نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری هیدروژئولوژی، گروه زمین‌شناسی دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

2 دانشیار گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

3 استاد، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

چکیده

رشته‌کوه شتری با مساحتی حدود 2500 کیلومتر مربع در غرب شهر طبس واقع شده است. سازندهای کربناته جمال، شتری و اسفندیار، 53% این منطقه را تشکیل می‌دهند. توالی چینه‌شناسی و اختلاف هیدرواستراتوگرافی، تشکیل سه آبخوان کارستی جمال، شتری و اسفندیار در این رشته‌کوه را سبب شده است. 83% چشمه‌های موجود در این رشته‌کوه، بیشتر از آبخوان‌های کارستی تخلیه می‌شوند. گسترش وسیع‌تر سازند اسفندیار نسبت به سازندهای جمال و شتری، ضخیم‌لایه بودن و خلوص بالاتر سنگ‌آهک در این سازند، توسعة بیشتر کارست در آن را موجب شده است؛ به‌طوری‌که بزرگ‌ترین چشمه‌های موجود در این منطقه از این سازند تخلیه می‌شوند. چینه‌شناسی منطقه علاوه بر کمیت بر کیفیت آب خروجی از چشمه‌های منطقه تأثیر به‌سزایی داشته است. چشمه‌های تخلیه‌شده از سازند اسفندیار با سطح اساس ولکانیکی و سازند قلعه‌دختر نسبت به چشمه‌های تخلیه‌شده از سازند اسفندیار با سطح اساس بغمشاه کیفیت مطلوب‌تری دارند. هدایت الکتریکی آب چشمه‌های گروه اول کمتر از 600 و گروه دوم از 600 تا 1850 میکروموس بر سانتی‌متر متغیر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The role of the stratigraphic on quantity and quality water karst springs In Shotori mountains, west Tabas

نویسندگان [English]

  • Hassan Zia 1
  • Gholamhossein Karami 2
  • Ali Taheri 3

1 Shahrood Earth University of Technology, Shahrood Iran

2 Shahrood University of Technology, Iran

3 Shahrood University of Technology, Iran

چکیده [English]

The Shotori Mountains, with an area of about 2500 Km2 are located in west Tabas. Carbonate formations outcrops are about 53% and include Gamal, Shotori and Esfandiar formations. Sequence stratigraphy and difference hydrostratigraphy leaded to forming three karstic aquifers entitled Gamal, Shotori and Esfandiar. Almost all springs in this studied area emerge from these karst formations. So that annual discharge these karst springs is about 83% of total annual discharge in the studied area. The higher extend, thick layer and more purity of the limestone in Esfandiar formation in comparison with the Gamal and Shotori formations lead to the higher degree of karstification in this formation so that the main springs emerging from this formation. In addition to the effect of stratigraphy on quantity, it has a significant effect on the quality of the discharging water from the springs in the area. Springs which discharge form Esfandiar formation with volcanic and Qala Dokhtar formation basement have higher quality than Esfandiar with Baghamshah basement. The electrical conductivity of the first group of springs is below 500 µS/ cm whereas it fluctuates between 700 to 1800 µS/ cm in the second group.

کلیدواژه‌ها [English]

  • " Stratigraphic"
  • "Karstic springs"
  • "Shotori mountains"
  • "Karst"

مقدمه

کارست حاصل انحلال سنگ‌های با قابلیت انحلال بالا در آب طبیعی، مانند سنگ‌‌های کربناته است. سنگ‌آهک مهم‌ترین سنگی است که فرایند کارستی‌شدن در آن مؤثر بوده است و قابلیت ذخیره‌سازی آب و تشکیل آبخوان را دارد. بیش از 25% از جمعیت جهان روی مناطق کارستی زندگی می‌‌‌‌کنند یا آب موردنیاز خود را از منابع کارستی تأمین می‌کنند (Ford and Williams 2007). در ایران حدود 11% از سطح کل کشور را سازندهای آهکی تشکیل می‌دهند (Naseri 1991). لیتولوژی، بارش، تکتونیک، وضعیت پوشش گیاهی، ژئومورفولوژی، وضعیت چینه‌شناسی و محیط رسوبی از عوامل مؤثر بر توسعه کارست در هر منطقه کربناته هستند (White 1988 & Dreybrodt 1990 Karami 2009;). انحلال در سنگ‌آهک خالص نسبت به آهک دولومیتی و دولومیت سریع‌تر صورت می‌گیرد. افزایش مقدار ناخالصی‌های رسی و سیلتی در سنگ‌آهک به بیش از20 تا 30% از توسعه کارست جلوگیری می‌کند. اندازه و بافت سنگ نیز در فرایند انحلال نقش مهمی دارد؛ به‌طوری‌که هرچقدر اندازة دانه‌های تشکیل‌شده سنگ ریزتر باشد، با ورود آب به فضاهای خالی، سطح واکنش بیشتری با آب ایجاد می‌شود و انحلال بیشتر صورت می‌گیرد. یک سنگ کربناته با زمینة میکرایت (ریزدانه) نسبت به یک سنگ کربناته با زمینة اسپارایتی (درشت دانه) انحلال بیشتری دارد. انحلال در سنگ‌‌های آهکی ناهمگن با آلوکم‌های مختلف نسبت به سنگ‌های همگن بیشتر صورت می‌گیرد؛ بنابراین، بایومیکرایت نسبت به میکرایت انحلال بیشتری دارد
(Ford and Williams 2007).

