بخشی از مقاله
مقدمه
در ایران، مطالعات ژئوفیزیکی مناطق کارست، به منظور شناسایی تحـول کارسـت و منـابع آب بسـیار محـدود (حوضه مهارلو در استان فارس) انجام گرفتـه اسـت (آغاسـی و افراسـیابیان، .(84 :1378 حـدود 80 درصـد از منابع آب مناطق غرب کشور از منابع آب کارست، تـأمین مـیشـود (افراسـیابیان، .(1372 وجـود سـرابهـاي فراوان در استان کرمانشاه، به دلیل وجود سازندهاي سخت بوده که در اثر سالیان دراز انحلال ترکیبات آهکـی موجود، در این تشکیلات، شرایط راهیابی آبهاي زیرزمینی را به سطح زمین فراهم نموده، منجـر بـه تشـکیل سرابهاي کارستی شده است. پهنههاي کارستی، نقش مهمی در تأمین و تغذیه آبخوانها دارند. منطقه مـورد مطالعه با بیش از 550 سـراب و چشمههاي کارستی یکی از اسـتانهـایی اسـت کـه عمـدة منـابع تـأمین آب سکونتگاههـاي آن را همیـن سرابها، چشمهها و آبخوانهاي کارستی تشـکیل مـیدهنـد . در ایـن پـژوهش، جهت شناسایی و بررسی اثر تکتونیک بر تحول ساختارهاي آهکی، دو منطقه سراب یاوري و سـراب نیلـوفر در استان کرمانشاه در دو زون با دو ساختار متفاوت به منظور شناسایی درز و شکاف و گسلها و نیز میزان تحـول کارست، توسط روش رادار نفوذي زیرزمینی با فرکانس 100 مگاه هرتز، مورد بررسی قرارگرفته است.
مشخصات کلی منطقه
در زیر به شرح مختصري از کلیات منطقه میپردازیم (شکل شماره (1
شکل .1 موقعیت منطقه مورد مطالعه (چشمههاي کارستی ) در استان کرمانشاه
شناسایی ساختار گسلی و تحول چشمههاي کارستی با استفاده از... 3
اقلیم منطقه
شروع بارندگی در منطقهتقریباً، با پیدایش شرایط جبههزایی و سیکلونزایی از مهرمـاه و در تمـام فصـل سـرد سال و بهار همزمان است. پر بارانترین ماه سال، اسفند است و میانگین بارش آن حدود 86/4 میلیمتـر اسـت و کم بارانترین، ماه تیر با بارش معدل 0/4 میلیمتر است. به همین دلیل، تیر ماه جهت انجام عملیات میـدانی در منطقه مورد تحقیق انتخاب گردید (جلیلیان، .(1384
هیدرولوژي
استان کرمانشاه با توجه به میزان بارش سالیانه آن، داراي منابع آب زیرزمینـی و سـطحی غنـی مـیباشـد. بـر اساس بررسیهاي به عمل آمده در طرح شناسنامه حوضه هاي آبخیز استان کرمانشاه، حوضه هاي این استان به سه دسته، شامل دو دسته اصلی؛ یعنی حوضه هاي آبخیز داخلی و حوضه هاي آبخیز خارجی و یک دسته فرعی که در برگیرندة حوضههاي بسته کارستیک میباشد، تقسیم شدند (شوهانی، .(1385
زمینشناسی منطقه
قسمت عمدة استان در سمت غرب و جنوب غربی روراندگی اصلی زاگرس، قرار دارد. با توجه به واحدهاي مهم ساختمانی ایران، دو زون مهم ساختمانی یعنی زاگرس و سنندج – سیرجان، ساختار کلی زمینشناسی اسـتان را تشکیل میدهند. زون زاگرس، شامل زاگرس رورانده و زاگرس چین خورده و زاگرس چین نخورده میباشـد، شکل شماره .2
شکل.2 نقشه زمینشناسی موقعیت منطقه مورد مطالعه
4 جغرافیا و پایداري محیط، شماره 3، تابستان 1391
مواد و روشها
براي دستیابی به اهداف مورد نظر مراحل زیر در تحقیق انجام گرفته است:
بررسی مبانی تئوري موضوع و روش کار
انتخاب محلها جهت انجام عملیات میدانی
برداشت دادهها با دستگاه رادار
تحلیل دادهها
نتیجهگیري
رادار و چگونگی استفاده ازآن
روش رادار بر اساس پاسخ زمین به فرکانسهاي بالا 20) تا 1000 مگا هرتز) امواج الکترو مغناطیسی بنـا شـده است. وقتی ضریب گذردهی الکتریکی مواد، تغییر میکند، آنگاه امواج الکترو مغناطیسی ممکن است، بازتـاب یا شکسته شوند. تغییرات در گذردهی الکتریکی بر اثر تغییر ساختار یا تغییر جـنس سـنگ اسـت ( Rossetti, .(D.F ., 2003
