نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری هیدروژئولوژی، گروه زمین شناسی دانشکده علوم زمین، دانشکاه صنعتی شاهرود، شاهرود
2 دانشیار، گروه زمین‌شناسی دانشکدۀ علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
3 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract
To supply water for drinking and industry, several water wells have been drilled in the Kopet-Dagh basin. These water wells have been drilled in the north and northeast of Bojnourd in the Tirgan Formation. There is a significant relationship between stratigraphy and water wells flow rates. Water wells which are drilled in the north-east of the area in comparison with those drilled in the east of the area, have higher flow rates. A complete stratigraphic section of Tirgan Formation (i.e. Baba Musa) with a thickness of 510 m was measured, sampled and studied as well as drilling log data of each of the water wells. The Baba Musa section can be divided into five rock units composed of limestone, marl and marly-limestone. Limestone rock units are considered as karst-aquifer and marly-limestone and marl are considered to be semi-permeable layers and impermeable, respectively. Water wells drilled in the upper limestone have the highest flow rates than other water wells. The wells that have not penetrated the entire upper limestone while penetrated the middle limestone and upper marly-limestone, although they are twice as deep, have a much lower flow rates. Therefore, the best water-bearing layer of the Tirgan Formation is the upper limestone.
Keywords: Permeable, Impermeable, Semi-permeable layer, Drilling Log, Tirgan Formation
Introduction
Various consumers in Iran are dependent on groundwater resources of alluvial aquifers. In the last few decades, due to water shortage in alluvial aquifers, karst aquifers have been widely considered. The high costs of drilling wells in karstic Formations lead to more precise studies to determine appropriate drilling locations. Tirgan Formation is one of the most important karstic formations in the Kopet-Dagh area in northeast of Iran. Several wells in this formation have been drilled for drinking water and industrial consumptions. Some of the wells drilled in the Tirgan Formation, although not much depth (137_140 m), have very high flow rates, while some wells with high depth (250 m) have a lower flow rates.
Several factors play a role in the development of karst which one of the most important is stratigraphy. There is a relationship between karst development with lithology and limestone thickness. Generally, thicker limestone rock units contain more karst development.
Based on hydrogeological characteristics, in some cases, two or more formations can be considered as a hydrogeological unit. However, sometimes it is necessary to split a formation into separate hydrogeological units. Due to the large development of the Tirgan Formation in the studied area as well as its high discharge potential, this formation has been widely studied. Simple bedding and the sequence of thick limestone with marl or marl-limestone rock units have played a significant role in the development of karst in the Tirgan formation. Accurate understanding of the location and depth of the water bearing rock units in this formation depends on detailed stratigraphic studies.
Material and methods
In this research, in the north and eastern part of Bojnourd, a stratigraphic section of Tirgan, in Baba Musa mountain, was measured and sampled (85 samples for thin sections). In order to nomenclature and interpretation of the microfacies of the Tirgan Formation, procedures of Flügel (2004) and Dunham (1962) have been used. Like systematic studies of stratigraphy, the physical properties of the layers including thickness, layering, color, hardness, erosion, slope and topography, dip and thickness of layers around water wells were also evaluated. Water wells information including, lithology logs and geophysical logs (gamma, self-potential, electrical resistance) were also used. Water level data-sets during drilling, pumping, and subsequent years were evaluated. The geological profiles of all water wells were mapped and the depths of well penetration were determined. By analyzing the above-mentioned data-sets, the Tirgan Formation is divided into several layers with deferent permeabilities.
Discussion of Results and Conclusions
In this research, the information extracted from the Baba Musa stratigraphic column and data-sets obtained from the water wells in the studied area were combined. According to the information integration, the Tirgan Formation is divided into five rock units which are three limestones and two marly limestone rock units. The arrangement of these rock units from base to top are as follows: basal limestone, basal marly limestone, middle limestone, upper marly limestone and upper limestone. The stratigraphic position of limestone and marly- limestone units results in the recharged water, mainly penetrates into the upper limestone layer. Therefore, due to the presence of limestone, marl and marly limestone rock units, the Tirgan Formation is divided into permeable, impermeable or semi-impermeable units. In addition, the degree of purity of the upper limestone layer is much greater than that of the other two limestone layers. These two factors cause the degree of karstification in upper limestone is much greater than that of the other two limestone layers. Information obtained from the water wells show that they have penetrated the upper limestone rock unit or up to the middle limestone rock unit. Given the above-mentioned characteristics, those water wells drilled in the upper limestone unit have the highest flow rate in comparison with other ones.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
ایران سرزمینی خشک و کم‌باران است و آب کشور در همۀ مصرف‌ها وابستگی بسیاری به آب زیرزمینی آبخوان‌های آبرفتی دارد. طی چند دهۀ اخیر، افت آبخوان‌های آبرفتی سبب شده است به آبخوان‌های کارستی برای تأمین آب آشامیدنی و در برخی موارد، صنعت توجه بسیاری شود. هزینههای زیاد پیجویی و حفاری چاه در سازند آهکی، انجام مطالعه‌های دقیقتر برای تعیین محل این گونه چاهها را طلب می‌کند؛ مطالعه‌های دقیق چینه‌شناسی، تکتونیک و وضعیت ساختاری، نوع شکستگی‌ها و فراوانی آنها، مورفولوژی کارست، ژئوفیزیک به روش‌های مختلف، پمپاژ و ... برای شناخت آبخوان‌های آهکی انجام می‌شوند.
آهک تیرگان یکی از اصلیترین سازندهای آهکی زون کپه‌داغ است و چاههای متعددی برای تأمین آب آشامیدنی و صنعت در این سازند حفاری شده‌اند؛ برخی از این چاهها آبدهی بسیار زیاد (60 لیتردرثانیه) و برخی آبدهی کم (12 لیتردرثانیه) دارند. شناسایی لایه‌ها و واحدهای سنگی دارای آب برای اکتشاف منابع آب بسیار مهم است.
