Revision in nomenclature and classification of the Neogene marl deposits: A case study from south and southeast of Tehran

Document Type : Research Paper

Authors

Associate Professor of Agricultural Research, Education and Extension Organization, Soil Conservation and Watershed Research Institute, Tehran, Iran

Abstract

Abstract
Marl is a type of mixed carbonate–silicate sediment and contains clay and carbonate minerals deposited in different environments. The terms marl and marlstone are still imprecisely used in geology. I n this study, to revise the nomenclature and sedimentary classification of marl deposits, 99 samples were taken from different terrestrial and marine marl formations. The texture and percentage of carbonate and salt contents in the marls were measured. According to Folk's classification, the majority of the samples are in the range of sandy silt, sandy mud, silt, muddy sand, and silty sand. Based on the electric conductivity parameter (EC), all samples have a high content of salt and are classified in saline and very saline classes. The results based on the classification method of Haldar and Tisljar also confirm that most of the samples are in the category of "calcite clayey siltstone", clayey calcite siltstone, and “calcite-silt clay” and a few examples are "calcite – silt clay” and clayey- silt limestone, except for one sample of the Kond Formation, which is within the marl field. The main samples are not classified by the Pettijohn method and samples are mostly silty, and muddy and the name chalk-salt siltstone and mudstone were found to be more suitable for the terrestrial marl deposits under investigation in this research.
Keywords: Continental marl, Carbonate content, Marine marl, Marl Classification, Salinity
 
 
Introduction
In geology, the term marl refers to chemical-detrital sediments, which have between 35% to 65% carbonate or clay content. Various definitions have been presented by different researchers about marl, despite relatively different descriptions in all of them, and marl nomenclature has been established on carbonate and clay contents. There is no unanimity regarding the nomenclature of marl sediments and many of the definitions are not precise, and in some of them, different origins are mentioned for marl, such as Terzaghi and Peck (1967), exclusively considered marine origin for marl sediments. Mitchell (1993) related these sediments to the biochemical process, while there is a wide range of marl deposits from terrestrial to marine in nature. Investigating the sedimentary characteristics and granulometry of evaporite marl samples in Iran by Farzami et al. (2014), Hatmian Zarami et al. (2014), Shaban et al. (2015), Haqiqhat et al. (2006) Abazade Chavandarqh et.al. (2006) and Samadi Tabrizi et al. (2013) all point to the fact that among the components of clay, silt and sand, the dominant texture of the samples is silty; in addition, carbonate is not the major chemical component of these samples and instead chalk and salt minerals are dominant. All of them have preferred the terms chalky and salty siltstone and mudstone rocks rather than marl.
Marls of Iran can be divided into two categories: terrestrial and marine marls. Terrestrial marls have evaporite particles consisting of silt and clay and chemical substances such as calcite, halite, carbonate and sulfate salts, gypsum and anhydrite or one of these minerals. Marl deposits belong to two groups of Paleogene and Neogene marls in Iran. The origin of these marls are mostly salty lakes and they do not contain marine fossils. They are often red to reddish and pea colored. The surface of the soil has the effects of salt particles, salt crust and the effects of puffiness (Puffy Soil). These marls are often younger and belong to the Neogene period. From a geochemical point of view, they have harmful substances for plant growth, and for this reason, they show great sensitivity to various forms of surface, rill, gully and tunnel erosion (Peyrowan et al. 2014). Marine marls consist of clay and silt and calcite chemical substances. They have little or no evaporite minerals with high solubility such as halite, carbonate and sulfate salts, gypsum and anhydrite. Their origin is an ancient marine environment with normal salinity. They are often green in color. These marls in Iran are pre-Neogeneic in terms of age, i.e., Paleozoic and Mesozoic eras with more vegetation, and erosion mainly surfaces and shallow rills (Peyrowan et al. 2014).
The terms marl and marlstone are still used imprecisely in geology (Donovan 2006). According to Donovan and Pickerill (2013), more precise lithological terms should be used for these deposits attributed to marl. This point is noticed by Picard (2010) and Alvarez (2009) stating that the interchangeable use of the terms "marl" and "marlstone" has continued into the 21st century. Picard (1953) has been concerned about the imprecise use of the term marl since almost seven decades ago. Prominent authors such as Alvarez (2009) and Tucker (2011) have also faced certain inaccuracies in the definition of marl or marlstones, and this problem still continues with its effects on published texts of geosciences. The two words "marl" and "marl stone" belong to the past, and surely it is time to be more careful in using such words. These terms have had more of an economic aspect than a precise geological scientific term and have been used for the remedial uses of agricultural soils that have been faced with carbonate deficiency (Neuendorf et al. 2005). As such, the nomenclature of marl sediments in Iran and other countries does not have a correct scientific classification, and this problem is clearly visible even in the maps produced by the Geological Survey and Mineral Exploration of Iran. The problems in the nomenclature of marls in previous research and studies are based on the fact that the amount of carbonate and clay are the classification criterion, while many of these deposits, which are among the marls of the detrital kind, have a silty and muddy texture instead of a clay texture. Also, they have a low amount of carbonate; instead, they have a lot of gypsum and salts. Even marls of marine origin, such as the Qom Formation, do not have the range of marl in terms of the amount of carbonate and clay, except for a few cases. The present research was conducted in the marl areas of Tehran province to determine the sedimentological characteristics of the marls in the study area in order to provide a suitable classification method regarding the sedimentological nomenclature of these deposits.
 
Materials & Methods
The studied area is located in the south and east of Tehran city, which includes Pakdasht, Varamin, Ivanki and Hassanabad. In general, the region has a dry semi-desert (desert) climate with little annual rainfall. Marl deposits are exposed in the form of hills at the foot of the Alborz highlands and in the southern parts of Tehran and Varamin plains. Due to their high erodibility, these deposits have different forms of surface, rill and gully erosion. Also, they are exposed in the form of single and witness hills during the severe erosion cycle. On the surface of the slopes of these sediments, there are many gypsum crystals, salt crust and sodium fatty stains (slicken slide). Due to the severe soil erosion of these slopes, vegetation is difficult to establish. In the parts where these slopes are covered by Quaternary gravel cover, erosion is less and plant establishment is improved.
In this research, different marl units including Pliocene marls, Qom Formation marl and three Upper Red marl members and two Lower Red chalk and salt members were selected for investigation and the following steps were done:
1- Sampling of 99 samples from Varamin, south of Varamin, south of Hassanabad, Ivanki and Pakdasht from Upper Red marl members (M1, M2, M3, Lower Red members (OLg, OLS), Eocene marl units of Kond Formation (Ek), marl unit Pliocene (PlM), marl unit of Qom Formation (OlM) and marl alluviums (QtM);
2- Determining physical characteristics including granulometry through three steps: Sieve analysis, hydrometer and a combination of both;
3- Determining the percentage of carbonate content in marls of the region by acid neutralization method;
4- Determining the rate of salinity of the samples based on the electrical conductivity (EC) criterion.
 
Discussion of Results & Conclusion
In this research, with the aim of revising the nomenclature and sedimentary classification of marl deposits from South Varamin, South Hassan Abad, Ivanki and Pakdasht areas, samples were taken from different continental and marine marl units. Granulometry, carbonate percentage and salinity were measured. Sediment classification (Folk 1974) has been used to name the marl deposits of the study area. The samples are plotted in six fields of Folk's triangle, which show predominantly sandy silt, sandy mud, silt, mud, muddy sand and silty sand respectively. The examination of marl samples in the present research shows that the amount of carbonate in the marl samples of marine formations such as the Qom Formation is higher than the continental marl formations and even reaches 68.53%, but in the Neogene continental marl formations of the region including the Lower and Upper Red formations, it ranges from 5.1 to 33.34%, with an average of 20.98%. In these formations, the amount of clay varies in the range of 2.5 to 49%, and the average clay in all samples is 25.49%. The chemical part is not limited to carbonate; chalk and salt are also present in addition to carbonate. Therefore, most of the samples are not classified as marl sediments.
The results of the classification method (Haldar and Tisljar 2014) also confirm that the application of marl nomenclature to the studied fine-grained deposits does not have scientific precision and accuracy. Except for one sample of the Kond Formation, which is within the marl class, most of the samples are in the category of "calcite clayey siltstone", clayey calcite siltstone, and “calcite-silt clay” and a few examples are "calcite – silt clay” and clayey- silt limestone.
The salinity of the samples was estimated by measuring the electrical conductivity (EC) of an extracted solution. The salinity of the studied marl samples showed that all the mentioned samples have high degrees of EC, which indicates the presence of high salts. The presence of abundant gypsum crystals, white salt crust on the surface of marl, dark spots of sodium fatty color and puffiness of the soil surface (Puffy Soil) are the field evidence of the presence of salts in the chemical composition of the samples. Since the samples are more silty and muddy in terms of texture and have a percentage of carbonate content less than 35% (the threshold for naming marl in the Pettijohn classification) and on the other hand, they are rich in salts, thus the names of “chalky – Salty” siltstone and mudstone is more suitable for the studied marl deposits. Based on the results of the present study, the studied marls physically have more silt than clay, and chemically, more gypsum and salt content than carbonate. This is in line with the findings of other researchers including Abbasi and Amini (2008), Hatmian Zarmi et al. (2012), Shaban et al. (2012) and Farzami et al. (2015). The results of this research are also in line with other researchers including Alvarez (2009) and Neuendorf et al. (2005), Picard (2010), Donovan and Pickerill (2013). Based on the results, it is suggested to revise the nomenclature and classification of the deposits attributed to the marly formations of Iran. The texture of the sediment, the type of mineral composition present in terms of the abundance of calcite or evaporite minerals, as well as the color and marine or continental origin, should be used as criteria, and naming should be done based on the two destructive and chemical components of the sediments with accurate measurements.

