مقاله ارتباط بین فروچاله های دشت فامنین – کبودرآهنگ – قهاوند با سنگ کف منطقه

word قابل ویرایش
21 صفحه
8700 تومان

ارتباط بین فروچاله های دشت فامنین – کبودرآهنگ – قهاوند با سنگ کف منطقه
چکیده
دشت فامنین – قهاوند- کبودرآهنگ درشمال استان همدان واقع شده و ضخامت رسوبات سفره آبدار آن به حدود١٠٠-٧٠ متر می رسد که بهره برداری از آن بیش از ظرفیت سفره بوده و سالانه حدود ٣-٢.۵ متر افت درسطح آب این سفره وجود دارد. در طی ده سال اخیر، دست کم حدود ١٩ فروچاله (Sinkhole)کوچک و بزرگ در سطح دشت به وجود آمده که سبب نگرانی ساکنان دشت گردیده است .در این تحقیق ، پس از پیمایشها و اندازه گیریهای صحرایی ، تجزیه نمونه ها و برآورد میزان دی اکسیدکربن آزاد (Free carbon dioxide) انجام گرفته و مشخصات فروچاله ها شناسایی و ثبت شده است . از نتایج حاصل مشخص گردید که شرایط ویژه در سنگ بسترآهکی و وجود دی اکسیدکربن بیشتراز١۵٠٠میلی گرم در لیتر، عامل اصلی توسعه کارست در منطقه است .همچنین وجود حفره های انحلالی بزرگ ، مجاری آب ، سیستم درز و شکاف وسیع در سنگ بسترو پمپاژ آب موجود در آنها عامل اصلی ایجاد فروچاله های منطقه بوده و عواملی چون ماسه شویی لایه ها، خروج گاز از چاهها و افت سریع سطح آب زیرزمینی در تسریع وقوع فروچاله های منطقه دخیل هستند. لذا برای جلوگیری از این پدیده ، باید اولا از کف شکنی و حفاری در سنگ بستر خودداری شود. و دوم این که برای جلوگیری از ماسه شویی چاههای آب باید ازگراول پک
(Gravel pack) مناسب استفاده شود و سوم این که همه چاههایی که درسنگ بستر حفاری شده وآبدهی بالایی دارند، تعطیل شوند .
کلیدواژه ها : کبودرآهنگ ، فامنین ،همدان ، قهاوند، فروچاله ، کارست ، سنگ بستر، آب زیر زمینی ، دی اکسید کربن آزاد، فرونشست .

مقدمه
دشت فامنین – قهاوند- کبودرآهنگ بخشی از حوضه قره چای ، در شمال استان همدان است ،که دارای تراکم جمعیتی بالایی بوده و به عنوان یک سفره آب زیر زمینی ، به شدت مورد بهره برداری قرار گرفته است . به علت کاهش آبدهی ، در سالهای اخیرکف شکنی و حفاری درسنگ بستر برخی از چاههای آب منطقه صورت گرفته و به دنبال آن فروچاله های بزرگ و کوچکی در مجاورت این چاهها به وجود آمده است که ضمن خسارت به زمینهای کشاورزی و تهدید نیروگاه برق و دیگر تأسیسات ، موجب نگرانی ساکنان منطقه و مسئولان استان گردیده است . تا سال ١٣٧٩ حدود ١١ فروچاله در سطح دشت مذکوراتفاق افتاده است (٩) که تا تابستان ١٣٨٢ تعداد آنها دست کم به ١٩ مورد رسیده است . همچنین درمجاورت فروچاله ها ویا درفاصله های نه چندان دور واقع در سه منطقه چهاردولی ، لالجین و فامنین – قهاوند، چاههای آبی وجود داردکه آب آنها تلخ یا گس ، ترش و سوزنده و گاه گازدار است .
دی اکسیدکربن با منشأ جوی درآب باران و آبهای سطحی و با منشأ گرمابی و پنوماتولیتی در آبهای زیرزمینی حل شده و محیط را اسیدی می کند و مهم ترین و اصلی ترین عامل انحلال سنگهای کربناتی به شمار می آید. دی اکسیدکربن با منشأ جوی ، برسنگهای آهکی اثر نموده وسبب ایجاد سیستم برون کارست می شود ولی به علت مقدار کم ، بر سنگهای آهکی مدفون شده در زیر رسوبات اثر قابل ملاحظه ای ندارد و سیستم درون کارست توسط دی اکسیدکربن با منشأ درونی حاصل می گردد(۵). مقدار دی اکسیدکربن آزاد محلول درآبهای جوی اندک است و مقادیر بیشتر از ١٠ میلی گرم بر لیتر و به ویژه اگر از ١٠٠ میلی گرم بر لیتر بیشتر باشد، ناشی از فعالیت فازهای پنوماتولیتی و گرمایی می باشد (١٣و١۶).
