تلفیق لایه‌های اطلاعاتی زمین‌شناسی، ژئوشیمیایی، ژئوفیزیکی و تصاویر ماهواره‌ای در محیط GIS جهت اکتشاف مواد معدنی(در زون سنندج-ملایر)

چکیده:
زون سنندج-ملایر بین طولهاى جغرافیایى ْ۴۷تا ْ۴۹ شرقى وعرضهاى جغرافیایى ْ۳۴ تا َ۳۰ ْ۳۵ شمالى و در استانهاى کرمانشاه، کردستان ، همدان و لرستان واقع است. این زون به دلیل قرار گرفتن در بخش شمالى زون کانه‌‌زاى سنندج سیرجان و بخش هایى از زون ارومیه دختر، داراى استعداد کانه زایى ذخائر سولفید توده‌اى از نوع قبرسى و طلاى اپى ترمال و آهن اسکارنى است. در این منطقه ۳ اندیس طلا، ۱۰ اثر آهن، ۱ اثر منگنز و کانه‌زایى‌هاى دیگرى مانند سرب-روى، آهن-مس، آهن-سرب وجود دارد که شواهد خوبى براى پتانسیل کانه‌زایى در این زون مى‌باشند.
استفاده از GIS در اکتشاف بسیار مفید است، زیرا هم باعث کوچک شدن محدوده‌هاى اکتشافى مى‌شود و هم در زمان و هزینه صرفه‌جویى مى‌کند. از اینرو براى اکتشاف در زون سنندج-ملایر از تلفیق داده‌ها در محیط GIS استفاده شد.
مدل‌سازى در محیط GIS سه مرحله اصلى دارد:
-جمع آورى و ورود اطلاعات به سیستم GIS؛
-پردازش داده‌ها؛
-مدل‌سازى؛
لایه‌هاى اطلاعاتى مورد استفاده زمین‌شناسى، ژئوفیزیک، ژئوشیمى، نقاط معدنى، و تصاویر ماهواره‌اى بودند که با استفاده از روش Index Overlay مورد تحلیل ریاضى قرار گرفتند.

مهدی مرادی، کارشناس سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور
Email: mehdi.moradi@gsi.ir
مژگان اصفهانی نژاد، کارشناس مسئول سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور
Email: mesfahaninejad@gsi-iran.org
لقمان نمکی، عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد سنندج
مقدمه :
 
پذیرش مدل ژنتیکی در اکتشاف کانسارها در تعیین استراتژی و تاکتیک اکتشافی نقش بسزائی ایفا می‌کند . همواره مدل‌سازی رخدادهای طبیعی و روابط علت و معلولی مرتبط با آنها یکی از مهمترین موضوعات مورد پژوهش می‌باشد. مدل‌سازی را می‌توان روش ساده‌سازی، کلی‌نگری و سهولت بخشی برای شناخت رخدادهائی دانست که دارای ویژگی‌های مشترک می‌باشند .
