سنگ تراورتن (2)

سنگ تراورتن (2)

نوشته شده در : 1396/3/5 20:17 (155 نمایش)

سنگهاي تراورتن

حسن داداشي آراني مدرس دانشگاه پيام نوراصفهان

 

چكيده

 تراورتن ها ســنگهاي آهكي ســخت و متخلخل و غالباً سفيدی هســتند كه از کربنات کلسیم ( CaCO3 ) تشکیل شده اندو حاصل رســوب گذارى، به ويژه توســط چشــمه هاى آبگــرم و يا رودخانه ها هستند. تراورتن  يك سنگ سخت و نيمه بلورى است كه اغلب به علت وجود تركيبات آهن يــا برخى نا خالصى هاى ديگــر به رنگهاى متفاوت و زيبا و بافت نوارى شكل ديده مي شوند . تراورتن ها معمولاً کمتر به  صورت سنگ دانه درشت تشكيل می شوند و ازنظر منشأ و تركيب شيميايى با اســتلاكتيت و استلاگميت (نهشــتهه اي درون غارها) مشــابه هســتند، اما تراورتن ها در مقایسه با آنها پوليش بهترى دارنــد . گاهى توفا يا سنگ آهك ســبک (Tufa  آهكهاي با تخلخل زياد و حفرات بزرگ می باشد)، قشــر آهكى يا كلوخه آهكى، مرمــر اونيكس(باباقورى) يا اونيكس مكزيكى هم رديف تراورتن بــه كار می روند. به علت ســختي، تراكم و بلوريــن بودن ازگذشــته تا به امــروز به عنوان سنگهاى تزيينى، دكوراســيون و توليدات ســنگ ساختمانى به كار رفته و حتي به عنوان آهك براى بهبود بخشــيدن به خاك در كشاورزى نيز مورد استفاده قرار می گيرند . تراورتن ها جديدترين سنگهايي هستند كه در سطح زمين تشكيل شــده اند و به دوران چهارم زمين شناسي يعني كواترنر تعلق دارند .

شــفافيت: سنگ تراورتن غيرشــفاف است اما به صورت ورقه اي نــازك گاهي نيمه شفاف است.

جلا يا انعكاس نوراز ســطح ســنگ: سنگ تراورتن كدر تا مرواريدى و گاهي شيشه اى است.

قدرت واكنش: سنگ تراورتن دراسيد كلريدريك HCl  رقيق حل مي شود .

ســختى(در مقيــاس مــوس):سختی سنگ تراورتن بيــن 3 تــا 4 اســت، ســختي تمــام كاني هــاي پوســته زميــن در اشــل مــوس  Mohs از (1) نرم تريــن تــا (10) ســخت ترين  مشــخص شــده اســت

رنگ پودر سنگ: اغلب سنگهای تراورتن سفید رنگ هستند.

رنگ: با وجــود ناخالصي در ســنگهاي تراورتن بــه رنگهاي متفاوت ديده مي شــوند، بى رنگ، ســفيد، صورتى، قهوه اى،زرد، ليمويي، قرمز و...

چگالى يا وزن مخصوص: چگالی سنگ تراورتن 71/2 گرم بر سانتيمتر مكعب است.

گراويتی ويژه: گراوریتی سنگ تراورتن  68/1 گرم بر سانتيمتر مكعب

ويژگی هاى شيميايى سنگ تراورتن

 نقطه اشتعال: سنگ تراورتن دردماي 31 درجه ســانتيگراد (89 درجه فارنهايت) تابان و يا شعله ورمي شود

 قابليت انحلال: سنگ تراورتن در آب، در دماي 20 درجه ســانتيگراد (68 درجه فارنهايت) نامحلول اما در حلال هاى آلــى مانند هيدروكربن هاى بنزن و هيدروكربن هاى كلرينه، اســتن، فتالات ها، متانول، اتانول كاملاً محلول است

 

