ارزیابی کیفیت آبهای زیرزمینی منطقه زرین آباد به کمک روش ژئوالکتریکی دوقطبی-دوقطبی

دسته ژئوفیزیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده کاوه طالبی،
تاريخ برگزاری ۳۰ بهمن ۱۳۸۵

 

مقدمه :

    امروزه بدون شک، کشاورزی یکی از مهمترین امید های اقتصادی کشور به حساب می آید و مسلماً جهت دستیابی و تحقق وضعیت مطلوب در آن و رسیدن به خودکفایی لازم، می بایست با مطالعات دقیق و استفاده از روش های نوین، آب مورد نیاز برای مصارف کشاورزی را تامین نمود. جهت نیل به این هدف، به خصوص در نواحی کم باران، نیاز به استفاده و بهره برداری صحیح از منابع آب زیرزمینی         می باشد.

   دسترسی به این منابع آبی توسط چاه، قنات و ...... میسر است. جهت استخراج و استحصال منابع آب زیرزمینی، انتخاب محل مناسب جهت حفاری امری ضروری است که این مهم به کمک مطالعات ژئوفیزیکی و به ویژه با استفاده از   روش های الکتریکی قابل انجام می باشد.

 

◊◊◊◊

محل و موقعیت جغرافیایی

۳>

    منطقه مورد مطالعه در ۲۰ کیلومتری شمال‌شرق شهرستان دامغان، ۴۵ کیلومتری جنوب‌غرب شهرستان شاهرود و در یک کیلومتری روستای زرین‌آباد در سمت چپ جاده زرین‌آباد و در طول جغرافیایی ’’۵۷ ۳۳ °۵۴ و عرض جغرافیایی ’’۴۵ ۱۳ °۳۶ واقع شده است. دسترسی به محدوده از طریق جاده آسفالته تهران – مشهد و پس از طی مسافت ۴۵ کیلومتر از شاهرود به سمت دامغان یا ۲۰ کیلومتر از دامغان به سمت شاهرود و جاده آسفالت روستای زرین‌آباد در مجاورت ایستگاه راه‌ آهن (ایستگاه زرین، محل دپو و بارگیری ذغالسنگ) امکان پذیر می‌باشد. با توجه به اینکه محدوده در دشتهای دامنه جنوبی رشته کوههای البرز واقع شده، آب و هوای آن در تابستانها گرم و خشک و در زمستانها به دلیل بارش برف و باران سرد می باشد.

 

زمین‌شناسی منطقه

    مطالعه عکسهای ماهواره ای، نقشه های زمین‌شناسی و مشاهدات صحرایی حاکی از وجود آبراهه‌های متعددی است که از ارتفاعات شمالی منطقه سرچشمه گرفته و عمدتاً در امتداد گسلها و شکستگیهای موجود گسترش دارند. با بررسی شواهد هیدروژئولوژیکی از طریق قناتهای موجود، می‌توان گفت که پتانسیل منطقه از نظر آبدهی بد نیست. اما با توجه به شواهد زمین‌شناسی سطحی و مورفولوژی منطقه و علاوه بر آن، وجود رسوبات نفوذناپذیر از قبیل رس و مارن که در بخش‌های وسیعی از منطقه و در دیواره دو رشته قنات نزدیک منطقه برداشت، رخنمون دارند و همچنین مشکلات همراهی مقادیر متنابهی رس با آب پمپاژ شده از چاههای اطراف، لزوم به کارگیری ملاحظات و احتیاط در حفر چاههای جدید را گوشزد می‌نماید. شکل ۱ عکس ماهواره‌ای منطقه که بیانگر مورفولوژی و ساختارهای زمین‌شناسی آن است را نشان می‌دهد.