شاخص اشباع و شاخص پایداری ، دو شاخص مهم در تشخیص توانایی آب برای حمله به کربناتها و یا میزان اشباع آنها از یون کلسیم است . هنگامی که مقادیر این شاخصها به ترتیب مثبت وکمتراز شش باشد بدین معنی است که آب آ حاوی دی اکسیدکربن به سنگ کربنات حمله کرده و خوردگی آ و انحلال به وقوع پیوسته و شرایط فوق اشباع برای یون آ کلسیم محلول در آب به وجود آمده است (٨). سنگهای کربناتی که ریزبلور و ضخیم لایه بوده ودارای سیستم درزوشکاف به همراه ناودیسهاو تاقدیسهای ملایم و میان لایه های رسی -مارنی هستند، برای توسعه پدیده کارستی آ شدن بسیارمستعد هستند (۵).
در ناحیه اولاندو و ایالات متحده ، دست کم ١۴٠ فروچاله بین سالهای ١٩۶١ تا ١٩٨۶ تشکیل شد (١٨). بر اساس مطالعات انجام شده در منطقه آریزونا، فرونشستها به دو صورت سریع و آهسته اتفاق می افتند. حرکات آهسته در مناطق دانه ریز رسی که از حالت اشباع خارج شده و تحت نیروی وزن لایه تراکم می یابند به وجود آمده و حرکات سریع بیشتر در مناطقی با سنگ کف کارستی رخ داده و به عنوان فروچاله معروفند. در این سری مطالعات ، از تخلیه آب زیر زمینی ، استخراج گاز و نفت ، حرکات سنگ در عملیات معدنی و زهکشی زمینهای لجنی و ماندابی ، به عنوان عوامل اصلی وقوع فروچاله ها یاد شده است (١۴و١٧).
علیاری (١٣٨٠) در مطالعه فروچاله های همدان با بررسی هیدروگراف واحد، میانگین تقریبی افت سطح آب را در یک دوره
٩ ساله حدود ٣ متر در سال برآورد کرده و عامل اصلی تشکیل این فروچاله ها را افت شدید سطح آب دانسته و برای تأیید آن اظهار کرده که محل تشکیل فروچاله ها، بر محل تلاقی مخروط افت چاهها واقع است (٩).حیدری (١٣٨٢) با بررسی میکروسکوپی مقاطع نازک و آزمایش انحلال پذیری توسط دستگاه سیرکولاسیون ، میزان تخلخل و میانگین ثابت سرعت انحلال سنگهای کربناتی منطقه مورد مطالعه را حدود m.s ۴- ١٠× ١.٢٨ برآورد و اظهار کرده که این سنگها توان بالایی برای انحلال پذیری دارند (۶). اکبرزاده خویی (١٣٧۴) با بررسی محدوده غار علیصدر در بخش باختری دشت ، بیان می کند که هیچ پدیده کارستی سطحی و مشخصی دیده نمی شود ولی در درون غار، نشانه های زیر سطحی متعددی همچون استالاکمیت ، استالاکتیت و پلانشه مشاهده می گردد(٢). سعادتی و محمدی (١٣٨٢) با مطالعه زمین ساخت منطقه فروچاله های همدان بیان داشته که پراکندگی گودالهای فرونشینی بی نظم نبوده بلکه با محور عبور گسلهای منطقه همخوانی دارد و از روند آنها تبعیت می کنند
(٧ ). هاشمی (١٣٨١) با بررسی نمودارهای حفاری در پیزومترهای اکتشافی و چاههای بهره برداری ، ضخامت آبرفت روی سنگ بستر را بین ١٠ تا١۵٠ متر برآورد کرده است (١١). (٢٠٠٠) .Seibt et al در مقاله خویش درباره استفاده از انرژی زمین گرمایی آبهای سازندهای تریاس و ژوراسیک آلمان اظهار کرده که حدود ٣ تا ١٠ در صد حجمی بهای منطقه از گاز تشکیل شده که بیش از ۵٧ تا ٩۴ در صد ن گاز دی اکسیدکربن است (١۵). امیری (١٣٧۴) سازندهای لموقلاق در مجاور مناطق گازدار چهاردولی را مورد مطالعه قرار داده و با استناد به وجود کانیهای اسکورلیت ، پستاسیت ، پرهنیت ، ولاستونیت و …، نتایج تجزیه عناصر کمیاب اظهار می دارد که فازهای پنوماتولیتی و گرمابی متعدد و غنی از هن به سیستم خاک ، آب و سنگ منطقه وارد شده است .
