زمین شناسی منگنز

شیمی و کانی شناسی

مانند آهن، منگنز نیز در میان عناصر اصلی قرار دارد اما تنها به میزان 0/1 وزنی با نسبت کم منگنز به آهن حدود 0/017 در پوسته زمین حضور دارد. میزان منگنز در آبهای دریا به طور عادی کمتر از 0/4 پی پی بی، و در آبهای دریایی euxinic ، حدود 200 تا 370 پی پی بی می باشد. در سنگهای ماگمایی منگنز روند نزولی رایج در طی تبلور کسری مشاهده شده برای Cr ، Ni یا PGE را نشان نمی دهند.

 

بنابراین یه روند کاهش-افزایشی کلی در تمرکزهای منگنز برای فرایندهای ماگمایی قابل مشاهده نمیباشد. منگنز در طی مراحل پایانی تفریق ماگمایی متمرکز میگردد، مانند منگنز موجود در برخی پگماتیتها، و حتی در سطح نسبتا بالاتری در کانیزاییهای هیدروترمال به شکل هوبنریت، رودوکروزیت، یا تنوعی از اکسیدهای منگنز موجود میباشد. رسوبات اقیانوس با افزایش مقدار منگنز آنها از سنگهای رسوبی کلی متمایز میشوند.

نوع سنگ خاصی از رده سنگهای دگرگونی با میزان بالای منگنز غیرعادی قابل تمایز نمیباشد (سنگهای متاپلتیک: 0/057 تا 0/13 درصد، سنگهای متابازیک: کمتر از 0/12 مگنز دارند).

کانیشناسی منگنز بسیار پیچیده می باشد. منگنز اکسیدها، اکسی-هیدروکسیدها در حالتهای چهار، سه و دو ظرفیتی با یا بدون دیگر کاتیونها  را تشکیل می دهند. این عنصر در شبکههای کربناتها، سیلیکاتها و سولفیدها به عنوان جزء اصلی یا فرعی قرار گرفته است. اکسیدهای چهار ظرفیتی منگنز، مانند پیرولوسیت در سنگهای رسوبی، هیدروترمال و کانسارهای ثانویه تشکیل میشود.

کانسار های مگمایی منگنز

کانسارهای غنی از منگنز میزبان آتشفشانی و آتشفشانی-رسوبی (SEDEX به VOLCEX) ممکن است بخشی از یک سری سنگهای دریایی تحت تأثیر چشمههای آب گرم عمدتا در آبهای عمیق، به عنوان مثال بالاآمدگی شرق اقیانوس آرام و دریای سرخ یا ممکن است مانند سریهای سانفرانسیسکو، مکزیک به دریاچه نسبت داده شوند. آنها طیف گستردهای از سنگهای رسوبی را از سنگ مرمر کربناتی حاوی منگنز تا چرتهای آهن-منگنز دار را پوشش میدهند و در سنگهای میزبان ماگمایی از بازالت آهن-منگنز دار تا ریولیتها و کانسارهای پیروکلاستیک معادل آنها وجود دارند. این کانسارها حاوی رودوکروزیت، کوتناهوریت، کلسیت منگنز دار، منگنز opaline منگزدار ، رودونیت، براونیت، ژاکوبیت، هوسمانیت، کریپتوملان، کورونادیت، تودوروکیت، بیرنسیت و هولاندیت در رسوبات پوسته ای، جزایر قوسی و در امتداد پشتههای میان اقیانوس تکامل مییابند. کانسنگ منگنز سیلیسی  عمدتا با رودوکروزیت و براونیت بعد از کانسنگهای آهن لان- دیل نوع که از نظر ژنتیکی معادل آنها در حوضه Rhenohercynian می باشند، در خلال کربنفرین پایینی تشکیل شده است. کانسارهای ماسیو سولفاید آتشفشانی Fe-Cu-Zn در کمپلکسهای افیولیت Troodos، قبرس به لایههای منگنزهای آهندار زرد مایل به قهوه ای ختم می شوند.

کربناتها و چرت منگنز آهندار، کانسارهای ماسیو سولفاید مس-سرب-روی انواع کوروکو و ایبرین را احاطه نمودهاند. که در آن تمرکزهای بالای منگنز به عنوان نشانگر نزدیکی برای رسوبات فلز پایه مورد استفاده قرار میگیرند یا تمرکز منگنز حتی ممکن است  مانند Soloviejo-Huelva ، اسپانیا، عیار کانسنگ را کسب نماید.  

