بخشی از مقاله
نقش چینه شناسی در توسعه کارست در حوضه آبگیر چشمه علی دامغان
چکیده
منطقه مورد مطالعه (چشمهعلی و حوضه آبگیر آن) در ٣٢ کیلومتری شمال غرب دامغان واقع شده است. حوضه آبگیر چشمه عمدتاﹰ از آهکهای ضخیم لایه تا تودهای سازند لار و آهکهای نازک لایه و آهکهای مارنی سازند دلیچای تشکیل شده است. به منظور بررسی نقش چینهشناسی بر توسعه کارست در سازندهای مذکور، وضعیت زمینشناسی، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب چشمه و خصوصیات سیستم ورودی در حوضه آبگیر چشمه مورد مطالعه قرار گرفته است. در مورد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب چشمه، پارامترهای دبی چشمه، درجه حرارت آب، هدایت الکتریکی، اسیدیته و مقدار دیاکسیدکربن محلول در آب در محل چشمه و کاتیونها و آنیونهای اصلی در آزمایشگاه در طول یکسال به طور ماهانه اندازهگیری شدهاند. تغییرپذیری اندک کلیه خواص فیزیکی و شیمیایی آب خروجی از چشمه و همچنین خصوصیات سیستم ورودی در حوضه آبگیر چشمه (نبود پدیدههای ﮊئومرفولوﮊیکی مهم کارستی از قبیل گودیهای مسدود، فروچالهها، و درزهها و شکستگیها انحلالی بزرگ و عمیق) بیانگر این مطلب است که سیستم غالب جریان در سفره آب زیرزمینی چشمهعلی از نوع سیستم افشان میباشد. چنین سیستم جریان در سفره های کارستی بیانگر توسعه اندک پدیده کارست در منطقه می باشد. با توجه به وضعیت زمینشناسی حوضه آبگیر چشمهعلی دامغان، یکی از مهمترین دلایل توسعه اندک کارست در حوضه چشمهعلی وضعیت چینهشناسی منطقه است به این ترتیب که سازند دلیچای (که برای فرایند کارستی شدن استعداد نسبتاﹰ اندکی دارد) در حد فاصل بین آهکهای ضخیم لایه و تودهای سازند لار (که برای توسعه کارست بسیار مستعد هستند) و محل ظهور چشمه قرار گرفته است، باعث شده که جریان آب زیرزمینی را به صورت تدریجی به چشمه برساند و از توسعه کارست جلوگیری نماید.
واﮊه های کلیدی : چینهشناسی، توسعه کارست، سیستم افشان, چشمهعلی
مقدمه
کارست عبارت است از گسترهای با مرفولوﮊی مشخص و یک سیستم زهکشی زیرزمینی قابل توجه که از حلالیت زیاد برخی از سنگها در آبهای طبیعی حاصل میشود.
نواحی کارستی عمدتاﹰ بر روی سنگهای کربناته (به ویژه سنگ آهک) توسعه پیدا میکنند و علاوه بر این در روی دیگر سنگها که قابلیت انحلال دارند نیز ممکن است ایجاد شوند (مانند سنگ گچ و سنگ نمک). نواحی کارستی به وسیله عوارضی از قبیل مجاری انحلالی، گودیهای مسدود، فروچالهها١، درههای خشک و غارها مشخص میشوند .(Jenning 1985; White 1988) اغلب سفرههای آبدار کارستی که بر روی سنگهای کربناته (به ویژه آهکها) تشکیل شدهاند سفرههای آبدار مهمی را شامل میشوند، به طوری که آنها آب شرب حدود ٢٥ درصد از جمعیت جهان را فراهم میسازند .(Ford and Williams 1989)
سنگهای کربناته به طور گستردهای در سراسر جهان توزیع شدهاند. مساحت سنگهای کربناته در ایران، از حدود ١٨٠٠٠٠ کیلومتر مربع (ناصری ١٣٧٠) تا حدود ٠٠٠,٢٠٠ کیلومتر مربع (Ahmadipour 1999) ذکر شده است.
عوامل متعددی در پدیده کارستی شدن سازندهای کربناته نقش دارند که از مهمترین آنها می توان به مواردی از قبیل لیتولوﮊی، میزان نزولات آسمانی، خصوصیات چینه شناسی، عوامل ساختاری، و توپوگرافی منطقه اشاره نمود .(White 1988, Eisenlohr et al. 1999, Veni 2008)
از بین عوامل مختلف تاثیرگذار در توسعه کارست، لیتولوﮊی و خصوصیات چینهشناسی سازندهای موجود در منطقه مورد نظر از اهمیت زیادی برخوردار هستند .(Dreybrodt 1988; Zuber and Motyka 1996) در مناطقی که سنگهای آهکی ضخیم لایه و تودهای وجود دارد، معمولاﹰ پدیده کارستی شدن با شدت بیشتری انجام می شود .(Ford and Williams 1989) در این قبیل مناطق معمولاﹰ شرایط حاکم بر رسوبگذاری به نحوی است که ناخالصیها نسبتاﹰ اندک هستند و به همین دلیل برای فرایند کارستی شدن بسیار مستعد هستند. علاوه بر لیتولوﮊی و ضخامت لایهها، چگونگی قرارگیری لایهها نسبت به یکدیگر که در حقیقت بیانگر وضعیت چینهشناسی منطقه مورد نظر می باشد، نیز نقش مهمی را ایفا می نماید. به عنوان مثال ممکن است که در بعضی از مناطق لایههای شیلی یا مارنی، که نفوذپذیری ناچیزی را شامل میشوند، نسبت به لایههای آهکی ضخیم و تودهای به گونهای قرار گرفته باشند که جریان آب زیرزمینی در داخل آنها را مانع شوند و یا حداقل تقلیل نمایند. در چنین شرایطی اگر چه لایههای آهکی ضخیم و تودهای مستعد برای فرایند کارستی شدن وجود دارد، ولی در این لایهها کارست توسعه قابل توجهی نمییابد.
