبدیل آراگونیت به کلسیت) و معرف پدیده فرآیندهای موثر در سنگ شدن و تشکیل سیمان می‌باشد. رفتار متفاوت روی و منگنز می‌تواند شاخص خوبی برای فرآیند دیاژنز اولیه و پایانی رخساره‌های آهکی باشد.

کربناتها و سولفاتهای رخساره‌های آهکی سکانسهای تبخیری ، نسبتا دارای مقدار Sr بیشتری هستند. رخساره‌های مردابی نیز وضعیت مشابهی را نشان می‌دهند. عناصر Mg , K , Na , Sr معرف شوری معمولی و میزان شوری زیاد است. باید دانست که نسبت Fe به Mn شاخصی جهت تاثیرات قاره‌ای به حساب می‌آید. عناصر کمیاب نظیر K , Sr , Na , Mg و نسبتهای ایزوتوپی ¹⁸O و ¹³C در شناسایی عوامل محیطی مانند شوری و درجه حرارت آب نقش مهمی دارد که ضمنا در تشکیل سیمانهای کربناته موثر است. میزان Sr موجود در رخساره آهکی با مقدار رس آن نسبت مستقیم دارد، چون کانی رس خاصیت جذب Sr دارد.

تشخیص عوامل محیطی لازم از لحاظ اکولوژیکی

عناصر متعددی بخصوص بور (B) که در ساختمان کانی‌های رسی نقش ندارد، در تشخیص میزان شوری در زمانهای گذشته (Paleosalinity) بسیار موثر است. البته تجزیه کانی‌های رسی از نهشته‌های غیرقابل حل سنگهای کربناته آسان نیست. عناصر دیگری که در تشخیص میزان شوری موثرند عبارتند از : Ca/Mg ، Sr/Ca ، P ، Mn ، Fe.

مباحث مرتبط با عنوان

• بالئوژئوگرافی
• چینه شناسی
• چینه نگاری
• چینه نگاری حوادثی
• رسوبگذاری
• زیست چینه‌ای
• ژئوشیمی
• طبقه بندی ژئوشیمیایی عناصر
• کانی شناسی
• محیط دریایی