بخشی از مقاله
چکیده
کاوشهای ژئوفیزیکی با روش گرانی سنجی به منظور شناسایی زونهای آبدار، در کشف موقعیت و ابعاد حفرههای کارستی روش بسیار کارآمدی بهحساب میآید. بهدلیل وجود تباین چگالی بین زون کارستی و بستر آن، در نقشه گرانی بوگه، مناطق کارستی بهصورت آنومالی منفی نمایان خواهند شد. مورفولوژی منطقه مورد مطالعه واقع در کوههای تپال در جنوب غرب شهر شاهرود، این منطقه را برای تشکیل کارستها مستعد ساخته است. در این تحقیق به بررسی نقشههای بدست آمده از برداشت گرانی سنجی و تفسیر آنها پرداخته شده است. پس از اعمال تمامی تصحیحات گرانی سنجی، برای پردازش و تحلیل دادهها از فیلترهای مختلف استفاده گردید. در بررسیهای انجام شده، اثرهای گرانی محلی بوضوح خود را نمایان ساخته است که بر اساس اطلاعات زمین شناختی، به عنوان حفرههای کارستی مطرح گردید ند. با تو جه به این که مطال عات ژ ئوفیزیکی مقاو مت و یژه انجام شده در این منطقه، نتایج حاصل را تائید میکنند، بنابراین میتوان از روش گرانی سنجی بهعنوان یک روش تکمیل کنندهی اکتشافی استفاده نمود.
واژههای کلیدی: حفرههای کارستی، اکتشاف آب، گرانی سنجی، گرانیبوگه، تپال شاهرود، زونهای آبدار.
1 مقدمه
از نظر زمین شناسی، کارست یک فرآیند دیاژنتیک است که با انحلال و انتقال کربنات کلسیم در آبهای اتمسفری همراه است و از نظر کانی شناسی رخسارههای کارستی عمدتا از کلسیت کم منیزیم تشکیل میشوند - نیک پیمان . - 1388
در ایران سازندهای آهکی و دولومیتی نواحی نسبتاً وسیعی را در سطح کشور پوشاندهاند؛ بهطوری که رشته کوههای زاگرس در غرب و جنوب غرب تا رشته کوههای البرز در شمال و ارتفاعات کوههای مرکزی را شامل میشوند. رخنمون تشکیلات کربناته کارستی در ایران حدود 11 درصد مساحت کل کشور را در بر میگیرد. البته بخشی از سازندهای کربناته کارستی نیز در زیر آبرفتها و یا سازندهای غیر کارستی قرار داشته و در سطح زمین رخنمون ندارند - کوثر، . - 1372
اکتشاف آب به روش گرانی توس تنی چند از پژوهشگران مورد توجه قرار گرفت. ون اورمیرن - - 1981 و لنوکس واو کارلسون - - 1967 از این روش در مطالعهی سفره آبرفتی مدفون استفاده کردند. آر. جی. آلیس و ترور. ام. هونت - 1986 - از روش گرانی برای شناسایی سفره آبدار فرورو یا فروافتاده در مناطق بخار آبدار در میادین زمین گرمایی استفاده کردند.
تیکموتو و همکارانش در سال 2002 افزایش گرانی حدود 4/3 میکروگال ناشی از افزایش سطح آب زیرزمینی به میزان یک متر برای ایستگاههایی در باندونگ واقع در اندونزی و کیوتو در ژاپن گزارش کردند. همچنین استرنگ و کارول - 1974 - و هاگیوورا در سال - 1978 - تغییرات گرانی بین 10 تا 35 میکروگال را به نشست زمین حاصل از افت آب زیرزمینی مرتب دانستند.
در سال 2009، توماس ژاکوب و همکارانش تغییرات ذخیرهی آب زیرزمینی در یک سفرهی کارستی در فلات لارزاک در جنوب فرانسه را با استفاده از روش گرانی سنجی مورد بررسی قرار دارند. در این مطالعه آنها مقادیر چگالی ظاهری و تخلخل ظاهری را در محی کارستیک مورد مطالعه بین 4/8 تا 7/3 درصد اندازه گیری نمودند.
افزایش جمعیت و به تبع آن بالا رفتن میزان نیاز به آب، روند رو به رشدی را در زمینهی مطالعات و ارزیابی منابع آبهای کارستی ایجاد نموده است. مناطق کارستی که عموماً در اثر انحلال سنگها بهوجود آمده اند، با دارا بودن سیستم زهکشی آب زیرزمینی، علاوه بر ذخیره سازی و تامین منابع آب، در ذخیره سازی کانیها، نفت و گاز نیز نقش بسزایی دارند. شناسایی مناطق کارستی به دلیل اهمیتی که در ذخیره سازی منابع آب دارند، طی چندین دهه اخیر مورد توجه اکتشافات ژئوفیزیکی قرار گرفته است. با توجه به آهکی بودن جنس سنگهای منطقه تپال و همچنین وجود گسل و شکستگی-های متعدد که شرای مساعدی برای تشکیل کارستهای آهکی فراهم نموده است و نیز بهدلیل میزان بارندگی سالیانهی نسبتاً بالا، منطقه مورد نظر برای جستجوی منابع آبهای کارستی مناسب می-نماید. با توجه به تباین قابل توجه چگالی کارستهای آبدار و سنگ بستر آهکی، آشکارسازی زونهای آبدار کارستی هدف اکتشافی مناسبی در جهت بهکارگیری روشهای گرانی سنجی میباشند.