توسعة شدید کارست بیشتر در آهک‌های ضخیم‌لایه و توده‌ای دیده می‌شود. علاوه بر لیتولوژی و ضخامت لایه‌ها، نسبت قرار‌گیری لایه‌ها نسبت به همدیگر در توسعه کارست نقش مهمی دارد که نشان‌دهندة وضعیت چینه‌شناسی منطقه است. قرار‌گیری لایه‌های شیلی یا مارنی با نفوذ‌پذیری کم در توالی با لایه‌های آهکی ضخیم‌لایه و توده‌ای، مستعد کارستی‌شدن نیستند و توسعه کارست درخور توجهی در آهک‌ها صورت نمی‌گیرد (Domenico and Schwartz 1990; GoldScheider & Andreo 2007; Chitsazan et al. 2015; Karimi vardenjani 2010 Karami 2009 &).

توالی چینه‌شناسی در دبی خروجی از چشمه‌ها نقش مهمی دارد؛ به‌طور مثال قرارگرفتن سازند دلیچای (با قابلیت کم برای فرایند کارستی‌شدن) در حد فاصل بین آهک‌های ضخیم‌لایه سازند لار (با قابلیت زیاد برای فرایند کارستی‌شدن) و محل ظهور چشمه علی دامغان سبب شده است، دبی چشمه علی دامغان در طی سال تغییرات زیادی نداشته باشد و آب آبخوان کارستی لار به‌صورت تدریجی از چشمه خارج شود (Karami 2009).

سازندهای زمین‌شناسی، درجه هوازدگی شیمیایی، کیفیت آب تغذیه‌شده، تبادلات شیمیایی و فعالیت انسانی بر کیفیت آب زیرزمینی هر منطقه تأثیرگذار است (Kalantari et al. 2001; Guler et al. 2004; Ayenew et al. 2008; Giridharan et al. 2008; (Aly 2015؛ بنابراین، بررسی تأثیرات سازندهای زمین‌شناسی و چینه‌شناسی بر کیفیت و کمیت آب زیرزمینی هر منطقه ضروری است.

رشته‌کوه شتری در تأمین آب کشاورزی، شرب و صنعت منطقه و تغذیه دو آبخوان طبس و بشرویه نقش مهمی دارد. عوامل متعددی در تشکیل آبخوان کارستی کوه شتری و ظهور و کیفیت آب چشمه‌های این رشته‌کوه سهیم است؛ اما نقش چینه‌شناسی به‌صورت آشکار مشاهده می‌شود. بنابراین در این پژوهش سعی شده است توسعه آبخوان کارستی کوه شتری، وضعیت ظهور چشمه‌های کارستی و کیفیت آب چشمه‌ها باتأکیدبر نقش زمین‌شناسی و چینه‌شناسی مورد بررسی قرار گیرد.

 

موقعیت جغرافیایی

رشته‌کوه شتری بین طول‌های جغرافیایی 56 درجه و 45 دقیقه خاوری تا 57 درجه و 35 دقیقه خاوری و بین عرض‌های جغرافیایی 33 درجه شمالی تا 34 درجه شمالی در20 کیلومتری خاور طبس در ایران مرکزی واقع شده است (شکل 1).

 این رشته‌کوه، با طولی حدود 120 کیلومتر و عرضی متوسط 25 کیلومتر دارای روندی شمال باختری - جنوب خاوری است. بیشترین ارتفاع منطقه کوه شتری با ارتفاع 2838 متر در جنوب خاوری طبس و حداقل ارتفاع 636 متر در جنوب طبس واقع شده است. اقلیم منطقه، خشک و کویری و متوسط بارش در دشت، 80 میلی‌متر است و در ارتفاعات به 200 میلی‌متر می‌رسد.

 

 

شکل 1- موقعیت جغرافیایی منطقة مورد مطالعه


زمین‌شناسی منطقة مطالعه‌شده

رشته‌کوه شتری به لحاظ تقسمات زمین‌شناسی، بخشی از خرد قاره ایران مرکزی است (Nabavi 1976). این رشته‌کوه در بخش خاوری بلوک طبس و در پایانة شمالی گسل نایبند قرار دارد (شکل 2). در این منطقه، نهشته‌های پالئوزئیک تا زمان حاضر با ترکیب غالب سنگ‌آهک، دولومیت، ماسه‌سنگ، شیل، مارن، کنگلومرا، رسوبات آبرفتی به همراه سنگ‌های آتش‌فشانی برجای گذاشته شده است (Aghanabati 2010). سازندهای کربناته بیش از 53% رشته‌کوه شتری را تشکیل می‌دهند و با داشتن ضخامت قابل توجه، مستعد تشکیل آبخوان‌های کارستی هستند (‌جدول1). این سازندها شامل سازند‌های جمال، شتری و اسفندیار هستند، که به‌طور مختصر معرفی می‌شوند:

سازند جمال: بُرش الگوی سازند جمال در پهلوی جنوبی کوه جمال در جنوب طبس مطالعه و معرفی شده است (Stocklin et al. 1965). در این محل، مرز زیرین سازند جمال به سازند سردر است و با ناپیوستگی هم‎شیب با واحد سنگ چینه‎ای سازند سُرخ شیل، به سن تریاس پیشین، پوشیده می‎شود.

