شناسایی و ثبت حفرات در کارست توسط روش دوبعدی دایپل-دایپل
| دسته | ژئوفیزیک |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین |
| تاريخ برگزاری | ۱۳ اسفند ۱۳۸۶ |
چکیده:
شناسایی و ثبت دقیق حفرات کارستی آبدار یکی از موضوعات جذاب و مورد علاقه محققین از دیرباز تا کنون بوده و است. در این مطالعه به منظور یافتن حفره های کارستی، محدوده ای واقع در دماغه شرقی تاقدیس آهکی پابده لالی در شمال روستای چگارمان در منطقه اندیکا خوزستان مورد تجسس و بررسی های ژئوالکتریکی قرار گرفت. روش ژئوالکتریکی در این تجسس روش دو بعدی غیر متعارف دایپل – دایپل به طول آرایه ۵۸۰ متر انتخاب شد. این آرایه دو بعدی طوری گسترش یافت که دقیقا از محل شواهد سطحی کارستی موجود در منطقه همچون گرایک، کارن و غیره عبور می نمود. در تفسیر این پروفیل در نرم افزار Res۲dinv از روش های معکوس سازی Combined the Marquardt and Occam که در تعیین ساختارهایی همچون حفرات کاربرد دارد استفاده شد. ساختار الکتریکی بدست آمده از تفسیر داده های مقاومت ویژه الکتریکی در این پروفیل، حضور یک حفره کارستی آبدار در عمق و دقیقا در زیر گرایک های موجود در منطقه و همچنین وجود زون ساب کاتانیوس به ضخامت حدود ۳۵ متر در بخش های سطحی در طول پروفیل را نشان داد. حضور قنات آبدار در دو کیلومتری پایین دست حفره کارستی و تطابق ارتفاع مطلق سطح آب موجود در قنات و حفره کارستی ثبت شده در این پروفیل قطعیت ارتباط این دو را با هم افزایش می دهد.
فرهاد عبدالهی ، کارشناس ارشد ژئوفیزیک ، کارشناس ارشد شرکت تحلیل گران نوین زمین
آرش ندری ، دانشجوی دکتری آب شناسی ، دانشگاه شیراز
داریوش ندری ، دانشجوی دکتری ژئوفیزیک دانشگاه کرتین استرالیا
مقدمه :
یکی از راه های شناسایی و ثبت ناهمگنی های شدید محیط کارستی و جهت جریان در این مناطق استفاده از روش های قدرتمند ژئوالکتریکی است [3]. شواهد زمین شناسی سطحی و روش های ژئوفیزیکی مختلفی جهت شناسایی حفرات کارستی آبدار تا کنون گزارش شده است. بر خلاف استفاده گسترده از روش های یک بعدی ژئوالکتریک جهت شناسایی حفرات در کارست، روش های دو بعدی ژئوالکتریک در کشور ما به ندرت مورد استفاده قرار گرفته است [1]. نا همگنی پیچیده و شدید سیستم کارستی می تواند با یک مدل دو بعدی ژئوالکتریک بر خلاف روش های یک بعدی به راحتی شناسایی و تفسیر شود [1]. چاه ها و گمانه هایی که توسط روش های دو بعدی ژئوالکتریکی در سیستم های کارستی تعیین محل گردیدند نسبت به چاههایی که صرفا توسط شواهد سطحی زمین شناسی و یا روش های یک بعدی ژئوالکتریک تعیین محل و حفاری می شوند از قطعیت بسیار بالاتری جهت شناسایی زون ها و حفرات کارستی برخوردار می باشند. به علاوه با در اختیار قرار دادن ساختار ژئوالکتریکی و ابعاد آنومالی هایی همچون حفرات، شکستگی ها و غیره با استفاده از روش های دو بعدی ژئوالکتریک می توان عمق برخورد به سطح آب، عمق حفاری و دبی قابل برداشت را با تقریب بالایی پیش بینی نمود.
توسعه کامپیوترها، توسعه نرم افزارهای شبیه سازی مقاومت الکتریکی زمین (Loke & Barker, 2004) و پیشرفت های الکترونیکی در دو دهه اخیر نقش عمده ای در استفاده از روش های توموگرافی الکتریکی در منابع آب کارست بوجود آورده است.
