بخشی از مقاله
مقدمه
انرژی زمینگرمایی بخشی از انرژی حرارتی زمین است که میتواند مورد استفاده و بهره برداری قرار گیرد. این انرژی، حرارت داخلی زمین است که به وسیله یک سیال مانند بخار یا آب داغ یا هر دو به سطح زمین انتقال مییابد. در بعضی نقاط، فعالیتهای تکتونیکی باعث جاری شدن گدازههای داغ یا مذاب به سمت سطحزمین و در نهایت تشکیل منابعی با درجه حرارت بالا در سطح قابل دسترس از زمین میشود. این انرژی در امتداد مرزهای صفحات تکتونیکی، در نواحی شناخته شده آتشفشانی و زلزلهخیز که دارای شکستگیها و گسلهای فراوانی هستند، از تمرکز بیشتری برخوردار است ( Huenges,
.(2009 یافتن مناطق امیدبخش از نقطه نظر زمینگرمایی در ایران از سال 1354 آغاز شد و تا سال 1378، چهارده منطقه امیدبخش در رابطه با نقاط آتشفشانی کشف شد. پس از مطالعات دقیقتر در سال 1387جمعاً، 18 نقطه در شمال غرب، مرکز، جنوب، شرق و جنوبشرقی ایران به عنوان مناطق دارای پتانسیل زمینگرمایی، جهت انجام مطالعات و بررسیهای بیشتر به ثبت رسیدند .(Yousefi et al., 2010) یافتن اینگونه مناطق مستعد، پس از یک ارزیابی کلی و با حذف نواحی کم اهمیت در مراحل اکتشافی پیدرپی صورت میگیرد. در حقیقت عملیات اکتشاف منابع زمینگرمایی همانند اکتشاف منابع معدنی، فرآیندی است گام به گام که با اتمام هر مرحلهی اکتشافی، محدودهی مورد اکتشاف کوچکتر شده و عملیات مرحلهی بعد در مناطق با پتانسیل بالاتر
105
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×بهار 91، شماره 3، جلد 1
و با استفاده از روشها و ابزارهای دقیقتر انجام میپذیرد. استفاده از منابع زمینگرمایی، سابقهای تاریخی دارد به گونه ای که استفادهی مستقیم از چشمههای آب گرم به دوران پارینه سنگی (Cataldi, 2009) و اکتشاف منابع زمینگرمایی به منظور بهره برداری از انرژی گرمایی آن در تبدیل به انرژی الکتریکی به ابتدای قرن بیستم در ایتالیا برمیگردد (نوراللهی و همکاران، .(1377 استفاده از یک سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) 1 به عنوان یک ابزار قدرتمند در پردازش و تفسیر دادههای علوم زمین، به ویژه در امر اکتشاف، در پردازش و ارزیابی دقیق و کاهش خطاهای انسانی بسیار سودمند میباشد. در حقیقت استفاده از این رویکرد در اکتشاف منابع معدنی، از طریق جمع آوری لایههای اطلاعاتی مرتبط با روشهای اکتشافی مختلف، با موفقیت مورد استفادهی متخصصان علوم زمین قرار گرفته است. بونهام کارتر و دیگران (1988)، اگتربرگ (1989)، کاتز (1991)، چونگ و دیگران (1992) از جمله کسانی هستند که از GIS جهت تعیین مناطق مطلوب کانیزایی و تصمیمگیری در رابطه با مراحل اکتشافی بعدی استفاده نمودند Bonham-)
Carter et al., 1988; Agterberg, 1989; Katz, 1991; Chung et al., .(1992 با توجه به وجود پتانسیل بالای زمینگرمایی در استان آذربایجان
شرقی (Yousefi et al., 2010)، در این پژوهش سعی بر این است تا با بررسی دقیق این منطقه و شناسایی عوامل کلیدی مرتبط با تشکیل ذخایر زمینگرمایی در آن، لایههای اطلاعاتی مربوطه تهیه و پردازش گردند. با تلفیق این لایههای اطلاعاتی با استفاده از روشهای متفاوت در محیط GIS میتوان مناطق مستعد جهت بهره برداری از انرژی زمینگرمایی را مشخص نمود.