در بُرش الگو، سازند آهکی جمال شامل 473 متر سنگ‎های کربناتی است که حدود 60 متر بالای آن، دولومیت کرم رنگ و بقیة آن، سنگ‎آهک‎های ضخیم‌ لایه تا توده‎ای ریفی به رنگ خاکستری است. یافته‎های زمین‎شناسی جدید نشان می‎دهد سازند جمال، برخلاف شرح بیان‌شده برای بُرش الگو، منحصر به ردیف‎های کربناتی نیست. به‌عبارت‌دیگر، 74 متر آواری‎های زیر سنگ‎آهک‎های سازند جمال در واقع ردیف‎های آواری پیش‌روندة این سازند هستند؛ بنابراین به پیشنهاد کمیتة ملی چینه‎شناسی، آواری‎های ذکرشده از سازند سردر، حذف و نخستین عضو سازند جمال دانسته می‎شوند. بدین‌ترتیب، در بُرش‎های کامل، سازند جمال یک عضو ماسه‎سنگ کوارتزی در زیر، یک عضو سنگ‎آهک مرجانی در وسط و یک عضو دولومیتی در بالا دارد (Aghanabati 2010).

طاهری (2002) به ردیف‎های آواری حد فاصل سازند سردر (در زیر) و کربنات‎های سازند جمال، «عضو زَلَدو» نام داده است و باتوجه‌به پراکندگی فوزولیناسه‎آ و شناسایی دو زون زیستی به تغییرات سنی کربنیفر بالایی - پرمین زیرین اعتقاد دارد. ایشان در برش حوض دوراه (کوه جمال)، ردیف‎های «کربناتی» پرمین را چهار زون زیستی می‎داند.

سازند شتری: سازند شتری با سن تریاس میانی از
820 متر دولومیت لایه لایه خاکستری رنگ ریزدانة متراکم با فرسایش‌پذیری کم و 152 متر سنگ‌آهک ضخیم‌لایه، سفید رنگ و متراکم (عضو اسپهک) تشکیل شده است. سازند زیرین شتری در همه‌جا سازند سرخ شیل است که با یکدیگر گذر تدریجی و پیوسته دارند. در رشته‌کوه شتری، سازند شتری سیمای توده‌ای دارد. سن این سازند تریاس میانی (کارنین) است (Aghanabati A. 2010).

سازند اسفندیار: در برش الگو (باختر روستای اسفندیار) ضخامت این سازند حدود 690 متر و در برخی جاها به بیش از 1000 متر می‌رسد و شامل سنگ‌آهک‌های توده‌ای روشن رنگ ریفی است (Stocklin et al. 1965). یک چهارم بخش پائینی این سازند از ماسه‌سنگ، آهک زیست آواری ماسه‌ای و نیز لایه‌های کنگلومرا‌یی تشکیل شده است. سیمای کوه‌ساز این سازند مدیون رخساره‌های ریفی - توده‌ای و نیز تراکم زیاد سنگ‌آهک است. در محل برش الگو، سازند اسفندیار روی بغمشاه قرار می‌گیرد. این مرز، همساز است؛ اما ازنظر سنگ‌شناسی بسیار ناگهانی است. تغییر ناگهانی مارن‌های دریایی سازند بغمشاه به رخسارة ماسه‌ای پایة اسفندیار، نشان‌دهندة کاهش ژرفای حوضه رسوبی است. در خاور رشته‌کوه طبس، مرز بالایی سازند اسفندیار سطحی فرسایشی است که به‌طور همساز با سنگ‌های پالئوسن - کرتاسه پوشیده شده است. سن این سازند ژوراسیک بالایی است (Aghanabati 2010).

 

 

 

شکل 2- نقشة زمین‌شناسی منطقه (اقتباس از نقشة 1:250000 بشرویه با تغییرات توسط نگارندگان)

 

 

جدول 1- توالی چینه‌شناسی و هیدرواستراتوگرافی در رشته‌کوه شتری

 

 

 

ازنظر تکتونیکی در دو طرف رشته‌کوه شتری، گسل‌های اسفندیار و شتری وجود دارند که طی فرایند مشابه از عملکرد گسل امتداد لغز نایبند شکل گرفته‌اند (شکل 3). این گسل‌ها در شکل کنونی رشته‌کوه شتری نقش بارزی دارند
((Berberian 1972. عملکرد گسل‌ها خردشدگی و قراردادن سازندهای نفوذناپذیر در برابر سازندهای کربناته را سبب شده است که این امر در تغذیة آبخوان‌های کارستی و محل ظهور چشمه‌ها نقش مهمی دارد؛ به‌طوری‌که بیشتر چشمه‌های منطقه در راستای این گسل‌ها دیده می‌شوند.