Keywords

Main Subjects

Full Text

مقدمه

واژۀ مارن در زمین‌شناسی به رسوبات تخریبی - شیمیایی اطلاق می‌شود که در ترکیب خود، نسبت درصد رس و آهک آنها بین 35% تا 65% در تغییر است. تاکنون تعاریف مختلفی توسط محققان مختلف دربارۀ مارن ارائه شده است که علی‌رغم توصیفات نسبتاً متفاوت، در همگی آ‌نها حضور آهک و رس مبنای نام‌گذاری مارن قرار گرفته شده است (جدول 1، Aiban et al. 1998). همان‌طور که پیداست، یک وحدت رویه دربارۀ نام‌گذاری رسوبات مارنی وجود ندارد و بسیاری از تعاریف دقیق نیست و در برخی از آ‌نها به منشأ‌های مختلف اشاره شده است، مانند Terzaghi and Peck (1967) که منحصراً منشأ دریایی برای رسوبات مارنی در نظر گرفته‌اند و یا Mitchell (1993) که تشکیل این رسوبات را به فرآیند بیوشیمایی مرتبط دانسته است، حال آنکه طیف وسیعی از نهشته‌های مارنی خشکی تا دریایی در طبیعت رخنمون دارد.

 

 

جدول 1- تعاریف رسوبات و خاک‎‍های مارنی در مطالعات مختلف (Aiban et al. 1998; Peyrowan et al. 2014)

Table 1- Sediment description and marly soils in literature review

مؤلف

سال

توصیف

Terzaghi &  Peck

1967

رس‌های آهکی دریایی با طبیعت سفت تا خیلی سفت با رنگ متمایل به سبز

Pettijohn

1975

مواد خاکی یا سنگی شامل 35 تا 65% کربنات با درصد رس مکمل

Fookes & Higginbotrom bottom

1975

مخلوطی از کربنات کلسیم و خاک رس

McCarthy

1977

نوعی آهک نرم

Challinor

1978

مخلوطی از سنگ‌های حاوی کانی‌های رسی، آراگونیت و کلسیت

Saudi- ARAMCO

1978

سنگ آهک نرم حاوی درصدهای مختلفی از خاک رس

Sowers &  Sowers

1979

ماسه، سیلت و رس از نوع کربنات کلسیم که توسط آب ته‌نشین شده است.

Bates and Jackson

1980

مارن، شکلی از خاک‌های قدیمی است که عموماً مخلوطی از رس و آهک است.

Mitchell

1985

کانی نرم آهکی و رس

Blyth & de Freitas

1985

مادستونی که طبیعت آهکی دارد.

Al- tayyib et.al.

1985

خاک کربناتۀ حاصل از هوازدگی فیزیکی و شیمیایی سنگ مادر کربناته و سنگ‌های همراه

McLean & Gribble

1985

رسوبات کربناتۀ دریاچه‌های آب شیرین

Qahwash

1989

رسوبات کربناته

Mitchell

1993

رسوبات حد واسط بین سنگ‌های کربناتۀ خالص تا مخلوط کربنات کلسیم با مواد آلی و گل تشکیل‌شده از فرآیند بیوشیمیایی

Aiban

1994

رسوبات کربناته با طبیعت ریزدانه

 

 

Peyrowan et al.

2014

مارن‌های خشکی، رسوبات تخریبی – تبخیری متشکل از سیلت و گل و مواد شیمیایی کلسیت به میزان کمتر و هالیت، نمک‌های کربناته، سولفاته، ژیپس و انیدریت به میزان بیشتر با آثار شوری در سطح، لکه‌های سدیمی تیره و چرب و آثار پف‌کردگی سطح خاک Puffy Soil)) که بیشتر به رنگ قرمز و متمایل به قرمزند.

Peyrowan et al.

2014

مارن‌‌های دریایی، رسوبات تخریبی - شیمیایی متشکل از سیلت و گل و مواد شیمیایی کلسیت، فاقد و یا دارای مقادیر کم کانی‌های تبخیری با حلالیت بالا مثل هالیت، نمک‌های کربناته و سولفاته، ژیپس و انیدریت‌ که بیشتر به رنگ سبزند.

 

 

بررسی رسوبات مارنی منتخب در استان لرستان توسط Farzami et al. (2015)، بیانگر این موضوع است که در طبقه‌بندی فولک، سازند گچساران در محدودۀ گل، سازند گورپی گل تا گل ماسه‌ای و ماسۀ گلی و ماسۀ رسی در تغییر است. سازند آغاجاری به‌لحاظ دانه‌بندی نسبت‌به دو نوع مارن یادشده، دارای بافت متفاوت سیلت ماسه‌ای است. در طبقه‌بندی پتی‌جان، بیشتر نمونه‌ها در زمرۀ مارن قرار نمی‌گیرند و بیشتر آنها گل‌سنگ و سیلت سنگ‌های گچی – نمکی و یا آهکی‌اند.

بررسی انجام‌شده بر مارن‌های منطقۀ شمال شرق اشتهارد توسط Hatmian Zarami et al. (2012)، بیا‌نگر این موضوع است که مقادیر آهک در بیشتر نمونه‌های مارنی زیر 20درصد است و با توجه به فراوانی اجزای سیلتی در نمونه‌ها‌ از یک سو و فراوانی املاح گچ و نمک از سوی دیگر،  به این رسوبات، نام سیلت سنگ و گل‌سنگ‌های گچی – نمکی اطلاق می‌شود.

Shaban et al. (2012) ویژگی‌های رسوب‌شناسی نهشته‌های مارنی حوضۀ طالقان را بررسی کرده‌اند. بر مبنای درصد بخش شیمیایی سنگ شامل آهک، گچ و نمک و نیز درصد مواد تخریبی (رس و سیلت) نمونه‌ها دریافتند که از کل نمونه‌ها، 16درصد نمونه‌های مطالعه‌شده در زمرۀ رسوبات مارنی، 21درصد از نمونه‌ها جزء رس‌سنگ حاوی املاح و 63درصد از نمونه‌های مطالعه‌شده جزء سیلت‌سنگ حاوی املاح، طبقه‌بندی می‌شوند. Haghighat et al. (2006) اشاره به این موضوع دارند که مارن‌های میوسن در منطقۀ جنوب و جنوب غرب قم به‌لحاظ دانه‌بندی، سیلت‌ ماسه‌ای و کمی ماسه سیلتی‌اند و بهتر است که به‌جای مارن از نام سیلت‌سنگ و گل‌سنگ استفاده شود.

 Abazade Chavandarqh et al. (2006) نیز نهشته‎‍های مارنی شمال شرق اشتهارد را در گروه رسوبات ریز‌دانۀ عمدتاً سیلتی دسته‌بندی کرده‌اند. جورشدگی این رسوبات بسیار بد، کشیدگی آ‌نها پهن تا بسیارکشیده و کج‌شدگی آ‌نها از نوع منفی است. براساس نظر Samadi-Tabrizi et al. (2011) نیز بافت رسوبات سازند قرمز بالایی کوه گچ‌آب استان سمنان نیز از نوع سیلت ماسه‌ای، سیلت، گل‎ماسه‌ای و گل است. بررسی توزیع اندازۀ ذرات نمونه‌های رسوبی بیانگر این موضوع است که نهشته‎‍های نئوژن در شرایط محیط کم‌عمق و کولابی با تغییرات عمق (با توجه به ارتباط میان میزان آهک و عمق رسوب‌گذاری) مشخص، نهشته شده‌اند که این شرایط محیطی به محیط پرانرژی کانال رودخانه‌ای نیز تغییر فاسیس می‌داده‌ است. نتایج آزمایش کلسی‌متری نمونه‌های مارنی منطقۀ کوه گچ‌آب استان سمنان‌ نیز نشان می‌دهد این رسوبات حاوی 28/24 تا 98/34درصد آهک‌اند. به‌علت پایین‌بودن درصد آهک از یک‌سو و میزان کم رس از سوی دیگر، در رسوبات سازند قرمز بالایی کوه گچ‌آب و سیاه‌کوه، به کار بردن اصطلاح مارن برای این رسوبات ازلحاظ تقسیم‌بندی زمین‌شناسی درست نیست و بهتر است به آنها سیلت یا مادستون‌های گچی- نمکی اطلاق کرد (Samadi-Tabrizi et al. 2011).