چشمهعلی دامغان یکی از چشمههای کارستی مهم در دامنه جنوبی رشته کوه البرز و بزرگترین چشمه کارستی در استان سمنان می باشد. در حوضه آبگیر این چشمه سازندهای دلیچای و لار رخنمون دارند که سنگهای کربناته مربوط به سازندهای مزبور به لحاظ خصوصیاتشان برای کارستی شدن کاملاﹰ متفاوت هستند. تاکنون مطالعه جامعی در خصوص نحوه قرارگیری سازندهای مذکور و تاثیری که بر درجه کارستی شدن آنها گذاشته انجام نشده است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی نقش چینهشناسی بر توسعه کارست در سازندهای مذکور می باشد.
موقعیت جغرافیایی ناحیه مورد مطالعه چشمهعلی دامغان در ٣٢ کیلومتری شمال غرب شهر دامغان واقع شده است. مختصات این چشمه ٥٤ درجه و ٦ دقیقه طول شرقی و ٣٦ درجه و ١٧ دقیقه عرض شمالی میباشد. این چشمه و حوضه آبگیر آن از نظر
زمینشناسی در زون البرز شرقی واقع شده است. شکل1موقعیت جغرافیایی منطقه را بر روی تصویر ماهوارهای نشان میدهد
شکل ١‐ موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه بر روی تصویر ماهواره ای (Google Earth)
روش انجام کار
به منظور بررسی نقش چینهشناسی منطقه بر توسعه کارست در حوضه آبگیر چشمهعلی دامغان موارد زیر انجام شده است:
‐ بررسیهای صحرایی در خصوص چینهشناسی منطقه و سازندهای موجود در حوضه آبگیر چشمه
‐ بررسیهای هیدروﮊئولوﮊیکی درحوضه آبگیر چشمه
‐ اندازهگیری هدایت الکتریکی، اسیدیته، درجه حرارت آب، غلظت دیاکسید کربن محلول در آب و آبدهی چشمه در محل
ﻭ اندازهگیری غلظت یونهای اصلی آب چشمه در آزمایشگاه در حوضه آبگیر چشمهعلی دامغان، با توجه به نقشه زمینشناسی ۰۰۰۰۰۱:۱ دامغان تنها آهکهای ضخیم لایه تودهای سازند لار وجود دارد. حال آن که با توجه به مشاهدات صحرایی در مجاورت چشمه سنگهای آهکی نازک لایه و آهکهای مارنی رخنمون دارد. با عنایت به مورد مذکور، یک مطالعه صحرایی در حوضه آبگیر چشمه به عمل آمد و ملاحظه شد که بخشی از حوضه آبگیر، چشمه که در مجاورت چشمه قرار دارد، از آهکهای نازک لایه و آهکهای مارنی سازند دلیچای تشکیل شده است. مطالب تکمیلی در بخش زمینشناسی ارائه میشود.
به منظور بررسی نوع جریان کارستی و در نتیجه درجه کارستی شدن سازندهای موجود در حوضه آبگیر چشمه، مقادیر هدایت الکتریکی، درجه حرارت، اسیدیته آب و دبی چشمه در محل چشمه به طور ماهانه در طول یکسال اندازهگیری شده است. علاوه بر این، یونهای کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، بیکربنات، کلر، سولفات و نیترات به طور ماهانه در آزمایشگاه اندازهگیری شدهاند.
٤‐ زمینشناسی منطقه
منطقه مورد مطالعه بخشی از زون البرز شرقی است که در آن رخنمونهایی از واحدهای سنگی مزوزوئیک مشاهده میشوند. قدیمیترین واحد سنگی سازند شمشک است که همانند مقطع تیپ متشکل از شیل و ماسه سنگ با افقهای زغالسنگی میباشد. این سازند با کنتاکت گسله مجاور سازند دلیچای قرار گرفته است. سازند دلیچای از مارنها و آهکهای نازک لایه آمونیتدار تشکیل شده است. بر روی سازند دلیچای به طور همشیب آهکهای ضخیم لایه چرتدار لار قرار میگیرد.