عوامل متعددی در توسعۀ پدیدۀ کارستی‌شدن ایفای نقش می‌کنند که چینه‌شناسی یکی از مهم‌ترین آنهاست. در مناطق کارستی، ارتباط کاملاً روشنی بین سنگ‌شناسی و ضخامت واحدهای کربناتۀ بالایی که در معرض بارندگی قرار می‌گیرند با درجۀ کارستی‌شدن وجود دارد. فعالیت‌های انحلالی در لایه‌های کارستی غیرمحبوس بسیار چشمگیرند؛ زیرا گردش آب بین منطقۀ تغذیه و تخلیه بهتر انجام می‌شود (Domenico and Schwartz 1998). در آبخوان منطقۀ فلوریدا، کارست به‌خوبی توسعه یافته است؛ زیرا لایۀ آهکی رخنمون‌شده در بالای یک لایۀ نفوذناپذیر قرار گرفته است. قابلیت انتقال در منطقۀ مرکزی و شمالی فلوریدای آمریکا بسیار زیاد و در جنوب فلوریدا بسیار کمتر است؛ زیرا در منطقۀ جنوب، آبخوان آهکی با لایۀ ضخیمی پوشیده شده است (Schwartz and Zhang 2003). در حالت کلی، هرچه ضخامت لایۀ آهکی در توالی چینه‌شناسی بیشتر باشد، فرایند توسعۀ کارست با شدت بیشتری انجام می‌شود و در مناطقی که ضخامت لایه‌های آهکی کمتر است، عمده فرایند کارستی‌شدن در لایه‌های سطحی و به‌شکل محدود انجام می‌شود (UNESCO 1984b).
اغلب چند سازند کنار هم را یک واحد هیدروژئولوژیکی در نظر می‌گیرند و برعکس، برخی مواقع لازم است یک سازند را به واحدهای مجزای هیدروژئولوژیکی تقسیم‌بندی کرد. لایه‌های مارنی و رسی کنار هم، لایۀ ناتراوا و چند لایۀ آهکی کنار هم، یک آبخوان را تشکیل میدهند؛ به‌این‌ترتیب، یک سازند ممکن است شامل لایه‌های آهکی (تراوا) و لایه‌های مارنی (ناتراوا) باشد. گاهی ممکن است یک لایۀ نازک آهکی که بین لایۀ ضخیم مارنی قرار دارد، آبخوان محلی مهمی باشد؛ حتی تغییر سنگ‌شناسی سازند کربناته ممکن است سبب تغییر رفتار هیدرولیکی آن شود. وایت (White 1969) تقسیمبندیای بر مبنای هیدرواستراتیگرافی برای سیستمهای آبخوان کربناته انجام داده و اصطلاح «جریان ساندویچی» را برای حالتی به کار برده که یک لایۀ سنگی آهکی از بالا و پایین بین لایه‌های ناتراوا قرار گرفته است؛ همچنین بیان کرده است سنگ‌شناسی نقش بسیار مهمی در بروز ویژگی‌های هیدروژئولوژیکی سازند دارد.
گرچه سازندهای کربناته پتانسیل کارستی‌شدن را دارند، تبدیل آنها به آبخوان مناسب کارستی به سایر عوامل به‌ویژه چینه‌شناسی بستگی دارد. تغییرات رخساره‌ها نیز ممکن است به حد کنترل چینه‌ای محدود باشند؛ برای نمونه اگر تودۀ ریف، سازند مارنی و آهکی را قطع کند، عبور جریان را در عرض توالی چینه‌ای میسر می‌کند (Batsche et al.1970). این تغییرات رخساره آثار شگرفی را بر هیدروژئولوژی گسترۀ کارستی ایجاد می‌کنند؛ برای نمونه، یک لایۀ مارنی ناتراوا میتواند دو آبخوان کارستی را از هم جدا کند و این در حالیست که اگر این لایه در تغییر جانبی رخساره تشکیل نشده باشد، کارست یکپارچه شکل می‌گیرد.
بررسی‌های چینه‌شناسی سازندهای آهکی شامل تجزیهوتحلیل محیط رسوبی دیرینۀ آنها نیز می‌شود؛ زیرا بیشتر سنگ‌های کربناته در پلتفرمهایی تشکیل می‌شوند که در محدودۀ وسیعی گسترده شده‌اند. در محیط‌های رسوبی، کمربند‌های رخسارهای متفاوتی شامل سابتایدال، پریتایدال، تبخیری، باتلاقی، ریف و شیب قارهای برای تشکیل سنگ‌های کربناته شناسایی شده‌اند. حد انتقالی بین ریف تا شیب قارهای با رخسارۀ آهک ضخیم‌لایه مترادف است و در این مناطق، برش آهکی تا آهک خوبلایهبندیشده تشکیل می‌شود (Fuchtbauer 1988).