     بررسی نقشه زمین‌شناسی ۱:۱۰۰۰۰۰ شاهرود نیز که منطقه مورد مطالعه بخشی از آن است نشان می دهد که این منطقه بخشهایی از دو ایالت ساختاری البرز و ایران مرکزی را در بر              می گیرد ]۱[. بخشهای شمالی منطقه در برگیرنده رشته کوهها و ارتفاعات البرز شرقی است. با توجه به شناختی که از ویژگیهای زمین ساختی البرز وجود دارد، در ادوار گذشته دستخوش رویدادها و پدیده های مختلفی مانند کوهزایی، چین خوردگی و گسل خوردگی های متعددی شده است. بخش های میانی و جنوبی نیز که به ایالت ساختاری ایران مرکزی تعلق دارد، دستخوش پدیده هایی نظیر چین خوردگی و گسلش بوده است. رسوبات محدوده مورد مطالعه محدود به رسوبات کواترنری می باشد که شامل رسوبات بادزنهای آبرفتی، پادگانه های آبرفتی، مارن های گراولی و رسوبات ماسه ای و رسی است. دو گسل بارز کواترنری به نامهای گسل میان دشتی دهملا و گسل علی قلی در ناحیه وجود دارند. آثار گسل میان دشتی در حوالی محدوده مورد مطالعه با بهره گیری از تصاویر ماهواره ای و عکسهای هوایی شناسایی شده است]۱[. شکل ۲ نیز نقشه زمین شناسی منطقه که در آن مرز جدایش رس و ماسه های آبدار مشخص شده است را نشان می دهد. در قسمت بالای این مرز، احتمال دستیابی به آب با کیفیت مناسب تر، بیشتر است.

 

روش ژئوفیزیکی مقاومت‌ویژه

    اساس روش مقاومت‌ویژه، اندازه‌گیری مقاومت‌ویژه ظاهری لایه‌های مختلف است. با تفسیر داده‌های به دست آمده و مقایسه نتایج حاصله با اطلاعات زمین‌شناسی، ضخامت و مقاومت واقعی لایه‌ها تعیین گردیده و علاوه بر آن محل لایه آبدار، چین‌خوردگی‌ها و شکستگی‌های موجود در منطقه شناسایی می‌شوند ]۷ و۲[.

    مقاومت‌ویژه سنگها عمدتاً به میزان خرد شدگی، درصد تخلخل، محلول‌های موجود در آن و  املاح موجود در سیال پرکننده فضاهای خالی بستگی دارد. سنگهای رسوبی به علت تخلخل و درصد بالای اشباع‌ آب، مقاومت‌ویژه نسبتاً کمتری دارند. خاکهای نمناک و زمین‌های آبدار مقدار مقاومت‌ویژه‌ای کمتر از حالت قبل دارند. خاکهای رسی معمولاً مقاومت‌ویژه پایین تری نسبت به خاکهای ماسه‌ای دارند. نکته قابل توجه، مقدار مقاومت‌ویژه در انواع مختلف سنگها و خاکها می‌باشد که در گروههای مختلف، مقدار مقاومت‌ویژه همدیگر را پوشش می‌دهند. این مهم بدین دلیل است که مقاومت‌ویژه الکتریکی سنگ و یا نمونه خاک به عوامل دیگری چون: تخلخل، اشباع آب، غلظت نمکهای غیرمحلول و ... نیز بستگی دارد.

    همان طور که بیان  شد گستره تغییرات مقاومت‌ویژه برای سنگهای مختلف بنا به دلایل فوق بسیار بالاست و علاوه بر آن در بعضی از موارد همپوشانی‌ هایی نیز وجود دارد که این مسئله خود تعبیر و تفسیر دقیق داده‌های به دست آمده از روش مقاومت‌ویژه را مشکل می‌سازد و از این رو در تعبیر و تفسیر اینگونه داده‌ها باید نهایت دقت را به عمل آورد  ]۸ [.

 

طراحی شبکه برداشت

    برای طراحی شبکه برداشت، در نظر گرفتن عوامل زیر به انتخاب حالت بهینه شبکه کمک می‌کند. این عوامل شامل زمین‌شناسی، هندسه طبیعی لایه، شیب، امتداد و عمق لایه، عمق تجسس، عوامل اقتصادی، تکنولوژیکی و اطلاعات موجود از منطقه می‌باشد. با درنظر گرفتن عوامل فوق و با توجه به نبود سابقه مطالعات قبلی و با انجام بازدید صحرایی از منطقه موردمطالعه، پروفیلهای برداشت ژئوفیزیکی عمود بر روند عمومی ساختارهای زمین‌شناسی منطقه انتخاب گردید. به این ترتیب دو پروفیل طراحی و داده‌های مقاومت ویژه با آرایه دو قطبی- دو قطبی و با استفاده از دستگاه ABEM SAS۱۰۰۰ برداشت گردید. لازم به ذکر اینکه چون هدف شناسایی ساختارهای زیرسطحی و لایه های مختلف رسوبی بود، بر خلاف روشهای مرسوم آب یابی که معمولاً با استفاده از آرایه شلومبرژه انجام می گیرد، از آرایه دوقطبی- دوقطبی که قدرت تفکیک جانبی بالاتری نسبت به آرایه های معمول دارد استفاده شد.