زون سنندج-ملایر بین طولهای جغرافیایی ْ47تا ْ49 شرقی و عرضهای جغرافیایی ْ34 تا َ30 ْ35 شمالی و در استانهای کرمانشاه، کردستان، همدان و لرستان واقع است و از جمله زونهای مهم معرفی شده توسط سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور به منظور انجام مطالعات اکتشافی می‌باشد. این زون به دلیل قرار گرفتن در بخش شمالی زون کانه زای سنندج سیرجان و بخش هایی از زون ارومیه دختر، دارای استعداد کانه زایی ذخائر سولفید توده‌ای از نوع قبرسی و طلای اپی ترمال و آهن اسکارنی است. از خصوصیات بارز این منطقه، فعالیتهای ماگمایی کرتاسه است که حاصل فرآیند فرورانش و دارای روند شمال‌غرب-جنوب‌شرق می‌باشد. به منظور دستیابی به مدلسازی تیپ‌های کانساری در محدوده مورد مطالعه، از رده‌بندی کانسارها براساس تیپ (کاکس و سینگر 1986) که اساس استاندارد  USGSاست، استفاده گردید. مبنای این رده‌بندی، لیتولوژی و جایگاه تکتونیکی (Litho–Tectonic) کانسارهاست که به‌ خوبی می‌تواند در مدلسازی و اکتشاف کانسارها نقش اساسی داشته باشند. پارامترهای مورد استفاده در رده‌بندی فوق شامل سنگ درونگیر، محیط تشکیل، خاستگاه تکتونیکی، عوامل کنترل کننده تشکیل، سن، ساخت و بافت و کانسارهای همراه می‌باشد. پارمترهای فوق برای ساخت محیط‌های مناسب برای انواع تیپ‌های کانساری مورد استفاده قرار می‌گیرد. براساس گزارش پاراگون، در مجموعه‌های سنگی مختلفی که دراین زون اکتشافی وجود دارد، می‌توان انتظار تیپ‌های کانه‌زایی خاصی را داشت. در غرب زون اکتشافی که حاوی سکانس افیولیتی و بازالتهای بالشی است، امکان تشکیل کانسارهای سولفید توده‌ای تیپ قبرسی وجود دارد و در شمال‌شرق محدوده به علت وجود ولکانیکهایی مانند ریولیت، ریوداست و آندزیتها و همچنین وجود کانسار طلای داشکسن می‌توان انتظار تشکیل کانسارهای طلای تیپ اپی‌ترمال را داشت.
بحث :
در این مقاله با تکیه براطلاعات ژئوفیزیکی، ژئوشیمیایی ، معدنی ،زمین شناسی و دورسنجی موجود، احتمال کانه‌زایی های مذکور دراین زون بررسی شده است. لایه‌های اطلاعاتی مختلف درسه دسته فرآیند تقسیم بندی شده اند که شامل فرآیندهای تشکیل کانه
 (Ore Forming Processes=OFP)، ساختارها (Structure) و واحدهای زمین شناسی می باشد. فرآیندهای تشکیل کانه خود شامل اطلاعات معدنی، آلتراسیون‌های موجود است که از تصاویر ماهواره‌ای و اطلاعات ژئوشیمیایی استخراج می‌شوند. ساختارها از سه منبع شامل نقشه های زمین‌شناسی، داده‌های ژئوفیزیکی و تصاویر ماهواه‌ای جمع آوری می‌َوند. سنگ میزبان براساس نوع کانه‌زایی متغیر است. کلیه اطلاعات موجود براساس دانش کانه زائی های فوق‌الذکر، در سیستم GIS با ضرایب مورد نظر ارزش‌دهی شده‌ ونهایتاً با استفاده از روش Index overlay به منظور دستیابی به نقشه‌ها‌ی پتانسیل نهایی با یکدیگر تلفیق شده‌اند. لازم به ذکر است، برای هریک از مدلسازی‌ها با توجه به اهمیت لایه های اطلاعاتی، ضرایب مختلفی وارد شده است. در نهایت نواحی با پتانسیل بالای کانه زایی طلای اپی‌ترمال و نواحی ارزشمند از نظرکانه زایی سولفید توده‌ای مشخص شدند. نواحی مذکور طی یک دوره عملیات صحرایی مورد کنترل قرارگرفته ونمونه برداری شدند و نواحی که آنالیزهای ژئوشیمیایی، وجود کانه زایی در آنها را تأیید می کرد، جهت مطالعات فاز بعدی اکتشافی معرفی گردیدند.
 
جمع آوری و ورود اطلاعات به سیستم
 
لایه زمین شناسی: این زون شامل 10برگه زمین شناسی با مقیاس 1:100،000 است که تعداد 8 برگه آن بصورت 1:100،000 تهیه شده که یکی از این برگه‌ها فاقد فایل رقومی است. بنابراین، در کل از 7 برگه 1:100،000 استفاده شد که این 7 برگه به انضمام سه برگه با مقیاس 1:250،000 استفاده شدند (برگه 1:100،000 سنندج از برگه 1:250،000 سنندج، برگه1:1000،00 کوهین از برگه 1:250،000 کبودرآهنگ و برگه1:100،000 همدان از برگه 1:250،000 همدان). مشکلاتی که در مرز بین نقشه‌ها وجود داشت با نظر کارشناسان رفع و در کل، تمامی نقشه‌ها بصورت نقشه‌ای یکپارچه با ستون چینه‌شناسی واحد تهیه شد (شکل1). بعد از تهیه این نقشه، تمامی اطلاعات لازم برای ساخت محیط‌های مناسب کانه‌زائی از قبیل نوع لیتولوژی (آذرین، دگرگونی، رسوبی)، ساخت وبافت (پرفیری، پگماتیتی، فانروکریستالین و ....)، آذرآواری بودن و .....مشخص شد و بصورت فیلد‌های اطلاعاتی قابل دستیابی (GIS Ready) به لایه اطلاعات زمین‌شناسی اضافه و تصحیحات لازم در مورد آن انجام گردید. پس از مطالعات لازم، واحدهای زمین شناسی مرتبط با کانه زایی انتخاب شدند.