شواهد سطحی منابع زمینگرمایی در اکتشاف ولکانیسم و تودههای نفوذی
در استان آذربایجان شرقی آتشفشان سهند با گسترش جانبی وسیع خود عمدتاً از جنس گدازههای ریولیتی، داسیتی و آندزیتی تشکیل شده که در بین آنها توفها و خاکسترهای فراوان دیده میشود. وجود خاکستر با قطعات پامیس در فواصل بسیار دور از قله (مراغه، میانه، بستان آباد) نشان میدهد که
فورانهای انفجاری سهند بسیار شدید بوده است (آقانباتی، .(1383
تکتونیک
گسلها و شکستگیها به عنوان عامل اصلی انتقال سیالات زیر سطحی هیدروترمال در میادین زمینگرمایی، از مراحل اولیهی اکتشاف تا آخرین مراحل بهره برداری مورد توجه متخصصان علوم زمین قرار میگیرد. در حقیقت، آگاهی از نقش گسلها در کنترل جریان سیالات زیر سطحی، یکی از کلیدهای تشخیص مناطق دارای پتانسیل زمین گرمایی میباشد. علاوه بر نقش گسلها در انتقال سیالات هیدروترمال به سطح، ارتباط مستقیم آنها با فعالیتهای
1-Geographic Information System
تکتونیکی منطقه نیز از دیگر دلایل اهمیت ویژهی گسلها در اکتشافات زمینگرمایی می باشد.
آلتراسیونهای مرتبط با فرایند زمینگرمایی
رسوبگذاری کانیهای حاصله از فعالیت چشمههای آب گرم (کانیهای رسی یا سولفیدی و تشکیل اکسیدهای آهن) در بسیاری از مناطق زمینگرمایی قابل مشاهده می باشند. رخنمونهای سطحی سنگهایی که تحت تأثیر آلتراسیون قرار گرفتهاند میتوانند به عنوان معیاری از نظر وسعت و شدت عملکرد سیستمهای زمینگرمایی در نظر گرفته شوند.
چشمه های آبگرم
چشمههای آب گرم از جمله شواهد سطحی هستند که وجود یک منبع گرمای زیر سطحی را تأیید مینمایند. از آنجا که شاخصهی یک سنگ مخزن زمینگرمایی، تراوایی وتخلخل ناچیز میباشد، راهیابی سیالات هیدروترمال به سطح زمین مستلزم وجود شکستگیهایی در سنگ مخزن می باشد
سنگهای تراورتن
تراورتن نوعی از سنگ آهک است که در چشمههای غنی از مواد معدنی و به ویژه چشمههای آب گرم مرتبط با انرژی زمین گرمایی شکل میگیرد .(Coolbaugh et al., 2009) نهشتههای تراورتن از بارزترین شواهد سطحی در اکتشافات منابع زمینگرمایی به شمار میروند. در نقشههای زمین شناسی مورد مطالعه، سنگهای تراورتن در شمال و شرق ارومیه وجود دارد که به دلیل اهمیت آن، به عنوان یکی از نشانههای اکتشافی در لایهی لیتولوژی در نظر گرفته شد.