 

 

شکل 3- نقشة تکتونیکی منطقة مطالعه‌شده و موقعیت گسل‌های منطقه (بربریان 1976) با ترسیم مجدد

 


روش پژوهش

برای بررسی وضعیت لیتولوژی سازند‌های جمال، شتری و اسفندیار، 49 مقطع نازک میکروسکوپی، تهیه و پتروگرافی، ویژگی‌های بافتی و دیاژنیتکی مطالعه شد. درصد خلوص کربنات و اکسیدهای اصلی با آنالیز 9 نمونة XRF صورت گرفت.

با بازدید صحرایی در سال آبی 1395-1394، تعداد 118 دهنه چشمه آمار‌برداری و 11 چشمة مهم آنها معرف انتخاب شد. با تهیة مقاطع و نقشة زمین‌شناسی از حوضة آبگیر این چشمه‌ها تأثیر رخنمون و سازندهای زمین‌شناسی بر محل ظهور چشمه‌ها بررسی شد. برای بررسی وضعیت کیفی آب چشمه‌ها، 66 نمونه از چشمه‌های معرف در سال آبی 1395-1394 برداشت شد. پارامترهای هدایت الکتریکی، اسیدیته، دما و دبی در محل اندازه‌گیری و عناصر اصلی کاتیون‌ها (کلسیم، منیزیم، سدیم و پتاسیم)، ‌آنیون‌ها (بیکربنات، کلر و سولفات) در ‌آزمایشگاه هیدروشیمی شرکت آب منطقه‌ای خراسان رضوی آنالیز شدند. با استفاده از آنالیز کیفی، تأثیر لیتولوژی و چینه‌شناسی بر کیفیت آب چشمه‌ها بررسی شد.

 

بحث و تحلیل یافته‌های پژوهش

در مطالعات پتروگرافی، سنگ‌آهک جمال را بیشتر اینتراکلاست بایوکلاست گرینستون تشکیل می‌دهد. این سنگ‌ها تخلخل قالبی و شکستگی دارند که با سیمان اسپارایتی پر شده‌اند (شکل‌های 4- الف و ب). سازند شتری از دولومیت با تبلور مجدد برشی و خردشده (شکل 4- ج) و سازند اسفندیار از مدستون - وکستون، بایوکلاست گرینستون و اینتراکلاست پلوئید گرینستون تشکیل شده است (شکل 4- د). تخلخل اولیه در سازند اسفندیار، بیشتر بین‌دانه‌ای (شکل 4- ی) و تخلخل ثانویه از نوع قالبی و شکستگی ‌بوده که با سیمان کربناته پرشده است (شکل 4- ه). سنگ‌آهک سازند اسفندیار، بافت دانه ریزتر و ناهمگن‌تر دارد و در مقایسه با سازند جمال برای توسعه کارست مستعدتر است. در مقاطع هرسه سازند، دست‌کم دو فاز خردشدگی و پرشدگی با سیمان کربناته در مقاطع نازک این سازند‌ها دیده می‌شود که نشان‌دهندة نقش مؤثر تکتونیک در توسعه کارست این منطقه است (شکل 4- د).

برای تعیین مقدار ناخالصی نمونه، پس از پودر‌شدن، در اسیدکلریدریک ((HCl رقیق 1 نرمال، حل و پس از 30 دقیقه محلول از صافی عبور داده می‌شود و سپس کاغذ صافی پس از خشک‌کردن وزن می‌شود تا درصد مواد نامحلول در اسید تعیین شود (El Hefnawi et al. 2010). برای تعیین درصد مواد غیرقابل حل در اسید، 27 نمونه از این سه سازند در اسید حل شده است (Asraf 2011). مقدار خلوص کربنات در بخش‌های زیرین سازند اسفندیار به‌دلیل ماسه‌سنگی‌بودن کمتر می‌شود؛ اما به‌طور کلی مقدار خلوص کربنات در هرسه سازند بیش از 85% است و مستعد توسعه کارست هستند (جدول 2).

