زمین شناسی اقتصادی و مفاهیم آن

شاخه ای از علم زمین شناسی که درباره نحوه تشکیل و ژنز آن دسته از مواد زمین که دارای ارزش اقتصادی هستند صحبت می کند .
معدن کاری : تبدیل یک پتانسیل موجود در طبیعت (کانسار) به یک پتاسیل فعال .
کانی (Mineral) : مواد معدنی طبیعی که دارای ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی تقریبا ثابتی دارد .
کانه(Ore Mineral) :کانی اقتصادی است . اگر بتوانیم از یک کانی حداقل یک فلز استخراج کنیم به آن کانه گفته می شود ، مثل اسفالریت ، گالن و ...
کانی های صنعتی (Industeral Mineral) :کانی اقتصادی ارزشمندی که مصرف غیر فلزی داشته باشد ، مثل گچ ، زغال ، باریت ، لیمونیت و ...
باطله (Gange) : مواد معدنی (کانی) که ارزش اقتصادی نداشته باشد و جز مواد اضافی است . که البته به صورت نسبی بوده و با زمان یا مکان تغییر می کند ، مثال در معدن آهن سیلیس مزاحم و در معدن کوارتز برای شیشه سازی آهن مزاحم است .
شستشوی شیمیایی (Acid leaching) : به کمک این روش در معدن مس سرچشمه از مالاکیت مس می گیرند .
کانسنگ (Ore) : مجموعه ای از چند کانی که حداقل یکی از این کانی ها ارزش اقتصادی داشته باشد .
عیار (Grade) : معیاری برای سنجش کیفیت ماده معدنی . مقدار فلز موجود در کانسنگ را عیار می گویند .
گرم در تن   PPM               Parts per million                                       
مثال 5 پی پی ام یعنی 5 گرم طلا به ازای هر تن
(Tenor) : به نسبن کانه به کانسنگ گفته می شود از آنالیز کانی شناختی برای شناسایی آن استفاده می شود . در واقع یک جور عیار می باشد .
کانسار (Ore deposit) : ذخیره معدنی . تجمع طبیعی مواد معدنی که بعد از
اکتشاف ، استخراج و فرآوری به طور سود دهی به فروش برسد .
منابع معدنی (Ore resource) : هم کانسار را در بر می گیرد + آن دسته از تجمع طبیعی که امروزه قابل بهره برداری نیست .
آنومالی (Anomali) : تجمع طبیعی که مشخص نیست به طور سوده باشد .
الف – عوامل زمین شناختی ب- عوامل غیر زمین شناختی
عوامل زمین شناختی
.1. عیار یا ترکیب شیمیایی
.2. مقدار ذخیره
.3. کانی ها و عناصر همراه
.4. موقعیت جغرافیایی
عوامل غیر زمین شناختی
.1. عوامل تکنولوژیکی
.2. قوانین دولتی (مالیات ، واردات ، صادرات)
برای مطالعه نحوه تشکیل و ژنز کانسارها (نحوه تجمع طبیعی) سه مورد باید بررسی شود :
.1. منبع ویژگی سیال کانه زا
.2. نحوه حرکت سیالات کانه زا
.3. نحوه جدا شدن از سیال کانه زا
سیال کانه زا (Ore bearing fluid) یعنی سیالی که ایجاد کانه می کند .
منبع و ویژگی سیال کانه زا
.1. ماگما و سیالات ماگمایی
.2. آبهای متئوریک
.3. آبهای فسیل
.4. آبهای حاصل از فرآیند دگرگونی
ماگما : ماده ی مذابی که ترکیبات پیچیده ای دارد و مادر تمام سنگهاست .
الف- پدیده تفکیک ماگمایی
ب – پدیده پالایش فشاری (Filter pressing)
پ – تزریق ماگمایی
ت – پنوماتولیتی (Pnumatlytie)