تشكيل تراورتن

آب هاى جــوي فرو رو و همچنين آب هاى زيرزمينى كه در بخشهاي زير زمين جريان دارند به علت بالا بودن دما درعمق زمين (شيب زمين گرمايى) گرم شده، چگالى آن كاهش مي يابد بنابراين به ســمت بالا حركت ميكنند، قابليت انحلال كربنات در اين آبها زياد است و سنگ هاى كربنا ته مسير خود را حل كرده و پس از رسيدن به سطح زمين به صورت چشمه ها ظاهر شده. نهشته هاى آهكى تراورتن را بر جاى مى گذارند. تراورتن ها از جمله سنگهاي آهكى هستند كه اطراف چشمه هاى آب گرم، آب سرد، درياچه ها و رودخانه ها تشكيل مى شوند . رسوب گذاري آهك (كربناتها) درآبهاي شيرين به صورت شيميايى بوده و به تشکیل تراورتن منجر ميشــود. چشمه های  آهكساز عمدتاً در امتداد گسله ها قراردارند و ازآبهاى جوى و ماگمايى (مواد گداخته زير پوسته زمين) تغذيه مى شوند. آبهاى جوى تا اعماق زمين نفــوذ مى كنند و با توجه بــه افزايش دما در عمق زمين يا نفوذ توده هاى ماگمايى به درون سنگهاي پوســته زمين گرم شده و ســپس همراه با گازهاى مختلف مثل دي اكسيد كربن و دي اكسيد گوگرد ( SO2 , CO2)  و عناصرى مانند كلسيم، منيزيوم، آهن، آلومينيوم ( Al ،Fe ،Mg ،Ca ) از طريق شكستگى ها و حفرات به ســمت طبقات بالايى زمين حركت مى كنند . در طول مسير، غلظت آب از عناصر بويژه كربنات بالا رفته و از طريق چشمه ها به سطح زمين مى رسند. هم زمان با افت فشار و حرارت و خروج گاز CO2 آب و تغيير PH بى كربنات كلسيم به كربنات كلسيم تبديل می شود و در اطراف چشمه ها رسوب مى كند كه پس از ســخت شدن به صورت تراورتن درمى آيد. تراورتن ها اغلب به صورت لايه هاى افقى تشكيل مى شوند اما ممكن است داراى شيب ملايم باشــند كه ازنا هموارى هاى سطح زمين (ژئومورفولوژى) تبعيت می كند . در دوره اى كه حداكثر آبدهــى وجــود دارد عناصر ناخالــص آب مثل آهــن كمتر بوده بنابراين لايه هاى آهكى روشن تر هستند و در دوره حداقل آبدهى با افزايش ميــزان عناصرى مثل آهن لايه هاى قرمز و تيره تشــكيل مى شوند . چهار منشأ براي تشــكيل تراورتن مشخص شده است

فعاليت چشــمه هاي آبگرم 

فعاليت چشــمه هاي آب سرد

فعاليت رودخانه ها

فعاليت در درياچه ها

 

نهشته هاي تشكيل شده درسطح زمين

 شامل رسوبات آبرفتي، تراورتن، رسوبات ساحلي، رسوبات دريايي، رســوبات تبخيري، رســوبات غاري، رسوبات بادي، واريزه ها و لغزش ها، خاك ها و نهشته هاي گدازه آتشفشاني است. فرايندهاي انحلال و رسوب گذاري آهك به صورت زير است:

 H2O + CO2→ H2 CO3

اسيد كربنك

CaCO3 + H2 CO3→ Ca2+ + 2 HCO3-

 انحلال آهك توسط اسيد كربنيك

كمربندهاى كوهزايى جوان با رسوبات آهكي در زير سطح زمين، تراست ها و گسل ها با چرخش آب در عمق، همچنين در مناطقي كه خشــكي ها توسط شكستگي ها از هم جدا مي شوند، چه در ارتباط و يا بي ارتباط با فعاليت آتشفشاني باشند با ظهور چشمه ها درسطح زمين و نهشته هاي آهكي نقش مهمي ايفا مي كنند.

رسوب گذارى كربنات كلسيم در مجــاورت هوا و در سطح زمين توسط چشــمه هاى معدنى(آهكساز)، هم چنين در درون حوضه هاى درياچه اى كم عمق جريان آب هاى حــاوى (غنى) از  CO2موجب تشكيل كانى هاى كربناته مى شوند . چشمه هاى آب گرم كه نهشته هاى تراورتن را به وجود مى آورند دماى آنها از 100 درجه سانتي گراد كمتر است. آبهايى که معمولاً در درون زمين به گردش درمى آيند و توسط چين خوردگي ها، گسله ها و شكستگى سنگها به طرف سطح زمين هدايت مى شوند، در مسـير خود منجر به انحلال سنگ هاى كربناته در زير زمين شده و باعث كانى سازى مى شوند.