جدول 2- درصد مواد غیرقابل حل در اسید (IR%) در رشته‌کوه شتری

ردیف

سازند

درصد مواد غیرقابل حل
در اسید
(%IR)

درصد کربنات

1

جمال

1/6-8/2

2/98-9/93

2

شتری

6/7-2

98-4/94

3

اسفندیار

9/14-7/0

3/99-1/85

 

جنس یا ترکیب سنگ‌شناسی سازند‌های کربناته در شکل‌گیری پدیده‌های کارستی و افزایش نفوذپذیری آن نقش اساسی دارد. براساس بررسی‌های انجام‌شده، با افزایش درجه خلوص سنگ کربناته، میزان انحلال‌پذیری آن افزایش می‌یابد. براساس آنالیز XRF روی 9 نمونه برای تعیین دولومیتی‌بودن و مقدار کلسیت کانی‌های کربناته، سنگ‌آهک سازند اسفندیار خلوص بالا دارد و CaO آنها بیش از 53% و MgO آنها کمتر از 2% است. مقدار MgO در سازند جمال به 15% و در سازند شتری به بیش از 16% می‌رسد که نشان‌دهندة آهک دولومیتی و دولومیت است؛ بنابراین، سازند اسفندیار نسبت به سازند جمال و شتری شرایط مناسب‌تری برای توسعه کارست دارد (جدول 3).

 

 

 

جدول 3- اجزای اصلی به‌دست‌آمده از آنالیز XRF سازندهای جمال، شتری و اسفندیار برحسب درصد

سازند

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

L.O.I

اسفندیار

93/1

23/0

38/1

24/53

94/0

08/42

اسفندیار

65/0

07/0

22/0

71/54

06/1

20/43

اسفندیار

92/0

13/0

41/0

00/54

24/1

20/43

جمال

53/4

42/1

75/1

56/32

10/14

02/44

جمال

52/1

26/0

03/1

88/50

50/2

12/43

جمال

38/0

11/0

26/0

64/54

77/1

78/42

شتری

95/0

22/0

46/0

70/35

28/16

28/45

شتری

16/0

06/0

15/0

09/32

94/20

46/46

شتری

16/0

06/0

15/0

73/32

57/25

21/46

 

 

الف

 

تخلخل  ثانویه  ناشی از شکستگی‌ها

 

 

 

ب

 

پر شدگی شکستگی‌ها توسط سیمان  ثانویه

 

 

تخلخل قالبی پر شده

 

 

ج

 

دولومیت های برشی و خرد شده

 

 

د

 

 

شکستگی فاز2

 

شکستگی فاز 1

 

شکستگی پر شده توسط کلسیت ثانویه

 

 

ه

 

 

تخلخل بین دانه‌ای

 

ی

 

تخلخل شکستگی  پر شده  با سیمان

 

تخلخل قالبی و پرشده توسط سیمان اسپاریت

 

شکل 4- ریزرخساره‌های داده‌شده در سازند جمال و اسفندیار. الف) سنگ‌آهک جمال (اینتراکلاست بیوکلاست گرینستون، دو فاز شکستگی و خرد‌شدگی و پرشدگی با سیمان کلسیتی)‌، ب) سنگ‌آهک جمال (بیوکلاست گرینستون، پر‌شدگی تخلخل ثانویه حفره‌ای و شکستگی‌ها)،
ج ) دولومیت برشی سازند شتری، د) سنگ‌آهک اسفندیار
(مدستون، پکستون با پرشدگی رگه‌های ثانویه با سیمان اسپارایتی، و) سنگ‌آهک اسفندیار (بیوکلاست گرینستون)، ی) سنگ‌آهک اسفندیار (اینتراکلاست پلوئید گرینستون)

 

 

نقش‌ چینه‌شناسی در ظهور چشمه‌ها و توسعه کارست، بیشتر شامل ضخامت سازند و لایه‌های تشکیل‌دهندة آن و توالی چینه‌شناسی هستند. ضخامت سازند باید به حدی باشد که گنجایش پذیرش حجم درخور توجهی از آب را داشته باشد. با افزایش ضخامت سازند امکان تشکیل مخازن آب زیرزمینی در آن افزایش می‌یابد. ضخامت سازند اسفندیار به بیش از 1000 متر می‌رسد (Stocklin et al. 1965). قابلیت ذخیرة آب در این سازند نسبت به سازند شتری و جمال بیشتر است.

ضخامت لایه‌ها در توسعه کارست نقش مهمی دارد؛ به‌طور کلی سازندهای ضخیم‌لایه در شرایط مساوی قابلیت انحلال بیشتری نسبت به سازندهای با لایه‌بندی نازک دارند. ضخامت لایه‌ها در سازند اسفندیار نسبت به سازند شتری و جمال بیشتر است (شکل 4)؛ بنابراین، قابلیت انحلال و کارستی‌شدن سازند اسفندیار بیشتر است. شناخت توالی چینه‌شناسی در ظهور چشمه‌ها در سازند‌های کربناته اهمیت زیادی دارد. برای اینکه یک آبخوان کارستی تشکیل شود باید سازندهای زیرین و بالایی سازند از دیدگاه هیدروژئولوژیکی ناتراوا باشد. سازند سردر در زیر سازند جمال، سرخ شیل در زیر سازند شتری و سازند بغمشاه در زیر سازند اسفندیار، تشکیل آبخوان‌‌های کارستی در رشته‌کوه شتری را سبب شده‌اند.