مارن‌های ایران به دو دستۀ مارن‌های خشکی و دریایی تقسیم‌شدنی‌اند. مارن‌های تبخیری دارای ذرات تبخیری متشکل از سیلت و رس و مواد شیمیایی کلسیت، هالیت، نمک‌های کربناته و سولفاته، ژیپس و انیدریت و یا یکی از این کانی‌هایند و ازنظر سنی در ایران به دو گروه مارن‌های پالئوژن و مارن‌های نئوژن متعلق‌اند. محیط تشکیل این مارن‌ها بیشتر دریاچه‌های شور و فاقد فسیل‌های دریایی است و بیشتر به رنگ قرمز تا متمایل به قرمز و نخودی‌رنگ‌اند. سطح خاک دارای آثار شورک‌های نمکی، لکه‌های سدیمی و آثار پف‌کردگی (Puffy Soil) است. این مارن‌ها بیشتر جوان‌تر و ازنظر سنی متعلق به دوران ترشیری‌اند؛ ازنظر ژئوشیمیایی دارای مواد مضر برای رشد گیاه‌اند و به همین دلیل حساسیت زیادی نسبت‌به اشکال مختلف فرسایش سطحی، شیاری، خندقی و تونلی نشان می‌دهند (Peyrowan et al. 2014). مارن‌های دریایی متشکل از رس و سیلت و مواد شیمایی کلسیت‌ و دارای مقادیر کم یا فاقد کانی‌های تبخیری با حلالیت بالا مثل هالیت، نمک‌های کربناته و سولفاته، ژیپس و انیدریت‌‌اند. محیط تشکیل، دریاهای قدیمی با شوری معمولی است که بیشتر به رنگ سبزند. این مارن‌ها در ایران ازنظر سنی مربوط به ما قبل ترشیری، یعنی دوران پالئوزوئیک و مزوزوئیک همراه با پوشش گیاهی‌اند و فرسایش در آنها عمدتاً به‌صورت سطحی و شیاری کم عمق است (Peyrowan et al. 2014).

براساس مطالعاتی که Arifuzzaman et al. (2017) دربارۀ مارن‌های کشور عربستان سعودی انجام داده‌اند، این نوع مارن‌ها در طبقه‌بندی USCS (Unified Soil Classification System) در زمرۀ خاک‌های گراولی خوب دانه‌بندی‌شده (GW) تا ماسۀ بد دانه‌بندی‌شده (SP) و ماسۀ گلی (SM) و براساس سیستم‌های طبقه‌بندی آشتو(AASHTO)، خاک از نوع A-1-a تا A-2 طبقه‌بندی شده‌اند. خاک‌های مارنی مطالعه‌شده دارای تنوع بالایی از کلسیت (96-5%)، کوارتز (3-72%) و دولومیت (0-20%) ذکر شده‌اند. در طبقه‌بندی آشتو، ﺧﺎک‌ها ﺑﻪ ﮔﺮوه‌ﻫﺎی اصلی A1 تا A7 ‏ ﺗﻘﺴﻴﻢ می‌ﺷﻮﻧﺪ. ﺧﺎک‌ﻫﺎی گروه A1،A2 و A3 مصالح دانه‌ای‌اند که درصد عبوری آنها از الک نمرۀ ۲۰۰ کمتر از 35درصد است. در ﺧﺎک‌ﻫﺎی گروه A4 تا A7 درصد عبوری آنها از الک، نمرۀ ۲۰۰ بیشتر از ۳۵درصد است. نتیجۀ کار Arifuzzaman et al. (2017) نشان می‌دهد نمونه‌های مارنی کشور عربستان برخلاف تصور، در زمرۀ رسوبات درشت‌دانۀ طبقه‌بندی شده‌اند که این موضوع به میزان کم رس و سیلت نسبت‌به گراول و ماسه در این گونه رسوبات اشاره دارد.

بافت بیشتر نهشته‌های مارنی از نوع سیلتی و گل ماسه‌ای است؛ بنابراین تحت شرایط محیط کم‌انرژی انتقال پیدا کرده و رسوب‌گذاری کرده‌اند. محققان معدودی دربارۀ محیط رسوب‌گذاری نهشته‌های مارنی خصوصاً از نوع قاره‌ای آن، کار کرده‌اند. Lasemi (1990) با مطالعه بر رخساره‌های لیتولوژیکی این سازند در برش دماوند - ایوانکی، به یک محیط رودخانه‌ای مئاندری باور دارد که در انتها به یک محیط پلایایی بزرگ (شبیه پلایاهای مرکزی ایران) ختم می‎‍شود. Abbasi and Amini (2008) سازند قرمز بالایی در برش‌ ایوانکی را مطالعه کرده‎‍اند. براساس یافته‌های ایشان محیط رسوب‌گذاری رخساره‌های این سازند، مخروط‌افکنه‌های با فراوانی جریان‌های خرده‌دار، سامانة رودخانه‌ای بریده‌بریده با برتری بار بستر شن و ماسه‌ای با دشت‌های سیلابی گسترده و دریاچه‌های وسیع کویری همراه با باتلاق‌های محلی تعیین شده است که اثر ردپای پستانداران به‌طور عمده در رسوبات نرم و شکل‌پذیر پشته‌های کناری و طولی درون کانال‌ها، حاشیۀ کانال‌ها (Overbank) و خاکریزهای طبیعی (Levee) بر جای مانده است.

مارن و سنگ مارن اصطلاحات زمین‌شناسی قدیمی‌اند که معمولاً به‌اشتباه در رسوب‌شناسی به کار می‌روند. مارن یک نهشتۀ سخت‌نشده و مارلستون، سنگ مارن در نظر گرفته می‌شود. تعاریف ترکیبی مارن و سنگ مارن به‌خوبی مشخص نشده است و بنابراین در بیشتر گزارش‌های علمی، نقشه‌های زمین‌شناسی تولیدشده و مقالات منتشرشده، ناهمگونی مشخصی در نام‌گذاری واحدهای رسوبی و سنگ‌شناسی با نام مارن وجود دارد. مارن و سنگ مارن همچنان به‌طور نادقیق در زمین‌شناسی استفاده می‌شوند (Donovan 2006). به ‌نظرDonovan and Pickerill (2013) اصطلاح‌های سنگ‌شناسی دقیق‌تر برای این نهشته‌های منتسب به مارن باید استفاده شود. همین موضوع را نیز Picard (2010) و Alvarez (2009) هشدار داده‌اند؛ مبنی بر ا‌ینکه استفادۀ ضعیف از اصطلاحات «مارل» و «مارلستون» تا قرن 21 ادامه یافته است. Picard (1953) تقریباً از 7 دهۀ پیش، نگران استفادۀ ضعیف از اصطلاح سنگ مارن بوده است. نویسندگان برجسته‌ای مانند Alvarez (2009) و Tucker(2011) نیز در تعریف مارن یا سنگ مارن با  بی‌دقتی خاصی مواجه بوده‌اند و همچنان این مشکل بر تفکرات زمین‌شناسی و انتشارات علمی مرتبط نفوذ داشته و دارد. دو واژۀ مارن و سنگ مارن مربوط به زمان روز خود‌ند و مطمئناً زمان آن فرا رسیده است که در استفاده از این واژه‌ها دقت بیشتری شود. این واژه‌ها بیشتر جنبۀ استفادۀ اقتصادی داشته‌اند تا یک اصطلاح علمی زمین‌شناسی دقیق و برای مصارف اصلاحگر خاک‌های کشاورزی، که با کمبود آهک مواجه بوده‌اند، به کارگرفته شده‌اند (Neuendorf et al. 2005).

همان‌طور که گفته شد، نام‌گذاری نهشته‌های مارنی در کشور و در جهان از منطق علمی درست و متقن پیروی نکرده است و این مشکل حتی در نقشه‌های کشوری تولیدشده توسط سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی ایران به‌وضوح ملاحظه‌شدنی است. اشکالات موجود در نام‌گذاری مارن‌ها در تحقیقات و مطالعات قبلی بر این موضوع بوده است که میزان آهک و رس، معیار طبقه‌بندی بوده است؛ حال آنکه بسیاری از این نهشته‌ها که در زمرۀ مارن‌های محیط خشکی‌اند، به‌جای بافت رسی دارای بافت سیلتی و گلی‌‌اند؛ در ضمن دارای میزان آهک کم و به عوض املاح گچ و نمک فراوان‌اند و حتی مارن‌های از منشأ دریایی مانند سازند قم هم به‌لحاظ میزان آهک و رس به‌جز موارد اندک در محدودۀ مارن قرار نمی‌گیرند. تحقیق حاضر در پهنه‌های مارنی استان تهران برای تعیین ویژگی‌های‌ رسوب‌شناسی مارن‌های گسترۀ اطراف تهران انجام شده است تا یک روش طبقه‌بندی مناسب دربارۀ نام‌گذاری رسوب‌شناختی این نهشته‌ها ارائه شود.