به عقیده وی وجود بقایای چشمه های آبگرم و تراورتنهای منطقه دینگله کهریز و تراورتنهای قروه ، کانیهای گالن در برخی نقاط پیرامون منطقه فرو چاله ها و وجود گاز در چاههای منطقه و مناطق پیرامون ، نشانه فعالیت محلولهای پنوماتولیتی و گرمابی گازدار در زمان گذشته و حال است و بر اثر همین فعالیتها معادن آهن وسیعی در منطقه تشکیل گردیده است
(٣و۴). همچنین نگاری (١٣١٩) با تجزیه آب پنج چشمه آب معدنی باباگرگر واقع در شمال دشت چهار دولی و باختر منطقه لالجین و تحلیل آنها وجود گاز دی اکسیدکرین ، سولفیدهیدروژن و آمونیاک را در این چشمه ها شناسایی و گزارش کرده است (١٠).
اصغری مقدم (١٣٨١) با بررسی چاههای آب دشت آذر شهر علت خوردگی تجهیزات درون چاهی منطقه را حضور دی اکسیدکرین آزاد محلول در آب گزارش کرده است (١).
همچنین امیری (١٣٨١) در بررسی علت خوردگی تجهیزات مناطق گازدار استان همدان ، با تجزیه شیمیایی آبهای منطقه وجود مقادیر بالای دی اکسیدکربن آزاد محلول ، سولفات و آهن فریک درآب را از عوامل خورنده تجهیزات ذکر کرده است در این تحقیق ، ضمن معرفی مشخصات فروچاله های منطقه به شرایط ویژه زمین شناسی و دیگر عوامل مؤثر در تشکیل فروچاله ها اشاره و راهکارهای مناسب برای کاهش رخداد آنها ارائه می شود.

موقعیت جغرافیایی فروچاله های منطقه ، دراطراف شهرفامنین در فاصله حدود ٧٠- ۶٠ کیلومتری شهر همدان واقع شده اند. مختصات جغرافیایی فروچاله ها، چاههای گازدار (نمونه برداری شده ) و چاههای کف شکنی شده ای که آب آنها در زمان وقوع فروچاله ها به شدت گل آلود شده توسط G.P.S برداشت و در جدول (١) درج شده است همچنین موقعیت این فروچاله ها به همراه محدوده مناطق گازدار استان در نقشه شکل ١ ارائه شده است .

مواد و روشها
برای شناسایی هر پدیده ای لازم است که اجزای تشکیل دهنده سیستمی که پدیده درآن به وجود آمده شناسایی گردد. لذا دراین بررسی ، ابتدا کارهای انجام شده قبلی جمع آوری و مطالعه گردید و سپس مشخصات رسوبات سفره آبدار و سنگ کف ، ترکیب آب موجود در چاههای مجاور فروچاله ها، آبدهی و تغییرات چاهها،شکل و زمان فروچاله ها به عنوان اجزای تشکیل دهنده سیستم مورد توجه قرار گرفت .