مجموع دبی تخلیه‌شده براساس اندازه‌گیری‌های شهریور ماه 1395 حدود 528 لیتر در ثانیه است. چشمه‌های خارج‌شده از سازندهای کربناته، حدود 83% آب این رشته‌کوه را تخلیه می‌کند. با وجود اینکه سازند اسفندیار، 4/30% مساحت این منطقه را تشکیل می‌دهد، حدود 60% تخلیه از این رشته‌کوه از این سازند صورت می‌گیرد که نشان‌دهندة توسعه بیشتر کارست در این سازند نسبت به سازند‌های جمال و شتری است (جدول 4). مقایسة بین مقدار تخلیه از چشمه‌‌‌‌های منطقه و مقدار تغذیه (متوسط بارش 165 میلی‌متر برمبنای همبستگی ارتفاع بارش و درصد نفوذ حداقل 20%) نشان‌ می‌دهد مقدار تغذیه در این رشته‌کوه معادل تخلیة 1370 لیتر در ثانیه در طی سال است. چشمه‌های کارستی حدود 440 لیتر در ثانیه را تخلیه می‌کنند؛ ازاین‌رو معادل حدود 930 لیتر در ثانیه در سال سبب تغذیة آبخوان‌های طبس و بشرویه می‌شوند. پهنه‌های وسیع بدون چشمه در این رشته‌کوه نشان‌دهندة تخلیة آب به آبرفت‌های مجاور است.

 

 

جدول 4- فراوانی و مقدار تخلیه چشمه‌های رشته‌کوه شتری در سال آبی 1395-1394

ردیف

نام سازند

مساحت (کیلومتر مربع)

درصد مساحت کل منطقه

تعداد چشمه

مقدار تخلیه (لیتر بر ثانیه)

درصد تخلیه

1

جمال

265

6/10

16

63

12

2

شتری

290

6/11

11

58

11

3

اسفندیار

760

4/30

33

319

60

4

سایر سازندها

1185

4/47

58

88

17

 

 

سطح اساس چشمه‌های تخلیه‌شده از سازند جمال، سازند سردر با لیتولوژی شیل و ماسه‌سنگ است (شکل 5). هدایت الکتریکی آب چشمه‌های این سازند از 720 تا 1150 میکروموس بر سانتی‌متر متغیر است. چشمه آب گرم مرتضی‌علی با دبی 30 لیتر بر ثانیه و دمای 7/33 درجه سانتیگراد از مهم‌ترین چشمه‌های این سازند است. افزایش هدایت الکتریکی و دمای آن به‌دلیل چرخش عمقی آب از طریق درزه‌ها و گسل‌ها است (جدول 5).

سطح اساس چشمه‌های تخلیه‌شده از سازند شتری، سازند سرخ شیل در دامنه باختری رشته‌کوه شتری است. هدایت الکتریکی آب این چشمه‌ها از 800 تا 900 میکروموس بر سانتی‌متر متغیر است. در دامنه جنوب باختری، سازند آب‌حاجی با لیتولوژی ماسه‌‌سنگ و شیل به‌صورت گسله سطح اساس چشمه‌ها را تشکیل می‌دهد (شکل 6). کیفیت آب این چشمه‌ها از 2550 تا 2700 میکروموس بر سانتی‌متر متغیر است. کاهش کیفیت چشمة پیکوه در مقایسه با چشمة کریت به‌دلیل تماس آب با سازند آب‌حاجی با ترکیب ماسه‌سنگ، شیل و ژیپس در این منطقه است.

سطح اساس چشمه‌های تخلیه‌شده از سازند اسفندیار به چهار گروه تقسیم می‌شود. گروه اول چشمه‌هایی است که از مرز سازند اسفندیار و ولکانیک‌های پالئوژن تخلیه می‌شوند. این چشمه‌ها هدایت الکتریکی آب 410 تا 520 میکروموس بر سانتی‌متر دارند. گروه دوم چشمه‌هایی است که سطح اساس آنها سازند قلعه‌دختر است (شکل 7) و هدایت الکتریکی 500 تا 600 میکروموس بر سانتی‌متر دارند. گروه سوم چشمه‌هایی است که از مرز سازند اسفندیار و سازند کرند با لیتولوژی مارن و سنگ‌آهک تخلیه می‌شوند. این چشمه‌ها هدایت الکتریکی 450 تا 500 میکروموس بر سانتی‌متر دارند. گروه چهارم چشمه‌هایی است که سطح اساس آنها سازند بغمشاه است و در دامنه باختری رشته‌کوه قرار دارند و هدایت الکتریکی آنها 670 تا 1850 میکرموس بر سانتی‌متر (چشمه‌های قنبر و ازمیغان) است (شکل 5). تغییر لیتولوژی سازند در سطح اساس چشمه‌ها، تغییر کیفیت آب چشمه‌ها را سبب شده است. در دامنه شمال باختری، مقدار ژیپس در سازند بغمشاه افزایش یافته است و در بخش‌هایی از حوضة آبگیر چشمة ازمیغان سازند بغمشاه رخنمون دارد. این امر، کاهش کیفیت آب چشمه ازمیغان در مقایسه با چشمه‌های دیگر خارج‌شده از سازند اسفندیار را موجب شده است.