الف- تفریق ماگمایی : در حین سرد شدن ماگما کانی های مختلف با توجه به جرم مخصوص خود و درجه پایداری خود در حرارت و فشارهای مختلف کریستاله می شوند و در عمق مشخصی از ماگما جدا می شوند .
کرومیت از جمله کانی هایی است که در درجه ی حرارت بالا بوجود می آید و دارای چگالی بالایی است .
ب -  پالایش فشاری (Filter pressing) : هرگاه یک ماگمای نیمه متبلور تحت فشار قرار بگیرد عناصر نیمه متبلور از قسمت متبلور شده جدا می شود و بر اثر جدایش کانسار بوجود می آید مثال بارز آن آهن است .
ج – تزریق ماگمایی : بر اثر فشار به ماگمای نیمه متبلور قسمت نیمه متبلور و مایع وارد سنگ های اطراف می شود ، مثل دایک و سیل
د – پنوماتولیتی (Pnumatlytic) : گازهای موجود در ماگما که می توانند در تشکیل سنگ و کانی نقش داشته باشند .
(WF6)  تنگستن که حالت گازی دارد .
WF6→WO3+CaO→CaWo4                                                 
پس از برخورد به آبهای زیر زمینی اکسیده می شود .
.2. آبهای متئوریک (Meteoric Water) : آبهای حاصل از نذورات جوی است (برف ، باران ، تگرگ و ...)
آبهای متئوریک
الف – سطحی(جاری) : در تشکیل کانسارهای رسوبی می تواند نقش مهمی داشته باشد مثل ذخایر پلاسری .
ب – عمق (نفوذی) : در حین نفوذ به زمین گرم شده و با سنگهای مسیر واکنش داده و به سیال کانه زا تبدیل می شود .
آبهای گرم با یک توده ماگمایی در نزدیکی خود در ارتباط هستند .
.3. آبهای فسیل (Connate Water) : آبهای هستند که هیچ ارتباطی با جو ندارند و در بین طبقات سنگی حبس شده اند . در حالت کلی هیچ نقشی در کانسارسازی ندارند تا اینکه طبقات سنگ ها در اثر فشار و حرارت دگرگون شده است . و با سنگهای مسیر واکنش داده و عناصر فلزی را در خود حل می کند .
.4. آبهای حاصل از فرآیند دگرگونی : ژیپس آب سطحی دارد ، اما کائولینیت آب در بین ملکول های آن قرار دارد .
اگر تشکیلاتی که کائولینیت دارد تحت فشار دگرگونی قرار بگیرد به (سیلیمانیت ، آندالوزیت) تبدیل می شود . که آب خود را از دست می دهند .
Al2O3.2SiO2.2H2O→Al2O3.SiO2+SiO2+2H2O

نحوه حرکت سیال کانه زا
الف – ماگمایی :
ماگما حاوی گازهای تحت فشار است و به هر دلیل که فشار ماگما کم شود گازها منبسط می شود ، انبساط گازها باعث می شود چگالی ماگما کاهش پیدا کند به عبارتی دیگر ماگما سبک می شود و سبک شدن ماگما باعث می شود به سمت بالا برود و حرکت ماگما عمدتا به سمت نواحی کم فشار است .
ب- غیر ماگمایی :
در دو محیط عمیق و کم عمق(نیمه عمیق) بررسی می کنیم .
صفر تا دو کیلومتری را کم عمق می گوییم .
عمیق (میکروسکوپی)
.1. خوردگی شیمیایی : واکنش هایی که سیال می تواند با سنگ داشته باشد باعث حل شدن سنگ در سیال می شود .
.2. حرارت و فشار : حرارت باعث انبساط میکروسکوپی می شود و شکاف هایی در سنگ به وجود می آید که باعث حرکت سیال می شود .
.3. نقص بلوری : نقص بلوری می تواند در هنگام تشکیل بلور به وجود آید .
تذکر : بلور نحوه قرار گرفتن اتم ها در کنار همدیگر یا شکل هندسی منظم در کنار هم.
نقص بلوری به سه دسته تقسیم می شود :
.1. نقص بلوری (Point defect) : یکی از عوامل آن نبود اتم در بلور است ، دومین عامل حرکت یا جابجایی اتم (Shift) و سومین عامل نفوذ اتم ناخالص بزرگتر .
.2. نقص خطی : هرگاه چند نقص نقطه ای با هم در بلور باشد باعث به وجود آوردن نقص خطی می شود .
.3. نقص صفحه ای : هرگاه چند نقص خطی با هم در بلور باشد باعث به وجود آوردن نقص خطی می شود .
حرکت سیالات در منطق عمیق تحت دو فعالیت انتشار(Infiltration) و نفوذ (Difussion) به وجود می آید .