کانسار های منگنز موجود در ملانژهای رنگی سریهای افیولیتی سبزوار و آب بند ایران، غنی از پیرولوسیت و psilomelane می باشند، ممکن است به این نوع از کانسار های منگنز دار منشا آتشفشانی قابل انتساب باشند. جدیدترین نمایندگان گلهای آهندار غنی از منگنز هنوز در امتداد مناطق گسترش کف اقیانوس مانند بالاآمدگی شرق اقیانوس آرام، جمع میشوند.

 

زمین شناسی

ژئوشیمی

منگنز 12امین عنصر فراوان پوسته زمین میباشد و از این رو به نظر میرسد یک فلز نسبتا فراوان باشد. به طور میانگین سنگهای پوسته حاوی 0/1 درصد منگنز میباشند، اما تمرکز منگنز بسته به نوع سنگ متفاوت میباشد. سنگهای مافیک، مانند بازالت، عمدتا حاوی 0/16 منگنز هستند در حالیکه گرانتیها 0/06درصد منگنز دارند. کانسنگهای منگنز حداقل دارای 15 درصد منگنز می باشند، اما عمده کانسنگها عیار به نسبت بالاتری دارند که تا 50 درصد میرسد. شکلگیری کانسنگهای منگنز، نیازمند سیستمی است که منگنز را حداقل 150 بار بیشتر از فراوانی آن در پوسته و برای کانسنگهای عیار بالا بیش از 500 برابر  متمرکز سازد. یک دسته شرایط اختصاصی اضافی برای تولید غنی شدگی قدرتمند منگنز بدون متمرکز نمودن آهن که منگنز شباهتهای شیمیای زیادی با آن دارد و معمولا از نظر ترکیب مرتبط هستند، مورد نیاز است. کانسنگهای منگنز در قیاس با سنگهای پوستهای مقادیر بزرگتری از نسبت منگنز به آهن دارند. تقریبا تمامی کانسنگهای منگنز در نتیجه انتقال منگنز محلول در آب، حداقل برای مسافتهای کوتاه، و ته نشینی کانیهای منگنز با تمرکزها و احجام مناسب در خارج از آن محلولها ایجاد میشوند تا کانسنگهای قابل معدنکاری را ایجاد نمایند. درک عوامل کنترل کنند حلالیت منگنز در آب و رفتار آبهای غنی از منگنز در مقیاسهای تا شورابه های اقیانوسی راهنمایی جهت درک فلز زایی منگنز میباشد.

منگنز یک فلز بالقوه سیال است و در طبیعت به سه حالت اکسید (2، 3 و 4 ظرفیتی) وجود دارد. حلالیت و سیالیت منگنز در محلولهای مختلف به شدت توسط اسیدیتی (pH) و پتانسیل اکسیداسیون (Eh) محلولهای حاوی منگنز، که شامل آبهای سطحی، آب اقیانوسی و سیالهای فشار بالا در محیطهای متنوع زیرسطحی هستند، کنترل می گردد. به طور کلی، حلالیت منگنز، در شرایط اسیدی و اکسیداسیون پایین تر (Eh کمتر) که منگنز حل شده ابتدا بیشتر به حالت دو ظرفیتی میباشد، بالاترین میزان است. انتقال مقادیر بزرگ منگنز به مکانهایی برای شکلگیری کانسنگ، معمولا نیازمند حضور آبهای اقیانوسی یا آبهای سطحی فقیر از اکسیژن (Eh پایین) میباشد. این برخلاف حالت معمولی آبهای سطحی و اقیانوسی فعلی است، که در آن پتانسیل اکسیداسیون به اندازه کافی زیاد است تا منگنز اساساً نامحلول باشد. تغییر در رفتار شیمیایی منگنز تحت شرایط مختلف pH و Eh موقعیتهای متنوعی را ایجاد می نمایند که در آنها منگنزها برای تشکیل تمرکزهای اقتصادی بالقوه تجمیع مییابند.