کنترل‌های چینه‌ای جریان را می‌توان بر اساس درجۀ جریان آب زیرزمینی که به‌واسطۀ لایه‌بندی کنترل می‌شود، بیان کرد. درجۀ کنترل چینه‌ای آب زیرزمینی به تفاوت هدایت هیدرولیکی بین لایۀ آبخوان و ضخامت و شکستگی‌های لایۀ نفوذناپذیر بستگی دارد (Goldscheider 2005). شکل 1 عوامل مؤثر بر کنترل‌های چینه‌ای را نشان می‌دهد.
|
شکل 1- عوامل مؤثر بر کنترل‌های چینه‌ای؛ ردیف بالا: در شرایطی عبور جریان آب زیرزمینی در عرض لایه‌بندی امکان دارد که تفاوت هدایت هیدرولیکی کم، لایۀ ناتراوا کم‌ضخامت و یا درجۀ گسل‌خوردگی شدید باشد، ردیف پایین: جریان آب زیرزمینی در امتداد لایه‌بندی هنگامی امکان دارد که تفاوت هدایت هیدرولیکی زیاد، لایۀ ناتراوا ضخیم و یا درجۀ گسل‌خوردگی کم باشد (Goldscheider 2005) |
گراند و استرینگفولد (LeGrand and Stringfold 1966) با مطالعۀ توسعه‌یافتگی و شیوۀ گردش آب در سازندهای آهکی در جنوب آمریکا، آنها را به چهار بخش تقسیم کرده‌اند:
بخش 1- آهک‌های نزدیک سطح زمین که سطح آب زیرزمینی داخل این آهک‌ها شکل می‌گیرد و آب ناشی از بارش به‌شکل عمودی به سطح آب زیرزمینی می‌رسد و سپس به‌طور جانبی به‌سمت رودخانه (پاییندست) حرکت می‌کند؛
بخش 2. سازند کربناته زیر لایۀ نفوذناپذیر قرار دارد و آب از منطقۀ بالاتر حرکت می‌کند و به‌سمت منطقۀ تخلیه میرود. این واحدها در فشارند؛
بخش 3. سازندهای کربناتۀ بدون منطقۀ تخلیۀ مشخص؛
بخش 4. سازندهای کربناتۀ برهنه که بالاتر از درههای مجاور خود قرار دارند.
معمولاً مناطق کارستی ویژگی‌های مشابهی دارند که پیچیدگی جریان، غیرهم‌روندی و دینامیک‌بودن از مهم‌ترین آنهاست. این ویژگی‌ها طبق نظر هاگز و همکاران (Hughes et al 1994) به سه عامل چینه‌شناسی، زمین‌شناسی ساختاری و شرایط ژئومورفولوژی بستگی دارند و در بین آنها، چینه‌شناسی شامل ضخامت هر لایۀ آهکی، ضخامت لایه‌های غیرآهکی، نوع چینهبندی (نازک‌لایه تا ضخیم‌لایه)، درجۀ خلوص هر واحد آهکی (خالص، ماسهای، سیلتی، رس‌دار و سیلیسی) و لایۀ پوشانندۀ خاکی است.
پالمر (Palmer 1986) با بررسی کوه‌های ماموت در کارست‌های ایالت کنتاکی آمریکا نشان داد ارتباط نزدیکی بین توسعۀ گذرگاه‌های غار با لایه‌های مشخص وجود دارد. حدود 60 درصد غار کریستال به سنگ‌شناسی مشخصی محدود است و بیشتر گذرگاه در یک افق چینه‌شناسی قرار دارد.
نداشتن شناخت کافی از پیچیدگی‌های چینه‌شناسی مانعی جدی در اکتشاف منابع آب کارستی ایجاد می‌کند. در شمال‌غربی آریزونای آمریکا، در یک توالی رسوبی، تونتر (Twenter 1962) سازند آهکی موا را که بالای یک لایۀ رسی قرار دارد و چشمه‌‌هایی از این سازند به گراندکانیون تخلیه می‌شوند، مطالعه کرده است. این لایۀ شیلی با سازند آهکی تداخل بین‌انگشتی دارد و در برخی مناطق، هم در بالا و هم در پایین سازند آهکی قرار می‌گیرد. نداشتن شناخت دقیق چینه‌شناسی از این ارتباط سبب شده است بسیاری از حفاری‌ها به‌محض برخورد به لایۀ شیلی متوقف شوند؛ حال آنکه آهک موا زیر لایۀ شیلی وجود داشته است و چنانچه حفاری پس‌از لایۀ شیلی نیز ادامه مییافت، به لایۀ آهکی دارای آب برخورد می‌کرد (Huntoon 1977).
در هیدروژئولوژی کارست، حتی بین آهک‌های مختلف نیز تفاوت قائل شده‌اند؛ به‌طوری‌که آهک‌های با درجۀ حلالیت زیاد ممکن است در کنار آهک‌های با درجۀ حلالیت کم قرار گیرند و بنابراین، شناخت دقیق سنگ‌شناسی هریک از لایه‌های آهکی و میزان بازشدگی شکستگی‌ها اهمیت بسیاری دارد؛ زیرا این تفاوت‌ها تأثیر مستقیمی بر میزان تراوایی هر سازند دارند (LeGrand and Stringfold 1971). در هیدروژئولوژی، لایه‌های آبدار یا آبخوان با نام چینه‌شناسی آنها شناخته می‌شوند. معمولاً لایه‌های تراوا یا ناتروای محض کمتر مشاهده می‌شوند و عمدتاً ترکیبی از لایۀ تراوا- ناتروا وجود دارد که محیط ناهم‌روند و ناهمگون کارستی را شکل می‌دهد (Freeze and Cherry 1979).
گسترش بسیار زیاد سازند آهکی تیرگان در منطقۀ مطالعه‌شده و همچنین پتانسیل زیاد این سازند در تأمین آب موجب شده است این سازند به‌طور جدی موردتوجه قرار گیرد. لایه‌بندی ساده و حضور افق‌های ضخیم آهکی در تناوب با لایه‌های مارنی یا مارنی- آهکی نقش چینه‌شناسی را در توسعۀ کارست در سازند تیرگان بسیار پراهمیت کرده است؛ بنابراین، شناخت دقیق محل و عمق لایه یا افق چینه‌ای آبدار در کاهش هزینه و زمان حفاری و اطمینان نسبی از آبدهی و تداوم آن بستگی زیادی به مطالعه‌های چینه‌شناسی دارد.