وضعیت ساختمانی می تواند در حرکت سیال در منطق  عمیق نقش داشته باشد .
هرگاه سنگها تحت فشار و تنش قرار بگیرند نفوذ پذیری آنها بیشتر می شود .
نیمه عمیق (ماکروسکوپی)
.1. شرایط زمین شناختی
الف – شرایط زمین شناختی
سنگ شناختی (Lithology)
.. نفوذ پذیر (Aquifer) ...نفوذ ناپذیر (Aquitrad)
ب – شرایط ساختمانی و تکتونیکی (درزه ، گسل و چین و ...)
.2. شرایط سیال : به غلظت و Ph (اسیدی یا بازی) آن بستگی دارد .
.3. فشار هیدرولیکی هم می تواند یک عامل برای حرکت سیال در نیمه عمیق می باشد.
Q=-K h2-h1/L
نحوه جدا شدن کانه از سیال کانه زا
.1. وزن مخصوص : ذخایر پلاسر هستند در ذخایر پلاسری به دلیل اختلاف وزن مخصوص جدایش طبیعی صورت می گیرد .
.2. شرایط شیمیایی(Eh,Ph) : آهن برای اینکه به صورت هماتیت و مگنتیت رسوب کند نیاز به یک محیط اکسیدی و Ph بالای 6 نیاز دارد . اگر کمتر باشد آهن محلول باقی می ماند و اگر در محیط احیایی باشد آهن با گوگرد تولید پیریت می کند و Ph باید کمتر از 6 باشد .
.3. حرارت و فشار : برای اینکه کانه بوجود بیاید باید حرارت و فشار کم باشد تا حلالیت کم شود و رسوب گذاری بیشتر شود .
مطالعه اشکال کانسارها (ore morphology)
سنگ ها دارای اشکال زیر هستند :
.1. سنگ ها با ساختمان اولیه
.2. سنگ ها با ساختمان ثانویه
ساختمان اولیه : در هنگام تشکیل سنگ در سنگ ایجاد می شود . مثل Dike,sile
ساختمان ثانویه : که بعد از تشکیل سنگ در سنگ ایجاد می شود . مثل : چین درزه و...
Syngenetic: به کانسارهای گفته می شود که ماده معدنی و سنگ همراه (میزبان) با هم (همزمان) تشکیل شده اند . مثل کرومیت
Epigenetic: به کانسارهایی گفته می شود که ماده معدنی و سنگ همراه (میزبان) با هم تشکیل نشده اند . معمولا سنگ میزبان ابتدا و بعدا ماده معدنی بوجود می آید . مثل کانسارهای رگه ای .
که هر دوی اینها بیانگر ارتباط زمانی بین ماده معدنی و سنگ همراه از نظر ژنتیکی است .
اشکال کانسارها
الف) ایزومتریک : کانسارهایی هستند که ابعاد کانسار در تمام جهات تقریبا یکسان است.
ب) ستونی : کانسارهایی هستند که گسترش یک بعد نسبت به دو بعد دیگر خیلی بیشتر است .
ج) صفحه ای – تخت : کانسارهایی هستند که گسترش یک بعد نسبت به دو بعد دیگر خیلی کمتر است .
کانسارهای ایزومتریک
.1.توده ای(mass) : کانسارهایی که ابعاد بزرگی دارند و در حدود 100 متر است .
.2.لانه ای (nest) : که ابعاد آنها در حدود چند ده متر است .
کانسارهای ستونی
.1. دودکشی (cheimy) : حالت قائم یا نیمه قائم دارند .
.2. مانتو (manto) : حالت افقی یا نیمه افقی دارند .
کانسارهای ستونی می توانند به صورت های منفرد و متجمع (دودکش و مانتو با هم) باشند .