بسیاری از کانسارهای منگنز، چه در شرایط زمین شناسی اقیانوسی زمان حال چه در  گذشته، نتیجه ته نشینی مستقیم از لایههای رسوبی غنی از منگنز روی کف دریا میباشند. به علاوه، غنی شدگی ثانویه سنگهای رسوبی غنی از منگنز توسط هوازدگی قارهای بعدی (کانسنگهای سوپرژن) کانسارهای معدنی عیار بالای منگنز ایجاد نموده است. در هر دو حالت، انتقال بزرگ مقیاس منگنز محلول در آب دریا و ته نشینی از آب دریا مولفههای حیاتی برای فلززایی منگنز میباشند. مهمترین منابع منگنزهای محلول در آب دریا (الف) منگنزهای محلول در رودخانههای ورودی به اقیانوسها، (ب) منگنزهای آزاد شده از رسوبات دریایی توسط هوازدگی بعد از ته نشینی و (پ) منگنز از دهانه های هیدروترمال عمیق دریایی میباشند.

در قاره ها، عمده منگنز در مقادیر ناچیز به شکل دو ظرفیتی در کربنانها و سیلیکاتها وجود دارند. این اشکال توسط هوازدگی قارهای در جاییکه برخی از آنها در آب سطحی حل و سرانجام توسط رودخانه ها به اقیانوسها حمل شدهاند، آزاد میگردند. از آنجا که آبهای سطحی معمولا دارای اکسیژن بالایی میباشند، حلالیت منگنز بسیار کم میباشد.

دهانههای هیدروترمال کف دریا یک منبع قابل توجه از منگنز میباشد. سیالهای این دهانهها معمولا تمرکزهایی از منگنز به میزان هزارن میکروگرم در لیتر را دارند که چندین برابر بزرگتر از میزان موجود در آبهای رودخانه میباشند. چنین دهانههایی در طول مراکز گسترش اقیانوسهای دنیا قرا ر گرفتهاند.

شکلگیری کانسارهای منگنز رسوبات دریایی، که در آنها منگنزهای موجود به محل رسوبگذاری توسط آب دریا حمل میشوند، معمولا نیازمند این می باشند که آب دریا برای حفظ حلالیت بالای منگنز، حاوی اکسیژن کمتری باشد. چنین آبهای دریایی به صورت لایههای با اکسیژن کم (زونهای کم اکسیژن) در اقیانوسهای آزاد و آبهای دریایی سولفیدی بسیار احیایی وجود دارند.

کانی شناسی

منگنز به صورت ناچیز در هر کانی یافت می شود، اما کانیهای معدنی محدود به دسته ای از اکسیدها، هیدروکسیدها، کربناتها و سیلیکاتهای منگنز میباشند. کانسارهای منگنز، معمولا دارای بافت ریزدانه یا میکروسکوپی از چندین کانی منگنز هستند که تعیین رفتار دقیق آنها برای مدت طولانی یک چالش بوده است. شناسایی دقیق آنها با بررسیهای بصری به ندرت ممکن میباشد.

رایجترین کانیهای منگنز موجود در کانسارهای معدنی، اکسیدهای منگنز، و پس از آنها کربناتهای منگنز میباشند. کربناتهای منگنز از نظر حجمی بیشترین مقدار را دارا می باشند، ولی عیار آنها پایین است. در میان اکسیدها، پیرولوسیت و کرپیتوملان (یک اکسید حاوی پتاسیم) فراوانترین میباشند، اگرچه لزوما بیشترین حجم را ندارند. کانیهای کربناته شامل روروکروزیت (کربنات منگنز) و کوتناهوریت (یک کربنات کلیسیم منگز) می باشند. رودوکوروزیت با فاصله فراوانترین کربنات منگنز شناخته شده میباشد، اما کوتناهوریت به میزان فراوان در کانسارهای منگنز کالاهاری در جنوب آفریقا وجود دارد. هیدروکسید منگنز، مانگانیت، مانند سیلیکات منگنز، براونیت، مواد معدنی بسیار فراوان میباشند.

انواع کانسار ها

کانسارهای زمینی

کانسارهای منگنز در سنگهای رسوبی دریایی

بخش عمده منابع زمینی منگنز در لایه های وسیع سنگهای رسوبی غنی از منگنز، که برخی از آنها حدود2/5 میلیارد سال پیش شکل گرفتهاند، وجود دارد. میانگین عیار منگنز آنها حدود 24 درصد و میزان آهن آنها 4/3 درصد میباشد. این ارقام نشان دهنده کم عیار بودن این کانسارها است. دو نوع از کانسارهای منگنز رسوبی وجود دارد: نوع رسوبات منگنز آهندار که مستقل از تمرکزهای آهن میباشند و رسوبات منگنزهای آهندار بین لایه ای با لایه های آهنی.