 

پردازش داده‌های خام و تفسیر کیفی

شکل ۳- شبه مقطع حاصل از داده های خا مقاومت‌ویژه پروفیل۰۱

 

شکل ۳- شبه مقطع حاصل از داده های خام مقاومت‌ویژه پروفیل۰۲ بدون سطح توپوگرافى

 

    پس از اتمام عملیات صحرایی و قبل از اینکه هیچ عملیات فیلترگذاری و آماده سازی خاصی بر روی داده‌های برداشت شده اولیه ژئوفیزیکی انجام شود، شبه‌مقاطع منطبق بر پروفیل‌های مربوط به مقاومت ویژه ظاهری ( Rs ) به طور جداگانه تهیه و در شکل های ۳و ۴  ارائه شده است.

 

مدلسازی و تفسیر کمی داده‌ها

    با توجه با اینکه شبه‌مقاطع ارائه شده مربوط به داده‌های خام یک ایده کلی درمورد محل ارائه می‌دهند، از اینرو برای به دست آوردن تصویر درست از پروفیل اندازه‌گیری شده، لازم است کلیه داده‌های‌خام پس از اعمال تصحیحات لازم برای کاهش اثرات توپوگرافی و حذف برخی داده‌های پرت (outlier) با یکی از روشهای رایج، مدلسازی شود تا گسترش جانبی و عمقی لایه های مختلف با دقت مناسب تعیین گردد ]۴و ۵[. از اینرو تصمیم‌گیری‌های آتی نباید براساس نتایج ارائه شده شبه‌مقاطع داده‌های خام باشد.با توجه به اینکه مدلسازی و تعبیر و تفسیر داده‌ها با استفاده از روشهای مدلسازی پیشرو (forward modeling) کند و خسته ‌کننده می‌باشد، به همین منظور در این پروژه با استفاده از نرم‌افزارRES۲Dinv  داده‌ها تصحیح توپوگرافی شده و سپس با توجه به طبیعت داده‌های خام و اعمال تنظیمات لازم در نرم‌افزار، مدلسازی معکوس ‌هموار دوبعدی (Two dimensional inverse modeling) به صورت همزمان و ترکیبی (Joint inversion) برای داده‌های مقاومت ویژه هریک از پروفیلها صورت گرفت. در نهایت نتایج مدلسازی‌ها ارائه و مورد تفسیر قرار می‌گیرد.

 

نتایج مدلسازی داده‌های پروفیل ۰۱

    نتایج مدل سازی داده‌های پروفیل اول (۰۱) به صورت مقطع ژئوالکتریکی در شکل ۵ نشان داده شده است. سه لایه اصلی و تقریباً افقی در این پروفیل قابل مشاهده است. لایه اول با مقاومت ویژه پایین و نزدیک به ۲۰ اهم –متر با گسترش کامل در پروفیل و از سطح تا عمق بیش از بیست متر بارنگ آبی تیره مشخص شده است. این لایه به احتمال زیاد رس و یا رسوبات ریز دانه ای با اندازه رس و لای است که نم و رطوبت زیادی را به خود می گیرند ولی باز پس دهی آب در آنها بسیار ناچیز است. پس از این لایه، لایه افقی دیگری با مقاومت ویژه تا ۱۴۰ اهم- متر دیده می شود که از عمق بیست متری تا حدود ۸۰ متری منطقه را در بر گرفته و به نظر می رسد این لایه ماسه و درشت دانه های حاوی آب البته آب لب شور و همراه املاح باشد پس از این لایه باز هم تا اعماق زیادی از مقطع یک لایه افقی رسی یا ریز دانه با آبدهی اندک خودنمایی می کند. آنچه که در مورد این مقطع می توان گفت اینست که ریزدانه های رسی (با اندازه رس و لای) گسترش قابل توجهی در این مقطع دارند و دارای درجه سخت شدگی پایینی بوده و به راحتی جاری می شوند.