با کاوشهای دقیق صحرایی و تهیه مقاطع نازک وضعیت ضخامت ،بافت و… رسوبات و انواع سنگها منطقه شناسایی گردید و سیستمهای درزوشکاف سنگ کف در بیرون زدگیهای پیرامون دشت توسط کمپاس اندازه گیری و نمودار گل سرخی آنها تهیه شد. همچنین شکل و ابعاد فروچاله ها با بررسیهای صحرایی تعیین شد و زمان حفاری چاههای کف شکنی شده ، زمان وقوع فروچاله ها، آثار و نشانه های زمان وقوع با پرسش از روستاییان و حاضران در زمان وقوع و سایرمنابع تعیین و شناسایی گردید. از چاههای گازدار سه منطقه فامنین – قهاوند، لالجین وچهاردولی حدود ١۶ نمونه آب برای اندازه گیری کاتیونها، آنیونها و سایر پارامترها تجزیه شدند. استفاده از مقادیر به دست آمده برای ترکیبهایی چون باقیمانده خشک ، قلیاییت کربناتی ، اسیدیته و دما و به کمک نموگرافهای استاندارد(١۶) مقادیر دی اکسیدکربن آزاد محلول در آبهای منطقه برآورد گردید و سپس به کمک جداول حلالیت گازها (٨) و به روش درون یابی ، میزان فشاراولیه دی اکسیدکربن حاکم برسیستم به دست آمد. همچنین بااستفاده ازروش محاسباتی (٨) طبق معادلات ٢,١و٣ شاخصهای اشباع (IS) و پایداری (SI) برآورد و محاسبه گردید. در نهایت با تحلیل داده های آزمایشگاهی ، مشاهدات صحرایی ، تقدم و تأخر فروچاله ها نسبت به چاههای کف شکنی شده و داده های محاسباتی ، نحوه توسعه کارست درونی و عوامل و سازوکار تشکیل فروچاله ها شناسایی و راه حلهایی برای کاهش رخداد آنها ارائه گردیده است .

در معادلات فوق ، پارامترهای pHn,Fo,ALK,Cca,T.D.S وpHs به ترتیب باقیمانده خشک ، غلظت کلسیم معادل کربناتی ، قلیاییت کل ، دما به فارنهایت ، اسیدیته واقعی واسیدیته اشباع را نشان می دهند. ضرایب Co و Ct در دماهای بیشتر از٧٧ درجه فارنهایت به ترتیب برابر با ٠.٠٠٩١۵ و٢.٢٧ ودر دماهای کمتر ٠.٠١۴٢ و ١٢.۶۵ است .
مشاهدات ونتایج مشخصات فروچاله ها
از آنجا که شکل فروچاله ها، زمان وقوع آنها نسبت به زمان فعالیت چاههای کف شکنی شده ، نوع چاهها و عمق حفاری اهمیت ویژه ای در شناسایی سازوکار و عوامل ایجاد کننده دارد، لذا این مشخصات به همراه ابعاد کلیه فروچاله هایی که در پیمایش های صحرایی شناسایی گردیده اند، در جدول (٢) ارائه شده و در شکل (٢) تصویر یکی ازاین فروچاله ها نشان داده شده است .
زمان رخداد فروچاله ها
تا زمانی که چاههای دشت کم عمق بودند و تنها لایه رسوبی منطقه را قطع کرده بودند، هیچ فروچاله ای به وجود نیامده بود.
فروچاله های منطقه پس از کف شکنی چاهها و حفاری در سنگ بستر رخ دادند و اغلب آنها در حدود ۶ ماه تا چند سال پس از حفر چاههای کف شکنی شده به وجود آمده اند.
بنابراین سن فروچاله ها جوان تر از چاههای کف شکنی شده و محدود به ده سال اخیر بوده و آخرین آنها در پاییز ١٣٨١رخ داده است (فروچاله S15).

شکل فروچاله ها
اغلب فروچاله های منطقه درمقاطع افقی ، دایره ای شکل بوده که گویای ضخامت به نسبت زیاد رسوبات و خالی شدن آب از زیر لایه رسوبی توسط مجاری موجود در سنگ کف می باشد.البته گاه شکل بیضوی و… نیز مشاهده می گردد که حاکی از وجود شکافهایی در مرز سنگ کف و رسوبات است .
شکل اغلب فروچاله هایی که تازه تشکیل شده اند، همانند یک مخروط ناقص بوده که قاعده آن رو به داخل زمین قرار گرفته است یعنی اگر از فروچاله ها در اعماق مختلف مقاطع افقی تهیه شود با افزایش عمق قطر دوایر بیشتر می شود و این نشان می دهد که رسوبات به صورت کمانی و از زیر ریزش کرده اند. لایه های بالایی به علت دانه ریز بودن دارای چسبندگی بیشتری می باشند. با گذشت زمان و افزایش و سن فروچاله ها، حاشیه آنها ریزش کرده و شکل استوانه ای به خود می گیرند .