کانسارهای منگنز فاقد غنی شدگی آهن

این کانسارهای کم آهن در موقعیتهای دریایی کم عمق شکل گرفته اند. در این محیطها سولفید هیدروژن محلی منجر به ته نشینی آهن به صورت کانی سولفیدی در شیلهای سیاه شده و تمرکزهای بسیار کم آهن محلول د رآب دریا را ایجاد نموده است. لایه های منگنز با دیگر رسوبات آن موقعیت به صورت میان لایه قرار دارند.

کانسارهای رسوبی منگنزهای آهندار مرتبط با آهن

بسیاری از کانسارهای رسوبی منگنز آهندار به صورت میان لایه با لایههای غنی از آهن، معمولاً در سازندهای آهن نواری که به طور گسترده در توالیهای پرکامبرین در بسیاری از نقاط جهان یافت میشود، حضور دارند. محدوده عیار منگنز در این رسوبات بین 25 تا 47 درصد و محدوده عیار آهن بین 13 تا 30 درصد میباشد.

کانسارهای با غنی شدگی ثانویه (سوپرژن)

با توجه به ماهیت آنها، منابع این کانسارها نسبت به منابع اصلی کانسارهای نوع رسوبی کوچکتر هستند، اما هنوز هم از نظر منابع و تولید فعلی این کانسارها قابل توجه می باشند. این کانسارها شامل برخی از کانسارهای با بالاترین عیار میباشندکه هم اکنون درحال استخراج هستند.

کانسارهای سوپرژن با بالاترین عیار در مناطق گرمسیری که شرایط مرطوب و پوشش گیاهی فراوان از عوامل اصلی ایجاد خاکهای گرمسیری عمیق هستند ، بسیار متداول و فراوان میباشند.

روشهای اکتشاف منابع جدید

انتخاب روش اکتشاف به نوع کانسارها، اندازه آن و کانیشناسی که میتواند اکسیدی، کربناتی، سیلیکاتی که انتظار دارید در منطقه مورد کاوش وجود داشته باشند، بستگی دارد.

روشهای دقیق پی جویی و اکتشاف برای همه کانسارها مشخص نیست، اما احتمالاً شامل مطالعات زمین شناسی سطحی و حفاری اکتشافی می باشند. در بعضی موارد، روشهای ژئوفیزیکی، به ویژه روشهای الکترومغناطیس، در تعیین اهداف جهت حفاری کمک می کنند.

خلاصه از انواع کانسارهای منگنز در اینجا برای انتخاب بهترین روش ژئوفیزیکی ارائه می گردد:

کانسارهای ماگمایی منگنز

کانسارهای رسوبی/آتشفشانی دریایی

رسوبی-آتشفشانی دریاچهای

منگنزهای اپی ترمال در مکانهایی با رودوکوروزیت دارای کیفیت سنگ قیمتی (گوهر)

اسکارنهای رودونیت

کانسار های منگنز وابسته با ساختار

کانسارهای هیدروترمال نوع رگهای مرتبط به ناپیوستگی

کانسارهای نوع ترکیبی رگهای وابسته به ناپیوستگی

رگههای رودوکوروزیت

کانسارهای رسوبی منگنز

کانسارهای دریایی کم عمق

کانسارهای تخرببی

کانسارهای میزبان کربناته

کانسارهای منگنز در شیل سیاه

نودلهای منگنز در محیطهای رسوبگذاری عمیق دریا

کانسار های منگنز آهندار سوپرژن

کانسارهای آهن Bog روی پی سنگهای تخریبی سیلیسی

کانسار های جایگزین شده منگنز آهندار به میزبانی سنگهای آهکی

کانسار های دگرگونی منگنز (با منشا رسوبی)

سازند آهن نواری منگنز آهندار

کانسارهای سنگهای قیمتی رودونیت

 

روشهای ژئوفیزیکی که تا کنون برای اکتشاف انواع منگنز در نقاط مختلف دنیا مورد استفاده قرار گرفته است شامل روشهای مقاومت الکتریکی، مغناطیس سنجی، IP، الکترومغناطیس و گراویمتری می باشند.

 

ویژگیهای فیزیکی برخی کانسارها و سنگهای میزبان

 

 

موقعیت انواع کانسارهای منگنز در دنیا