در نقشه زمینشناسی ۰۰۰۰۰۱:۱ دامغان، در حوضه آبگیر چشمهعلی تنها آهکهای ضخیم لایه و تودهای سازند لار نشان داده شده است. در مطالعات صحرایی حوضه مورد نظر مشخص گردید که علاوه بر آهک لار، آهکهای نازک لایه و آهکهای مارنی آمونیتدار سازند دلیچای نیز در منطقه رخنمون دارد (شکل ۲). مساحت حوضه آبگیر چشمهعلی حدود ١٤٨ کیلومتر مربع است، که حدود ٣/٦٥ درصد آن را رخنمون سازند لار، ٢/١٦ درصد آن را رخنمون سازند دلیچای و ٥/١٨ درصد آن را نهشتههای کواترنری شامل میشوند.
به منظور ارزیابی مساحت حوضه آبگیر بر مبنای توپوگرافی، نقشه هیپسومتری حوضه آبگیر چشمه ترسیم شده است (شکل ۳). همانطور که در شکل (۳) دیده می- شود حداقل، حداکثر و میانگین ارتفاع حوضه آبگیر چشمه علی دامغان به ترتیب برابر با ۵۹۴۱، ۵۳۶۲ و ۵۲۹۱ متر میباشد. علاوه بر این، ملاحظه میشود که بخش عمده مساحت حوضه آبگیر چشمهعلی در محدوده ارتفاعی بین ۰۰۶۱ تا ۰۰۲۲ متر واقع شده است.
٤‐١‐ چینه شناسی منطقه
در حوضه آبگیر چشمهعلی دامغان سازندهای شمشک، دلیچای و لار به ترتیب از قدیم به جدید رخنمون دارند.
در این بخش به طور مختصر وضعیت چینهشناسی این سازندها ارائه میشود:
ـ سازند شمشک
سازند شمشک در منطقه مورد مطالعه عمدتاﹰ شامل مجموعهای از ماسه سنگ، شیل، سیلتستون با بین لایهای هایی از زغال میباشد. این مجموعه به لحاظ هیدروﮊئولوﮊیکی, مجموعهای غیرقابل نفوذ است و بههمین دلیل میتواند به عنوان یک سد طبیعی در برابر جریان آب زیرزمینی عمل نماید.
چشمهعلی دامغان در محل تماس سازندهای شمشک و دلیچای ظاهر شده است. البته به علت حضور نهشتههای آبرفتی در محل چشمه، رخنمونی از سازند شمشک دیده نمیشود ولیکن در مناطق مجاور رخنمون این سازند در زیر آهکهای نازک لایه و مارنی سازند دلیچای به وضوح قابل مشاهده است. در حقیقت، یکی از دلایل اصلی ظهور چشمهعلی دامغان برخورد آب زیرزمینی حوضه کارستی این چشمه با واحدهای سنگی غیر قابل نفوذ سازند شمشک میباشد که مانع از حرکت رو به جلو آب زیرزمینی شدهاند و باعث بالا آمدن سطح آب زیرزمینی و تشکیل چشمهعلی شده است.
ـ سازند دلیچای
سازند دلیچای در منطقه مورد مطالعه عمدتاﹰ شامل آهک های نازک لایه و آهکهای مارنی و لایههای محدودی از مارن میشود (شکل ٤). این مجموعه (به ویژه آهکهای نازک لایه) به لحاظ هیدروﮊئولوﮊیکی, مجموعهای است که در آن درزها و شکستگیهای انحلالی به طور محدودی ایجاد شدهاند. به عبارت دیگر پدیده کارستی شدن١ به طور نسبتاﹰ محدودی در این مجموعه رخ داده است. این سازند بخش نسبتاﹰ کوچکی از حوضه آبگیر چشمه را شامل می شود که بین چشمهعلی و بخشی که سازند لار رخنمون دارد قرار گرفته است.
شکل ٤‐ آهک های نازک لایه و آهک مارنی سازند دلیچای
ـ سازند لار
سازند آهکی لار در منطقه مورد مطالعه، همانند دیگر مناطق در رشته کوه البرز، از آهکهای ضخیم لایه تا تودهای تشکیل شده است. بنابراین، به لحاظ هیدروﮊئولوﮊیکی رفتار این سازند در نقاط مختلف رشته کوه البرز کم و بیش یکسان میباشد. در منطقه مورد مطالعه همانند با مقطع تیپ، این سازند شامل آهکهای ضخیم لایه تا آهکهای تودهای میشوند (شکل ٥). این آهکها به لحاظ هیدروﮊئولوﮊیکی، پتانسیل بالایی برای کارستی شدن دارند. به همین دلیل در این سازند درزهها و شکستگیهای انحلالی به طور قابل توجهی گسترش یافتهاند و در بعضی از نقاط حوضه حفرات بزرگ انحلالی ایجاد شده است. آهکهای ضخیم لایه تا تودهای این سازندها بخش اساسی لایه آبدار کارستی منطقه را شامل می شوند.