 

 انواع سنگ ميزبان/مرتبط

 سنگهاى كربناته در زيرسطح زمين، برش هيدروترمــال (Hydrothermal Breccia)  لايه ها و توده هاى سيليسى، رسوبات درياچه اى، رگه هاى آهكي به فرم اونيكس مكزيكى در ارتباط با تراورتن هستند

فرم نهشته هاى تراورتن

 آهك هايي كه در اطراف چشمه ها رسوب مي كنند به صورت تپه هاى مخروطى، پهنه هاى نسبتاً هموار(شــيت) و پركننده حوضه ها و لايه هاى گسترده بوده كــه برخى اوقات رنگ و بافت هاى متفاوتى را نشان مى دهند كه احتمالاً مناطق تغذيه كننده آن ها گسله ها و برش ها هستند . تراورتن هاى با منشا آبهاى جوى داراى تغيير رژيم آبدهى فصلى هستند و عناصر محلول درآنها مانند Mg ،Fe ،Al  موجب تركيب متفاوت نهشته هاي آهكي مى شوند و لايه هايى از آهك با ضخامت و رنگهاى مختلف را تشكيل مى دهند . تراورتن ها حاصل رسوب گذاري تركيبات آهكى در حوضچه هاى كم عمق و راكد هستند . آب هايى كه جريان دارند تراورتن هايى با حفرات بيشتر و گاهى بزرگتر را تشكيل مى دهند كه ناشــى از سرعت ته نشينى است. افزايش تبخير، وجود موانــع مثل گياهان آبزى در مسير سرعت باد و تلاطم آب نيز در فرايند ته نشينى رسوبات كربنات كلسيم (تراورتن) موثرند (1983 Etal and Scholle)  افزايش در تحرك آب مثل تلاطم يا جارى شدن موجب مى شود تاگازهاى Co2  سريعتر خارج شده و رسوب گذارى نيز سريعتر شود .

اغلب زمين شناسان تراورتن را يك سنگ آهكي شيميايي ميدانند كه معمولا ً تركيب آن ازكلسيت بوده و دراطراف چشمه هاي آب گرم تشكيل مي شوند . مطالعات اخير نشان داده است مجموعه هاي میكروبي كه در آبهاي زير زميني وجود دارند نيز دررسوب گذاري كلسيت (كاني اصلي تشكيل دهنده آهك) براي تشكيل آهك هاي تراورتن دخالت دارند. بنابراين نوعي تراورتن با منشا بيوشيميايي تشكيل ميشود. برخي از محققين معتقدند تراورتن ها حاصل رسوب گذاري سطحي توسط چشــمه هاي آب گرم و آب سرد و همچنين رسـوب گذاري درغارهاست.  به طوركلي اينگونه نهشته هاي آهكي به صورت تپه هاى كوچك، شيت ها (پهنه هاى نسبتاً هموار) و تراس هاى آهکی است و ممكن است درياچه هاى كم عمق ودره ها را نيز پركنند .

 

بافت سنگ

رسوبات تراورتن، نوارى شكل و متراكم و داراى بافت متخلخل اند و اندازه و شــكل تخلخل در آنها متنوع است و از چند ميلیمتر تا چندين سانتیمتر و گاهى تا بيش از 10 سانتیمتر در نمونه های مختلفی از تراوتن مشاهده شده است. برخى حفرات سنگ تراورتن با رسوبات ثانوى كربنات كلسيم مثل كاني هاي آراگونيت وكلسيت پر می شوند. حوادث بعد از رسوب گذارى مثل انحلال و شكستگى ها مى توانند تخلخل و نفوذپذيرى را تا دو برابر و حتى بيشتر افزايش دهند . تراورتن ها به صورت سنگهاى نسبتاً خالص و به رنگ سفيد تا كرم روشن بوده و در صورت وجود ناخالصى درآنها به رنگ هاي متفاوت زرد، نارنجي، قرمز، قهوه اي، خاكستري و يا رنگ هاى ديگر نيز تشكيل مى شوند. ناخالصى مى تواند عناصرى مانند آهن، منيزيوم، مواد آلــي، رس و ياعناصر ديگر باشند؛ داراى بافت نوارى، متخلخل، برشى شده(خرد شــده)، و يا ممكن است پيزوليتى(نخودي) باشند، معمولاً ماتريكس به صورت كربنات دانه ريز با حفرات نامنظم بزرگ و كوچك كمتر ازيك ميليمتر تا بيش از يك سانتيمتر هستند حفرات معمولا ً درمسير هايى جهت يافته اند كه بافت موازى به سنگ داده اند . شكل هاى مختلف درياچه اى بيشتر توده اى هستند . تپه ها ممكن است توســط رگه هايى كه از اونيكس و به صورت باندهاى آهك ازكاني آراگونيت با رنگ هاى مختلف هستند، قطع شوند. مشــخصه اصلي تراورتن ها وجود لامينه هاي فشرده به هم، نوارهاي رنگي متناوب با لايه هاي چتري، روزنه اي، با بافت لولــه اي، لكــه دار، نرده اي و لايه هاي متخلخل است.

