مدل‌سازی و تفسیر ژئوالکتریکی منابع آب زیر‌زمینی جنوب بیرجند

دسته ژئوفیزیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
تاريخ برگزاری ۱۳ اسفند ۱۳۸۶

چکیده :
بررسى‌هاى ژئوالکتریکى به روش سونداژزنى مقاومت ویژه با استفاده از آرایش شلومبرژه در ۵۹ نقطه بر روى ۱۷ پروفیل در دشت بیرجندکهبه عنوان یکى ازبزرگترین دشت‌هاى حوضه آبریز کویر لوت محسوب مى‌شود، انجام شد. سپس نقشه‌هاى هم مقاومت ویژه ظاهرى از روى داده‌هاى سونداژ مزبور تهیه و مورد تفسیر کیفى قرار گرفتند. براى تفسیر کمى و مشخص کردن لایه‌هاى زیرزمینى، ابتدا از منحنى‌هاى استاندارد و سپس از برنامه مدل‌سازى یک بعدى استفاده شد. به دنبال آن، نقشه‌هاى هم ضخامت آبرفتى و واریزه‌اى، هم عمق سنگ کف، مقاطع‌ مقاومت ویژه الکتریکى تهیه گردید. نتایج حاصل نشان دهنده وجود مقاومت ویژه ظاهرى بالا در قسمت‌هاى سطحى، حداکثر بودن ضخامت آبرفت در مرکز دشت، بالا آمدگى سنگ کف در محدوده شرقى و نهایتاً ضخامت ناچیز لایه آبدار که در قسمت تحتانى رسوبات آبرفتى واقع است، مى‌باشد.

عادل حدیدی ، دانشجوی کارشناسی ارشد ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود،adel_hadiidi@yahoo.com