کانسارهای صفحه ای – تخت
.1.عدسی – لنزی : نوعی از کانسارها که در قسمت مرکزی ضخامت بیشتر و هرچه به طرف حاشیه می رویم ضخامت کم می شود . مثل کرومیت آلپی .
.2. لایه ای : که ضخامت در سرتا سر آنها یکسان است . مثل زغال .
.3. رگه ای : که خود به چند دسته تقسیم می شود :
الف)رگه ای زین اسبی(saddle) : در چین ها بوجود می آیند ، در ستیغ چین بیشترین فضای خالی را داریم که فضا مناسب برای رسوب گذاری سیال کانه زا است . مثل طلا و منگنز .

ب) استوک ورک (stock work) : توده نفوذی نا هم شیب . طبق تعریف به کانسارهایی گفته می شود که از تعداد زیادی رگه و رگچه تشکیل شده و شکل عمومی آنها ایزومتریک است . مثل کانسارهای مس پورفیری .
ج) مشتمل : که خود به سه نوع نردبانی ، موازی ، متقاطع تقسیم می شود .

باقلایی (pinch & swell) : اگر در یک سکانس استروگرافی (مطالعه لایه ها ، چینه شناسی) لایه ها به طور متناوب از جنس نفوذ پذیر و ناپذیر باشند ، اگر در چنین حالتی گسل بخورد ، صفحه گسل مکان مناسبی برای حرکت سال کانه زا خواهد بود .



حرارت سنجی زمین (Geo thermometry): مجموعه ای از روش های آزمایشگاهی که به کمک این روش ها به شرایط تشکیل کانسار می توان برد .
.1. انکلوزیون سیالی (fluid inclusion) (میانبار سیالی) :
مهم ترین روش ژئوترمومتری است . با کمک این روش حرارت و فشار کانسار را می توان پیدا کرد و به کمک این روش طبیعت سیال کانه زا هم پی برد .
تعریف : در هنگام رشد بلور حفره هایی در بلور ایجاد می شود که این حفره ها توسط سیالی که آن بلور از آن رشد می کند پر می شود . به آن حفره و محتویات آن انکلوزیون سیالی می گویند .
محتویات حفره یک دست است اما با گذشت زمان به فازهای مختلف تقسیم می شود . برای مطالعه انکلوزیون سیالی از کانی های شفاف مانند : کوارتز ، کلسیت ، هالیت ، فلوئورین ، باریت و ... استفاده می شود .
محتویات انکلوزیون شامل آب ، دی اکسید کربن ، کلر و روی ، سولفات و کربنات های سدیم ، پتاسیم ، منیزیم و کلسیم است .
رده بندی انکلوزیون ها
الف) رده بندی فازی (Nash)           ب) رده بندی ژنتیکی (Genetic)
رده بندی فازی (Nash) خود به 5 دسته تقسیم می شوند :
.1. دوفازی : فاز مایع ، حباب های کوچک گاز

.2. دوفازی : فاز مایع،حباب های بزرگ گاز

.3. پلی فاز : فاز مایع ، حباب گاز ، جامد (کانی)