نسبت Ca/Mg در سفره‌های کارستی، شاخصی برای تشخیص لیتولوژی سفره است. افزایش غلظت منیزیم و کاهش نسبت Ca/Mg نشان‌دهندة زمان ماندگاری بیشتر آب در آبخوان و سنگ دولومیت در منطقة تغذیه است. نسبت بین 1 و 2، ترکیب دولومیتی سفره، نسبت بین 5/2 تا 4، سنگ دولومیت آهکی، نسبت بین 5 تا 7، سنگ‌آهک دولومیتی و نسبت بیش از 8، سنگ میزبان سنگ‌آهک را نشان می‌دهد (Chery and (Marsily 2007. متوسط نسبت Ca/Mg در چشمه‌های سازند جمال 16/1، سازند شتری 12/1 و سازند اسفندیار 25/1 است (جدول 5). نسبت Ca/Mg نشان‌دهندة ترکیب سنگ میزبان با ترکیب غالب دولومیتی و زمان ماندگاری طولانی آب در رشته‌کوه است.

بررسی تغییرات دبی در سه چشمه (ارسک معرف سازند اسفندیار، کریت معرف سازند شتری و جعفری معرف سازند جمال)‌ در طی سال آبی 1395-1394 نشان‌دهندة بیشترین تغییرات دبی در چشمه‌های سازند اسفندیار (22%)، سازند شتری (15%) و سازند جمال (17%) است که جریان غالب افشان در تمام منطقه و به‌طور نسبی توسعه‌یافتگی بیشتر کارست در سازند اسفندیار را نشان می‌دهد (شکل 8).

 

 

 

 

شکل 5- مقطع زمین‌شناسی چشمه‌های مرتضی‌علی و قنبر

 

شکل 6- مقطع زمین‌شناسی چشمه ارسک

 

 

 

شکل 7- مقطع زمین‌شناسی چشمه‌های مرغوب و پیکوه

 

 

جدول 5- مشخصات چشمه‌های مهم و معرف رشته‌کوه شتری

نام سازند

نام چشمه

نام سازند

سطح اساس

میانگین دبی

( لیتربر ثانیه)

میانگین هدایت الکتریکی (میکروموس بر سانتی‌متر)

Ca/Mg

جمال

مرتضی علی

سردر

30

1145

24/1

جعفری

سردر

6

783

21/1

مهربانی

سردر

3

726

05/1

شتری

کریت

سرخ شیل

24

828

08/1

پیکوه

آب حاجی

10

2680

17/1

اسفندیار

اسفندیار

ولکانیک

12

511

07/1

مرغوب

ولکانیک

16

419

11/1

ارسک

قلعه دختر

24

540

27/1

کرند

کرند

5

477

42/1

ازمیغان

بغمشاه

63

1803

23/1

قنبر

بغمشاه

60

679

39/1

 

 

شکل 8- هیدروگراف چشمه‌های معرف سازندهای جمال، شتری و اسفندیار در سال آبی 1395-1394

 


نتیجه‌

سازندهای کربناتة جمال، شتری و اسفندیار بیش از 53% کوه‌های شتری را تشکیل داده است. توالی چینه‌شناسی در این رشته‌کوه، ایجاد سه آبخوان کارستی جمال، شتری و اسفندیار را سبب شده است. حدود 83% تخلیة آب چشمه‌های این رشته‌کوه از این سازندها صورت گیرد.

مطالعات سنگ‌نگاری آهک جمال را اینتراکلاست، بایوکلاست گرینستون، سازند شتری را دولومیت و سازند اسفندیار را وکستون تا بایوکلاست گرینستون نشان می‌دهد. در این سنگ‌ها تخلخل اولیه، بیشتر از نوع حفره‌ای و بین‌دانه‌ای و تخلخل ثانویه، شکستگی‌ها هستند که با سیمان کلسیتی پرشده‌اند. تخلخل ناشی از شکستگی‌ها در توسعه کارست در این منطقه نقش بیشتری دارد. مطالعات XRF نشان‌دهندة دولومیتی‌شدن بخش‌های بالایی سازند جمال و بخش زیرین سازند شتری است. خلوص سنگ‌آهک در سازند اسفندیار از سازند جمال و شتری بیشتر است و مقدار MgO آنها کمتر از 2% است. مقدار مواد نامحلول در اسیدکلریدریک این سازندها کمتر از 15% است. شرایط بافتی و خلوص این سازندها نشان‌دهندة مستعد‌بودن آنها برای پدیدة کارست است. نسبت مولار Ca/Mg در چشمه‌های معرف بین 1 تا 2 ‌است که نشان‌دهندة ترکیب سنگ میزبان با ترکیب غالب دولومیتی و زمان ماندگاری طولانی آب در رشته‌کوه است.