موقعیت جغرافیایی و زمینشناسی استان آذربایجان شرقی
از دیدگاه زمین شناسی ساختمانی و بر اساس تقسیم بندیهای انجام شده استان آذربایجان شرقی از دو بخش ساختاری تشکیل گردیده است. بخش غربی و جنوب غربی آن دنبالهی پلاتفرم پالئوزوئیک ایران مرکزی و البرز غربی است. این بخش شامل کوههای بزگوش- سهند و ارتفاعات شمال تبریز (کوههای میشو و مرو) و ارتفاعات غرب جلفا است. بخش شمال شرق آذربایجان ظاهراً فاقد رخسارههای پلاتفرمی پالئوزوئیک شبیه سایر قسمتهای ایران بوده
و رخسارههای فلیش مزوزوئیک در آن گستردگی زیادی داشته و در بخشی نیز رخساره رسوبات ترشیر از ویژگی خاصی برخوردار است. این بخش، حوضهی رسوبی دشت مغان و ارتفاعات اطراف اهر و خروانق را تشکیل میدهد. سنگها
و سازندهای دوران دیرینه زیستی بیشتر از انواع سنگهای رسوبی و آذرین از نوع درونی هستند کهتقریباً در تمامی کوههای این استان به ویژه کوههای مروداغی و میشو داغی، صوفیان و بخشهایی از شمال مرند و غیره دیده میشوند. سنگها و سازندهای زمان میانه زیستی نیز بیشتر رسوبی هستند. در
106
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
دوران نوزیستی سنگهای آذرین (درونی و بیرونی) بهویژه بیرونی و آذر آواری مانند انواع توفها و برشهای ولکانیکی پهنههای وسیعی از این استان را زیر پوشش دارند (آقانباتی، .(1383 تودههای نفوذی و سنگهای آتشفشانی، که از شاخصههای اصلی وجود پتانسیل زمینگرمایی می باشند، سطح وسیعی از استان را به خود اختصاص میدهند که در این میان سنگهای آتشفشانی حد واسط ائوسن تا میوسن از بیشترین سهم برخودارند (شکل .(1
تولید لایههای اطلاعاتی شاهد
استفاده از یک سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، یکی از سودمندترین ابزارهای تصمیمگیری در پتانسیلیابی میادین زمینگرمایی میباشد. این ابزار بر اساس همراهی و همبستگی مکانی و نیز اهمیت عوامل کلیدی در تشکیل یک ذخیره زمین گرمایی، مناطق امیدبخش را در هر مرحله از عملیات اکتشافی محدودتر کرده تا در نهایت نقاط مناسب جهت حفاری چاههای اکتشافی و بهره برداری مشخص شوند. از مهمترین ویژگیهای این سیستم، قابلیت آن در پردازش حجم انبوهی از دادهها و جلوگیری از وقوع خطاهای انسانی در تهیهی نقشههای مختلف از دادههای مکانی است .(Yousefi et al., 2007) پیشنیاز اصلی به کارگیری این ابزار، تهیه، پردازش و تفسیر لایههای اکتشافی متناسب با منطقه و هدف مورد مطالعه است. این لایهها عبارتند از کلیدهای اکتشافی حاصل از مطالعات زمینشناسی، برداشتهای زمینشیمیایی، زمینفیزیکی و دورسنجی که با توجه به شرایط منطقه ی مورد مطالعه، بودجه و امکانات در دسترس و تحت نظر افراد کارشناس تعیین میگردند. لایههای اطلاعاتی این مطالعه در سه گروه زمین شناسی، ژئوفیزیک و دورسنجی قرار میگیرند که هریک شامل چند زیر مجموعه بشرح زیر میباشند. بررسی، تلفیق و سایر عملیات بر روی لایههای رستری در محیط نرمافزار Arc GIS 9.3 انجام گرفت.
