زمین شناسی منطقه همدان و تاثیر آن بر ساختگاه سد اکباتان

دسته زمین شناسی مهندسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده خانلری، غلامرضا
تاريخ برگزاری ۰۲ اسفند ۱۳۸۵

چکیده:
ساختگاه سد اکباتان در ۵ کیلو مترى شرق شهر همدان قرار دارد. سد اکباتان سدى است از نوع سد بتنى که از بلوک هاى پایه دار و وزنى تشکیل شده است و بر روى رودخانه یلفان احداث شده است. به منظور افزایش حجم مخزن این سد، طرح جدید سد اکباتان در حال اجرا مى باشد. هدف از احداث این سد جدید بر روى سد فعلى اکباتان، رفع کمبود آب شرب شهر همدان مى باشد. منطقه مورد مطالعه در محدوده دگرگونى زون سنندج­- ­سیرجان واقع مى باشد و حوضه آبریز سد در محدوده گرانیت هاى الوند قرار مى گیرد.مخزن سد بیشتر بر روى سنگ هاى شیستى سیاه رنگ قرار داشته و هوازدگی سریع این شیستها، باعث افزایش پتانسیل رسوب زایی این سد شده است.تاثیر دو فاز کوهزایى پیرنین و لارامید موجب پیچیده تر شدن تشکیلات و ساختارهاى زمین شناسى شده است.بررسى هاى زمین شناسى به عمل آمده در ساختگاه سد شامل برداشت هاى صحرایى، تهیه نقشه زمین شناسى، کاوشهاى زیر سطحى و حفر گمانه همراه با مغزه گیرى، ثبت مشخصات مغزه هاى حفارى، انجام آزمایشهاى نفوذ پذیرى (لوژان) و انجام آزمایشهاى مکانیک سنگ در محل گمانه ها و همچنین بر روى تعدادى از نمونه هاى مغزه حاصل از حفارى بوده است. در این پژوهش ضمن بررسی شرایط ساختگاه سد اکباتان به روشهای عملی بهبود پی های سنگی بهنگام اجراى  پروژه های ساختمانی پرداخته شده است.
Abstract:
 
Ekbatan dam is located in ۵ km from eastern part of Hamadan city. Ekbatan dam is a buttress concrete gravity dam. This dam is constructed on the YalfanRiver. The purpose of the new dam is increasing of the reservoir volume of the dam.
In fact, the main aim of construction of new dam is preparing of the drink water for Hamadan city, and also preparing of water for agricultural works.
The study area is located in the Sanandaj-Sirjan metamorphic zone and the basin of the dam is placed on the black schistose rocks. The effect of two orogenic phases (Pyrnean & Laramin) caused to complication of the formations and geological structures. Geological investigations in the dam site consist of geological mapping, preparing of geological map, underground explorations, borehole excavation along with coring and core logging. It should be noted that permeability tests were done in the boreholes. In this paper we have studied the geological conditions of this site and the applied ways of the treatment of foundation rocks in the civil projects.

 
زمین شناسی منطقه همدان و تاثیر آن بر ساختگاه سد اکباتان
(بخش افزایش ارتفاع)
 
◊◊◊◊
خانلری، غلامرضا . دانشیار زمین شناسی مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا
اقصایی، فریدون، کارشناس ارشد ژئوتکنیک، مشاورین بهان سد، سد اکباتان
حیدری ترکمانی، رضا، دانشجوی کارشناسی ارشد، زمین شناسی مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا
 