روش مطالعه
به‌منظور تأمین آب آشامیدنی و صنعت، ده حلقه چاه آهکی در منطقۀ شمال و شمالشرق شهر بجنورد حفر شده‌اند. شکل 2 موقعیت جغرافیایی منطقۀ مطالعه‌شده و محل حفر چاهها را نشان می‌دهد. در پژوهش حاضر، یک برش چینه‌شناسی از سازند تیرگان در شرق شهر بجنورد که سطح زیرین و بالایی آن در کوه باباموسی رخنمون دارد، انتخاب، اندازهگیری و نمونه‌برداری (85 نمونه) شد. نمونه‌برداری سیستماتیک برای مطالعه‌های چینه‌شناسی از پایین به بالا انجام و از لایه‌های سخت مانند آهک‌ها و آهک‌های مارنی برای تهیۀ مقطع نازک نمونه‌برداری شد. ویژگی‌های فیزیکی لایه‌ها ازجمله ضخامت، لایه‌بندی، رنگ، سختی، فرسایش، شیب لایه‌بندی و شیب توپوگرافی نیز اندازهگیری و بررسی شدند. به‌منظور تفسیر ریزرخساره‌های منطقه از تفسیرهای فلوگل (Flugel 2004) و در نام‌گذاری سنگ‌های کربناته از Dunham 1962)) استفاده شد.
|
شکل 2- محدودۀ مطالعه‌شده، موقعیت چاهها و نقشۀ زمین‌شناسی منطقه که شامل سازندهای آهکی و مارنی مربوط به کرتاسه است؛ ساختار تاقدیسی و ناودیسی و گسل‌هایی که محور چین‌ها را قطع کرده‌اند، دیده می‌شوند (برگرفته از نقشۀ 1:250000 زمین‌شناسی چهارگوش بجنورد، انتشارات سازمان زمین‌شناسی کشور) |
اطلاعات ده حلقه از چاههای حفرشده در منطقه شامل سنگ‌شناسی ستون چاه، لاگینگ‌های حفاری مختلف مانند گامای طبیعی، پتانسیل خودزا، مقاومت الکتریکی، اطلاعات سطح آب و نوسانات آن هنگام حفاری، آبدهی ثابت چاه، افت ناشی از پمپاژ و افت چندساله، شیب و ضخامت لایه‌های اطراف چاهها نیز بررسی شدند. دلایل تغییرات افت و آبدهی با تطبیق اطلاعات و داده‌های حاصل از چاههای یادشده تجزیهوتحلیل شدند. نیم‌رخ‌های زمین‌شناسی اطراف هریک از چاهها ترسیم و منطقۀ نفوذ هر چاه مشخص شد.
زمین‌شناسی زون ساختاری کپه‌داغ
زون ساختاری کپه‌داغ در شمالشرق ایران قرار دارد و عمدتاً شامل سنگ‌های رسوبی مزوزوئیک و سنوزوئیک است. حرکت‌های متعدد فازهای زمین‌ساختی و نوسانات سطح آب طی کرتاسۀ پیشین، آثار متفاوتی را در نقاط مختلف حوضه بر جای گذاشته‌اند؛ این حوادث به تغییرات رخسارهای و تغییرات نهشتهها از ناحیهای به ناحیۀ دیگر منجر شده‌اند. علاوه‌بر تغییرات رخسارهای، تغییرات سنگ‌شناسی نیز پیامد تغییرات سطح آب بوده‌اند که موجب برجای‌گذاشتن آهک، آهک‌های مارنی و مارن آهکی و حتی مارن در سازند تیرگان شده است (Afshar-harb 1994).
بررسی دیرینه جغرافیای کرتاسه توسطAfshar-harb 1994 نشان می‌دهد نهشتههای آغاز کرتاسه از نوع آواریهای سرخرنگی به نام «سازند شوریجه» هستند که در محیط‌های مردابی، دشت ساحلی، دلتایی و یا محیط سبخایی نهشته شده‌اند. از زمان هوتریوین به‌تدریج رژیمهای قارهای- مردابی به انواع مردابی- دریایی تبدیل و در زمان بارمین، نخست سکوی کربناتی کمژرفا و پرانرژی و در آپسین، محیط‌های دریایی بر تمام منطقه چیره شده‌اند که شرایط مناسبی برای نهشت سنگآهکهای زیستآواری اائیدی «سازند تیرگان» بوده است. حوضه در آپسین پسین، ژرفای بیشتر داشته و سبب ته‌نشست سازند «سرچشمه» شده است.
چینه‌شناسی سازند تیرگان در منطقۀ مطالعه‌شده
سازند تیرگان یکی از سازندهای مهم آهکی در زون ساختاری کپه‌داغ است. برش الگوی سازند تیرگان در کوه تیرگان، واقع در 39 کیلومتری جنوب‌غربی درگز مطالعه شده است. برش مرجع این سازند در جنوب‌غربی روستای جوزک (شرق کپه‌داغ) قرار دارد (Aghanabati 2004). سازند تیرگان از سنگآهکهای ستبرلایه تا تودهای اائیدی و زیستآواری با میانلایههای ناچیزی از سنگآهکهای مارنی، مارن و شیل آهکی تشکیل شده است. بر اساس نقشۀ زمین‌شناسی1:250000 چهارگوش بجنورد، سازند تیرگان گسترش وسیعی در منطقۀ مطالعه‌شده دارد. شکل 3 تصویر ماهوارهای برش کوه باباموسی را نشان می‌دهد. ستبرای زیاد لایه‌ها و به‌ویژه تراکم و سختی سنگآهکها سبب شده است این سازند از واحدهای چهرهساز بین ردیفهای آواری سرخ‌رنگ سازند شوریجه و نهشتههای شیلی– مارنی سرچشمه باشد.