 

 

شکل ۵- مقطع ژئوالکتریکى حاصل از مدلسازى دوبعدى داده‌هاى مقاومت‌ویژه پروفیل۰۱ روى سطح توپوگرافى

 

 

 


نتایج مدلسازی داده‌های پروفیل ۰۲

S

N

همانگونه که در شکل ۶ قابل مشاهده است، از فاصله نقطه ۲۰۷۷ تا انتهای سمت راست پروفیل (جهت جنوب) و از سطح زمین تا عمق بیست متری، یک لایه نسبتاً افقی با مقاومت ویژه اندک و نزدیک به ۱۰ اهم- متر وجود دارد که باز هم می تواند دلیلی بر وجود رس و لای ( دانه ریز) آبدار و با قابلیت آبدهی اندک باشد . البته وجود این لایه را شواهد سطحی و دیواره های قنات حاشیه شرقی پروفیل نیز تأیید می کند. اما در قسمت شمالی پروفیل حدفاصل نقاط ۱۹۹۷ تا ۲۰۷۷ یک توده ریشه ای با مقاومت ویژه متوسط ۱۵۰ اهم – متر که به احتمال قوی متشکل از ماسه های آبدار با آب لب شور و حاوی املاح، دیده می شود. شواهد ژئوفیزیکی و اطلاعات زمین شناسی و ماهواره ای نیز این مساله را تا حد زیادی تأیید می کنند.

شکل ۶- مقطع ژئوالکتریکى حاصل از مدلسازى دوبعدى داده‌هاى مقاومت‌ویژه پروفیل۰۲ روى سطح توپوگرافى

 

 

 


◊◊◊◊

 

 

N

 


نتیجه گیرى و پیشنهادات :

با توجه به نتایج مدلسازی داده‌های پروفیل های برداشت شده و همچنین با در نظر گرفتن اطلاعات زمین شناسی منطقه، می توان به نتایج زیر اشاره نمود:

  •  با توجه به شرایط زمین‌شناسی و تصاویر ماهواره ای منطقه در کل پتانسیل آبی منطقه نسبتاٌ مناسب است، اما لایه های نسبتاً ضخیم و گسترش یافته دانه ریز رس و لای با تراوایی پایین در منطقه، قبل و بعد از آبخوان، شانس تشکیل ذخایر آب زیرزمینی با کیفیت و کمیت بالا خصوصاً در محل برداشت داده ها را به حداقل می رساند.

  • با نگاهی به نقشه زمین شناسی منطقه و موقعیت قناتهای موجود به وضوح دیده می شود که مادر چاه در بالا دست منطقه و در طرف مخالف جاده تهران – مشهد در محل واریزه های درشت دانه و با قابلیت نفوذپذیری موثر بالا حفر شده اند.

·     برداشتهای حاضر حاکی از آنست که یک منطقه وسیع و عمیق در محل برداشتها با انبوه مواد ریز دانه با آبدهی اندک وجود دارد که این مواد مانع از آبدهی مناسب چاههای حفر شده در منطقه خواهد شد و دستیابی به آب با کیفیت بالا، تنها با گذر از این منطقه و جهت گیری به سمت شمال منطقه میسر خواهد بود. بنابراین می توان گفت که محل مناسب جهت حفر  چاه های جدید، بالادست منطقه برداشت و حاشیه شمالی جاده تهران- مشهد می باشد.

◊◊◊◊

 

منابع فارسى :

۱.       نقشه ۱:۱۰۰۰۰۰ شاهرود، سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور

۲.    دولتی، ف.، مرادزاده، ع.، ۱۳۸۴، طرح پژوهشى مطالعات هیدروژئولوژیکى آب مورد نیاز کارخانه سیمان رویال سمنان، دانشگاه صنعتی شاهرود.

۳.       کلاگرى، ع. ا. ، ۱۳۷۱. اصول اکتشافات ژئوفیزیکى .، تابش، ۵۸۸ ص.

۴.     عرب امیری، ع،. طالبی، ک،. ۱۳۸۳ برداشت، مدلسازى و تفسیر داده‌هاى مقاومت‌ویژه و پلاریزاسیون‌القایى اندیس معدنى مس انار (کرمان)، دانشگاه صنعتی شاهرود.