ابولقاسم کامکار روحانی ، دکتری ژئوفیزیک ، عضوهیئت علمی دانشگاه صنعتی شاهرود

سعید یوسفی، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی شاهرود                                                         

رضاصوابی‌نژاد، دانشجوی کارشناسی ارشد زمین‌شناسی زیست محیطی، دانشگاه صنعتی شاهرود


مقدمه :
هدف مطالعه حاضر بررسی تغییرات عمقی مقاومت ویژه برای شناسایی لایه‌های مختلف و از جمله عمق، ضخامت لایه آبدار و جنس احتمالی سنگ کف است. جهت نیل به این اهداف می‌توان از عملیات سونداژ زنی الکتریکی((VES استفاده نمود. از آرایش‌های مختلفی برای عملیات سونداژ زنی استفاده می‌شود. آرایش شلومبرژه به دلایل مختلف بر ‌‌آرایش‌های دیگر برتری دارد.]3&4[. با در نظر گرفتن شرایط زمین شناسی و یکسری فرضیات اولیه برای وجود لایه آبدار، تعداد 59 نقطه برای انجام عملیات سونداژ زنی مقاومت ویژه در نظر گرفته شد که این نقاط در روی 17 پروفیل قرار می‌گیرند (شکل 1). همچنین فواصل الکترودهای جریان AB از 40 متر تا 1000 متر در نظر گرفته شده است. در مورد عمق نفوذ مؤثر اکتشاف آرایش شلومبرژه نظریات مختلفی وجود دارد که اکثریت بر این باورند که فواصل الکترودهای جریان در عملیات سونداژ زنی باید مساوی یا بیش از چهار برابر عمق اکتشاف مورد نظر باشد. ]8[
بحث:منطقه مورد مطالعه بخشی از دشت بیرجند است که در حد فاصل َ35 ْ32 تاَ 55 ْ32 عرض جغرافیایی و حد فاصلَ 15 ˚59 تاَ 45 ˚59 طول جغرافیایی در فاصله 490 کیلومتری جنوب مشهد و حد فاصل کیلومتر 7 تا 35 جاده بیرجند‑زاهدان در جنوب شرق شهرستان بیرجند واقع شده است (شکل 2). دشت مزبور از جنوب به جاده بیرجند-زاهدان، از شمال به ارتفاعات نئوژن، (ارتفاعات نئوژن جدا کننده دشت بیرجند از زیر حوضه مرک است)، از شرق به ارتفاعات شمال مود و از غرب به ایست و بازرسی علی آباد محدودمی‌شود. بررسی عکس‌های هوایی و نقشه‌های زمین شناسی و مشاهدات صحرایی نشان می‌دهد که رشته کوه باقران که در جنوب منطقه رخنمون دارد، به علت شکستگی و گسله‌های فراوانی که در آن وجود دارد، منطقه تغذیه خوبی برای این قسمت از دشت محسوب می‌شود. از منابع آبی موجود در منطقه می‌توان به دو رشته قنات و سه پیزومتر اشاره کرد که موقعیت آنها در شکل 2 آورده شده است. کیفیت آب با توجه به لیتولوژی منطقه که بیشتر از سنگهای اولترامافیک می‌باشد، برای کشاورزی، شرب و صنعت مطلوب می‌باشد. جهت جریان آب زیرزمینی نیز از جنوب به شمال و از شرق به غرب است. عمق برخورد به آب با توجه به اطلاعات چاههای موج از 85 متر تا 130 متر تغییر می‌کند.
زمین شناسی منطقه:
محدوده مورد مطالعه در محل تلاقی دو ایالت ساختاری سیستان و لوت قرار گرفته است .بیش از 70 درصد واحدهای سنگی تشکیل دهنده حوضه آبریز دشت بیرجند را واحدهای سنگی مربوط به ایالت ساختاری سیستان تشکیل می‌دهد که دارای روند شمال غرب، جنوب شرق تا شرقی غربی هستند. در جنوب منطقه مورد مطالعه مجموعه بهم آمیخته‌ای از افیولیت ملانژ ،سنگهای رسوبی آواری، سنگهای آتش فشانی و نیمه آتشفشانی، سنگهای دگرگونی با درجه پایین رخنمون دارند ،که هر کدام به نوبه خود تاثیر بسزایی در فرآیند های فرسایش رسوبگذاری ،نفوذ پذیری و غیره دارند. واحد‌های چینه سنگی موجود در منطقه عبارتند از:1- مجموعه افیولیت ملانژ ((Pd، که در جنوب منطقه مورد مطالعه (کوه‌های باقران) رخنمون دارند 2-واحد ماسه سنگی (PES)، که این مجموعه با لایه های چین خورده در حاشیه رشته کوه باقران با مرز گسله دیده می‌شود. 3- واحد سنگی (EObr) که این مجموعه شامل توف، گدازه‌های آتشفشانی، برش و آگلومرا بوده که در شرق منطقه مورد مطالعه رخنمون دارد. سونداژهای شماره 1 و 5 در نزدیکی این واحد سنگی زده شده است. 4-توف نئوژن (Ngt) که در شمال منطقه مورد مطالعه رخنمون دارد، سونداژهای شماره 24 و 56 بر روی این توفها قرار دارند. 5-کنگلومرای نئوژن ((Ngc که دارای لایه بندی بوده و ذرات تشکیل دهنده آن از حد رس تا قلوه سنگ‌های به قطر 20 سانتیمتر متغیر می‌باشد. سونداژ شماره 13 بر روی این واحد قرار دارد. 6- بازالت(b): جوانترین سنگ آتشفشانی است که در شرق و جنوب شرق حوضه رخنمون دارد این بازالت بصورت توده‌ای بوده و بسیار سخت و مقاوم و سیاه رنگ می‌باشد. 7- رسوبات آبرفتی(Qt1). این واریزه‌های سنگی در اندازه های از 30 تا 70 سانتیمتر در منطقه مورد مطالعه دیده می شوند.
تفسیر کیفی:
منحنی‌های سونداژ مقاومت ویژه از روی داده‌های سونداژ بدست آمده تهیه گردید که 2 نمونه از آنها در شکل 4 و 5 نشان داده شده است. مشابهت‌ها و تفاوت‌های بسیاری را می‌توان در بین نمودار‌های سونداژ بدست آمده مشاهده نمود.برای تفسیر کیفی بهتر داده‌ها و پی بردن به چگونگی تغییرات مقاومت ویژه لایه‌های مختلف زیر سطح زمین، نتایج سونداژهای مقاومت ویژه بصورت شبه مقاطع یا نقشه‌های تغییرات مقاومت ویژه ظاهری بر حسب نصف فاصله الکترودهای جریان تهیه شد.در بین نقشه هم‌مقاومت ویژه ظاهری مربوط به500،400،300،200،150،70،40،20=2AB/ متر، فقط برخی از آنها در اشکال 6تا 9 نشان داده شده است. نقشه‌های مزبور نشان می‌دهد که کمترین مقاومت ویژه مربوط به سونداژهای 12 و 24 و بیشترین مقاومت ویژه مربوط به سونداژهای 26،44 و 46 است. مقدار مقاومت ویژه ظاهری در یک روند کلی از جنوب به شمال، کاهش می‌یابد که آن احتمالاً به دلیل کاهش اندازه ذرات تشکیل دهنده آبرفت می‌باشد. همچنین مقدار مقاومت ویژه ظاهری در 40= 2AB/ متر بیشتر از 70=2AB/ متر است که می‌تواند به دلیل آنومالی‌های سطحی و کاهش اندازه ذرات نسبت به عمق باشد (شکل6 و شکل 7).نقشه‌های نشان داده شده در شکلهای 8 و 9 در مقایسه با نقشه های قبلی از مقدار مقاومت ویژه ظاهری کاسته می‌شود. بیشترین مقدار مقاومت ویژه ظاهری در سونداژ 44 و در سونداژهای جنوبی و کمترین مقدار آن مربوط به سونداژهای شرق محدوده مورد مطالعه(سونداژهای1،2،4،6،7) می‌باشد.
 مدل‌سازی و تفسیر کمی داده‌ها:
منحنی‌های سونداژ شلومبرژه، پس از هموار سازی، با استفاده از روش منحنی‌های استاندارد (آباک‌های) دو لایه‌ای مورد تفسیر قرار گرفتند و در نتیجه، تعداد لایه‌های مقاومت‌های ویژه و ضخامت‌های آنها تعیین گردید. برای تفسیر دقیق‌تر داده‌ها و پیدا کردن مقاومت ویژه واقعی و ضخامت هر یک از طبقات در محل هر یک از سونداژها بایستی مدل‌سازی داده‌ها به طریقی مناسب صورت گیرد و سپس داده‌ها با توجه به واقعیت‌های زمین شناسی مورد تفسیر قرار گیرند.مقاطع ژئوالکتریکی برای همه پروفیل‌ها با استفاده از نرم‌افزار2WIN  IPI تهیه گردید که به لحاظ اختصار در اینجا فقط 2 مورد آورده شده است. در شکل 10 مقطع ژئوالکتریکی حاصل از مدل‌سازی یک بعدی داده‌های مقاومت ویژه همراه با شبه مقطع‌ حاصل از داده‌های سونداژها بر روی پروفیل 2 را نشان می‌دهد. علاوه بر آن، نتایج مدل‌سازی معکوس پارامتری داده‌های هر یک از سونداژها به صورت عددی در جدول 2 درج گردیده است0شکل 11، مقطع ژئوالکتریکی حاصل از مدل‌سازی یک بعدی مقاومت ویژه به همراه شبه مقطع داده‌های سونداژ مربوط به سونداژهای 1،2،3و4 واقع بر روی پروفیل 1 را نشان می‌دهد. در طول این مقطع روند نمودارها در محل سونداژها درسطح بیانگر رسوبات آبرفتی دانه درشت و کاهش مقاومت در عمق سونداژ 2 و 4 نشان دهنده سنگ کف هادی توف یا آگلومرا می‌باشد، در محل سونداژ 3 مقاومت سنگ کف بیشتر می‌شود که به دلیل تغییر جنس سنگ کف می‌باشد.با استفاده از مقاطع ژئوالکتریک و ضخامت رسوبات آبرفتی و واریزهای در محل هر سونداژ، نقشه هم ضخامت رسوبات آبرفتی تهیه شده است(شکل 12). بیشترین ضخامت رسوبات در قسمت مرکزی محدوده مورد مطالعه می‌باشد. ضخامت رسوبات از شرق تا جنوب ایستگاه تحقیقات افزایش می یابد واز قرارگاه به سمت ایست و بازرسی علی آباد ضخامت رسوبات کاهش می‌یابد. بدلیل تغییر جنس مواد رسوبات آبرفتی در این ناحیه و جنس سنگ کف، هر گونه تصمیم گیری می‌بایست با در نظر گرفتن سایر نقشه‌ها و مقاطع صورت گیرد.
نتیجه گیری :
با توجه به بررسی‌های انجام شده می‌توان نتیجه گرفت:

نتایج مدل‌سازی یک بعدی داده‌های پروفیل2:
این مقطع در برگیرنده 5 سونداژ 10،6،7،8،9 می‌باشد و مبین لایه‌های زیر می‌باشد:1-رسوبات آبرفتی، سنگ کف توفی و آگلومرا درمحل سونداژ های 6،7،8. 2-سنگ کف کنگلومرایی و ماسه سنگی در محل سونداژهای 9 و 10. 3-یک ناپیوستگی و تغییر جنس در سنگ کف دربین سونداژهای 9 و 8 وجود دارد، به طوری که مقاومت جنس سنگ کف در سونداژ 8 بسیار کمتر از سونداژ 9 و 10 است. وجود مادر چاه قنات حاجی آباد در محل سونداژ 2 با عمق 30 متر و قرار داشتن مادر چاه داور آباد در محل سونداژ 10 با عمق بیش از 90 متر می تواند به این د لیل باشد.
 نتایج مدل‌سازی یک بعدی داده‌های پروفیل1:
 
1-ضخامت آبرفت در مرکز دشت حداکثر می‌باشد و ضخامت آبرفت در این محدوده در بعضی از نقاط به بیش از 130 متر می‌رسد. 2- بالا بودن مقاومت ویژه ظاهری در قسمتهای سطحی نشان دهنده درشت بودن ذرات و نفوذپذیری خوب آن می‌باشد. لذا در صورت آبگیری این طرح میزان تغذیه آبخوان مطلوب ارزیابی می‌گردد. 3- سنگ کف در محدوده شرقی بالا آمدگی نشان می‌دهد و باعث عوض شدن جهت جریان آب زیرزمینی دراین منطقه شده است. با در نظر گرفتن مطالب بالا پیشنهاد می‌شود، به منظور تایید نتایج مذکور، گمانه‌ای اکتشافی در محل سونداژ 30 با عمق 200 متر حفر گردد.
منابع فارسی :
]1[ سازمان زمین شناسی، 1369. نقشه زمین‌شناسی250000: 1
]2[ باوئر، ه. مترجم: لطفی صدیق ا.، هیدرولوژی آبهای زیرزمینی. ، دانشگاه سهند تبریز
 

کلید واژه ها: آبزیرزمینی مقاومتویژه سونداژ بیرجند مدلسازی ژئوفیزیک سایر موارد