|
شکل 3- تصویر ماهوارهای برش کوه باباموسی در شرق شهر بجنورد؛ واحدهای سنگی پنج‌گانه به‌ترتیب از پایین به بالا: 1- A. احد سنگی آهک پایینی، 2-B . واحد سنگی آهکی- مارنی پایینی، 3- C. واحد سنگی آهک میانی، 4- D. واحد سنگی آهکی- مارنی بالایی، 5- E. واحد سنگی آهک بالایی |
گسترش سازند تیرگان در منطقۀ مطالعه‌شده درخور توجه است و ارتفاعات منطقه عمدتاً از این سازند شکل گرفته‌اند. ساختار سادۀ چینه‌شناسی به‌شکل تاقدیسی ناودیسی است که باقیماندۀ سازند سرچشمه در مرکز ناودیس‌ها به چشم میخورد و در برخی نقاط نیز سازند شوریجه برجای مانده است. ازنظر تکتونیکی، گسل‌ها این ساختار‌های تاقدیسی ناودیسی را به‌شکل عرضی قطع کرده‌اند. در مطالعۀ حاضر، برشی به ضخامت حدود 510 متر اندازهگیری و نمونه‌برداری شد و درنتیجه، سازند تیرگان را می‌توان به پنج واحد سنگی آهکی و آهکی- مارنی تقسیم‌بندی کرد (شکل 4).
|
|
واحد سنگی آهک پایینی (A= L-Lmst) شامل حدود 115 متر آهک اائیدی و آهک ماسهای، در قاعده قرمزرنگ و به‌سمت بالا خاکستری تیره است. بر اساس نمونه‌برداری انجام‌شده، این ضخامت از آهک‌های ضخیم‌لایه عمدتاً گرینستون (اائید، بایوکلاست، انتراکلاست گرینستون) است. در مقاطع نازک تهیه‌شده، وجود ذرات ریز کوارتز در متن آهک نشان می‌دهد دریای محل تشکیل سازند تیرگان از رسوبات آواری خشکی تأثیر پذیرفته است (شکل 5، شماره‌های 1 و 2).
واحد سنگی آهکی- مارنی پایینی (B= L M-Lmst) حدود 90 متر و شامل لایه‌های مارنی زیتونی‌رنگ روشن با میانلایههای نازک آهکی- مارنی و بر اساس مطالعۀ مقاطع نازک شامل مادستون و بایوکلاست وکستون است (شکل 5، شماره‌های 3 و 4) و بر اساس سنگ‌شناسی میتواند نقش لایۀ ناتراوا را ایفا کند؛ به‌ویژه در بخش بالایی که شیلی می‌شود. درحقیقت، این لایه ازنظر هیدروژئولوژی لایۀ زیری ناتراوای آهک بالایی در نظر گرفته می‌شود.
واحد سنگی آهک میانی (C= L Lmst) حدود 50 متر آهک ضخیم‌لایه و بر اساس نمونه‌های بررسی‌شده شامل گرینستون (بایوکلاست، اائید، انتراکلاست گرینستون) است (شکل 5، شماره‌های 5 و 6).
|
شکل 5- مقاطع نازک تهیه‌شده از واحدهای سنگی سازند تیرگان در مقطع باباموسی (نام‌گذاری دانهام (Dunham 1962؛ 1- اائیدگرینستون، 2- (اائید، بایوکلاست انتراکلاست گرینستون)؛ نمونه‌ها برداشت‌شده از واحد سنگی آهک پایینی سازند تیرگان، واحد (A) حاوی اائید و ذرات کوارتز که از محیط خشکی حمل شده‌اند (احتمالاً از سازند شوریجه) آهک ضخیم‌لایه با سیمان اسپارایتی که در محیط پرانرژی نهشته شده است. 3- (بایوکلاست وکستون)، 4- مادستون؛ نمونه‌ها برداشت‌شده از واحد سنگی آهکی- مارنی پایینی سازند تیرگان، واحد (B) حضور ذرات ریزدانه نشان از محیط کم‌انرژی دارد. 5- (بایوکلاست، انتراکلاست گرینستون)، 6- (بایوکلاست، اائید، انتراکلاست گرینستون)؛ نمونه‌ها برداشت‌شده از واحد سنگی آهک میانی سازند تیرگان، واحد (C) دوباره محیط پرانرژی شده و آهک‌های خالص‌تری را بر جای گذاشته است. |
واحد سنگی آهکی- مارنی بالایی (D= Up M-Lmst) حدود 85 متر شامل لایۀ مارنی، مارنیآهکی و میانلایههای نازک آهکی است و بر اساس نمونه‌برداری شامل وکستون تا پکستون (انتراکلاست پکستون، بایوکلاست پکستون) است (شکل 6، شماره‌های 7 و 8). بر اساس سنگ‌شناسی و محل قرارگیری، این لایه نیز نقش لایۀ دارای تراوایی کم را بازی می‌کند. این واحد سنگی در بالای واحد سنگی آهک میانی قرار دارد و مانع نفوذ جریان به لایۀ پایین آهکی می‌شود.
واحد سنگی آهک بالایی (E= Up Lmst) حدود 170 متر آهک ضخیم‌لایه است که ازنظر چینه‌شناسی زیر سازند مارنی سرچشمه قرار دارد و بر اساس نمونه‌های مقطع نازک شامل گرینستون (انتراکلاست، بایوکلاست، پلوئید گرینستون) است (شکل 6، شماره‌های 9 و 10).