۵.    عرب امیرى، ع،. ۱۳۸۵، برداشت، مدلسازى و تفسیر داده‌هاى مقاومت ویژه و پلاریزاسیون‌القایى محدوده معدنى سرب و روى تاش و مجن دانشگاه صنعتی شاهرود.

◊◊◊◊

 

References:

 

۶- http://earth.google.com/, ۲۰۰۵

۷- Ngah۱:city>, S.A.۱:country-region>۱:place>, ۱۹۸۵. Hydro geological aspects of surface coal mine dewatering. M. Phil thesis, University۱:placetype> of Nottingham۱:placename>۱:place>, ۲۸۸.

۸- Ward, S.H., ۱۹۹۴. Resistivity and Induced polarization methods. In Geotechnical and environmental geophysics, Investigation in geophysics, No. ۵. Society of Exploration Geophysics, V۱, ۳۸۹.

 

 

کاوه طالبی، علیرضا عرب امیری، فرامرز دولتی ارده جانی

اعضای هیات علمی دانشکده مهندسی معدن و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده:

    اکتشاف و بهرهبرداری اصولی از آبهای زیرزمینی برای مصارف مختلف به خصوص در مناطق خشک و فاقد آبهای دائمی سطحی اهمیت زیادی دارد. استفاده از روشهای مختلف ژئوفیزیکی یکی از راهکارهای موثر، ارزان و سریع اکتشافی است که به طور غیرمستقیم به اکتشاف سفره های آب زیرزمینی کمک می نماید. نتایج مطالعات ژئوفیزیکی اگر به درستی و به همراه سایر مشاهدات و اطلاعات مانند دانسته‌های زمینشناسی مورد تفسیر قرار گیرند، میتوانند اطلاعات ارزشمندی را در ارتباط با وضعیت سفره آبهای زیرزمینی به دست دهند. در مطالعه حاضر، هدف اصلی این است که به کمک روش ژئوفیزیکی، مقاومتویژه لایه‌های زیرسطحی منطقه زرین‌آباد دامغان در حواشی چاه آب کشاورزی منطقه محاسبه گردد و امکان بهره‌دهی مناسب تر را مشخص نماید. لذا به منظور نیل به این هدف و با در نظر گرفتن زمینشناسی و وسعت منطقه، از روش پروفیل‌زنی مقاومتویژه بر روی دو پروفیل نسبتاً طویل استفاده شد. پس از انجام عملیات صحرایی، پردازش لازم بر روی داده‌ها صورت پذیرفته و با انجام مدلسازی های مناسب، مورد تفسیر کیفی و کمی قرار گرفت.

    نتایج این بررسی نشان می‌دهد که گرچه در برخی نواحی نزدیک به منطقه برداشت سفره از پتانسیل آبی مناسبی برخوردار است، اما در برخی مناطق دیگر و علی‌الخصوص در ناحیه برداشت، وجود لایه‌های نسبتاً ضخیم ریز دانه (رس و لای) مانع از دستیابی به آب با کیفیت و کمیت بالا می‌شود.

 

Evaluation of groundwater quality of Zarin Abad area using geophysical           Dipole-Dipole method

 

Abstract :

    Appropriate exploration and exploitation of groundwater for various usages is very important in arid and semi-arid areas where the surface water bodies are limited. The use of different geophysical methods as effective, inexpensive and quick exploration tool can help to explore groundwater aquifer indirectly. Valuable information of aquifers can be obtained if the results of the geophysical investigation are combined with the geological data as a proper manner. This paper attempts to explain the main objective of this study using the geophysical technique to determine the resistivity of the subsurface layers in Zarin Abad plain, Dameghan. The study was carried out in the vicinity of an agricultural well in order to provide a chance for a more appropriate exploitation of groundwater resources. In order to reach the goal, the resistivity profiling method was preformed with taking the geological situation and the size of the study area into consideration on two approximately long profiles. After field operation and data correction and performing appropriate modeling, the results were then interpreted qualitatively and quantitatively. The results show that although the groundwater potential in Zarin Abad plain is considerable, in some areas in particular in the study area, the presence of nearly thick layers of fine grained sediments including clay and silt object the extraction of the high quality and quantity of groundwater.

کلید واژه ها: ژئوفیزیک زرینآباد آبزیرزمینی ژئوالکتریک سایر موارد