×بهار 91، شماره 3، جلد 1
دادههای زمینشناسی
مطالعات زمین شناسی نه تنها جهت شناسایی پتانسیل منطقه و بهره برداری و توسعهی مخازن زمینگرمایی دارای کاربرد میباشد، بلکه در پردازش
و تفسیر نتایج حاصل از کاربرد سایر روشهای اکتشافی نیز نقش بهسزایی را ایفا مینمایند. شناسایی مناطق دارای پتانسیل زمینگرمایی از طریق مشاهدات زمین شناسی در اولین مراحل اکتشاف، با بررسی شاخصههایی همچون ولکانیسم منطقه (سن و شدت فعالیت)، سنگهای آذرین و گسلها و شکستگیها صورت میپذیرد. بیشتر شاخصههای زمین شناختی کنترل کننده
و در رابطه با یکدیگر می باشند. به عنوان مثال از تلفیق نقشهی گسلهای فعال ایران با گسترهی برونزدهای سنگهای آذرین ائوسن و کواترنری (اعم از ولکانیک یا پلوتونیک)، میتوان دریافت که اغلب این سنگهای آذرین توسط گسلهای فعال کنترل میشوند به نحوی که در بسیاری نقاط میتوان مجموعههای ولکانیک و پلوتونیک را در امتداد گسلهای فعال پیگیری نمود. نکتهی جالب توجه این است که در بسیاری از نقاط، پراکندگی چشمههای آب گرم نیز با این روند همخوانی دارد (نوراللهی و همکاران، .(1377 در این پژوهش، دادههای زمین شناسی استان آذربایجان شرقی، مشتمل بر سه لایهی اطلاعاتی واحدهای سنگی، گسلها، و مراکز آتشفشانی می باشدکه با استفاده از نقشههای زمین شناسی استان در مقیاس 1:250000 تهیه شدهاند. در تمامی موارد، شعاع تأثیر و یا شعاع جستجو در محاسبه چگالی، بر پایهی واحد اندازه سلولی به کار رفته 250) متر) اعمال گشتهاند Raines and Bonham-)
.(Carter, 2006
شکل .1 موقعیت جغرافیائی و زمین شناسی محدوده ی مورد مطالعه
107
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
دادههای ژئوفیزیک
کاربرد اصلی روشها و بررسیهای ژئوفیزیکی در امور مربوط به اکتشاف انرژی زمین گرمایی، طرح و توصیف میدانهای زمینگرمایی و تعیین مکانهای مناسب جهت حفاریهای مختلف می باشد که بوسیله آن می توان سیالات داغ را مورد بررسی و بهره برداری قرار داد.معمولاً در بررسیهای اکتشافی چندین تکنیک متفاوت ژئوفیزیکی به کار گرفته میشوند و تلفیق روشهای مختلف موجب افزایش ضریب اطمینان در مشخص نمودن یک هدف میگردد (نوراللهی و همکاران، .(1377 با توجه به توانایی روشهای ژئوفیزیکی در آشکارسازی و تعیین ابعاد و موقعیت نهشتهها و ساختارهای مدفون و غیر قابل رویت، اکتشاف منابع زمین گرمایی بدون انجام مطالعات ژئوفیزیکی، پرهزینه، گمراه کننده و حتی بینتیجه خواهد بود. به طوری که امروزه در اکتشافات منابع زمین گرمایی، هیچ چاه اکتشافی و یا بهرهبرداری در میادین زمینگرمایی، پیش از بررسیهای مفصل ژئوفیزیکی حفر نمیگردد (نوراللهی و همکاران، .(1377 در این پژوهش، دادههای ژئوفیزیکی مغناطیسی و لرزه ای، پس از انجام پردازشهای مورد نیاز، مورد بررسی و تفسیر قرار گرفته و نهایتاً با سایر دادهها تلفیق گشتند.
دادههای مغناطیس سنجی هوابرد
از روش مغناطیس سنجی به فراوانی در اکتشافات زمین گرمایی و پیجویی استفاده میگردد زیرا بیشتر منابع زمینگرمایی در نواحی فعال تکتونیکی قرار دارند و در این نواحی، فعالیتهای گسترده آذرین درونی و بیرونی سبب ایجاد ناهنجاریهای مغناطیسی مشخص و قابل تمایز در میدان مغناطیسی میگردد (نوراللهی و همکاران، .(1377 به همین دلیل اصلیترین هدف پیجوییهای مغناطیسی در اکتشافات زمینگرمایی، تعیین پراکندگی جانبی و عمقی تودههای آذرین نفوذی در منطقه میباشد. امروزه استفاده از روش مغناطیس سنجی هوایی به اندازهای گسترش یافته است که در ابتدای هر مطالعهی ژئوفیزیکی اکتشافی به عنوان روش صحرایی راهنما مورد بحث قرار میگیرد. در ایران سازمان زمین شناسی کشور متولی تهیهی دادهها و نقشههای مغناطیس سنجی هوایی است که نتایج این مطالعات به صورت نقشههای سراسری با مقیاس 1:250000 در دسترس محققین و پژوهشگران می باشد. در این پژوهش تنها از دادههای مغناطیس هوابرد استان آذربایجان شرقی در دسترس در مقیاس 1:250000 استفاده شده است. بین سالهای 1355 و 1353 میلادی دو برداشت مغناطیس هوابرد با حساسیت بالا (یک نانوتسلا) توسط شرکت ایروسرویس (Aero Service Houston, Texas) برای سازمان زمین شناسی صورت گرفته است که در مجموع بیشترین قسمتهای ایران را تحت پوشش قرار میدهد.