|
شکل 6- مقاطع نازک تهیه‌شده از واحدهای سنگی سازند تیرگان در مقطع باباموسی؛ 7- (انتراکلاست، بایوکلاست پکستون)، 8- (بایوکلاست پکستون)؛ نمونه‌ها برداشت‌شده از واحد سنگی- مارنی بالایی سازند تیرگان، واحد سنگی (D) حاوی فسیل‌های بنتیک اربیتولین و بایوکلاست و خمیرۀ ریزدانۀ محیط کم‌انرژی حاوی خرده‌های فسیل. 9- (انتراکلاست، بایوکلاست گرینستون)، 10- (اائید، بایوکلاست، پلوئیدگرینستون)؛ نمونه‌ها برداشت‌شده از واحد سنگی آهک ضخیم‌لایۀ بالایی (E) محیط پرانرژی و سیمان اسپارایت و افزایش درجۀ خلوص آهک. |
ازنظر هیدروژئولوژیکی، این لایه مهم‌ترین واحد سنگی سازند تیرگان را در منطقه تشکیل می‌دهد. در بیشتر منطقه، این واحد سنگی ضخیم‌لایه و ازنظر ساختاری در معرض انحلال قرار گرفته است. ساختار تاقدیسی ناودیسی در منطقه به‌شکلیست که در محور تاقدیسها، سازند سرچشمه فرسایش شدیدی یافته و از بین رفته است و واحدهای سنگی آهک بالایی (E) سازند تیرگان در معرض جریان‌های نفوذی ناشی از بارندگی قرار گرفته‌اند. زیر لایۀ آهک بالایی، واحد سنگی آهکی- مارنی بالایی (B) سازند تیرگان قرار دارد که به‌سبب نفوذ‌ناپذیری، نقش مانع جریان را دارد؛ بنابراین، توسعۀ انحلال در این واحد سنگی بیشتر است. شکل 7 به‌منظور تطابق ستون چینه‌شناسی چاههای حفرشده در منطقه با ستون چینه‌شناسی مقطع باباموسی ترسیم شده است.
|
شکل 7- لاگ زمین‌شناسی هشت حلقه (از ده حلقه) چاه که بر اساس لاگ‌های ژئوفیزیکی و گزارش‌های حفاری دقیقتر ترسیم و اصلاح شده است. تطابق ستون چینه‌شناسی چاهها بر اساس اندازهگیری موقعیت محل حفر چاه از سطح بالایی سازند تیرگان و اصلاح شیب توپوگرافی و شیب لایه‌بندی باتوجهبه چینخوردگی منطقه انجام شده و درنهایت، با مقطع بابا موسی انطباق داده شده است. |
از بین ده حلقه چاه، هشت حلقه اطلاعات کامل لاگینگ و گزارش حفاری دارند. باتوجهبه شکل 7 مشخص می‌شود چاههای حفرشده در بخش آهک بالایی که عمق 137 تا 140 متر دارند تا چه عمقی به واحد سنگی آهک بالایی نفوذ کرده‌اند و چاههای نفوذ‌کرده تا آهک میانی و واحد آهکی- مارنی بالایی 250 متر عمق دارند. ازآنجاکه دو حلقه چاه W01 و W02 تقریباً نزدیک به سطح لایه‌بندی حفاری شده‌اند، نتوانسته‌اند از واحدهای سنگی آهکی عبور کنند و درحقیقت، بیشتر درون یک لایه حفاری شده‌اند.
منطقه‌بندی و ارتباط آبدهی چاهها با چینه‌شناسی سازند تیرگان
بررسی میزان آبدهی و تغییرات آن طی 20 سال نشان می‌دهد سه حلقه چاه W06، W07 و W08 بیشترین آبدهی و کمترین تغییرات را طی این دورۀ زمانی داشته‌اند؛ این دو حلقه چاه در واحد سنگی آهک بالایی حفر شده‌اند. اگرچه چاههای دیگر تا دو برابر چاههای یادشده عمق دارند، آبدهی آنها به‌مراتب تا بیش از50 درصد کمتر است (جدول 1).
در جدول 1، منطقه‌بندی با استفاده از اطلاعات ده حلقه چاه بهرهبرداری در منطقه شامل لاگ زمین‌شناسی، لاگینگ‌های حفاری، داده‌های موقعیت مکانی محل حفر چاهها پمپاژ و آبدهی چاهها (برای هر ده حلقه) و تغییرات آبدهی طی 20 سال انجام شده است و دسته چاهها به‌شکل زیر بررسی و مقایسه شده‌اند: 1- چاههای منطقۀ سایت؛ 2- چاههای قارلقگرمخان؛ 3- چاههای نجف‌آباد یک؛ 4- چاههای نجف‌آباد دو
جدول 1- میزان و تغییرات آبدهی چاههای حفرشده در سازند تیرگان طی 20 سال
|
درصد کاهش آبدهی طی مدت 20 سال (1394-1374) |
کاهش آبدهی طی مدت 20 سال (1394-1374) l/s |
آبدهی (l/s) |
عمق (متر) |
شمارۀ چاه |
|
52 |
12 |
25 |
250 |
W01 |
|
52 |
13 |
25 |
201 |
W02 |
|
33 |
20 |
30 |
201 |
W03 |
|
16 |
25 |
30 |
250 |
W04 |
|
28 |
25 |
35 |
250 |
W05 |
|
05/0 |
38 |
40 |
150 |
W06 |
|
0 |
60 |
60 |
140 |
W07 |
|
0 |
60 |
60 |
139 |
W08 |
|
14 |
23 |
27 |
140 |
W09 |
|
15 |
22 |
26 |
134 |
W10 |
چاههای منطقۀ سایت (W01 و W02)
در این محل، دو حلقه چاه با عمق 250 و 201 متر در آهک‌های تیرگان حفاری شده‌اند. طبق گزارش حفاری، لاگ زمین‌شناسی شامل آهک، آهک سیلتی، آهک سیلتیرسی، آهک مارنی و سیلتستون است. بر اساس گزارش حفاری، مناطق دارای درز و شکاف از عمق حدود 120 تا 154، 164 تا 172 و 178 تا 185 متری هستند. سطح آب در عمق 120 متری است و عملیات آزمایش پمپاژ در یکی از آنها (W02) انجام شده است. حداکثر آبدهی چاه در سال 1374 برابر 25 لیتردرثانیه بوده و طی 20 سال به 12 لیتردرثانیه رسیده است که نشان‌دهندۀ پتانسیل ضعیف لایه‌های آهکی- مارنی منطقه است؛ از سویی به‌علت شیب زیاد واحد سنگی، حفاری تقریباً به موازات لایه‌بندی یا نزدیک به آن انجام شده که این مسئله در کاهش آبدهی و تغییرات آن طی 20 سال نقش عمده داشته است (شکل 8، A).