◊◊◊◊
 
چکیده:
ساختگاه سد اکباتان در 5 کیلو متری شرق شهر همدان قرار دارد. سد اکباتان سدی است از نوع سد بتنی که از بلوک های پایه دار و وزنی تشکیل شده است و بر روی رودخانه یلفان احداث شده است. به منظور افزایش حجم مخزن این سد، طرح جدید سد اکباتان در حال اجرا می باشد. هدف از احداث این سد جدید بر روی سد فعلی اکباتان، رفع کمبود آب شرب شهر همدان می باشد. منطقه مورد مطالعه در محدوده دگرگونی زون سنندج­- ­سیرجان واقع می باشد و حوضه آبریز سد در محدوده گرانیت های الوند قرار می گیرد.مخزن سد بیشتر بر روی سنگ های شیستی سیاه رنگ قرار داشته و هوازدگی سریع این شیستها، باعث افزایش پتانسیل رسوب زایی این سد شده است.تاثیر دو فاز کوهزایی پیرنین و لارامید موجب پیچیده تر شدن تشکیلات و ساختارهای زمین شناسی شده است.بررسی های زمین شناسی به عمل آمده در ساختگاه سد شامل برداشت های صحرایی، تهیه نقشه زمین شناسی، کاوشهای زیر سطحی و حفر گمانه همراه با مغزه گیری، ثبت مشخصات مغزه های حفاری، انجام آزمایشهای نفوذ پذیری (لوژان) و انجام آزمایشهای مکانیک سنگ در محل گمانه ها و همچنین بر روی تعدادی از نمونه های مغزه حاصل از حفاری بوده است. در این پژوهش ضمن بررسی شرایط ساختگاه سد اکباتان به روشهای عملی بهبود پی های سنگی بهنگام اجرای  پروژه های ساختمانی پرداخته شده است.
Abstract:
 
Ekbatan dam is located in 5 km from eastern part of Hamadan city. Ekbatan dam is a buttress concrete gravity dam. This dam is constructed on the YalfanRiver. The purpose of the new dam is increasing of the reservoir volume of the dam.
In fact, the main aim of construction of new dam is preparing of the drink water for Hamadan city, and also preparing of water for agricultural works.
The study area is located in the Sanandaj-Sirjan metamorphic zone and the basin of the dam is placed on the black schistose rocks. The effect of two orogenic phases (Pyrnean & Laramin) caused to complication of the formations and geological structures. Geological investigations in the dam site consist of geological mapping, preparing of geological map, underground explorations, borehole excavation along with coring and core logging. It should be noted that permeability tests were done in the boreholes. In this paper we have studied the geological conditions of this site and the applied ways of the treatment of foundation rocks in the civil projects.
◊◊◊◊
1- مقدمه :
 
تامین آب کشاورزی برای زمینهای پایاب سد و نیز تامین بخشی از آب شرب شهر همدان، از اهداف ساخت سد اکباتان می باشد. ساختگاه سد اکباتان در پنج کیلو متری جنوب شرقی شهر همدان واقع شده است. این سد بر روی رودخانه یلفان بسته شده است، رود خانه یلفان در شرق شهر همدان واقع شده است و روند آن از جنوب به شمال است. دره این رودخانه تا روستای یلفان v  شکل بوده و عمیق همراه با شیب بسیار تند دامنه ها می باشد که به معنی جوان بودن حوضه از لحاظ ژئومورفولوژی ودر حال فرسایش بودن بستر حوضه می باشد. این رودخانه از غرب ایران و از کوه های الوند در استان همدان سرچشمه می گیرد. این رودخانه از سر شاخه های رود خانه قره چای می­باشد که پس از سد اکباتان وارد سد آبشینه شده و با عبور از سد آبشینه از استان همدان خارج شده و در نهایت از طریق رودخانه آوج به دریاچه نمک واقع در بخش غربی دشت کویر می ریزد. موقعیت ساختگاه سد اکباتان طبق نقشه شکل (1) می باشد.

سد اکباتان
 
سد اکباتان یکی از سدهایی است که در حدود نیم قرن قبل ساخته شده به طوری که مطالعات مقدماتی این سد از سال 1324 هجری شمسی آغاز و در نهایت طراحی آن توسط شرکت اتکو افر[1] انجام گردیده است. ساخت سد در سال 1338 به شرکت آ- پور[2] اتریشی واگذار شده است. شرکت اشتوکی[3] سوئیس وشرکت فربوندپلان[4] اتریش نیز مشاور طرح بوده اند، شرکت های فرانسوی سولتانژ[5] و شرکت اتریشی انیسوند پیمانکار عملیات حفاری و تزریق و شرکت واگنر بیرو اتریش پیمانکار تجهیزات هیدرو مکانیک، بوده است. بهره برداری سد از سال 1342 تا سال 1360 زیر نظر سازمان آب تهران بوده و از سال 1360 تا سال 1363 تحت مدیریت شهرداری همدان بوده و از سال 1363 به بعد تحت مدیریت اداره کل امور آب همدان قرار گرفته است.
در جدول (1) ویژگی های فنی دو سد فعلی و جدید اکباتان مقایسه شده اند، و در شکل (2) نیمرخ دو سد فعلی و جدید اکباتان مشاهده می شود.
◊◊◊◊
2- بحث :
2-1- زمین شناسی ساختگاه: ساختگاه سد اکباتان از سنگهای مختلفی تشکیل شده است که از قدیم به جدید به شرح زیر می باشند. در شکل (3) نیمرخ ساختگاه سد مشاهده می شود.
جدول(1)- مشخصات فنی سد فعلی و سد جدید اکباتان
فعلی
جدید
نوع سد
13 قطعه بتنی پایه دار، 8 قطعه بتنی وزنی
13 قطعه بتنی پایه دار، 28 قطعه بتنی وزنی
طول تاج سد
286
632
ارتفاع سد از روی پی
54 متر
75 متر
حجم مخزن سد
8 میلیون متر مکعب
39 میلیون متر مکعب
تراز سد
1947 متر از سطح دریا
1971 متر از سطح دریا
تراز بستر رودخانه
1897 متر از سطح دریا
1897 متر از سطح دریا
حجم کل بتن بدنه سد جدید
-
300000 متر مکعب
حجم آب تنظیم شده سالانه توسط مخزن سد
17 میلیون مترمکعب
43.2 میلیون مترمکعب
 
2-1-3- ماسه سنگ های آهکی: ماسه سنگ های آهکی به طور دگرشیب فرسایشی بر روی سنگهای آهکی مارنی رسوبگذاری کرده اند. امتداد این سنگها مانند آهکهای مارنی شرقی – غربی بوده و شیب آنها به سمت پایین دست سد (شمالی) می باشد.
2-1-4- رسوبات آبرفتی: رسوبات آبرفتی روی سازندهای قدیمی تر را پوشانده اند و به صورت رسوبات واریزه ای دامنه ای شامل ذراتی در حد شن، قلوه سنگ و مخلوطی از رس و سیلت می باشند. بخش دیگر رسوبات آبرفتی رسوبات تراسهای آبرفتی قدیمی در تکیه گاه چپ می باشند جنس این رسوبات شامل قلوه سنگهای کاملاً گرد شده از جنس گنیس و شیست می باشد و در زمینه ای از ماسه و شن قرار گرفته اند.
 
2-2- رویدادهای تکتونیکی منطقه مورد مطالعه
اولین فاز کوهزایی در دوران مزوزوئیک در سیمرین پایانی، فاز کوهزایی پیرنین است که موجب دگرگونی در سنگهای تخریبی و سنگهای نفوذی همراه آنها گردیده است و یک دگرگونی در حد رخساره شیست سبز را در آنها ایجاد نموده است که اسلیتها و شیستهای همدان از آن جمله به شمار می روند. (S1 در شکل 5) دومین فاز دگرگونی به اواخر کرتاسه (لارامید) بر می گردد که موجب دگرگونی ضعیفی در سنگهای رسوبی کرتاسه گردیده است. این فاز تکتونیکی نیز بر روی اسلیتها اثر نموده و دومین روند تورق در آنها در اثر این فاز به وجود است. (S2 در شکل 5) در پایان این فاز کوهزایی در هسته سلسله جبالها، در اثر ذوب بخشی رسوبات، سنگهای اسیدی شکل گرفته است که توده گرانیتوئیدی الوند از آن جمله به شمار می رود.
 
گسل های موجود در منطقه از روند کلی زاگرس تبعیت می کنند. مهمترین گسل های ایجاد شده در منطقه عبارتند از:
2-3-1-  گسل های جنوب شرق همدان (کشین، یلفان و ده ولیان): روند کلی این گسلها NNW-SSE می باشد، این گسل های جوان مربوط به پس از الیگوسن بوده و به صورت مسیر مستقیم حتی در مسافت های طولانی دیده می شوند. عملکرد این گسل ها باعث تغییر ناگهانی لیتولوژی دو حاشیه و باعث ایجاد سیستم های گسل های کوچکتر شده است. در مقیاس میکروسکوپی، جابجایی کانی های صفحه ای و ایجاد فرایند هماتیتی شدن در سطح آنها، از اثرات این گسل ها می باشد.
2-3-2-  گسل های قدیمی تر: این گسلها به صورت مجموعه ای از سیستم گسلی با روند عمومی NW-SE در مجموعه دگرگونی ناحیه ای و سنگهای دگرگون نشده ژوراسیک ایجاد شده اند.
 یک راندگی با روند شرقی – غربی بین ماسه سنگ و سنگ آهک های ژوراسیک زیرین در غرب سد اکباتان دیده می شود. چین خوردگی هایی با روند N140 در علی آباد دمق، بارابند، آب هند و مولوجه در نتیجه نیروهای دو جانبه ای که دو فاز دگرگونی عمود بر محور آنها اثر کرده است به وجود آمده اند. اکثر شکستگی ها و درز های اصلی در امتداد شمال غرب – جنوب شرق (هم جهت با روند زاگرس) هستند. امتداد درزه ها در شمال غرب همدان به علت تنش های ناشی از سرد شدن توده گرانیتی روندی متفاوت را (N-S و N70 و N80) نشان می دهند. 
2-3-3-  ریز چین ها و سطح شیستوزیته: روند ریز چین ها با روند زاگرس (N150) مطابقت دارد.
3- فعالیتهای انجام گرفته برای شناسایی پی ساختگاه
3-1- فعالیتهای صحرایی:
به منظور بررسی وضعیت ناپیوستگی های توده سنگی در محدوده تکیه گاه های راست و چپ سد اقدام به برداشت سطوح ناپیوستگی و مشخصات آنها مطابق با روش پیشنهادی ( ISRM,1981 ) شده است. برخی از ویژگی های این درزه ها در جداول ( 2 و 3) آمده است.
دسته درزه
جهت شیب
زاویه شیب
نوع درزه
J1
315
28
تورق توده سنگ
J2
063
88
درزه های تکتونیکی
J3
045
83
درزه های تکتونیکی
J4
315
80
درزه های تکتونیکی
دسته درزه
جهت شیب
زاویه شیب
نوع درزه
J1
257
20
تورق توده سنگ
J2
255
85
درزه های تکتونیکی
J3
360
80
درزه های تکتونیکی
در طی مرحله مطالعاتی سد اکباتان مجموعاً در 13 گمانه حفر شده تعداد 105 مورد آزمایش لوژان انجام شده است. حدود تغییرات نفوذ پذیری در این توده سنگ بر حسب لوژون در حد 1 تا 45 واحد در عمق های مختلف است. پی سنگ سد اکباتان دارای نفوذ پذیری متفاوتی در اعماق مختلف می باشد، و نشان دهنده گسترش حفره های کارستی، و زون های خردشده در مناطق مختلف می باشد. بر اساس آزمایش فشار آب، رفتار توده سنگ در مقابل فشار آب مورد ارزیابی قرار گرفته است این رفتار ها را در شکل 6 می توان مشاهده کرد. همانطوری که مشاهده می شود بیشترین رفتار مشاهده شده رفتار آشفته جریان آب در گمانه ها می باشد.
 
اغلب سنگها در نمونه آزمایشگاهی رفتارِ الاستیک از خود نشان می دهند ولی در مقیاس صحرایی به علت وجود درزها و تَرَک ها، رفتار پلاستیک دارند. رفتارالاستیک سنگها در طراحی دارای اهمیت فراوانی است. در مطالعات اولیه برای طراحی بر روی سنگ یا درون سنگ، باید بتوانیم میزان جابجایی احتمالی را پیشگویی کنیم. اهمیتِ این موضوع در شکل 8 نشان داده شده است. در یک سد قوسی بتنی، اگر تکیه گاهها به اندازه 10 سانتی متر تغییر شکل دهند، این سد بتنی ترک برداشته و دچار خرابی خواهد شد.
 
 

روش معمولی تعیین مدول ها در سنگ بکر استفاده از آزمایشهای مقاومت فشاری تک محوری است که در آن با استفاده از نمودار تنش - کرنش طبق روشهای گفته شده، مدول ها را حساب می کنیم.
مدول تغییر شکل پذیری، مقدار E  حاصل از داده های بار گذاری در آزمون است. انواع آزمایشهای صحرایی جهت تعیین مدول تغییر شکل پذیری آزمایشهای بزرگ مقیاس شامل بار گذاری صفحه ای و بار گذاری شعاعی و آزمایشهای کوچک مقیاس شامل آزمایش جک تخت و آزمایش جک گمانه ای و آزمایش دیلاتومتری می باشند. در جدول (4) میانگین مدولهای محاسبه شده طی آزمون دیلاتومتری انجام شده در این ساختگاه آورده شده است.
نوع مدول (MPa)
نوع سنگ
شیست
آهک ماسه ای
آهک
بتن

کلید واژه ها: همدان