 

مشخصات کلی منطقه

منطقۀ مطالعه‌شده در جنوب و شرق شهر تهران واقع است که شامل مناطق پاکدشت، ورامین، ایوانکی و حسن‌آباد قم است. به‌طور کلی منطقه دارای آب و هوای نیمه‌بیابانی خشک (کویری) است که در طی سال، بارندگی ناچیزی دارد. نهشته‌های مارنی به‌صورت تپه‌ماهوری در پای ارتفاعات البرز و در قسمت‌های جنوب دشت تهران و ورامین برونزد دارند. این نهشته‌ها به‌دلیل فرسایش‌پذیری بالا، دارای اشکال مختلف فرسایش سطحی، شیاری و خندقی‌اند؛ در ضمن در چرخۀ فرسایشی شدید به‌صورت تپه‌های منفرد و شاهد نیز رخنمون دارند. در سطح دامنه‌های این رسوبات، بلورهای گچ فراوان، شورک‌های نمکی و لکه‌های چرب سدیمی برونزد دارد. با توجه به فرسایش شدید خاک این دامنه‌ها، پوشش گیاهی به‌سختی استقرار می‌یابد. در بخش‌هایی که این دامنه‌ها توسط پوشش سنگ‌ریزه‌ا‌ی کواترنری پوشیده شده است، فرسایش کمتر و استقرار گیاه بهبود می‌یابد. ازطریق راه‌های اصلی و فرعی، دسترسی به مناطق مختلف منطقۀ مطالعه‌شده امکان‌پذیر و به قرار زیر است (شکل 1):

1- جنوب حسن‌آباد که مهم‌ترین مسیر دسترسی آن ازطریق اتوبان تهران- قم به فاصلۀ 30 کیلومتری جنوب تهران است؛

2- جنوب ورامین: راه‌های دسترسی به منطقۀ جنوب ورامین، شامل جادۀ تهران- مشهد و از شرق به‌سمت ایوانکی‌اند که دیگر راه‌ها از این دو منشعب می‌شوند؛

3- شمال پاکدشت: در شمال شرق شهرستان پاکدشت‌ ازطریق مسیر اتوبان تهران - مشهد در دسترس است.

 

زمین‎‍شناسی منطقه

منطقۀ مطالعه‌شده در دامنۀ جنوبی البرز و در زون ایران مرکزی واقع شده است که شامل رسوبات ‌کواترنری، سازندهای ‌قرمز زیرین و ‌بالایی، قم، سازند کند، مارن‌های پلیوسن، سنگ‌های آذر‌آواری و سنگ‌های‌ ولکانیک‌ ائوسن است. قدیمی‌ترین واحدی که در منطقۀ برون‌زد دارد، گدازه‌ها‌ و سنگ‌های آتشفشانی ‌آندزیتی ائوسن است که در کوه مُرِّه و دامنه‌های جنوبی البرز در حوضۀ ایوانکی رخنمون دارند.

 

شکل1- نقشۀ راه‎‍های ارتباطی منطقۀ مطالعه‌شده‌ و زمین‌شناسی منطقۀ برگرفته‌شده‌ از نقشه‎‍های‌ چهارگوش 1:100000 زمین‌شناسی در محدودۀ‌ استان تهران

Fig 1- Map of roads and the geology of the studied area. Geology map taken from the 1:100,000 geological quadrangle maps in Tehran province.The areas investigated in this research include south of Hassan Abad, north of Mount. Morreh, southeast of Varamin, south of Varamin.

مناطق بررسی‌شده در این تحقیق شامل جنوب حسن آباد در شمال کوه مره، جنوب شرق ورامین و جنوب ورامین است.

 

 

ویژگی سازندهای مارنی بررسی‌شده از قدیم به جدید، به قرار زیر است (شکل 1).

 

سازند کند (EK)

به سن ائوسن پسین شامل ماسه‌سنگ خاکستری، کنگلومرا و لایه‌های گچ - مارن و سنگ آهک مارنی بدبو است و به‌صورت ناپیوستگی فرسایشی بر سازند کرج قرار می‌گیرد. رخنمون تیپ این سازند در شمال روستای کند در لواسانات برونزد دارد و شامل سه واحد لیتولوژی تفکیک‌شدنی از قاعده به‌سمت بالا شامل ماسه‌سنگ و کنگلومرای سبزرنگ با ذرات و سنگ‌دانه‌های توف سبز کرج، واحد گچی ضخیم در قسمت میانی و در رأس شامل آهک‌های مارنی است. این سازند بر سازند کرج و در زیر طبقات سرخ نئوژن قرار گرفته است. همچنین در محدودۀ بررسی‌شدۀ این سازند در محل ساران در حوزۀ آبخیز ایوانکی نیز رخنمون دارد که نمونه‌های مارنی تحقیق حاضر از این بخش از سازند اخذ شده است. محیط رسوبی این سازند کولابی است. در محل ساران، بر اثر فشارهای تکتونیکی و وجود میان‌لایه‌های فراوان گچی، این سازند نهشته‌های مجاور خود را قطع کرده است. لایه‌های گچی به‌صورت برجسته و به رنگ روشن و مورد بهره‌برداری است.

 

سازند قرمز زیرین (OLs و OLg)

به سن الیگوسن در نواحی قم، جنوب شرق تهران، گرمسار و سمنان گسترش وسیع دارد. ضخامت آن 1000متر است و شامل کنگلومرا، ماسه‎‍سنگ، رسوبات تبخیری، سیلت‎‍سنگ و گدازۀ بازیک است. در منطقۀ ایوانکی – گرمسار از دو واحد گچی (OLg) و نمکی (OLS) تشکیل شده است (شکل 2) که در داخل این سازند، برونزد توده‎‍های آذرین نفوذی بازیک ملاحظه می‌شود و بیشتر گنبدهای نمکی این منطقه مربوط به بخش نمکی این سازند است. این سازند بر آتشفشانی‌های آندزیتی ائوسن و در زیر سازند قم قرار دارد.

 

 

 

شکل 2 - سازند قرمز زیرین در مسیر ایوانکی به گرمسار، واحد گچی OLg در قسمت جلوی عکس به رنگ نخودی و واحد نمکی OLs به رنگ قرمز تیره در قسمت عقب عکس. توسعۀ فرسایش شیاری موازی بر دامنه‌ها در تصویر مشاهده می‌شود.

Fig 2- Lower Red Formation of Ivanki to Garmsar route, chalk unit OLg in the front part of the photo in pea color and salt unit OLs in dark red color in the back part of the photo. The development of parallel rill erosion on the slopes can be seen in the picture.

 

 

سازند قم (OMq)

به سن الیگوسن پسین تا میوسن پیشین است، نام آن از شهر قم اقتباس شده است و فاقد برش الگو است. درمجموع دارای 9 عضو و سه چرخۀ رسوبی با لیتولوژی آهک و مارن است. سازند قم معمولاً بر سازند قرمز زیرین و در زیر قرمز بالایی قرار دارد و با آسماری در زاگرس مقایسه‌شدنی است. سازند قم در محدودۀ مطالعه‌شده به‌‌صورت کمربند باریکی در اطراف کوه مُرِّه‌ و در درۀ جنوبی حوضۀ ایوانکی دیده می‌شود که به‌صورت دگرشیب واحد سنگ‌های ولکانیک ‌ائوسن را می‌پوشاند (Emami 1991). در درۀ جنوبی حوزۀ آبخیز ایوانکی در محل گسل رانده «ویرانه» تاقدیس رانده‌ای مشاهده می‌شود که در هستۀ ‌آن سازند قرمز زیرین و در دو یال تاقدیس، سازند قم رخنمون دارد. سازند قم در این محل ویژگی‌های خاص مقطع تیپ را نشان نمی‌دهد. در قاعده شامل کنگلومرا همراه با میان‌لایۀ ماسه‌سنگ و شیل به رنگ قرمز همراه با کمی آهک است. در بخش میانی شامل تناوب سنگ آهک و مارن به رنگ کرم روشن گاهی همراه سنگ گچ است. در بخش‌های بالایی این سازند سنگ گچ و مارن به رنگ سبز روشن تا سفید برونزد دارد.

در غرب کوه مره و نزدیک معدن، سازند ‌قم از واحد آهک با مارن تشکیل شده ‌است. در زیر سازند ‌قم، کنگلومرای ‌پلی‌ژنتیک قاعده‌ای رخنمون یافته است که ضخامت آن 5متر است و از دانه‌های ریز و درشت سنگ‌های ‌آتشفشانی تشکیل شده است که به‌وسیلۀ آهک، سیمانی شده‌اند (شکل 3). سازند‌ قم در این منطقه به‌طور دگر‌شیب بر واحد سنگ‌های ‌ولکانیک ‌ائوسن قرار گرفته و خود به‌وسیلۀ سازند ‌قرمز ‌بالایی به‌طور هم‌شیب پوشیده شده است (شکل 4).

 

 

 

شکل 3- همبری سازند قم با کنگلومرای چندزادی و سنگ‌های ولکانیک ائوسن در کوه مُرِّه‌

Fig 3- The contact of Qom formation with polygenic conglomerate and Eocene volcanic rocks in Mount. Morreh

 

 

شکل 4– همبری واحد قرمزرنگ M1 از سازند قرمز بالایی با مارن و آهک کرم‌رنگ سازند قم در کوه مُرِّه‌

Fig 4- Contact of M1 member of the upper red Formation with marl and cream-colored limestone layers of the Qom formation in Mount Morreh

 

سازند قرمز بالایی (M1، M2 و M3)

به سن میوسن پسین تا پلیوسن پیشین با ترکیب سنگ‌شناسی ماسه‌سنگ، کنگلومرا، مارن و نهشته‌های تبخیری است که با ویژگی مولاسی و فاقد برش الگو برونزد دارد. بخش مارنی آن دارای فسیل استراکود، شکم‌پا و جلبک کاراست.