چاههای قارلق و گرمخان
چهار حلقۀ W03، W05 و W04، W06 در منطقۀ قارلق و گرمخان حفاری شده‌اند؛ دو حلقه چاه W03 و W06 به شرکت پتروشیمی و دو حلقه چاه W04 و W05به شرکت آب و فاضلاب روستایی مربوط است. چاه W06 150 متر عمق دارد و چاههای W03، W04 و W05 به‌ترتیب 201، 250 و 250 متر عمق دارند. چاه W05 250 متر عمق دارد که بخشی از آن از واحد سنگی آهک بالایی عبور کرده است و به‌شکل نسبی آبدهی بیشتری دارد. چاه W06 بر اساس موقعیت چینه‌شناسی در واحد سنگی آهک بالایی حفر شده است و آبدهی 40 لیتردرثانیه دارد و طی 20 سال کاهش محسوسی نداشته است؛ اگرچه این چاه عمق کمتری نسبت به سه حلقه چاه نزدیک به خود دارد، آبدهی بیشتری دارد. سه حلقه چاه دیگر عمق بسیار بیشتر (تا 250 متر) و آبدهی کمتری دارند؛ علت این امر، عبور چاهها از لایه‌های مارنی- آهکی است (شکل 8، B).
چاههای منطقۀ نجف‌آباد یک
در منطقۀ نجف‌آباد، دو جفت چاه حفاری شده است و چون میزان آبدهی هر جفت چاه نزدیک به هم است، هر دو حلقه باهم بررسی می‌شوند. در منطقۀ یک، دو حلقه چاه W07 و W08 به‌ترتیب با عمق 140 و 139 متر حفاری شده‌اند. نمونه‌برداری از خرده‌های حفاری انجام‌شده و سرعت پیشرفت حفاری در گزارش حفاری آمده است؛ به‌طوری‌که عمقهایی که درزه و شکستگی داشته‌اند، روی لاگ زمین‌شناسی نشان داده شده‌اند. لاگ‌های به‌دست‌آمده از سطح زمین تا عمق 20 متری چاه گویای وجود لایههایی از سازند سرچشمه است و از اعماق 20 متری به بعد، آهک متراکم تیرگان قرار دارد. باتوجهبه گزارش حفاری، چاه از عمق 40 تا 70 متری به درزه و شکستگی حاوی آب برخورد کرده است و از اعماق 70 تا 90 متری آهک متراکم و بدون درزه و شکاف وجود دارد. این دو حلقه چاه در واحد سنگی آهک بالایی حفر شده‌اند و آبدهی زیاد آنها و کاهش‌نیافتن آن طی 20 سال نشان از کارست توسعه‌یافته در این نقطه دارد (شکل 8، C).
چاههای منطقۀ نجف‌آباد دو
دو حلقه چاه شمارۀ W09 و W10 به‌ترتیب با عمق 140 و 134 متر مستقیماً روی آهک تیرگان حفاری شده‌اند. آبدهی این دو حلقه چاه کمتر از دو حلقه چاه منطقۀ یک است. اطلاعات لاگ‌ها و گزارش‌های حفاری نشان‌دهندۀ درزه و شکاف کمتر و آهک متراکم‌تری نسبت به منطقۀ یک است. همچنین ممکن است جانمایی یا مراحل فنی حفاری چاه به‌درستی انجام نشده باشد، اما درصد کم کاهش آبدهی در این دو حلقه چاه طی 20 سال مؤید پتانسیل زیاد برای تداوم آبدهی است؛ این مطلب، علت شایان توجهی بر توسعۀ مناسب کارست در واحد سنگی آهک بالایی است؛ هرچند در جانمایی و مسایل فنی حفاری چاه دقت لازم نشده است. از سویی، سازند سرچشمه روی تیرگان قرار ندارد و فرسایش یافته است که به نظر می‌رسد زمان چرخش آب در سازند کاهش یافته باشد و باتوجهبه شیب لایه‌ها، آب از دسترس خارج می‌شده است (شکل 8، D).
تقسیم‌بندی هیدرواستراتیگرافی سازند تیرگان
باتوجهبه آنچه از اطلاعات چینه‌شناسی، داده‌های بررسی سنگ‌شناسی نمونه‌های برداشت‌شده و زمین‌شناسی و هیدروژئولوژی و آبدهی چاهها و تغییرات آنها و بررسی لاگ‌های حفاری از چاههای منطقه به دست آمد، می‌توان سازند تیرگان را به لایه‌های دارای تراوایی مختلف تقسیم کرد؛ به‌طوری‌که سازند تیرگان را نمی‌توان یک واحد سنگی کارستی یکنواخت در نظر گرفت، بلکه داخل آن واحدهای سنگی مختلف رفتار هیدروژئولوژیکی متفاوتی دارند؛ بنابراین به‌سبب وضعیت چینه‌ای، توسعۀ کارست در این واحدها بسیار متفاوت رخ داده است. همان‌طور که در شکل 9 نشان داده شده است، واحدهای سنگی آهکی نقش لایۀ تراوای کارستی و واحدهای سنگی آهکی- مارنی نقش لایه‌های نیمهتراوا و حتی ناتراوا را بازی می‌کنند. توسعۀ کارست در هریک از واحدهای سنگی آهکی متفاوت بوده است؛ به‌طوری‌که نقش چینه‌شناسی پراهمیت‌تر جلوه می‌کند. واحد سنگی آهک بالایی به‌سبب موقعیت چینه‌شناسی زیر سازند سرچشمه قرار گرفته و در بیشتر مناطق کپه‌داغ و ازجمله منطقۀ مطالعه‌شده، سازند سرچشمه به‌علت فرسایش از بین رفته و این واحد سنگی آهکی در معرض بارندگی مستقیم قرار گرفته است؛ از سویی به‌علت خلوص زیاد، بسیار بیشتر از سایر واحدهای سنگی آهکی درون سازند تیرگان در معرض انحلال واقع شده است. توالی چینه‌شناسی سازند تیرگان که شامل تناوبی از مارن و آهک است، در توسعۀ کارست سایر واحدهای درون سازند تیرگان نقش اساسی داشته است. زیرواحد‌های مارنی به‌سبب سنگ‌شناسی، نقش لایۀ ناتراوا را داشته‌اند و به‌ویژه در واحدهای سنگی آهک پایینی مانع توسعه‌یافتگی کارست شده‌اند.