تاقدیس پابده در35 کیلومتری شمال غرب شهرستان لالی بین طول های های جغرافیایی ´15 ˚49 تا ´31˚ 49 شرقی و عرض جغرافیایی ´13 ˚32 تا ´24˚ 32 شمالی قرار گرفته است. رخنمون اصلی آن را طبق نقشه 1:100000 شرکت ملی نفت ایران سازند آهکی آسماری تشکیل می دهد. این تاقدیس دارای روند شمال غرب – جنوب شرق می باشد. دماغه غربی آن در تلاقی با تاقدیس گورپی به خوبی قابل شناسایی نیست. دماغه شرقی آن که در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفته است در نزدیکی شهر قلعه خواجه واقع شده است. حضور گسل های متعدد در طول این تاقدیس شاهدی بر فعالیت های تکتونیکی شدید می باشد. در اطراف دماغه شرقی این تاقدیس آب فروچاله های بزرگی به نام های چاه ریته، آب زالو و آب گرگ کش یافت می گردند (شکل 4). در این دماغه و در محل مورد مطالعه همچنین سه شکستگی بزرگ در جهت محور تاقدیس و تقریبا به صورت همگرا یافت می شوند (شکل های 1و 4). علاوه بر آن شکستگی هایی نیز در این دماغه و در جهت عمود بر محور تاقدیس یافت می شوند که از یال شمالی تا یال جنوبی امتداد یافته اند. بررسی های زمین شناسی و ساختاری به عمل آمده در این منطقه علاوه بر یافتن گسل ها و شکستگی های فوق الذکر در دماغه شرقی، آثار کارن و گرایک هایی نیز در سطح آهک های منطقه شناسایی نمود (شکل های 2 و 3)[2].
در بخش اندیکا خوزستان.
بنابراین از نقطه نظر مطالعات زمین شناسی انتخاب این منطقه جهت برداشت های ژئوالکتریک با قطعیت بالایی مورد تایید قرار گرفت. لذا به منظور ثبت و یافتن عوارض کارستی و قطعیت بخشیدن بیشتر به نتایج مطالعات زمین شناسی و هیدروژئولوژی، روش ژئوالکتریکی دو بعدی غیر متعارف دایپل–دایپل انتخاب و بکار گرفته شد.
روش دو بعدی غیر متعارف دایپل – دایپل به منظور توموگرافی الکتریکی دو بعدی در دماغه شرقی تاقدیس پابده لالی بکار گرفته شد. طول 580 متر و فواصل الکترودی 10 متر جهت مطالعه این پروفیل انتخاب شد. جمعا 59 عدد الکترود در طول این پروفیل به کار رفته است.با استفاده از ارتفاع مطلق الکترود اول دیگر الکترودها نیز ترازیابی شده و مدل ارتفاعی محل الکترودها در مدل نهایی ژئوالکتریک این پروفیل اعمال گردید.
دستگاه اندازه گیری مقاومت الکتریکی ظاهری زمین به نام های GTR-2 & GTE6/1 ساخت شرکت Geotrade از کشور سویس با توان 200 وات در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفت.
در این مطالعه به منظور کاهش سطح نوفه و افزایش سطح سیگنال به نوفه در داده های مقاومت ویژه ظاهری برداشت شده از عملگرهای هموارسازی (Smoothing) استفاده شد. بدین شکل که برای هموار سازی، از تاثیر داده های اطراف نقطه مورد نظر با وزن های متفاوت استفاده شد و از روش وزن دادن به روش معکوس (Inverse Distance Weighting) برای داده های واقع در محدوده شعاع 15 متری نقطه مورد نظر استفاده شد.
با استفاده از نرم افزار Res2dinv (Loke & Barker, 2004) داده های مقاومت ظاهری برداشت شده در صحرا مورد پردازش قرار گرفته و سپس مدل مقاومت واقعی زیرزمین تهیه گردید. روش معکوس سازی که در پردازش این پروفیل بکار بسته شد روش معکوس سازی Combining the Marquardt (or ridge regression ) and Occam (or Smoothness-Constrained) بوده که در آشکار سازی ساختارهایی همچون حفرات از قدرت مناسبی برخوردار می باشد. نتایج مدل سازی ساختار مقاومت الکتریکی واقعی در زیر زمین در محل این پروفیل در شکل شماره 5 ارائه شده است.
پروفیل یک:
این پروفیل دارای امتداد شمال غرب – جنوب شرق و در دماغه شرقی تاقدیس پابده لالی بالا دست روستای چگارمان از بخش اندیکا می باشد. موقعیت این پروفیل بر روی عکس هوایی و در شکل شماره 4 آورده شده است. بررسی حضور زون ها و حفرات کارستی آبدار، شناسایی گسل ها و زون های خرد شده، شناسایی لایه های سطحی و تعیین لیتولوژی از مهمترین اهداف برداشت این پروفیل بود. با توجه به اهداف ذکر شده در فوق، پس از تفسیر و تعیین ساختار الکتریکی موجود در زیر زمین موارد زیر قابل بحث و بررسی می باشند.