لایه ژئوشیمی : جمع آوری ،رقومی سازی،پردازش ومعرفی محدوده های آنومالی عناصرمورد نظر برای مدلسازی، از کارهای انجام شده روی این لایه ژئوشیمی می باشد(شکل2).
لایه دورسنجی: مراحل کاری انجام شده روی این لایه، مطالعه وپردازش تصاویر ماهواره ای، تعیین مناطق آلتراسیون (رسی واکسید آهن)(شکل 4)، استخراج ساختارهای مهم محدوده مطالعاتی و تعیین ارتباط مناطق کانه‌زا با مناطق آلتراسیون و ساختارهای موجود می‌باشد(شکل3).
لایه ژئوفیزیکی: برای آماده‌سازی این لایه پس از بررسی داده‌های ژئوفیزیک هوایی، توده‌های عمیق و نیمه عمیق،ساختارهای مهم ژئوفیزیکی مشخص شدند ونهایتاً محدوده‌های امید بخش ژئوفیزیکی معرفی گردید.که جهت انجام این کار داده‌ها را به ترتیب زیر پردازش و تفسیر شدند و در مدل‌سازی وارد شدند.
پردازش داده های ژئوفیزیکی:
مقدمه:
‌بعد از جمع آوری و برداشت داده ها، مرحله تصحیح و پردازش شروع می شود.
برای تصحیح داده های مغناطیس تمام اثرات مربوط به منشأهای غیر از پوسته زمین، از جمله اثرات دستگاهی و نویز با استفاده از فیلترهای مناسب، اثر میدان مغناطیسی هسته زمین با استفاده از IGRF و تغییرات میدان خارجی زمین با استفاده از داده های ایستگاه مبنای زمینی از داده ها بیرون کشیده شده )و برای هم سطح سازی(leveling ) داده ها از خطوط کنترل
 (Tie lines)) که حدوداً عمود بر خطوط اصلی پرواز می شود، استفاده می گردد.
از دیگر مراحل پردازش حذف نویز از داده ها می باشد. بعد از مرحله پردازش یک نقشه یکنواخت از آنومالی های مغناطیسی منطقه برداشت بدست می آید.
تفسیر داده های ژئوفیزیک هوائی:
در مجموع دو پرواز مغناطیس سنجی هوائی منطقه مزبور را پوشش داده و داده های این دو برداشت ترکیب شده و به صورت یک نقشه درآمده است. مشخصات میدان مغناطیسی زمین در این منطقه به صورت زیر می باشد.