این سازند بر سازند قم و در زیر کنگلومرای پلیوسن قرار دارد. رنگ قرمز روشن‌تر نسبت‌به رنگ سازند قرمز زیرین دارد. ضخامت آن از سازند قرمز زیرین بیشتر است. در رخنمون‌هایی که سازند قم وجود ندارد و تشخیص قرمز زیرین از بالایی به‌راحتی مقدور نیست، به مجموعۀ آن، طبقات قرمز نئوژن گویند. به عقیدۀ Amini‌ (2001)، در حوضه‌ای که رسوبات ‌آواری سازند ‌قرمز‌بالایی در ایران ‌مرکزی نهشته شده است، از شمال و شمال ‌شرق به پیروکلاست‌های ائوسن و از جنوب و جنوب ‌شرق به سنگ‌های ‌ولکانیکی ‌‌ائوسن محدود می‌شود. او منشأ اصلی لیتیک‌های‌‌کربناتۀ سازند ‌قرمزبالایی را سنگ‌های‌ ولکانیکی ‌ائوسن و آهک‌های سازند قم ذکر می‌کند. در سازند قرمز بالایی سه عضو M1، M2 و M3 به شرح زیر تفکیک‌شدنی است.

 

واحد M1

این واحد شامل تناوبی از سیلت‌سنگ، مادستون، شیل و ماسه‌سنگ ژیپس‌دار است که بخش ریز‌دانۀ آن گسترش زیادی دارد. این واحد به‌صورت قرمز تیرۀ یکنواخت در اطراف کوه مُرِه گسترش دارد و بر مارن سبزرنگ سازند قم قرار دارد (شکل 5).

 

 

 

شکل 5- همبری سازند قم با واحد‌ M1از سازند قرمز بالایی در نزدیکی کوه مُرِّه‌

Fig 5- The contact of the Qom Formation with the M1 member of the Upper Red Formation near Mount. Morreh

 

 

واحد M2

بخش‌ M2از ماسه‌سنگ حفره‌دار به‌همراه لایه‌هایی از رسوبات ریز‌دانۀ سیلت‌سنگ تا سیلت‌سنگ ‌ماسه‌ای تشکیل شده است. در این واحد میزان لایه‌های ماسه‌سنگی نسبت‌به بخش‌های ریزدانه غالب شده و بنابراین سیمای سخت‌فرسا و خشن به آن داده است (شکل‌های 6 و 7). به‌دلیل فراوانی بخش‌های ماسه‌سنگی، رنگ غالب این واحد خاکستری است و آثار فرسایشی کمی را نشان می‌دهد. همبری واحد‌ M2 با واحدM1 در شکل 8 مشاهده‌شدنی است.

 

 

 

شکل 6– نگاهی نزدیک‌تر به بخش M2 در ارتفاعات مشرف به کوه مره. از ویژگی‌های این بخش از سازند قرمز بالایی رنگ روشن نخودی و رخنمون ملاحظه‌شدنی میان‌لایه‌های ماسه‌سنگی است.

Fig 6 – A closer look at the M2 member in the heights overlooking Mount Morreh. One of the characteristics of this member of the upper red formation is the bright pea color and the significant outcrop of sandstone interlayers.

 

 

شکل 7 – بخش M2در حوزۀ آبخیز ایوانکی با میان‌لایه‌های ماسه‌سنگی زیاد

Fig 7- Member M2 in the Ivanki watershed basin with many sandstone interlayers

 

شکل 8- واحد M1 در کنار واحد M2 در شمال کوه مره، واحد M3 در شمال غربی کوه مُرِّه‌ و در دو طرف اتوبان تهران- قم رخنمون دارد.

Fig 8 - Member M1 is exposed next to member M2 in the north of Mount. Morreh, Member M3 in the northwest of Mount Morreh and on both sides of the Tehran-Qom highway.

 

 

واحد M3

بخش‌M3 شامل مادستون‌های ‌زرد ‌ژیپس‌دار و سیلت‌سنگ است که رنگ روشن دارد و با گسترش زیادی نیز در منطقه برون‌زد دارد. در این واحد، لایه‌های ماسه‌سنگی رخنمون محدودی دارد و کانی‌های ‌‌تبخیری به‌صورت پولکی در سطح آن دیده‌ می‌شود. این واحد اشکال ‌فرسایشی متنوعی در سطح دامنه‌های خود دارد و عموماً به‌دلیل فرسایش‌پذیری بالا به‌صورت بدلند دیده می‌شود (شکل 9). اشکال فرسایش شیاری، خندقی و تونلی در این بخش به‌خوبی توسعه یافته ‌است (شکل 10 و 11). این بخش از سازند قرمز بالایی دارای املاح فراوان نمکی است؛ به‌نحوی که در سطح آن شورک‌های سفیدرنگ به‌خوبی نمایان است. به‌دلیل قلیائیت بالای این رسوبات، یون سدیم در خاک رهاسازی می‌شود و رنگ چرب سیاه‌رنگ در سطح دامنه‌ها به وجود می‌آید که با عنوان لکه‌های چرب یا قلیای سیاه (black alkali or slick spot) معروف است (شکل 10). در برش‌های طبیعی موجود در منطقه، خاک برجا و واحد سنگ مادر مارنی مشاهده‌شدنی است. این خاک‌های برجا در حقیقت مواد منفصل‌شدۀ واحد سنگ مادر زیرین‌اند که به‌جز استحکام از دست‌ رفتۀ بقیه، ویژگی‌های سنگ مادری را در خود دارند (شکل12).

 

 

 

شکل 9 – مورفولوژی بدلندی در واحد M3 از سازند قرمز بالایی، ناحیۀ جنوبی حوضۀ ایوانکی

Fig 9 – Badland morphology in member M3 of Upper Red Formation, southern area of Ivanki Basin

 

شکل 10 – بخش M3از سازند قرمز بالایی در جنوب حسن‌آباد مسیر تهران – قم. فرسایش شدید شیاری به‌همراه شورک‌های نمکی در سطح و لکه‌خای تیرۀ چرب ناشی از سدیمی‌بودن خاک

Fig 10 - Member M3 of the Upper Red Formation in the south of Hassan Abad of the Tehran-Qom route. severe rill erosion along with salt particles on the surface and black alkali or slick spots (dark greasy spots caused by the sodium content of the soil)

 

 

شکل 11– فرسایش تونلی شدید در مارن بخش M3 در جنوب ورامین

Fig 11 – Severe tunnel erosion in the marl of the M3 member in the south of Varamin city

 

شکل 12 - سنگ مارنی مادر و افق خاک برجای آن در بخشM3 در جنوب حسن‌آباد مسیر تهران – قم

Fig 12 - The Bed rock marl and the soil horizon on it of the member M3 in the south of Hassan Abad on the Tehran-Qom route

 

 

مارن‌های پلیوسن (PLM)

در منطقۀ مطالعه‌شده، نهشته‌های پلیوسن بیشتر شامل کنگلومرای معادل سازند هزاردره است که در پای ارتفاعات البرز برونزد دارد؛ ولی در بخش‌های شمال و شمال خاوری شریف‌آباد، جنوب روستای شورقاضی و یوسف‌آباد، شمال ‌شرق و جنوب جادۀ ورامین به ایوانکی و در بخش‌های جنوبی شهر رباط‌کریم واقع در جنوب غرب استان تهران، نهشته‌های مارنی مرتبط با زمان پلیوسن نیز دیده می‌شود که حاصل فرسایش سازندهای بالادست حوضه و خصوصاً مارن‌های قرمز بالایی و پایینی است. بخش مارنی پلیوسن به‌صورت مارن قهوه‌ای روشن همراه با میان‌لایۀ ماسه‌سنگ است که به‌سمت رأس به کنگلومرای خاکستری‌رنگ با سیمان مارنی تبدیل می‌شود.

 

آبرفت‌های مارنی (QtM)

رسوبات عهد حاضر مارنی جوان‌ترین واحد زمین‌شناسی منطقه است که در مناطق دشتی و کم‌ارتفاع محدودۀ مطالعه‌شده رخنمون دارد.

 

مواد و روش

 در این تحقیق، واحدهای مختلف مارنی شامل مارن پلیوسن، مارن سازند قم و سه واحد مارنی قرمز بالایی و دو واحد گچی و نمکی قرمز زیرین برای بررسی انتخاب و موارد زیر انجام شد:

1- نمونه‌برداری از 99 نمونه از مناطق ورامین، جنوب ورامین، جنوب حسن‌آباد، ایوانکی و پاکدشت از واحدهای مارنی قرمز بالایی (M1،M2، (M3واحدهای قرمز زیرین (OLg،OLS)، واحدهای مارن ائوسن سازند کند (Ek)، واحد مارن پلیوسن (PlM)، واحد مارن سازند قم (OlM) و آبرفت‌های مارنی(QtM). نمونه‌برداری در تحقیق حاضر به‌صورت تعیین واحدکاری بوده است که از تلفیق نوع مارن و شکل غالب فرسایش سطحی، شیاری و خندقی به دست آمده است. پس از تعیین واحدکاری، نمونه‌برداری به‌صورت تصادفی از سازندها انجام شد. تمامی نمونه‌ها از روی سازند و به‌‌صورت خاک برجا بوده است و عمق نمونه‌برداری متناسب با شکل فرسایش بین 30 تا 50سانتی‌متر متغیر است. تعداد نمونه‌ها در هریک از واحدهای مارنی Ek، M1،M2،M3، OLg، OLS، OMq، PlM و QtM به‌ترتیب 4، 15، 19، 34، 2، 5، 9، 2، و 9 است.