دادههای لرزهای
108
×بهار 91، شماره 3، جلد 1
زمین لرزهها یکی دیگر از پدیدههایی هستند که برای اکتشافات زمینگرمایی میتوانند به عنوان راهنمایی مفید در جهت پی بردن به مناطق مستعد مورد بررسی قرار گیرند. هر زمین لرزه دارای یک مرکز رهایی یا آزاد شدن انرژی به نام کانون ژرفی است که نزدیکترین نقطهی سطح زمین به این مرکز را مرکز سطحی زمین لرزه مینامند. از جمله عوامل وقوع زمین لرزهها، فعالیتهای آتشفشانی و یا تکتونیکی میباشند (نوراللهی و همکاران، .(1377 دادههای لرزهای مورد استفاده، از نتایج ثبت شده توسط شبکه لرزه نگاری کشور و داده های ثبت شده جهانی (دستگاهی و تاریخی (قبل از 1900 میلادی)) به دست آمده اند. شبکه لرزه نگاری کشوری از سال 1347 با افتتاح موسسه ژئوفیزیک آغاز به کار نموده است و تا کنون 67 ایستگاه راه اندازی شده است. لرزه نگارها دستگاههای بسیار حساسی هستند که قادرند حرکات فوق العاده ضعیف زمین ناشی از زمین لرزه ها را با حساسیت زیاد ثبت کنند. نسل جدید دستگاه های لرزه نگار از سال1354 آغاز به کار نمودند که دارای دقت بالاتری نسبت به داده های نسل قدیمی تر می باشند.
دورسنجی
یکی از معمولترین کاربردهای سنجش از دور در تشخیص ویژگیهای زمینشناسی منطقه مانند تشخیص واحدهای سنگی و آلتراسیونهاست. در مناطق زمینگرمایی واکنش بین سنگ های موجود در یک میدان آب گرم یا بخار منجر به یک سری تحولات و تغییرات نظیر تبلور مجدد، انحلال و رسوبگذاری در مقیاس موضعی و یا ناحیهای میشود که به این تغییرات دگرسانی گرمابی (هیدروترمال) اطلاق میشود.در این مطالعه، از دادههای ماهواره ای سنجندهی ETM+ ماهوارهی Landsat 7 استفاده شده است. قدرت تفکیک طیفی و مکانی و ابعاد منظر سنجنده ETM+ برای مطالعهی آنومالی حرارتی و بررسی اولیهی آلتراسیونهای هیدروترمال و اکسیدهای آهن، در مقیاس پیجویی در سطح استان آذربایجان شرقی، از دلایل انتخاب این سنجنده جهت انجام مطالعات دورسنجی میباشد. دادههای سنجش از دور ETM+توسط ماهواره لندست 7 برداشت میشود و دارای هشت باند است که باند شش دارای دقت سلولی 60 متری و باند هشت (پانکروماتیک) دارای دقت سلولی 15 متری است و بقیه باندها دقت سلولی 30 متری دارند (علیزاده ربیعی، .(1380 دادههای دورسنجی، با هدف دستیابی به سه لایهی اطلاعاتی آلتراسیون هیدروترمال، اکسیدهای آهن و دمای سطحی در محیط ENVI 4.3 مورد پردازش قرار گرفتند. پیش از انجام پردازش بر روی دادههای دورسنجی تصحیحات هندسی، توپوگرافی و اتمسفری بروشهای متداول شامل تفریق جسم سیاه (DO)، حذف نسبت باندی، آنالیز مولفه های اصلی و برازش حداقل مربعات بر تصاویر ماهواره ای انجام شده است.