محدوده مقاومت واقعی در طول این پروفیل از 10 اهم متر تا حدود 1700 اهم متر می باشد. سه ساختار اساسی عمده در این پروفیل قابل شناسایی است. اولین ساختاری که در فواصل الکترودی 27 الی 53 و در اعماق نسبتا کم و تا عمقی حدود 45 متری با مقاومت الکتریکی 10 تا 55 اهم متر خود را نشان می دهد مربوط به زون ساب کاتانیوس می باشد حداکثر ضخامت این زون در این پروفیل 35 متر و حداقل آن 10 متر می باشد. دومین ساختار در فواصل الکترودی 23 الی 29 و در اعماق 25 تا 95 متری با مقاومت الکتریکی 40 تا 300 اهم متر خود را نشان می دهد مربوط به یک حفره کارستی آبدار است که به خوبی کلیه ابعاد این حفره در این پروفیل ثبت گردیده است. سومین ساختار الکتریکی بدست آمده از این پروفیل آهکی متراکم و خشک می باشد که با مقاومت الکتریکی 300 اهم متر به بالا در سرتا سر طول پروفیل خود را نشان می دهد. هیچ گونه گسلی در این پروفیل قابل شناسایی نیست. همچنان که از موارد ذکر شده بر می آید سطح آب در حفره کارستی آبدار وجود داشته و ثبت شده است. در دو کیلومتری پایین دست این حفره کارستی یافت شده و در امتداد مسیر حفره قناتی یافت می شود که بخشی از آب روستای چگارمان را تامین می نماید. به نظر می آید ارتفاع مطلق سطح آب موجود در قنات با ارتفاع مطلق حفره کارستی ثبت شده در این پروفیل همخوانی دارد.
نتیجه گیری :
روش دو بعدی ژئوالکتریکی غیر متعارف دایپل – دایپل که در این مطالعه به کار گرفته شد نشان داد که از قدرت و توانایی خوبی برخوردار است. ثبت و شناسایی حفره (Cavity) و زون ساب کاتانیوس موجود در طول این پروفیل برداشت شده ارزش و توانایی های روش دوبعدی غیر متعارف دایپل-دایپل را در عمل دو چندان نمود. ثبت این حفره آبدار در نتایج حاصل از توموگرافی الکتریکی دو بعدی در طول این پروفیل به عملیات حفاری در این منطقه قطعیت می بخشد. نتایج بدست آمده از ساختار ژئوالکتریکی حاصل شده ارتباط بین گرایک های موجود در منطقه با حفره ثبت شده در زیر آنها را نشان می دهد. سه گسلی که در امتداد محور تاقدیس و به صورت همگرا بوده، در کل طول این پروفیل ثبت نگردیده و هیچ گونه شاهدی به صورت تغییرات ساختاری الکتریکی دال بر حضور آنها در بخش های عمیق این پروفیل وجود ندارد.
حفره ای که از نتایج توموگرافی الکتریکی دو بعدی بدست آمد تاثیر زیادی بر کاهش مقاومت الکتریکی محیط اطراف خود در ابعاد 7060 متر و اعماق بین 25 تا 95 متر داشته است. قرار گرفتن کل ابعاد این حفره در مدل توموگرافی الکتریکی دو بعدی در طول پروفیل، عمق مورد نیاز جهت حفاری و سطح برخورد به آب را دقیقا مشخص می نماید. حداکثر عمق پیشنهادی جهت حفاری در این منطقه 100 متر و سطح برخورد به آب 35 تا 40 متر می باشد.
ارتفاع مطلق سطح آب موجود در حفره کارستی ثبت شده در طول این پروفیل با ارتفاع مطلق آب موجود در قنات پایین دست در منطقه چگارمان همخوانی دارد. به نظر می رسد آب موجود در قنات از این حفره سرچشمه می گیرد. لذا پیشنهاد می گردد پس از حفاری به منظور شناسایی ارتباط یا عدم ارتباط این دو با یکدیگر مطالعات ردیابی صورت پذیرد.
در تفسیر این پروفیل در نرم افزار Res2dinvنتایج مدل توموگرافی الکتریکی بدست آمده از روش Combined the Marquaardt (or ridge regression ) and Occam (or Smoothness-Constrained) نشان داد که این روش معکوس سازی ترکیبی به خوبی قادر به شناسایی ساختارهایی همچون حفرات و آشکار سازی ابعاد آنها می باشد.
منابع فارسی :
1. عبدالهی، ف.، ندری، د.، و ندری، آ. 1385.، "بکارگیری توموگرافی الکتریکی دو بعدی در تعیین مسیرهای جریان آب کارست"، بیست وپنجمین گردهمایی علوم زمین.
2. عبدالهی، ف.، ندری، آ و ندری، د.، 1385 " مطالعات ژئوالکتریک سازند سخت در محدوده مطالعاتی تاقدیس پابده لالی "، پروژه سازمان آب و برق خوزستان، شرکت تحلیل گران نوین زمین.