 

2- تعیین خصوصیات فیزیکی شامل دانه‌بندی

 در این مطالعات ابتدا آزمایش دانه‌بندی انجام شد که شامل 3 روش الک (Sieve Analysis)، هیدرومتری (Hydrometer) و ترکیبی از هر دو است.

 

3- تعیین میزان درصد آهک موجود در مارن‌های منطقه

روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری کربنات‌های خاک در دنیا وجود دارد که هیچ‌کدام از آنها به‌عنوان روش برتر شناخته نشده است. دو روش مشهور خنثی‌سازی اسید و کلسی‌متر فشاری در این زمینه وجود دارد (Tofighi 2003). روش اندازه‌گیری آهک در این تحقیق به روش خنثی‌سازی آهک انجام شده است. روش اندازه‌گیری آهک به این صورت است که ابتدا 2 گرم از نمونۀ رسوب ردشده از الک 2میلی‌متری در ارلن 250میلی‌لیتری ریخته می‌شود، سپس به آن 25میلی‌لیتر اسید کلریدریک 1 نرمال اضافه می‌شود (در این مرحله یک بلانک نیز تهیه می‌شود). محلول را روی اجاق قرار می‌دهیم و به محض جوشیدن آن را بر می‌داریم و منتظر می‌شویم تا سرد شود. با آب مقطر حجم کل را به 150سی‌سی رسانده و به آن چند قطره معرف فنل‌فتالین اضافه می‌شود. بخشی از اسید با آهک خنثی می‎‍شود و باقی‌ماندۀ اسید ازطریق تیتراسیون با سود به دست می‌آید و از آنجا اسید مصرفی برای خنثی‌شدن آهک محاسبه می‌شود. برای تیتراسیون، اسید باقی‌ماندۀ آن را با سود 1 نرمال تیتر می‌کنیم تا رنگ صورتی پایدار تشکیل شود و سپس با استفاده از روابط زیر درصد آهک محاسبه می‌شود:

مقدار اسید مصرفی (25میلی‌لیتر)  نرمالیتۀ اسید = مقدار واقعی اسید مصرفی

(مقدار واقعی اسید مصرفی- مقدار واقعی سود مصرفی)  5/2= درصد آهک

 

4- تعیین درجۀ شوری نمونه‌ها براساس معیار هدایت الکتریکی(EC)

میزان شوری رسوبات مارنی براساس هدایت الکتریکی عصارۀ اشباع نمونه به‌وسیلۀ دستگاه هدایت‎‍سنج در دمای 25درجۀ سانتی‌گراد اندازه‌گیری شد. واحد آن میکروموس بر سانتی‌متر یا دسی‌زیمنس بر متر است.

 

نتایج و بحث

برای نام‌گذاری رسوبات مارنی، به اندازه‎‍گیری دو پارامتر دانه‎‍بندی و درصد آهک نیاز است. در جدول 2 میانگین، حداقل و حداکثر اندازۀ ذرات رس، سیلت و ماسه و آهک موجود در سازندهای مارنی (ارقام به درصد) ارائه شده است.

 

 

جدول 2- میانگین، حداقل و حداکثر‌ اندازۀ ذرات رس، سیلت و ماسه و آهک موجود در واحدهای مارنی (ارقام به درصد)

Table 2- Average, minimum and maximum size of clay, silt, sand and lime content in marl formations (numbers in percentage)

نام واحد زمین‌شناسی

دادۀ آماری

شوری یا هدایت الکتریکی

Ec (ds/m)

درصد آهک

درصد ماسه

درصد سیلت

درصد رس

EK

میانگین

8.91

23.21

36

33

31

حداقل

1.46

19.8

0

17

23

حداکثر

18.9

30.78

58

55

45

M1

میانگین

35.98

22.17

17.66

55.06

24.72

حداقل

4.14

16.1

0

39

10

حداکثر

82.2

30.8

50

81.5

49

M2

میانگین

12.21

21.67

13.69

58.06

26.34

حداقل

1.07

14.04

0

29

12.5

حداکثر

42.9

26.83

48

80

47

M3

میانگین

48.86

19.90

17.34

54.94

23.34

حداقل

3.8

5.08

2

31

2.5

حداکثر

179.7

33.34

43

86

48

OLg

 

میانگین

6.11

22.18

8

47

45

حداقل

2.34

19.16

0

37

43

حداکثر

9.88

25.2

16

57

47

OLS

میانگین

99.2

21.49

17

54.5

28.5

حداقل

38.8

15.67

4

44

10

حداکثر

173.4

25.67

46

53

42

OLq

میانگین

13.29

32.06

20.11

58.94

19.39

حداقل

1.39

11.95

1

45

6

حداکثر

42.7

68.53

37

78

47

Plm

میانگین

106.07

ND

24.5

57.5

15

حداقل

12.14

ND

24

55

10

حداکثر

200

ND

25

60

20

QtM

میانگین

61.16

24.80

35.14

40.29

13.14

حداقل

0.69

10.52

0

0

0

حداکثر

170.7

56.03

66

88

44

 

 

نام‌گذاری و طبقه‌بندی رسوبی براساس روش فولک

برای نام‌گذاری رسوبی نهشته‌های مارنی منطقۀ مطالعه‌شده، از طبقه‌بندی رسوبی (Folk 1974) استفاده شده است. در این طبقه‌بندی دو مثلث نام‌گذاری ارائه شده است. مثلث اول برای نام‌گذاری رسوبات دانه‌درشت‌تر که حاوی گراول‌اند و مثلث دوم برای رسوبات دانه‌ریز استفاده‌شده قرار می‌گیرد. با توجه به ریزدانه‌بودن رسوبات و فقدان ذرات درشت گراولی از مثلث دوم فولک (ریزدانه) استفاده شد. با بررسی‌های انجام‌شده، نمونه‌ها در 6 بخش مثلث فولک دیده می‌شوند که به‌ترتیب به‌صورت غالب، سیلت‌ ماسه‌ای، گل ماسه‌ای، سیلت، گل، ماسه گلی و ماسه سیلتی را نشان می‌دهند (شکل 13).

 

 

 

شکل13- موقعیت کل نمونه‌های مارن درمثلث طبقه‌بندی رسوبات و سنگ‌های رسوبی (Folk 1974)

سازند کند (EK)، مارن قرمز بالایی واحد میانی (M2)، مارن قرمز بالایی واحد زیرین (M1)، مارن قرمز بالایی واحد فوقانی (M3)، مارن سازند قم (OM)، مارن پلیوسن (PLM) و آبرفت‌های مارنی (Marl Alluvium)

Fig 13- The position of all the marl samples in the triangle of the classification of sediments and sedimentary rocks (Folk 1974)

Kond formation (EK), upper red marl of the middle unit (M2), upper red marl of the lower unit (M1), upper red marl of the upper unit (M3), marl of Qom formation (OM), Pliocene marl (PLM) and marl alluviums

 

 

پراکنش نمونه‌ها در مثلث فولک نشان می‌دهد تمرکز بافت در مثلث فولک بیشتر به‌سمت سیلت و ماسه متمایل است و کم‌تر به‌سمت رس است و در ضمن تمایل دانه‌بندی نمونه‌ها بیشتر به‌سمت اجزای سیلت است. در میان انواع خاک‌ها، مسلماً خاک‌های سیلتی از بیشترین درجۀ حساسیت به فرسایش برخوردارند و این موضوع به‌نوعی مؤید فرسایش‌پذیری بالای این نهشته‌‍‌های رسوبی است که در بازدیدهای صحرایی ملاحظه می‌شود.

 

نام‌گذاری و طبقه‌بندی رسوبی به روش پتی‌جان

مارن‌ها ازنظر طبقه‌بندی سنگ‌شناسی، در بین سنگ‌های رسوبی تخریبی و شیمیایی قرار می‌گیرند؛ بنابراین نسبت درصد ذرات تخریبی و شیمیایی در یک مارن، ملاک عمل در نام‌گذاری است که ممکن است از 35 تا 65درصد متغیر باشد (طبقه‌بندی Pettijohn 1975). ذرات تخریبی در یک مارن عمدتاً از سیلت و رس است و مواد شیمیایی در مارن‌ها متنوع است و کربنات کلسیم همیشه بخش مهمی از مارن را تشکیل می‌دهد که ممکن است همراه یک یا چند کانی شیمیایی دیگر شامل ژیپس، انیدریت و نمک طعام باشد. شرایط تشکیل مارن به‌نحوی است که گسترش آنها ازنظر مکانی و زمانی بسیار زیاد بوده است؛ به‌طوری که امروزه گسترۀ درخور توجهی از مارن‌ها در فرانسه، ایتالیا، اسپانیا، آمریکا، ایران، چین، مراکش و دیگر کشورها شناخته شده‌اند. بررسی نمونه‌های مارنی در تحقیق حاضر بیانگر این موضوع است که میزان آهک در نمونه‌های مارنی سازندهای دریایی مانند سازند قم نسبت‌به سازندهای مارنی قاره‌ای بالاتر است و حتی تا میزان 68.53% نیز می‌رسد؛ اما در سازندهای مارنی قاره‌ای نئوژن منطقه شامل سازند قرمز زیرین و بالایی دامنۀ تغییرات آن 5.1 تا 33.34% است که میانگین آن 20.98% است. در همین سازندها، میزان رس در دامنۀ 2.5 تا 49درصد متغیر است و میانگین رس در کل نمونه‌ها 25.49% است (شکل 14).