|
شکل 8– برش‌های چینه‌شناسی سازند تیرگان در محل حفر چاهها و شیوۀ قرارگیری چاهها نسبت به سطح بالایی سازند تیرگان؛ A. چاههای منطقۀ سایت: چاهها تقریباً به موازات لایه‌بندی حفر شده‌اند و از لایه‌های مارنی و مارنی- آهکی عبور کرده‌اند، B. چاههای قارلق گرمخان: چاهها در تناوبی از لایه‌های آهکی و آهکی‌مارنی حفر شده‌اند، C. چاههای نجف‌آباد یک: چاهها با عمق کم در لایه‌های ضخیم آهکی حفر شده‌اند و کارست توسعه یافته است، D. چاههای نجف‌آباد دو: چاهها در لایۀ آهکی ضخیم‌لایه حفر شده‌اند، اما لایۀ محصورکنندۀ بالایی از بین رفته است. |
|
|
بحث و نتیجه
اطلاعات حاصل از ستون چینه‌شناسی باباموسی، اطلاعات چاههای منطقه شامل لاگ‌های حفاری و آبدهی چاهها در کنار یکدیگر قرار گرفتند و پنج واحد سنگی (سه واحد سنگی آهکی شامل واحد سنگی آهک پایینی (A)، واحد سنگی آهک میانی (C) و واحد سنگی آهک بالایی (E) و دو واحد سنگی آهکی- مارنی (B و D) در این برش چینه‌شناسی تفکیک شدند؛ تغییرات هریک از این واحدهای سنگی را می‌توان در منطقۀ مطالعه‌شده باتوجهبه چینه‌شناسی ساده و توالی سیستماتیک دنبال کرد. ساختار سادۀ تاقدیسی ناودیسی که با گسل‌های عرضی قطع شده، تغییرات زیادی را در روند یادشده ایجاد نکرده است و به‌هم‌ریختگی تکتونیکی مشاهده نمیشود. اطلاعات تحلیل‌شده از چاههای منطقه و مقایسۀ آنها با ستون چینه‌شناسی کامل برداشت‌شده از مقطع باباموسی نشان می‌دهد چاهها اغلب در واحد سنگی آهک بالایی و حداکثر واحد سنگی آهک میانی حفاری شده‌اند. موقعیت واحدهای سنگی آهکی و واحدهای سنگی آهکی- مارنی به‌شکلیست که لایه‌های مارنی در نقش لایه‌های نیمهتراوا و گاهی ناتراوا ظاهر و باعث توسعه‌نیافتن کارست در واحدهای آهکی زیرین شده‌اند. واحد سنگی آهک بالایی (E) زیر سازند سرچشمه قرار گرفته است، اما چون سازند سرچشمه در اثر فرسایش از بین رفته است، این واحد سنگی در معرض جریان‌های بارندگی قرار گرفته است؛ از سویی، واحد سنگی مارنی بالایی (D) زیر آن قرار دارد که تقریباً مانند لایه‌ای نفوذناپذیر عمل کرده است. علاوه‌بر موارد یادشده، چون این واحد سنگی درجۀ خلوص بیشتری داشته، کارست توسعه‌یافته را تشکیل داده است. پیامد این توسعه‌یافتگی در آبدهی زیاد چاهها در این واحد مشاهده می‌شود. چاه‌هایی که به واحد سنگی آهک میانی نفوذ کرده‌اند، اگرچه عمق بیشتری دارند، آبدهی کمتری دارند که از حضور لایه‌های مارنی بین لایه‌های آهکی و همچنین قرارگیری بین واحد سنگی مارن بالایی و واحد سنگی مارن پایینی ناشی می‌شود. برخی چاهها که در واحد سنگی آهک بالایی حفر شده‌اند، ابتدا آبدهی زیادی نداشته‌اند (به‌سبب دلایلی مانند جانمایی نامناسب، حفاری غیراصولی و توسعۀ ناکافی چاه)، اما درصد کاهش آبدهی این چاهها طی 20 سال نسبت به سایر چاهها کمتر بوده است که توسعۀ مناسب کارست واحد سنگی را نشان می‌دهد؛ بنابراین، واحد سنگی آهکی ضخیم‌لایۀ بالایی مناسب‌‌ترین لایه برای حفاری چاه به‌منظور دستیابی به آب بیشتر در عمق کمتر است؛ مشروط به اینکه سایر مراحل فنی جانمایی و حفاری نیز رعایت شوند. باتوجهبه توالی چینه‌شناسی سازند تیرگان می‌توان آن را به واحدهای هیدرواستراتیگرافی تقسیم‌بندی کرد.
)