 
)I = 51.89    زاویه شیب مغناطیسی (inclination)
)D = 3.29   زاویه انحراف ((declination
نقشه شدت کلی میدان مغناطیسی:
میدان مغناطیسی یک کمیت برداری است که برای آن اندازه و جهت قائل می شوند. در تهیه نقشه های شدت کل میدان، فقط اندازه این بردار مورد توجه قرار می گیرد. و کمیت اندازه گیری شده در واقع مجموع میدان تمام منشأهای موجود در زمین و خارج آن می باشد و به آن شدت کل میدان مغناطیسی(Total field intensity )می گویند. منشأهای مهم این میدان عبارتنداز:
الف) هسته زمین                       ب) پوسته            ج) فضا (مغناطیس فضائی)
در تحلیل های زمین شناسی ، فقط منشأهای موجود در پوسته زمین اهمیت دارند و میدان حاصل از دیگر منشأها باید در مراحل پردازش داده به نحو مقتضی حذف گردد. از دیگر مشخصات مهم میدان زمین جهت آن است، که به صورت زاویه شیب یا میل و زاویه انحراف بیان می شود. جهت میدان زمین در نقاط مختلف کره زمین متفاوت است. بنابراین شکل آنومالی های حاصل نیز در هر نقطه فرق می کند. مشخصات میدان مغناطیسی زمین در منطقه مورد مطالعه در بالا، داده شده است. نقشه شدت کل میدان زمین پس از حذف میدان های هسته و مغناطیس فضائی و قسمتهای پائینی پوسته به نقشه شدت کل آنومالی (Total field anomaly ) تبدیل می شود که در شکل (2) نشان داده شده است. مسئله مهمی که در تفسیر این نقشه باید مورد توجه قرار گیرد. این است که پاسخ مغناطیسی حاصل از یک توده زمین شناسی (مثلاً یک توده نفوذی) به صورت یک آنومالی مثبت و یک آنومالی منفی در کنار هم می باشد و این از خاصیت ذاتی دوقطبی بودن میدان های مغناطیسی می باشد. بنابراین قطب های مثبت و منفی، نباید از هم جدا شوند و هردو مربوط به یک منشأ واحد می باشد. در شکل (5) چند آنومالی مثبت و منفی بزرگ و کوچک نشان داده شده است. در حالت های پیچیده تر ممکن است دو منشأ میدان (مثلاً دو توده نفوذی) در کنار هم قرار گرفته و آنومالی های مثبت و منفی آنها همدیگر را خنثی کنند، که در اینصورت تشخیص توده ها، مشکل تر می شود و نیاز به تجربه بیشتری پیدا می کند. برای حل این مشکل، فیلتری به نام برگردان به قطب ، طراحی شده است که دوقطبی های مغناطیسی را به یک تک قطب مثبت تبدیل می کند، که دقیقاً برروی خود توده منطبق می باشد.
نقشه برگردان به قطب:
بنابر توضیحات داده شده، جهت بردار میدان مغناطیسی زمین در نقاط مختلف کره زمین متفاوت است.(شکل 6)، کج شدن میدان از حالت قائم ، باعث ایجاد آنومالی های مثبت و منفی در کنار هم
می شود و محل توده منشأ این آنومالی ها نیز، حدوداً در وسط قطب مثبت و منفی آنومالی قرار دارد.(شکل 5)، برای رفع این پیچیدگی در تفسیر داده ها، فیلتری طراحی شده است که به صورت مجازی داده ها را به قطب شمال مغناطیسی ، جائی که بردار میدان قائم است منتقل می کند. به مفهوم بهتر ، فرض می شود که در محل اندازه گیری بردار میدان زمین ، قائم می باشد.این باعث می شود که آنومالی به فقط یک قطب مثبت بزرگ منطبق بر توده منشأ تبدیل شده و قطب های منفی خیلی جزئی شده و به حاشیه رانده شوند. از این به بعد، این نقشه ملاک تفسیرهای بعدی قرار می گیرد و فیلتر هائی که بعداً معرفی می شود، برروی این نقشه اعمال می شوند.
نقشه مشتق قائم مرتبه اول:
یک اصل مهم که در روشهای پتانسیل (مغناطیس سنجی و گرانی سنجی) برآنومالی های ژئوفیزیکی حاکم می باشد، این است که ابعاد آنومالی (طول موج آن) متناسب با عمق منشأ ایجاد کننده آن تغییر می کند.