 هوازدگى: درتراورتن ها منجر به تشكيل حفرات، درز و شكاف ها و يا بزرگتر شــدن آن ها شــده و گاهي نيز تخلخل دربين سطوح لايه بندى با رس و آهن پر مى شوند.

 كانى شناسى سنگ تراورتن (اصلى وفرعى)

 سنگ های تراورتن شامل كلسيت و آراگونيت (عمد تاً)، سـيليس، سولفور طبيعى(خالص)، باريت و بلورهاي فلوئور هستند.

 مدل ژنتيكى- چشمه هاي حاصل از سيستم هاى زمين گرمايي (ژئوترمال) بــا دماى كمتر از 100 درجه سانتيگراد نهشته هاى سطحى به صورت تراورتن را تشكيل مي دهند. معمولا ًرسوب گذاري آهك به علت سرد شدن، كاهش دى اكسيدكربن، تبخير يا وجود جلبك ها صورت مى گيرد.

نهشته هاى همراه تراورتن:

ممكن اســت همراه با سنگ تراورتن طلا، نقره (Ag ,Ag ) همچنين جيوه (Hg )  مارن، سولفور- ســولفاتارها، در چشمه هاى آبگرم و سيليس از ژيزريت ها (آبفشانسنگ ها) ته نشين شوند .

راهكار اكتشافى 

نشانه زمين شيمى: چشــمه هاى معدنى با دى اكسيدكربن،همچنين رسوب گذارى توفا ازجريانهاى كوچك بر روى خزه ها و ديگر مواد ارگانيك، وجود چشــمه هاي حرارتى و گازهاى متصاعد شده سولفاتارها مي توانند دراكتشاف سنگ هاي تراورتن به ما كمك كنند.

 روش استخراج

 معادن تراورتن در سطح زمين و روباز هستند و با استفاده ازبه كارگيري سيم برش الماسه كه كمترين ضايعات را در بر دارد استخراج آنها به صورت پلكاني و يا مسطح (افقي) انجام مي شود، گاهي وجود سطح جدايش افقي به چندين لايه مختلف تقسيم مي شوند. سطح لايه بندي عاملي براي ارتفاع و تعداد كوپ مي باشد . هرلايه ممكن اسـت رنگ و ويژگيهاي متفاوتي داشته باشد همچنين وجود درز و شكاف هاي قائم نيز استخراج آنها را آسان تر مي كند و با كمك اين درزه ها ميتوان در يك جهت كوپ را  برش داد و به علت وجود درزه با سطح جدايش كوپ به راحتي آزاد مي شود.

فاكتورهاى اقتصادى

براى اينكه توده هاى تراورتن اقتصادى باشند، باز كردن سينه كار توده معدنى تراورتن جهت استخراج سنگ تزيينى بايد داراى ابعاد مناسب باشد و سنگ هاي كربناته ضمن تبلور مجدد براي اينكه سخت و محكم گردند بايستي سيمانى شده باشند. تراورتن ها به علل مختلف از جمله مقاومت نسبتا خوب، برش پذيري و صيقل پذيري، شرايط اســتخراج آسان، تنوع و زيبايي ظاهري و همچنين ارزان بودن نسبت به سنگهاي تزئيني ديگر مورد توجه قرارگرفته اند

  تعيين كيفيت وتناژ(عيار) 

نهشته هاى بزرگ تراورتن ممكن اســت بــه 2-1 ميليون تن برسند، اما نهشته هاى كوچك درحد ده ها تا صدها و هزارها تن نيز به طور محلى و بر حسب نوع كار و درخواست مصرف كننده مهم هستند . براي اســتفاده بهينه ازتراورتن ها درآينده، تست هاى فيزيكى نيز لازم است.

محدوديت هاى اقتصــادى: حتى توده هاى كوچكى كه تشكيل شده اند به طور محلى و متناسب با بازار براى مصرف كننده مى توانند مورد بهره بردارى قرارگيرند.

 موارد استفاده تراورتن

سنگ تراورتن به طور محلى به عنوان سنگ نما اهميت دارد، ولی تراورتن همانند مرمر يا گرانيت كاربرد ندارد؛ اما اونيكس مكزيكى كه يك سنگ تزيينى است جهت دكوراســيون از آن استفاده مى شود . به صورت سفال، سنگ زير، اشكال سفارشى براى كاربردهاى مختلف مثل پله ها، زير بنا و پى ســاختمان، سنگ تراشــى و كاربردهاى آن به صورت سنگ هاى قيمتى و گرانبها است.  در گذشــته نيز به عنوان ســنگهاى ســاختمانى و جواهر(سنگ قيمتى) مانند آويز و گردنبند كاربرد داشته است. قفسه كتاب، جا كاغذى يا جا كتابى، حكاكى، كنده كارى، منبت كارى، حجارى، تراشيدن مانند مهره هاى شطرنج و...

كشورهاى مهم توليد كننده

 در حال حاضر كشورهاى ايتاليا، آمريكا در (كاليفرنيا)، الجزاير، آرژانتين مهمترين كشــورهاى توليد كننده تراورتن وفراورده هاي آن هســتند . درايران نيز عمدتاً  سنگ تراورتن دراســتانهاي آذربايجان، قزوين، كردســتان، لرســتان، مركزي، اصفهان (در زفره، اطراف ميمه، ُسه و طرق نطنز)، كرمان و... درامتداد رشــته كوه سنندج سيرجان و در امتداد گسله ها، دراطراف چشــمه هاي آبگرم از شمال غرب تا جنوب شرق ايران تشكيل شــده اند كه از ذخاير بالايي برخوردار بوده و درحال حاضر بــا وجود تعداد زيادي معــادن فعال دراين مناطق بهره برداري ميشوند كه علاوه برمصارف داخل به صورت كوپ (جام - قواره) يا پلاك به خارج ازكشور ( كشــورهاي حاشيه خليج فارس ) صادرمي شوند .

نمونه هايي ازمعادن وسنگ هاي تراورتن ايران

لايه هاي افقي تراورتن زفره

معادن زفره، استان اصفهان

تراورتــن نطنز اســتان اصفهان- تخلخل حفــره اي با نوارهاي موازي و متوالي از رسوب گذاري كلسيت و آراگونيت

نوارهاي بارنگ هاي مختلف (اونيكس)- لرستان

نمونه هايي از تراورتن هاي آذربايجان شرقي(آذرشــهر) بلوك سنگ (الف) و برش خورده (ب و ج)

يكي ازمعادن تراورتن محلات در نيم ور- استان مركزي

انواع تخلخل در تراورتن: از راست به چپ: تخلخل حفره اي، روزنه اي، داربستي، چتري، قالبي، بين دانه اي،  بين بلوري

تراورتن طرق نطنز در شمال اصفهان

 

منابع

  1. فيض نيا- سادات- 1377 –سنگ هاي رسوبي كربناته – انتشارات آستان قدس رضوي 2
  2. -فصلنامه سنگهاي تزئيني ايران- زمستان1371 -سال دوم شماره4

3- Raymond-loren.A-2002-petrology-MCgrawhill-london

4-Scholle and etal-1983- carbonate depositional environments- AAPGUSA

5- Renaut, Robin W., Jones, Brian-2003-Sedimentology of hot spring systems. Can. J. Earth Sci. 40, 1439-1442

6- Pentecost ,Allan ,Travertine , 2005,Printed in The Netherlands Springer-Verlag Berlin Heidelberg

7-Marshak-stephen-Earth-2001-Norton,company,inc-Newyork

 8-Collinson.J.D,etal-s1989-edimentary structures--Unwin Hyman ltdlondon.

 9-www.mineralzone.com.travertine.html

 

 

 

 

مطالعه موارد زیر را به شما پیشنهاد می کنیم:

 

سنگ تراورتن

سنگ چینی

سنگ سنداستون

سنگ مرمریت

سنگ مرمر

سنگ گرانیت