 

 

 

شکل 14- مجموع فراوانی جزء آهک و رس نمونه‌های مارنی منطقۀ مطالعه‌شده

Fig 14- Total abundance of lime and clay components of marl samples of the study area

 

 

نام‌گذاری و طبقه‌بندی به روش‌ (Haldar and Tisljar 2014)

نمونه‌های مارنی محدودۀ مطالعه‌شده نیز در دیاگرام طبقه‌بندی و نام‌گذاری رسوبات «سیلتی – رسی- آهکی» ( Haldar and Tisljar 2014) بررسی شدند. همان‌طور که از شکل 15 ملاحظه می‌شود، از میان کل نمونه‌ها فقط یک نمونه مربوط به سازند کند در محدودۀ مارن سیلتی واقع شده است. نمونۀ دیگر سازند کند در محدودۀ سنگ «آهک سیلتی – رسی» است. عمدۀ نمونه‎‍ها در زمرۀ سنگ‌های «سیلت رسی کلسیتی»، سیلت‌سنگ آهکی رسی و سیلت‌سنگ آهکی‌اند و معدود از نمونه‌های «رس سیلتی – آهکی» هستند.

 

 

 

شکل 15– موقعیت نمونه‌های مارنی مطالعه‌شده در دیاگرام طبقه‌بندی و نام‌گذاری رسوبات «سیلتی – رسی- آهکی» ( دیاگرام اقتباس از Haldar and Tisljar 2014).

Fig 15 - The location of the studied marl samples in the "silty-clay-limestone" sediment classification and nomenclature diagram (Diagram adapted from Haldar and Tisljar 2014).

 

 

طبقه‌بندی شوری خاک مارنی

شوری خاک (EC) به میزان نمک موجود در خاک اشاره دارد و می‎‍توان با اندازه‎‍گیری هدایت الکتریکی (EC) یک محلول استخراج‌شده از آن تخمین زده شود. مشکلات شوری بیشتر در مناطق خشک و نیمه‌خشک وجود دارد؛ اما مناطق تحت تأثیر نمک نیز در آب و هوای نیمه‌مرطوب و مرطوب به‌خصوص در مناطق ساحلی نیز مشاهده می‌شوند. در جدول 3 طبقه‌بندی شوری خاک براساس میزان هدایت الکتریکی ارائه شده است. متوسط میزان شوری نمونه‌های مارنی مطالعه‌شده در جدول بیانگر این موضوع است که همگی نمونه‌های مارنی دارای درجات هدایت الکتریکی بالایند که بیانگر بالابودن املاح نمکی موجود است.

 

 

 

 

 

 

جدول3 – توصیف میزان شوری خاک‎‍ها و وضعیت مارن‌های منطقه براساس مقادیر میانگین هدایت الکتریکی

Table 3- Description of soil salinity and the condition of marls in the region based on mean EC

کلاس

EC برحسب ds/m

توصیف خاک

میانگین EC برحسب ds/m

EK

M1

M2

M3

OLg

Ols

OM

PLm

Qtm

0

0-2

غیرشور

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1

2-4

شوری بسیار کم

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2

4-8

شوری کم

-

-

-

-

6.11

-

-

-

-

3

8-16

شوری متوسط

8.91

 

12.21

-

-

 

13.29

-

-

4

بزرگ‌تر یا برابر 16

شوری زیاد

-

35.98

-

48.86

-

99.2

-

106.07

61.16

 

 

نتیجه‌

در این پژوهش با هدف تجدید نظر در نام‌گذاری و طبقه‌بندی رسوبی نهشته‌های مارنی از مناطق جنوب ورامین، جنوب حسن‌آباد، ایوانکی و پاکدشت، از واحدهای مختلف مارنی نوع قاره‌ای و دریایی نمونه‌برداری شد. مقادیر دانه‌بندی، میزان درصد آهک و شوری اندازه‌گیری شد. براساس طبقه‌بندی به روش فولک، بیشتر نمونه‌ها در محدودۀ سیلت ماسه‌ای، گل ماسه‌ای، سیلت، گل، ماسه گلی و ماسه سیلتی قرار دارند. به‌منظور طبقه‌بندی رسوبات به روش پتی‌جان نیز میزان درصد آهک نمونه‌ها اندازه‌گیری شد. میزان آهک در نمونه‌های مارنی سازندهای دریایی مانند سازند قم نسبت‌به سازندهای مارنی قاره‌ای بالاتر است و حتی تا میزان 53/68% نیز می‌رسد؛ اما در سازندهای مارنی نئوژن منطقه شامل سازند قرمز زیرین و بالایی دامنۀ تغییرات آن 1/5% تا 34/33% است که میانگین آن 98/20% است. در همین سازندها، میزان رس در دامنۀ 5/2% تا 49% متغیر است و میانگین رس در کل نمونه‌ها 49/25% است؛ بنابراین براساس این پژوهش، با توجه به اینکه مقادیر اندازه‌گیری مجموع درصد رس و آهک نمونه‌های مارنی به 100درصد نمی‌رسد (شکل 7)، اطلاق نام مارن به آنها خالی از اشکال نیست؛ زیرا در نمونه‌ها، بخش شیمیایی منحصر به آهک نیست و املاح گچی و نمکی علاوه بر آهک نیز حضور دارند.

نتایج طبقه‌بندی به روش‌ (Haldar and Tisljar 2014) هم مؤید این موضوع است که اطلاق نام مارن به نهشته‌های ریزدانۀ بررسی‌شده، دقت و صحت علمی ندارد؛ به‌جز دو نمونه مربوط به سازند کند که یکی در محدودۀ مارن سیلتی و دیگری سنگ «آهک سیلتی – رسی» است، عمدۀ نمونه‎‍ها در ردۀ سنگ‌های «سیلت رسی کلسیتی»، سیلت‌سنگ آهکی رسی و سیلت‌سنگ آهکی‌اند و معدود از نمونه‌ها «رس سیلتی – آهکی» هستند.

با توجه به پایین‌بودن میزان آهک نمونه‌ها، جزء املاح نمکی آنها اندازه‌گیری شد. شوری نمونه‌ها ازطریق اندازه‎‍گیری هدایت الکتریکی (EC) یک محلول استخراج‌شده از آ‌نها تخمین زده شد. میزان شوری نمونه‌های مارنی مطالعه‌شده نشان داد همگی نمونه‌های رسوبی یادشده دارای درجات هدایت الکتریکی بالایند که بیانگر بالابودن املاح نمکی موجود است (جدول 3). حضور بلورهای فراوان ژیپس، کانی‌های نمکی در سطح نهشته‌ها به رنگ سفید، لکه‌های تیره‌رنگ چرب سدیمی (شکل 10) و پف‌کردگی سطح خاک (Puffy Soil) از شواهد صحرایی حضور املاح نمکی در ترکیب رسوب‌شناسی نمونه‌هاست. با توجه به اینکه نمونه‌ها ازنظر بافتی بیشتر سیلتی و گلی‌اند و مقدار درصد آهک کمتر از 35درصد (حد آستانۀ نام‌گذاری مارن در طبقه‌بندی پتی‌جان) دارند و از سوی دیگر سرشار از املاح نمکی‌اند، بنابراین اطلاق نام سیلت‌سنگ و مادستون گچی – نمکی برای نهشته‌های مارنی بررسی‌شده مناسب‌تر است.

مقایسۀ نتایج تحقیق حاضر با یافته‌های دیگر محققان ازجمله Farzami et al. (2015)، Hatmian Zarami et al.(2012)، Shaban et al. (2012)، Haghighat et al. (2006)، Abazade Chavandarqh et al. (2006)،et al.  Samadi-Tabrizi (2011) و Abbasi and Amini (2008) ازنظر دانه‌بندی و فراوانی ذرات سیلت نسبت‌به رس و درصد فراوانی بیشتر گچ و املاح نمکی نسبت‌به آهک همخوانی کامل دارد. نتایج تحقیق حاضر نیز با نظر محققان خارج از کشور ازجمله Donovan and Pickerill (2013)، Picard (2010)، Alvarez (2009) و Neuendorf et al. (2005) دربارۀ تجدید نظر در نام‌گذاری نهشته‌های مارنی تأییدشدنی است.

کم‌بودن مقدار درصد آهک از یک‌سو و فراوانی املاح گچی و نمکی از سوی دیگر، محیط رسوبی کم‌عمق و کم‌انرژی محیط‌های دریاچه‌ای کم‌عمق خشک‌شونده را تداعی می‌کند. این شرایط هم در پایاب رودخانه‌های کم‌عمق مئاندری و در مناطق پلایا یافت می‌شود و هم می‌تواند به‌صورت دریاچه‌های نعل اسبی خشک‌شوندۀ حاشیۀ کانال رودخانه‌های مئاندری به وجود آید.