انرژي انعکاس داده شده یا بازتاب شده، توسط دستگاه، در سطح زمین دریافت میشود . همچنین انـرژي الکترو مغناطیسی ممکن است به صورت مستقیم در هوا یا زمین انتشار یابد. موفقیت روش رادار به فاکتورهاي مهمی بستگی دارد که از آن جمله می توان وجود تباین در زیر زمین و رسانایی الکتریکی را نام برد. با افزایش رسانش تضعیف انرژي افزایش مییابد، (شاه نظري،.(1384
برداشت دادهها
روش برداشت دادههاي بازتابی رادار شامل 4 روش است که عبارتند از Slater, L., (Niemi, T. M., 2003) الف) روش دور افت مشترك ب) روش نقطه عمقی مشترك ج) روش چشمه مشترك د) روش گیرندة مشترك
تخمین سرعت
از رادار در بررسیهاي گوناگونی، مانند اکتشافات باستانی، جـاده و راهسـازي، پیـدا کـردن عمـق پـی سـنگ، بررسیهاي رسوبی، آشکارسازي نشتی آب و غیره استفاده میشود .(Mahdi and Eyuboglu, 2004)
با دانستن زمان رفت و برگشت موج و نیز سرعت موج راداري در محیطهاي زیر سطحی، میتوان تخمین
شناسایی ساختار گسلی و تحول چشمههاي کارستی با استفاده از... 5
دقیقی از عمق را بهدست آورد. روش استاندارد براي تشخیص سرعت در بسیاري از مطالعات اسـتفاده از روش CMP است. این یک روش غیرتخریبی است. سرعتها در بازتاب لرزهاي با اسـتفاده از اصـول برونرانـد نرمـال، بهدست میآیند. یک رخداد بازتابی مشخص، میتواند به صورت دسـتی برداشـت شـده و میـانگین سـرعت را میتوان با استفاده از رابطه زیر بهدست آورد .(Liberty, Hemphil, Madin, 2003)
x2 x2
رابطه (1 1 2 v
tx22tx21 1
که xها بیانگر فواصل افقی و tها بیانگر زمان رفت و برگشت موج رادار است.
یافته هاي پژوهش
تفسیرو تحلیل دادههاي رادار در مناطق مورد مطالعه
به منظور دستیابی به نتایج دقیقتر از روش فوق، باید مناطقی انتخاب میگردید که از نظر ساختمانی از هـم متفاوت میبودند، تا صحت روش رادار بهتر، ارزیابی میگردید. به همین دلیل 2 چشمه در سطح استان، بـراي عملیات میدانی و بررسی درز و شکافها،گسلها و میزان تحول کارست زیرزمینی بشرح زیر انتخاب گردید:
1. سراب نیلوفر در زون زاگرس چینخورده
2. سراب یاوري در زون زاگرس شکسته (منطبق بر محل روراندگی)
براي هر سراب تعداد 2پروفیل به طولها و فواصل متفاوت از یکدیگر انتخـاب شـدند. در ایـن پروفیـلهـا علاوه بر برداشت دادههاي رادار، سرعت نفوذ موج رادار نیز برداشت شد. علاوه بـر ایـن بـا اسـتفاده از دسـتگاه GPSموقعیت ریاضی (ارتفاع از سظح دریا، طول و عرض جغرافیایی) هر نقطه، تعیین شد (شـکلهـاي شـمارة 3و.(6 در هردو موقعیت، نیمرخهاي اندازهگیري شده به صورت شرقی- غربی انتخاب شدند.
آنتنهاي فرستنده و گیرنده از نوع غیر پوششی با بسامد 50)، 100 مگاهرتز) مورد اسـتفاده قـرار گرفـت. عمق نفوذ آنتنها بسته به نوع آنتن، متفاوت است. حال به تفکیک اطلاعات بهدست آمده از رادار در مـورد هـر سراب ارائه میشود.
داده برداري سراب نیلوفر با روش رادار
منطقه مورد مطالعه در 20 کیلومتري شمال غربی کرمانشاه در ناحیهاي به نام سراب نیلـوفر قـرار دارد (شـکل شمارة .(1 عملیات داده برداري روي این ناحیه با دستگاه رادار Ramac ساخت کشـور سـوئد انجـام گرفـت. 2 پروفیل رادار با طول تقریبی 57 متر و به فواصل 100 متر از یکدیگر روي این ناحیه زده شد تا ادامـهدار بـودن این شکستگیبررسی، شود. با توجه به فرکانس مورد استفاده 100) مگاهرتز) و رسانش زمین، عمق نفوذ مـؤثر
6 جغرافیا و پایداري محیط، شماره 3، تابستان 1391
بیشتر از 3 متر بوده است. اطلاعات مربـوط به دادههاي GPS و شکلهاي3 و 4 و 5 نگاشتهاي رادار را نشـان میدهد.