گسترش بیشتر، ضخامت بیش از 1000 متر و ضخیم‌لایه‌بودن سازند اسفندیار، توسعة بیشتر کارست و فراوانی چشمه‌های با دبی بالا در آن را سبب شده است. کیفیت آب چشمه‌های خارج‌شده از سازند اسفندیار با سطح اساس ولکانیکی، هدایت الکتریکی 410 تا 520 میکروموس بر سانتی‌متر، سازند اسفندیار با سطح اساس قلعه‌دختر، هدایت الکتریکی 500 تا 600 میکروموس بر سانتی‌متر، سازند اسفندیار با سطح اساس سازند کرند، هدایت الکتریکی 450 تا 500 میکروموس بر سانتی‌متر و سازند اسفندیار با بغمشاه، هدایت الکتریکی 670 تا 1850 میکروموس بر سانتی‌متر دارند. چینه‌شناسی در کمیت و کیفیت آب چشمه‌های هر منطقه نقش مهمی دارد.

Aghanabati A. 2010. Geology of Iran. Ministry of Industry and Mines, Geological Survey and Mineral Exploration of Iran. 606 p. (in Persian).

Asraf T. 2011. Investigating the effect of karstic processes on water sources in carbonate rocks in the Shotori area, East Iran. MSc. Thesis, Birjand University, 175 p. (in Persian).

Ayenew T. Demlie M. and Wohnlich S. 2008. Hydrogeological framework and occurrence of groundwater in the Ethiopian aquifers. Journal of African Earth Sciences, 52(3): 97-113.

Berbarian M.1976. Contribution to the seismotectonic of Iran (part II). Geological Survey of Iran, Rep. No. 39.

Chery L. and Marsily G. 2007. Aquifer Systems Management: Darcy’s Legacy in a World of Impending Water Shortage. Selected Papers on Hydrogeology 10. CRC Press, ‏588 p.

Chitsazan M. Vardanjani H. K. Karimi, H. and Charchi A. 2015. A comparison between karst development in two main zones of Iran: case study—Keyno anticline (Zagros Range) and Shotori anticline (Central Iran). Arabian Journal of Geosciences, 8(12):10833-10844‏.

Domenico P. A. and Schwartz F. W. 1990. Physical and chemical hydrogeology. John Wiley, New York, 824 p.

Dreybrodt W. 1990. The role of dissolution kinetics in the development of karst aquifers in limestone: a model simulation of karst evolution. The Journal of Geology. 98(5):639-655.

El Hefnawi M. A. Mashaly A. O. Shalaby B. N. and Rashwanetal M. A. 2010. Petrography and geochemistry of Eocene limestone from Khashm Al-Raqaba area, El-Galala El-Qibliya, Egypt: Carbonates Evaporites, 25: 193-202.

Ford D.C. and Williams P.W. 2007. Karst hydrogeology and geomorphology. Chichester. John Wiley; Second edition, 553 p.

Giridharan L. Venugopal T. and Jayaprakash M. 2008. Evaluation of the seasonal variation on the geochemical parameters and quality assessment of the groundwater in the proximity of River Cooum, Chennai, India. Environmental monitoring and assessment, 143: 161-178. ‏

Guler C. and Thyne G. D. 2004. Hydrologic and geologic factors controlling surface and groundwater chemistry in Indian Wells-Owens Valley area, southeastern California, USA. Journal of Hydrology, 285: 177-198.

Kalantari N. and Farzad A. 2001. Groundwater occurrence in Fariab tectonic valley. Journal of applied Hydrology, 16: 18-23.

Karami G. H. 2009. The role of stratigraphy of karst development of the Damgan’s Chesme- Ali spring catchment area, Journal of Stratigraphy and Sedimentology. 36: 39-52. (in Persian).

Karimi Vardenjani H. 2010. Karst Hydrogeology and Geomorphology. Eram press 399 p.(in Persian).

Nabavi M. H. 1976. An introduction of Geology in Iran. Publications of Geological Survey of Iran. 109 p. (in Persian). 

Naseri H.R. 1991. Hydrogeology of karst springs in the Drodzan dam catchment area. MSc. Thesis, Shiraz University. 325 p. (in Persian)

Scheider N. Drew D. (Eds.). 2007. Methods in Karst Hydrogeology: IAH: International Contributions toHydrogeology, 26. CRC Press.‏Taylor & Francies, London, 264 p.

Stocklin J. Eftekhar-Nezhad J. and Hushmand Zadeh A. 1965. Geology of the Shotori Range (Tabas area, East Iran). Rep. No. 3.69 p.

Stocklin J. Eftekhar-Nezhad J. and Hushmand Zadeh A. 1965. Geology map of Boshruyeh (Scale 1:25000). Geological Survey and Mineral Exploration of Iran. Sheet No. J7.

Taheri A. 2002. Stratigraphy of Permian sediments (Jamal Formation) in the Tabas basin. PhD thesis. Isfahan University. 157 p. (in Persian).

White W.D. 1988. Geomorphology and hydrology of karst Terrains, Oxford University Press, Oxford, 464 p.