به عبارت دیگر هرچقدر که عمق توده منشأ بیشتر شود، آنومالی حاصل از آن درروی نقشه کشیده تر و پهن تر می شود ( طول موج آن افزایش پیدا می کند) و هر چقدر که عمق منشأ کمتر شود، آنومالی حاصل تیزتر می شود. این مسئله باعث می شود که آنومالی های مربوط منشأهای عمیق، آنومالی های سطحی تر را بپوشانند و عملاً تشخیص منشأها مشکل شود. بدین منظور فیلتری طراحی شده است که اثر آنومالی های سطحی را برجسته تر کرده و آنومالی های مربوط به منشأهای عمیق را تضعیف می کند. این کار باعث می شود که بتوانیم آنومالی های موجود را بهتر و واضح تر ببینیم و محل منشأهای متناظر با آنها را تعیین کنیم. نقشه مربوط به داده های مشتق قائم مرتبه اول در شکل 5 نشان داده شده است. و شکل 8 توده های بدست آمده از این نقشه و شکل 7 گسل ها و خطواره های بدست آمده را نشان می دهد.
لایه اطلاعات معدنی: جمع آوری کلیه اطلاعات معدنی محدوده مطالعاتی اعم ازمعدن، اندیس و…….. مطالعه وبررسی این معادن ونهایتاً‌معرفی انواع تیپهای کانه زائی درمنطقه و ارتباط آنها با واحدهای زمین شناسی از این لایه استفاده شد. لازم به ذکر است، پس از مطالعات انجام گرفته تعداد سه نشانه معدنی طلا، بیش از10 نشانه معدنی و معدن آهن و نشانه معدنی منگنز شناسایی شده است.
 
 
مدلسازی در محیط GIS
زون سنندج-ملایر به دلیل واقع شدن در ایالت فلززایی سنندج- سیرجان و قسمتی از ایالت فلززایی ارومیه دختر، دارای استعداد کانه‌زایی عناصر مس، طلا، آهن و منگنز است. با توجه بهاطلاعات موجود و مطالعات انجام شده قبلی در منطقه، بطور کلی مدلسازی برای سه تیپ کانه زایی انجام شد:
1- مدلسازی طلای اپی‌ترمال؛
2-مدلسازی سولفید توده‌ای؛
3- مدلسازی آهن اسکارنی.
جهت مدلسازی تیپ مسیو سولفید اطلاعات موجود به سه گروه تقسیم شدند:
الف- فرآیند تشکیل کانه (Ore farming processing) شامل:
نقشه پراکندگی معادن و اندیسهای معدنی و پاراژنزهای همراه؛
آنومالی های ژئوشیمیایی عناصرAu,Ag,Zn,Pb,Cu ؛
آلتراسیوان اکسیدآهن و رس که از اطلاعات دورسنجی استخراج شده است.
ب) ساختار:
گسله های اصلی وفرعی، ساختارهای حلقوی و گسله‌های پی سنگی که از سه منبع شامل نقشه زمین شناسی، اطلاعات ژئوفیزیکی و دورسنجی بدست آمده است.
ج)واحدهای زمین شناسی میزبان، شامل:
گدازه های بالشی، آذر آواری‌های آندزیت بازالتی و سکانس افیولیتی.
پس از مشخص شدن گروهها وزیرگروهها، به لایه های مختلف ارزش داده شد. در این مدل واحدهای هرسه گروه زمین شناسی وOFP  ارزش بالاتری نسبت به ساختارها دارند و مدلسازی به روشهای مختلف برای رسیدن به بهترین مناطق کانه زایی با استفاده از روش
 Index Overlay انجام شد و محدوده‌های امید بخش جهت مس مسیو سولفاید معرفی شدند(شکل10).
مدلسازی برای طلای اپی‌ترمال به صورت زیر انجام شد:
الف-فرایندهای تشکیل کانه شامل:
نقشه پراکندگی معادن و اندیسهای معدنی و پاراژنزهای همراه؛
آنومالی های ژئوشیمیایی عناصر Au,As,Sb,Te,Ag,Zn,Pb,Cu,W,Sn
آلتراسیوان اکسیدآهن و رس که از اطلاعات دورسنجی استخراج شده است.
ب-ساختارها همانند مدل مسیو سولفاید انتخاب شدند منتهی ارزش بیشتری در تلفیق به خود اختصاص دادند.
ج-واحد های زمین شناسی شامل:
توف، توف اسیدی، ریولیت و ریوداست؛
آندزیت، تراکی آندزیت و داسیت آندزیت، داسیت و ریولیت.
که پس از انجام عملیات مربوطه تلفیق نهای انجام شد و مناطق امید بخش برای این تیپ کانه‌زایی
تعیین شد(شکل11).