پروفیل 1 و 2 (طول پروفیل 57 متر)
پروفیل (1)
در سراب یاوري
پروفیل (2)
شکل شماره 4نیمرخ اول رادار سراب نیلوفر
چشمه
شکل .3 موقعیت و مشخصات نیمرخهاي برداشت شده در سراب یاوري (زون ساختمانی شکسته)
لایهبندي منظم
شکل .4 نیمرخ دوم رادار سراب نیلوفر (تفسیرها بر اساس تغییرات موج و شکل آنها صورت گرفته است)
شناسایی ساختار گسلی و تحول چشمههاي کارستی با استفاده از 7
لایهبندي منظم
شکل .5 نیمرخ دوم رادار سراب نیلوفر (تفسیرها بر اساس تغییرات موج و شکل آنها صورت گرفته است )
داده برداري سراب یاوري با روش رادار
منطقه مورد مطالعه در ضلع شمال غربی شهر کرمانشاه در مسیر جادة کرمانشاه-روانسـر در نزدیکـی روسـتاي چشمهکبود قرار دارد. بررسی سنگهاي این ناحیه، مؤید آن است که سـنگهـاي رسـوبی ایـن منطقـه، چـین خورده و در اکثر نواحی، لایههاي رسوبی به علت فشارهاي تکتونیکی شکسته و گسل خوردهاند و نظم لایـههـا به هم خورده است. 2 پروفیل رادار با طول تقریبی 22 متر و به فواصل 4 متر از یکـدیگر روي ایـن ناحیـه زده شد تا ادامه دار بودن این شکستگی بررسی شود. با توجه به فرکانس مورد استفاده 100) مگـاهرتز) و رسـانش
زمین، عمق نفوذ مؤثر 5-6 متر بوده است. شکلهاي6 و 7 و 8 موقعیت و نگاشتهاي رادار را نشان میدهد.
شکل .6 موقعیت و مشخضات نیمرخ هاي برداشت شده در سراب یاوري(زون ساختمانی چین خورده)
8 جغرافیا و پایداري محیط، شماره 3، تابستان 1391
مکان شکستگی
انحلال آهک طاقدیس
شکل.7 نیمرخ اول رادارسراب یاوري (تفسیرها بر اساس تغییرات موج و شکل آنها صورت گرفته است )
ساختارهاي چین خورده
شکل شمارة.8 نیمرخ اول رادارسراب یاوري (تفسیرها بر اساس تغییرات موج وشکل آنها صورت گرفته است )
بحث و نتیجهگیري
روش الکترومغناطیسی رادار (GPR) یکی از روشهاي مهم براي آشکارسازي ساختارهاي سطحی و نزدیک بـه سطح زمین میباشد. در این تحقیق دو ناحیه رسوبی شکسته شده و چـین خـورده بـا دو سـاختار متفـاوت بـا استفاده از آنتن 100 مگاهرتز غیر پوششی مطالعه و با استفاده از نگاشتهاي بهدسـت آمـده، سـرعت مـوج در لایه بهدست آمد.
با بررسی نیمرخهاي بهدست آمده از ردیاب، سراب نیلوفر (نزدیک به زون زاگرس چین خـورده) مشـخص
شناسایی ساختار گسلی و تحول چشمههاي کارستی با استفاده از... 9
شد که میزان شکستگی و گسل در آن کمتر از محدودة سراب یاوري زون زاگرس شکسته (رورانده) اسـت، بـه همین دلیل به تبعیت از قرارگیري سرابهاي فوق در واحدهاي ساختمانی متفاوت، میـزان عملکـرد انحـلال و ایجاد دهلیزها نیز متفاوت است. به طوري که نمودارهاي حاصل از عملیات ژئـوفیزیکی آثـار انحـلال و توسـعه دهلیزهاي بیشتر را در نمودار سراب یاوري نشان میدهند که منطبق بر درز و شکاف و محـل شکسـتگیهـا و گسلها میباشند. در واقع انتظار میرفت که بر اساس قرارگیري چشمههاي انتخاب شده در واحدهاي زمـین-شناسی زاگرس شکسته و نزدیک به زون چین خورده، تعداد و میزان تحول هر یک از آنهـا متناسـب بـا واحـد مربوطهمتفاوت، از همدیگر باشند که عملاً همین نتیجه نیز حاصل شد. بنابراین مـیتـوان نتیجـه گرفـت کـه استفاده از عملیات ژئوفیزیکی یکی از روشهاي معتبر جهت این منظور میباشد؛ چرا کـه در نهــایت، دادههـا و نمــودارهـاي بهدست آمـده، نشان میدهندکه هر جا تراکم گسلها بیشتر است، دهلیزهـاي ایجـاد شـده و در نتیجه فرایند انحلال نیز از وسعت و گسترة بیشتري برخوردار است. نتیجه ایـن تحقیـق، نشـان مـیدهـد کـه استفاده از رادار، میتواند در مطالعات ژئومورفولوژي کارست و شناسایی موقعیـت درز و شـکافهـاي سـطحی، همچنین موقعیت و میزان تحول اشکال کارست زیرزمینی، به ویژه در ارتباط با دستیابی و مدیریت منابع آب زیرزمینی بسیار ارزشمند باشد.