اندازۀ ذرات تخریبی نهشته‌های بررسی‌شده در این تحقیق هم، شرایط انرژی زمان انتقال و ته‌نشست رسوب‌ آن را به‌خوبی بیان می‌کند. ذرات رسوبی در حد گراول در محیط‌های پرانرژی مانند جریانات سریع رودخانه‌ای و امواج پرقدرت دریایی انتقال پیدا می‌کنند که عملاً این ذرات در نمونه‌های مارنی منطقه به‌جز آبرفت‌های مارنی وجود ندارد. انتقال ذرات ماسه‌ای هم نیازمند جریانات قوی و نیرومند است که این جز از دانه‌بندی در نمونه‌های بررسی‌شده، بیا‌نگر ماهیت رودخانه‌ای آنهاست. ذرات در حد سیلت و رس توسط جریانات ضعیف انتقال می‌یابند و بنابراین تحت انرژی پایین مانند دریاچه‌ها و تالاب‌ها رسوب‌گذاری می‌کنند. با توجه به اینکه نتایج این تحقیق نشان داد بافت بیشتر نهشته‌های مارنی از نوع سیلتی و گل ماسه‌ای است، بنابراین تحت شرایط محیط کم‌انرژی انتقال پیدا کرده و رسوب‌گذاری کرده‌اند. یافته‌های دیگر محققان ازجمله Peyrowan et al. (2014) و Abbasi and Amini (2008) نیز مؤید همین موضوع است. توصیۀ علمی تحقیق حاضر این است که در نام‌گذاری و طبقه‌بندی نهشته‌های منتسب‌به سازندهای مارنی ایران تجدید نظر جدی به عمل آید. بافت رسوب، نوع ترکیب کانیایی موجود ازنظر فراوانی کلسیت یا کانی‌های تبخیری و نیز رنگ و شواهد دریایی‌بودن یا محیط ‌خشکی‌بودن ملاک عمل قرار گیرد و نام‌گذاری بر مبنای دو جزء تخریبی و شیمیایی رسوبات با اندازه‌گیری‌های دقیق انجام شود.

 

تشکر و قدردانی

از پژوهشکدۀ حفاظت خاک و آبخیزداری، که زمینۀ انجام این تحقیق را در قالب پروژۀ ملی در سطح کشور فراهم کرده‌اند، تقدیر و تشکر می‌شود.

References

Abazade Chavandarqh Sh. Motamed A. and Peyrowan H.R. 2006. Sedimentology and mineralogy study of evaporate-detrital sediments in northeast Eshtehard region. Master's Thesis in Petrology and Sedimentology, Islamic Azad University, North Tehran Branch, pp. 134.
Abbasi N. and Amini A. 2008. Traces of Miocene mammals in the Upper Red Formation, Ivanki section, East of Tehran. Journal of Earth Sciences, 17(67): 54-67.
Aiban S.A. Al-Abdul Wahhab H.I. Al-Amoudi O.S.B. and Ahmed H.R. 1998. Performance of a stabilized marl base: a case study. Construction and Building Materials, 12: 329-340.
Aiban S.A. 1994. A study of sand stabilization in eastern Saudi Arabia. Engineering Geology, 38: 65-79.
Alvarez W. 2009. The mountains of Saint Francis: Discovering the geologic events that shaped our earth. W.W. Norton and Co., New York, pp. 304.
Al-Tayyib A.J. Abbasi A.F. Azad A.K. Baluch M.H. Tewfik M.F. Mirza W.H. Jang S.D. Jung H.J. Kim Y.H. 1985. Development of building and construction materials using available resources in Saudi Arabia. Final Report, King Abdulaziz City for Science and Technology _KACST AR-4., Riyadh, Saudi Arabia, pp.185.
Amini A. 2001. Red colouring of the Upper Red Formation in Central Part of its Basin, Central Zone, Iran. Journal of Sciences of Islamic Republic of Iran, 12(2):145-156.
Arifuzzaman Md. Najjar M. Mahmud M.N. Saiful Islam. Imran Khan A.B.M. and Ali M.M. 2017. Enhancing the properties of marl soils for effective construction in Saudi Arabian region. Engineering Journal, 21(4): 111-126.
Bates R.L. and Jackson J.A. 1980. Glossary of geology, 2nd ed. Falls Church, VA: American Geological Institute, pp.198.
Blyth F.G.H. and de Freitas M.H. 1985. A geology for engineers. London: English Language Book Society REdward Arnold, pp.124.
Challinor J. 1978. A dictionary of geology. Cardiff. University of Wales Press, pp. 324.
Donovan S.K. 2006. Nothing new: Three recurrent failings of ‘soft rock’ manuscripts. Paleontological Association Newsletter, 61:62–64.
Donovan S.K. and Pickerill R.K. 2013. On marls and marlstones. Bulletin of the Mizunami Fossil Museum, 39: 127–128.
Emami M.H. 1991. Description of the geological map of Qom Quadrangle. Geological Organization of Iran.
Farzami H. Peyrowan H.R. and Farhadinejad T. 2015. Investigating the physical and chemical characteristics of marl formations and their effect on the rate of erosion and sedimentation in Lorestan province. Master's thesis in Sedimentology and Sedimentary Petrology, Islamic Azad University, North Tehran Branch, pp. 141.
Fookes P.G. and Higginbotrom I.E. 1975. The classification and description of near-shore carbonate sediments for engineering purposes. Geotechnique, 25(2): 406-411.
Folk R.L. 1974. Petrology of sedimentary rocks. Hemphill Publishing Co. Austin, Texas, pp. 82.
Haghighat M. Motamed A. and Peyrowan H.R. 2006. Study of sedimentology and geomorphology of Miocene marls in the south and southwest of Qom region. master's thesis in the field of Sedimentology and Sedimentary Petrology, Islamic Azad University, North Tehran Branch, pp. 148.
Haldar S.K. and Tišljar J. 2014. Introduction to mineralogy and petrology. Elsevier Inc., pp. 326.
Hatmian Zarami F. Motamed A. Peyrowan H.R. and Rezaei Kh. 2012. Investigating the mechanism and indicators of erodibility of the marls of the Shur River watershed in the northeastern region of Eshtehard. Master's thesis in the field of Sedimentology and Sedimentary Petrology, Islamic Azad University, North Tehran Branch, pp. 140.
Lasemi Y. 1990. Sedimentary Environments of the Upper Red Formation. Proceedings of the 9th Earth Sciences Meeting, Geology and Mineral Exploration Organization of Iran.
McCarthy D.F. 1977. Essentials of soil mechanics and foundations. Reston Publishing, pp.235.
McLean A.C. and Gribble C.D. 1985. Geology for civil engineers. London: George Allen and Unwin, pp. 232.
Mitchell M. 1993. Situational interest: Its multifaceted structure in the secondary school mathematics classroom. Journal of Educational Psychology, 85(3): 424–436.
Mitchell R.S. 1985. Dictionary of rocks. New York: Van Nostrand Reinhold, pp.355.
Neuendorf K.K.E. Mehl J.P.J. and Jackson J.A. 2005. Glossary of Geology. Fifth edition. American Geological Institute, Alexandria, Virginia, pp. 779.
Pettijohn F.J. 1975. Sedimentary Rocks. 2nd Edition, Harper and Row Publishers, New York, pp. 628.
Peyrowan H.R. Ghayoumian J. Jafari Ardakani A. and Kazemi R. 2014. Classification and determination of erodibility indices of marls of Tehran province. Soil Conservation and Watershed Research Institute, pp. 125.
Picard M.D. 1953. Marlstone–a misnomer as used in Uinta Basin, Utah. Bulletin of the American Association of Petroleum Geologists, 37:1075–1077.
Picard M.D. 2010. The mountains of Saint Francis: Discovering the 128 geologic events that shaped our earth. Walter Alvarez, 2009. New York: W.W. Norton and Co, pp. 304.
Qahwash A.A. 1989. Geological properties of fine-grained calcareous sediments for engineering purposes. Engineering Geology, 26:161-169.
Samadi-Tabrizi A. Peyrowan H.R. and Motamed A. 2011. Investigation of engineering characteristics of marls in Siyakooh and Gachab region. Watershed Engineering and Management, 3(2):78-85.
Saudi Arabian American Oil Company, ARAMCO. 1978. Recommended practice for design and control of flexible pavements and asphaltic materials. AER-1861, EPI 71-56.
Shaban M. Feiznia S. Ahmadi H. and Peyrowan H.R. 2012. Investigating the characteristics affecting the erosion of marls and comparing their runoff and sedimentation with rain simulation (a case study of the Lower Taleghan watershed). Doctoral thesis in the field of watershed management, Islamic Azad University, Science and Research Department, pp150.
Sowers G.B. and Sowers G.F. 1979. Introductory soil mechanics and foundations, 4th ed. New York: McMillan Publishing.
Stephen K. Donovan K. and Pickerill R.K. 2013. On marls and marlstones, Bulletin of the Mizunami Fossil Museum, 39:127–128.
Terzaghi K. and Peck R. 1967. Soil Mechanics in Engineering Practice. 2nd Edition, John Wiley, New York, pp. 198.
Tofighi H. 2003. A New Method for Determination of Soil Carbonates, Iranian. Agricultural Science, 34(3): 517-526.
Tucker M.E. 2011. Sedimentary Rocks in the Field: A Practical Guide. Fourth edition Wiley–Blackwell Chichester, pp. 275.
Journal of Stratigraphy and Sedimentology Researches
Volume 38, Issue 3 - Serial Number 88
Journal of Stratigraphy and Sedimentology Researches , Vol. 38, Issue 3 No. 88, َAutumn 2022
October 2022
Pages 91-112

Files

Share

How to cite

Statistics