2 روش تحقیق
منطقه مورد مطالعه در غرب تا شمال غرب شهر شاهرود و در استان
سمنان قرار دارد. منطقه مورد مطالعه از نظر زمین شناسی ساختاری ایران در زون ساختاری سبزوار واقع شده است. این منطقه در ورقه 1/250000 گرگان و ورقهی1/100000 شاهرود و در مرز جنوبی ناودیس تپال قرار دارد. در این ناحیه بهطور عمده دو ساختار زمین شناسی؛ یکی با سن ژوراسیک میانی- بالایی - سازند لار - و دیگری با سن کرتاسه بالایی قابل تمایز است - فریدون شریفی، . - 1391
روش گرانی سنجی معمولاً به صورت روش تکمیلی در کنار سایر روشها برای تشخیص حوضههای آب زیرزمینی بهکار میرود اما با پیشرفت دستگاهای اندازه گیری گرانی تباینهای کم چگالی سنگهای متخلخل آبدار با محی اطراف آن، با این روش قابل شناسایی است - سولتان و همکاران، . - 2009 دادههای گرانی بوسیله دستگاه Scintrex مدل CG5 - با دقت 1میکروگال - در شبکهای با پروفیلهای منظم در جهت عمود بر امتداد رودخانه برداشت شد. فاصله بین ایستگاههای برداشت گرانی حدودا 25 متر میباشد، جمعاً در حدود 120 ایستگاه و طی چهار روز، داده برداری گرانی انجام شد. پس از برداشت دادهها تصحیحات گرانی روی آنها اعمال گردید، بدین منظور ایستگاه مشخصی بهعنوان مبنای گرانی در نظر گرفته شد که گرانی مطلق آن از طریق انتقال مبنای گرانی از نقطه ای واقع در دانشگاه شاهرود به منطقه تپال بدست آمده بود. تصحیح کشند توس دستگاه گرانی سنج محاسبه و به صورت خودکار بر دادههای گرانی اعمال میشود. باقی تصحیحات از جمله رانه دستگاه، عرض جغرافیایی، هوای آزاد، بوگهی ساده و توپوگرافی نیز بر روی دادهها انجام و در نهایت آنومالی گرانی بوگه کامل محاسبه گردید. آنومالی گرانی بوگه، شامل آنومالیهای محلی و آنومالیهای ناحیهای میباشدکه برای تفکیک آنها فیلتر-هایی نظیر گسترش میدان به سمت بالا، فیلتر روند سطحی و زاویه تمایل، بر دادهها اعمال گردید.
در روش گسترش به سمت بالا دادههای میدان پتانسیل از یک سطح مبنا به طریق ریاضی بر روی سطوح ترازی در بالای سطح مبنای اصلی تصویر میشوند. بدین ترتیب تاثیرات سطحی حذف شده و تاثیرات عمیق بهوضوح مشخص میشوند. در واقع این روش آنومالیهای با طول موج کوتاهتر را حذف کرده و دامنه آنومالیهای محلی را تضعیف و نویز را کاهش میدهد. بنابراین، این روش مانند یک فیلتر پایین گذر عمل میکند.
برای انجام روش روند سطحی مربع تفاضل اطلاعات مشاهدهای و اطلاعات سطح انتخابی با استفاده از روش حداقل مربعات کمینه می-گردد تا سطح مناسب جهت محاسبه اثرات ناحیهای بهدست آید. درجه روند سطحی به پیچیدگی زمین شناسی ناحیهای بستگی دارد.
فیلتر زاویهی تمایل یکی از فیلترهای فاز محلی است. از آنجا که این فیلتر مبتنی بر نسبت مشتقات میدان است، لذا در متعادل کردن دامنهی آنومالیهای عمیق موثر است. امّا الزاماً این فیلتر یک فیلتر تشخیص لبه نیست. به عبارتی زاویهی تمایل دامنهی آنومالیهای عمیقتر را نسبت به سطحی تقویت میکند.
پس از اعمال تصحیحات در محی نرمافزار اکسل و حذف اثرات مزاحم، دادههای مربوط به گرانی بوگه کامل بهعنوان ورودی نرم-افزار ژئوسافت قرار گرفت.
فیلتر روند سطحی درجه دوم و درجه سوم بر دادهها اعمال شد که بر طبق آن، آنومالی ناحیهای گرانی از روند درجه دو پیروی می-کند. بر اساس نقشهی باقیمانده درجه دو - شکل - 1 محل آنومالیها مشخص گردید.
