تأثیر پارامترهای شیمیایی نهشته های مارنی بر خصوصیات زمین شناسی مهندسی آنها (با تأکید بر دوام پذیری)در منطقه قم

دسته زمین شناسی مهندسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده اکرم کرامت
تاريخ برگزاری ۳۰ بهمن ۱۳۸۵

چکیده:
مارن ها نهشته ها و رسوباتى هستند که از ترکیب رس و کربنات کلسیم تشکیل شده اند و جزو سنگ هاى رسوبى به شمار مى روندو از لحاظ برخى خصوصیات مهندسى ( نظیر دوام پذیرى ) ضعیف بوده که این موارد موجب معضلاتى در بسیارى از پروژه هاى ژئوتکنیکى و اجرائى مى شود .
 
در این تحقیق با توجه به پراکندگى و توزیع نهشته هاى مارنى منطقه قم و استفاده از تصاویر ماهواره اى و سنجش از دور، نمونه هاى مورد نظر جهت کارهاى آزمایشگاهى و آزمایش هاى مربوط به خصوصیات مهندسى آنها برداشت شدند.بر روى نمونه هاى برداشت شده آزمایش هاى مقاومتى و مکانیکى سنگ همچون آزمایش دوام پذیرى ، آزمایش مقاومت بار نقطه اى و آزمون سختى سنگ با استفاده از چکش اشمیت انجام گرفت. بررسى خصوصیات شیمیائى نهشته هاى مارنى که بر روى خواص مهندسى آنها یعنى دوام پذیرى و مقاومت تراکمى تک محورى موء ثرند،نیز صورت گرفت .
 
در نهایت، خصوصیات مهندسى نهشته هاى مارنى منطقه خصوصا" دوام پذیرى و مقاومت تراکمى تک محورى آنها برداشت شد که آزمایش ها نشان مى دهند با افزایش درصد کربنات و سیلت در نهشته هاى مارنى منطقه، ویژگى هاى مقاومتى و مکانیکى آنها از لحاظ مهندسى بهبود مى یابد .
که این خصوصیات در بسیارى از پروژه هاى ژئوتکنیکى و اجرائى و هم چنین بررسى فرسایش پذیرى منطقه مى توانند مورد استفاده قرار گیرند .
 
 
Abstract:
Marls deposites composite of clay and calcium carbonate,they are ingredient of sedimentary rocks,which have a weak engineering characteristics(such as durability),that these instances provide problems in geotechnical projects. In this search with due attention to dispersion and type of marls in region(qom region) and with use the remote sensing technics and satelite images,pick samplesfor experiments about engineering characteristics of them.Then performed mechanical and chemistry experiments on samples. This tests are durability test,point load test ,hardness and chemistry tests.
At last,defined durability index,point load index and compressive strength of marls deposites. That calcium carbonate and silt have increase effect on durability index of marl deposites in qom region.

تأثیر پارامترهای شیمیایی نهشته های مارنی بر خصوصیات زمین شناسی مهندسی آنها (با تأکید بر دوام پذیری)در منطقه قم
          ◊◊◊◊
 
اکرم کرامت ، کارشناس ارشدزمین شناسی مهندسی از دانشگاه علوم و تحقیقات،1384،عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی -واحد دزفول
(روانشاد)جعفر غیومیان،دکتری زمین شناسی مهندسی، عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات حفاظت خاک و  آبخیزداری جهادکشاورزی
◊◊◊◊
 
چکیده:
مارن ها نهشته ها و رسوباتی هستند که از ترکیب رس و کربنات کلسیم تشکیل شده اند و جزو سنگ های رسوبی به شمار می روندو از لحاظ برخی خصوصیات مهندسی ( نظیر دوام پذیری ) ضعیف بوده که این موارد موجب معضلاتی در بسیاری از پروژه های ژئوتکنیکی و اجرائی می شود .
 
در این تحقیق با توجه به پراکندگی و توزیع نهشته های مارنی منطقه قم و استفاده از تصاویر ماهواره ای و سنجش از دور، نمونه های مورد نظر جهت کارهای آزمایشگاهی و آزمایش های مربوط به خصوصیات مهندسی آنها برداشت شدند.بر روی نمونه های برداشت شده آزمایش های مقاومتی و مکانیکی سنگ همچون آزمایش دوام پذیری ، آزمایش مقاومت بار نقطه ای و آزمون سختی سنگ با استفاده از چکش اشمیت انجام گرفت. بررسی خصوصیات شیمیائی نهشته های مارنی که بر روی خواص مهندسی آنها یعنی دوام پذیری و مقاومت تراکمی تک محوری موء ثرند،نیز صورت گرفت .
 
در نهایت، خصوصیات مهندسی نهشته های مارنی منطقه خصوصا" دوام پذیری و مقاومت تراکمی تک محوری آنها برداشت شد که آزمایش ها نشان می دهند با افزایش درصد کربنات و سیلت در نهشته های مارنی منطقه، ویژگی های مقاومتی و مکانیکی آنها از لحاظ مهندسی بهبود می یابد .
که این خصوصیات در بسیاری از پروژه های ژئوتکنیکی و اجرائی و هم چنین بررسی فرسایش پذیری منطقه می توانند مورد استفاده قرار گیرند .
 
 
Abstract:
Marls deposites composite of clay and calcium carbonate,they are ingredient of sedimentary rocks,which have a weak engineering characteristics(such as durability),that these instances provide problems in geotechnical projects. In this search with due attention to dispersion and type of marls in region(qom region) and with use the remote sensing technics and satelite images,pick samplesfor experiments about engineering characteristics of them.Then performed mechanical and chemistry experiments on samples. This tests are durability test,point load test ,hardness and chemistry tests.
At last,defined durability index,point load index and compressive strength of marls deposites. That calcium carbonate and silt have increase effect on durability index of marl deposites in qom region.
 
◊◊◊◊
 
مقدمه :
مارن های ایران از نظر دارا بودن کانی های قابل انحلال گچ ، نمک و انیدریت به دو دسته عمده مارن های تبخیری ( نئوژن) و مارن های غیر تبخیری (قبل نئوژن ) تقسیم می شوند .
مارن های غیر تبخیری ، محل تشکیل آنها اغلب دریا با شوری معمولی است . کربنات کلسیم از اجزاء اصلی بخش شیمیائی تشکیل دهنده این نوع مارن هاست . این مارن ها از نظر سنی نسبت به مارن های تبخیری قدیمی ترند ، اغلب به رنگ کرم نخودی دیده می شوند و در تناوب با لایه های آهکی و شیلی می باشند. مارن های تبخیری ، محیط تشکیل آنها اغلب دریاچه های شور است . گچ ، انیدریت و نمک از اجزاء اصلی بخش شیمیائی این نوع مارن هاست .فاقد فسیل دریائی بوده و اغلب جوان هستند. در نواحی برونزد این نوع مارن ها خاکهای شور و خاکهای سدیمی تشکیل می شوند . 
 
مارن های موجود در منطقه مورد بررسی در این تحقیق ( منطقه قم ) از نوع مارن های نئوژن بوده که از اجزاء شیمیائی آنها می توان انیدریت ، گچ و تیغه های ژیپس را نام برد . از نظر بافت بیشتر سیلتی هستند تا رسی ، لذا اطلاق نام مارن به آنها خالی از اشکال نیست . به عبارتی دیگر این نهشته ها ، مادستون های گچی و نمکی هستند . نهشته های نئوژن عمدتا" از بخش های مادستونی تشکیل شده اند که در تناوب با لایه های سخت ماسه سنگی ، شیلی و گچی اند . بنابراین و با توجه به تنوع و نوع نهشته های مارنی در منطقه مورد بررسی ، نمونه ها برداشت شدند .
مارنهای منطقه قم در محدوده بین //30 /49 51 درجه طول شرقی و 34 تا 35 درجه عرض شمالی واقع گردیده است . ( شکل شماره 1) و عمدتا" در سازندهای مربوط به الیگوسن تا میوپلیوسن وجود داشته که در سازندهای قرمززیرین،تشکیلات قم و قرمز بالائی رخنمون دارند.[2]
برداشت نمونه ها 
نمونه های خاکی از خاکهای سست سیلتی - رسی پهنه های مادستونی نئوژن (قرمز بالائی ) برداشت شدند و نمونه های سنگی از بخش ماسه سنگی نهشته های نئوژن و آهک قم گرفته شدند.
منطقه مورد مطالعه
  1. تاقدیس کمرکوه
  2. ناودیس یزدان
  3. شمالشرق قم
 
 
 
(شکل شماره 1) نقشه همپوشانی شده واحدهای مارنی تفکیک شده منطقه قم بر روی تصاویر ماهواره ای از منطقه
 
◊◊◊◊
بحث :
مارن مواد زمین شناسی نامستحکم رسوبی متشکل از ذرات تخریبی و مواد شیمیائی است .نهشته های مارنی مخلوطی از رس و کربنات و دیگر کانی های همراه هستند که دارای منشأ دریائی و دریاچه ای و آب شیرین هستند . مواد شیمیائی نهشته های مارنی متنوع بوده و شامل ژیپس ، انیدریت و نمک طعام می باشد . پتی جان ( 1975) از لحاظ ترکیب کانی شناسی واژه مارن را برای رسوباتی که 65-30 % کربنات کلسیم داشته باشند ، به کار می برد . [8]
درجه سنگ شدن در نهشته های مارنی خیلی متغیر است و الزاما" تابعی از سن سنگ نیست . نهشته های مارنی ممکن است سخت و سنگی باشند و یا اینکه در اثر فرسایش و عملکرد هوازدگی به صورت خرد و پودر شده و منفصل درآیند . سنگ های مارنی غالبا" جزو سنگ های رسوبی به شمار می آیند که در محیط تبخیری و دریائی کم عمق تشکیل شده اند .
نهشته های مارنی در حالت خشک از مقاومت برشی خوبی برخوردارند اما پس از جذب رطوبت ، به شدت دچار کاهش مقاومت می شوند . ناپایداری دامنه ها ، زمین لغزش ها و ریزش های دامنه سدها از جمله مسائلی است که در ارتباط با این نوع خاک و سنگ ها در مناطق شیبدار با آن مواجه می باشند . نهشته های مارنی مخصوصا" در نواحی خشک ، مناطقی با فرسایش پذیری زیاد و رسوبات تولیدی فراوان را به وجود می آورند . فرایندهای فرسایش در نهشته های مارنی به علت کم بودن نفوذپذیری و در صورت نبود پوشش گیاهی به ویژه در تپه های مارنی بسیار فعال است .
 
ویژگی های فیزیکی و مکانیکی نهشته های مارنی :
در این مبحث ویژگی های فیزیکی ، شیمیائی و مکانیکی نهشته های مارنی مورد بررسی قرار گرفته و عوامل مؤثر و هم چنین تغییر دهنده در این سری ویژگی ها مد نظر قرار گرفتند .
بر این اساس یک سری آزمایش های صحرائی و آزمایشگاهی روی ماده سنگ صورت گرفته است که آزمایشها و طبقه بندی سنگهای مارنی بر اساس داده های حاصل از هر آزمایش ، آورده می شود و در انتها نتایج آزمایشها بر روی نمونه های برداشت شده از منطقه مورد تحقیق ذکر می شود .
این آزمایش ها شامل :
حدود آتربرگ ( حد روانی و حد خمیری ) ، آزمایش های شیمیائی شامل درصد کربنات کلسیم ، مقدار رس ، مقدار سیلت و مقدار گچ .
مقدار فرسایش پذیری
آزمایش مقاومت بار نقطه ای ، آزمایش دوام پذیری ، آزمون سختی سنگ
 
تعیین پارامترهای مهندسی نمونه های مارنی
برای تعیین پارامترهای مهندسی مارنها، بر روی 20 نمونه از نهشته های سنگی برداشت شده، آزمایش های دوام پذیری،مقاومت بار نقطه ای، مقاومت فشاری تک محوری و آزمون سختی با چکش اشمیت انجام گرفت.
بر اساس آزمایشهای انجام شده بر روی نمونه های سنگی برداشت شده از منطقه قم، بیشترین و کمترین دوام پذیری، مقاومت بار نقطه ای و مقاومت فشاری تک محوری تعیین گردید.(جدول یک)
 
جدول یک : نتایج آزمایش های مهندسی نمونه های سنگی مارنهای قم
 
دوام پذیری
 
مقاومت بار نقطه ای
 
مقاومت فشاری تک محوری
 
سختی
 
 
 
99%
 
3.67
 
77.53
 
49.5
بیشترین مقدار
 
 
35%
 
0.10
 
2.30
 
16.82
کمترین مقدار
 
در دیاگرام های زیر نتایج حاصل از دوام پذیری با در نظر گرفتن تعداد سیکل های آزمایش آورده شده است :
          
 
در ادامه نتایج پارامترهای شیمیایی اندازه گیری شده بر روی نمونه های سنگی مارنها انجام شد که در جدول دو میزان تغییرات پارامترهای شیمیایی در نمونه ها  آورده شده است (جدول دو)
 
             جدول دو : نتایج آزمایش های شیمیائی بر روی نمونه های سنگی نهشته های مارنی منطقه
 
 
گچ
 
سیلت
 
رس
 
آهک
 
 
 
 
1.55
 
77%
 
53%
 
68.53
 
بیشترین مقدار
 
0.5
 
37%
 
7%
 
20.78
کمترین مقدار
 
در مورد نهشته های سست نئوژن مارنی نیز یکسری آزمایشها انجام گردید که شامل اندازه گیریهای حدود آتربرگ، درجه خمیری، مقدار آهک و اندازه فرسایش پذیری در آنها بوده که در زیر کمترین و بیشترین مقادیر آنها ارائه می شود. (جدول سه)
 
جدول سه :نتایج حدود آتربرگ ، آزمایش شیمیائی و مقدار فرسایش پذیری بر روی نهشته های سست نئوژن :
 
آهک
 
PI
 
درجه خمیری
 
شدت فرسایش
 
 
 
 
68.53
 
5.23
 
متوسط
 
خیلی زیاد
 
بیشترین مقدار
 
11.69
 
17.13
 
کم
 
کم
کمترین مقدار
 
طبقه بندی نتایج حاصله:
بر اساس رده بندی سنگ ها بر مبناء رده بندی دوام پذیری گمبل(1971)[3]، نهشته های سنگی مارنهای منطقه در رده دوام پذیری مقاوم تا متوسط قرار می گیرند که با توجه به تغییر پارامترهای شیمیایی آنها مقدار دوام پذیریشان تغییر می یابد.(جدول چهار )
از نظر دیگر خصوصیات مهندسی یعنی مقاومت بار نقطه ای و مقاومت فشاری تک محوری برمبنا رده بندی براش و فرانکلین(1972) [3] نمونه های مارنی منطقه در رده مقاوم تا ضعیف قرار دارند که مقدار پارامترهای شیمیایی اندازه گیری شده تأثیر مستقیم در شاخص های مقاومتی آنها دارند .
 
 
جدول چهار: رده بندی سنگها بر اساس شاخص دوام آبدیدگی دومین مرحله (گمبل ، 1971)
 
شاخص دوام وارفتگی دومین مرحله (% )
رده بندی
30 - 0
خیلی ضعیف
60 - 30
ضعیف
85 – 60
متوسط
95 – 85
کمی مقاوم
98 – 95
مقاوم
100 - 98
خیلی مقاوم
 
 
هم چنین در مورد نهشته های سست مارنی منطقه، با توجه به داده های به دست آمده از نتایج آزمایش حدود آتربرگ و مقدار درجه خمیری ، نتایج را بر اساس طبقه بندی یونیفاید و در جدول طبقه بندی آن پیاده کرده و در مرحله دیگر نتایج را در جدول رسوب آورده شد تا مقدار و درصد رس ، کربنات کلسیم و دیگر پارامترهای شیمیائی مثل سیلت ، گل و ماسه را در نمونه ها مشخص گردد .
که در انتها می توان بر اساس داده های به دست آمده، مشخص کرد که نمونه های مورد نظر جزو نهشته هائی با عنوان مارن هستند یا جزو مادستون های گچی و نمکی می باشند .
 
 
 
 
موقعیت نهشته های سست                                               موقعیت نهشته های سست نئوژن
 نئوژن در مثلث رسوب                                                                در طبقه بندی یونیفاید
 
 
 
◊◊◊◊
 
نتیجه گیری :
 
بررسی عوامل مؤثر درخصوصیات مهندسی نمونه ها
 
1- با افزایش مقدار کربنات کلسیم (آهک ) دوام پذیری در نمونه ها افزایش می یابد . همچنین روند افزایشی مقدار سیلت به دلیل همراهی اجزاء سخت نیز تأثیر مثبتی در مقدار دوام پذیری دارد .نتایج مقاومت بار نقطه ای و مقاومت فشاری نمونه ها نیز از همین روند پیروی کرده و رشد شاخص های مقاومتی را داریم .هم چنین این داده های مقاومتی ، با نتایج سختی چکش اشمیت در مورد نمونه ها تقریبا" همخوانی دارند .
2- با افزایش مقدار رس ، خاصیت خمیری و جذب رطوبت در نمونه ها افزایش می یابد که در نتیجه آن کاهش دوام پذیری و شاخص های مقاومتی نمونه ها را داریم که پیگرد آن وقوع ناپایداریها ی دامنه ای ، حالتهای رمبش و نشست ناهمسان و کاهش مقاومت برشی در منطقه می باشد .
 
بر این اساس می توان داده های دوام پذیری نمونه های مارنی منطقه مورد تحقیق را با داده های دوام پذیری واحدهای مارنی میشان و آغاجاری در ایذه که توسط خامه چیان ( 1369 ) آزمایش شده اند ، مقایسه کرد . نتایج دوام پذیری نمونه های مارنی واحد میشان دارای دوام پذیری کم بوده و دوام پذیری نمونه های واحد آغاجاری دارای دوام پذیری متوسط به بالا می باشند .[1]
از این لحاظ می توان گفت که وا

کلید واژه ها: قم