مدلسازی برای آهن اسکارنی به صورت زیر انجام شد:
الف-فرایندهای تشکیل کانه شامل:
نقشه پراکندگی معادن و اندیسهای معدنی و پاراژنزهای همراه؛
آنومالی های ژئوشیمیایی عناصر Au, Zn,Pb,Cu,B,Be,Sn و اندیسها و معادن آهن، آهن-سرب و آهن-مس؛
آلتراسیوان اکسیدآهن که از اطلاعات دورسنجی استخراج شده است.
 ب-ساختارها: همانند مدل های ذکر شده‌ی بالا انتخاب شدند منتهی در تلفیق نهایی ارزش خاص خود را به خود اختصاص دادند.
ج-واحد های زمین شناسی شامل:
واحد های نفوذی که به عنوان موتور گرمایی در نظر گرفته شدند، الیته خود توده‌ها در تلفیق وارد نشدند بلکه در تلفیق نهایی از 1000 متر بافر اطراف آنها استفاده شد.
 واحد های اسلیتی، شیستی، فیلیتی و متاولکانیکها، کوردیوریتها و هورنفلسها، آهکها به عنوان میزبان کانه‌زایی در نظر گرفته شده‌اند.
تمامی لایه‌ها همانند مدل‌های قبل با یکدیگر تلفیق و لایه‌ی پتانسیلی نهایی آنها استخراج شد(شکل12).
نتیجه گیری :
پس از مشخص شدن لایه های اطلاعاتی و آماده سازی و پردازش و گروه‌بندی داده‌ها، هر زیرگروه ارزش‌دهی شد وجهت به دست آوردن بهترین نتیجه در محیط GIS به روشهای مختلف بر روی آنها مدلسازی انجام گرفت. از جمله این روشها می توان به روش Index overlay اشاره نمود. در این مدلسازی به هرسه گروه داده های ذکر شده ارزش خاصی داده شده است.
در نهایت بهترین مدلسازی که بهترین همخوانی را با شواهد کانه زایی در منطقه داشت، انتخاب شد و محدوده‌هایی را که در این روش معرفی شدند، در عملیات صحرایی مورد بازدید قرار گرفت.این مناطق در روی نقشه‌های نهایی قابل مشاهده است. پس از مطالعه صحرایی، مناطقی که شواهدی از کانه‌زایی را در برداشتند، مورد مطالعه دقیقتری قرار گرفتند و نمونه‌برداری سیستماتیک برروی آنها انجام شد. نهایتاً مناطقی که نتایج آنالیزهای ژئوشیمیایی، وجود کانه‌زایی در آنها را تأیید می کرد، جهت مطالعات فاز بعدی اکتشافی معرفی گردید.
پس از انجام مدل‌سازی، حدود 30 محدوده جهت بازدید صحرایی انتخاب شد که از این 30 محدوده دو محدوده جهت انجام مراحل بعدی اکتشاف معرفی شدند.
از مهمترین این محدوده‌ها، محدوده قلعه‌میرزاد در جنوب شهرستان ملایر و در غرب شهر ثامن می‌باشد که بالای 1/درصد مس و به همین مقدار منگنز و بالای 70 درصد آهن در نمونه آنالیز شده داشته است.
منابع فارسی :
 
1-درویش زاده- علی، 1370، زمین شناسی ایران، نشر دانش امروز
2-اوانز، 1373، مقدمه ای بر زمین شناسی کانسنگها، ترجمه فرید مر، انتشارات دانشگاه شِراز
3-هاشم پور جمشید، 1380، زمین شناسی اقتصادی، انتشارات شهید باهنر دانشگاه کرمان
4-بونهام کارتر،ترجمه گروه اطلاعات زمین مرجع ((سیستمهای اطلاعات جغرافیایی برای دانش پژوهان علوم زمین انتشارات سازمان زمین شناسی کشور))،1379
5-ریچارد ادوارز- کیت اتکینسون، 1378، زمین شناسی کانسارها، ترجمه فرید مر انتشارات دانشگاه شِیراز
 

کلید واژه ها: سایر موارد