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
پردازش دادهها واحدهای سنگی
وجود سنگهای آتشفشانی در منطقه، به عنوان دلیلی بر افزایش احتمال وجود منابع زمینگرمایی محسوب میگردد .(Yousefi et al., 2007) از طرف دیگر، شکل گیری سنگ تراورتن، از بارزترین نشانههای وجود فعالیت هیدروترمال میباشد که در اکثر مناطق دارای چشمههای آب گرم، رخ میدهد .(Sundhoro et al., 2010) با استفاده از نقشههای زمینشناسی 1:250000 استان، سنگهای آذرین درونی و بیرونی مربوط به دوران ائوسن تا عهد حاضر و سنگهای تراورتن که در دوران کواترنری شکل گرفتهاند، رقومی شده و پس از ترسیم چهار شعاع تأثیر 250 متری (بدلیل قدرت تفکیک نقشه های زمین شناسی در دسترس در مقیاس استان)، به صورت رستر آماده گشتند. سنگهای آذرین بر اساس جنس (اسیدی، بازی و حد واسط) و سن (کواترنری و پیش از آن)، که هریک دارای ارزش متفاوتی در شناسایی منابع زمینگرمایی یک منطقه میباشند، تفکیک گشتند. در شکل (2) ، تصویر نهایی آماده شده به صورت رستر آورده شده است.
مراکز آتشفشانی
کالدراها و کراترها از نشانههای مستقیم وجود منبع گرما (اتاقک ماگمایی) در نزدیکی سطح و یا راه یافته به سطح میباشند و با توجه به نحوهی شکل گیری آنها، میتوان دریافت منطقه شاهد فعالیتهای شدید آتشفشانی در دوران شکل گیری و فعالیت این مراکز بوده است. بر اساس نقشههای تهیه
×بهار 91، شماره 3، جلد 1
شده، جمعاً 29 مرکز آتشفشانی در استان آذربایجان شرقی وجود دارد که 9 عدد از آنها کالدرا و 20 عدد کراترهای آتشفشانیاند. پس از رقومی سازی دادههای این لایه، شعاع تأثیری به فاصلهی 2000 متر (بدلیل قدرت تفکیک نقشه های زمین شناسی در دسترس در مقیاس استان)، برای هریک رسم گردیده و سپس به صورت رستر و به عنوان لایهی اعتبار سنجی مورد استفاده قرار گرفتند.
گسلها
اصلیترین گسل این منطقه در استان آذربایجان شرقی گسل تبریز نام دارد که دارای حالت ترکیبی میباشد، بدین معنا که خود از به هم پیوستن چند گسل دیگر تشکیل شده است. آخرین حرکت این گسل از نوع راستگرد بوده و طول آن از جنوب ابهر تا کوه آرارات بیش از 600 کیلومتر است. حرکات و جا به جایی گسل تبریز در فورانهای آتشفشانی پلیو-کواترنر سهند تاثیر داشته بدنبال آن چشمههای آب گرم بستان آباد بوجود آمده است (درویش زاده، .(1370 با استفاده از نقشههای زمینشناسی استان آذربایجان شرقی در مقیاس 1:250000، گسلهای موجود اعم از اصلی و فرعی، به صورت خطوط شکسته رقومی گشتند. با توجه به تأثیر گسلها به عنوان عامل اصلی ایجاد تخلخل و تراوایی در میادین زمین گرمایی در مقیاس ناحیهای، از معیار تراکم و چگالی گسلهای منطقه استفاده شد. بدین ترتیب تأثیر پذیری هر پیکسل تصویر از گسلهایی در شعاع جستجوی 2000 متری تعیین گردیده است. تصویر رستر نهایی بر اساس میزان تراکم گسلها کلاسه بندی و آمادهی تلفیق گشت (شکل .(3