.4. مایع (آب بیشتر ، دی اکسید کربن کمتر) ، حباب گاز

.5. مایع (آب کمتر ، دی اکسید کربن بیشتر ) ، حباب گاز

رده بندی ژنتیک بر اساس نوع تشکیل :
.1. انکلوزیون های اولیه : که محتویات آنها متعلق به همان سیالی است که بلور از آن رشد کرده است .
.2. انکلوزیون های ثانویه : که محتویات آنها متعلق به یک سیال دیگر است نه آن سیالی که بلور رشد کرده است .
.3. شبه انکلوزیون : که شبیه انکلوزیون ثانویه است اما عملاً اولیه است .
نکته : اندازه انکلوزیون ها متغییر است و بین (1-100) میکرون است .
روش کار : نمونه های انکلوزیون را پیدا کرده و به آزمایشگاه می بریم و تیغه های 1 میلیمتری تهیه می کنیم . این تیغه ها به وسیله میکروسکوپ های مخصوصی که دارای سیستم گرم و سرد کننده است قرار می دهند به این صورت که برای مشخص کردن درجه حرارت تشکیل کانسار ابتدا نمونه را گرم می کنند تا محتویات انکلوزیون به حالت اول یعنی(هموژن) برسد این حرارت بعنوان حداقل درجه حرارت کانسار قرار می دهیم . حرارت را ادامه می دهیم تا انکلوزیون از بین برود و این را حداکثر حرارت انکلوزیون قرار می دهیم و به کمک این رنج حرارت پگماتیتی و ... را ممشخص می شود .
برای مشخص کردن درجه شوری : در حین سرمایش کانی های نمک رسوب می کنند که با مقدار رسوب کانی های نمک و مقایسه آن با انکلوزیون اولیه یک درصد شیمیایی مشخص می شود .
.2. سنتز (به طور مصنوعی ساختن) کانی ها : با مخلوط کردن درصدهای مشخص یک کانی چند نمونه تهیه می کنیم این نمونه ها در دستگاه مخصوص قرار می دهیم و در هر نمونه درجه و حرارت و فشار خاص خود آن را تنظیم می کنیم و نهایتا بلور رشد می کند . هر کدام که نزدیکترین شباهت را به نمونه طبیعی داشت آن را درجه حرارت آن کانی قرار می دهیم . از این روش برای تهیه الماس استفاده می شود .
.3. روش نقطه ذوب : در این روش از یک نمونه خالص طبیعی استفاده می شود به ایت ترتیب که نمونه را در کوره مخصوصی حرارت می دهند تا اینکه به نقطه ذوب برسد دقیقا در حرارتی که کانی شروع به ذوب شدن می کند آن را حد پایداری کانی قرار گرفته می گویند .
اتکتیک(eutectic) : نقطه ذوب مجموعه از کانی ها کمتر از نقطه ذوب تک تک آن کانی ها است . مثلا اولیوین به تنهایی در 1000 درجه و کرومیت در 900 درجه سانتی گراد  ذوب می شود اما مجموعه این کانی ها در کمتر از 900 درجه سانتی گراد ذوب می شود .
.4. روش تبدیل :
ایزومروف : شکل ثابت و فرمول متغییر مثل آلبیت و انورتیت .
پلی مروف : چند شکلی و فرمول ثابت مثل کربن و الماس ، کلسیت اراگونیت .
در کالکوپیریت  اگر حرارت بالای 500 درجه سانتی گراد باشد ارتورومبیک و اگر زیر 500 درجه سانتی گراد باشد مکعبی می شود .
.5. Exsolution: اگر محلول جامد در حین سرد شدن بدون اضافه و یا کم کردن عنصری در سیستم حداقل به دو کانی کریستاله تبدیل شود به آن می گویند و بافتی که به وجود می آیید بافت باهم رشد کرده (exsolution) می گویند .
به این صورت نمونه ای که دارای بافت با هم رشد کرده انتخاب می کنیم این نمونه دارای شرط های زیر است :
.1.داشتن کانی میزبان و داشتن کانی های همراه به صورت تیغه .
.2. حد پایداری کانی میزبان بالاتر از کانی همراه باشد .
.3.شبکه بلوری میزبان باید بزرگتر از شبکه بلوری کانی همراه باشد .

.6.ایزوتروپ : عدد اتمی ثابت ، عدد جرمی متفاوت .
در ژئوترمومتری از ایزوتروپ های پایدار استفاده می شود که هیدروژن و اکسیژن و گوگرد است