وضعیت ویژه زمین شناسی
منطقه مورد مطالعه در مرز زونهای سنندج – سیرجان و ایران مرکزی واقع شده است . که سنگ بستر و رسوبات سفره آبدار آن دارای ویژه گیهای منحصر به فردی بوده که به طور خلاصه وضعیت آنها تشریح می گردد.
الف ) رسوبات آبرفتی
ضخامت رسوبات آبرفتی دشت ، به طور میانگین حدود ١٠٠-٧٠ متر است که در حوالی روستای همه کسی به حدود ٢٠ متر ودر حواشی روستای جهان آباد به بیش از ١٢٠ متر می رسد.
بر اساس اطلاعات حاصل از حفاری ، لایه سطحی از رس و سیلت تشکیل گردیده و پس از آن رسوبات شنی ، ماسه ای و سیلتی تا عمق ۶٠ متری قرار گرفته و با افزایش عمق همین وضعیت تکرار می گردد و در عمق حدود ١٠٠ متری ، آهک و گاهی آهک مارنی به عنوان سنگ بستر ظاهرمی شود. در بسیاری از نقاط و به ویژه در مناطقی که فروچاله ها اتفاق افتاده اند، لایه هایی ازرسوبات ماسه دار وجود داردکه دانه های ماسه قابلیت خوبی برای حرکت و خروج از لایه ها توسط پمپاژ از خود نشان می دهند.
ب ) سنگ بستر با مشخصات درون کارست
براساس حفاریها و بیرون زدگیهای موجود درمناطق شمال باختری دشت اورقین به سوی بابانظر و اطراف روستای همه کسی ، سنگ بستر در محل فروچاله ها ازآهک ریز بلور با سن الیگومیوسن تشکیل شده و شامل سنگ آهک ، آهک ماسه ای وآهک با میان لایه های نازک مارنی است . این سازندها ضخیم لایه و دانه ریز بوده و دارای کربنات کلسیم بالا و میکروفسیل هستند و در برخی نقاط در آنها ساخت استیلولیت و میان لایه های چند میلی متری تا چند سانتی متری از رس و کنکرسیون آهکی مشاهده می گردد. در این واحدها تاقدیسها و ناودیسهای وسیع و ملایمی به وجودآمده است .
واحدهایی با این مشخصات ، بهترین استعداد را برای توسعه پدیده کارستی دارند. درز و شکافهای موجود در آنها و سنگهای قدیمی تر دراطراف همه کسی (جنوب فامنین ) و باختر و خاور قهاوند اندازه گیری گردیده و پس از دسته بندی و … وضعیت آنها در نموار شکل ٢ ارائه شده است که سه امتداد NE،NE١٣٠۵٠ وNE١۶٠ در آنها مشاهده می شود.
علاوه بر آن شکستگیهای بزرگ منطقه در عکسهای هوایی ، دو امتداد NE۵٠ و NE١۶٠ را نشان می دهند .
خصوصیات ویژه چاههای آب الف ) ماسه دهی چاهها
در اغلب چاههای آب منطقه همراه با آب خروجی ، ماسه وجود دارد به طوری که سالانه در کف کانالها و حوضچه برخی از چاهها چندین تن ماسه نهشته می گردد. این پدیده ناشی از وجود لایه های رسوبی بادانه های مستعد برای حرکت در اثر مکش و عدم وجود گراول پک با دانه بندی مناسب در جدار چاههاست . این ماسه شویی موجب کاهش استحکام لایه های رسوبی منطقه می شود.
ب ) آبدهی چاهها
در اثر بهره برداری بیش از حد و افت ۴۵ متری سطح آب زیر زمینی در ٢۵ سال گذشته ، میزان آبدهی چاههای آب منطقه به شدت کاهش یافته و کشاورزان اقدام به کف شکنی و عمیق سازی چاهها و یا حفر چاههای جدید با عمق زیاد در مجاور چاههای قدیمی کرده اند، به طوری که در برخی نقاط ، بیش از ۵٠ متر از سنگ بستر را حفاری کرده اند. هنگام حفاری در برخی از چاهها، حفره های انحلالی و غار مانند و مجاری آبدار مشاهده شده و به همین خاطر این چاهها دارای آبدهی زیادی بوده و در طی چند سال اخیر از آبدهی آنها کاسته نشده است ولی در برخی از چاهها با وجود عمق زیاد، هرگز مجاری و حفره های کارستی مشاهده نشده و افزایشی میزان آبدهی آنها رخ نداده است .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 21 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد