نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
مدیریت اکتشاف، شرکت ملی نفت ایران، تهران، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract
Sargelu and Garau formations are significant geological units in the Zagros, which are known for having the most important unconventional hydrocarbon resources in Iran. This study aimed to evaluate the hydrocarbon generation potential of two formations by analyzing 15 oil-shale samples collected from the Gashun-G and Pirbadush sections along the Qolyan River in the Qalikuh area, Lorestan. The analysis method used was Rock-Eval pyrolysis. To determine the scatter pattern of heavy elements, a total of 15 samples of river sediments and water were analyzed using ICP-MS. The average values for total organic carbon (TOC) and most hydrocarbon production indicators in Garau oil shales exceed the values observed in Sargelu oil shales. Based on the findings of the elemental analysis and pollution index calculations conducted on sediments, it can be seen that Sargelu shows a higher presence of heavy elements, a higher contamination factor (CF) and average pollution load index (PLI) compared to Garau samples. This difference can be attributed to the physical and chemical characteristics of the sediments. Conversely, Garau samples show a higher average Contamination Degree (CD) in its water, which may be attributed to environmental factors such as temperature and pH of water. The results of the statistical analysis demonstrate a wide range of heavy element formation factors within the sediments and waterways of the Garau route. As a result, despite the lack of human activity in this area, in addition to the amount of organic matter in the oil-shale, the geo-genic activity causes natural environmental pollution that is influenced by various factors, including oxidation-reduction potential, reactive processes, type of bedrock, clay minerals, sediment texture and environmental conditions.
Keywords: Heavy elements, Pollution Indicators, Oil shales, Qalikuh, Sargelu and Garau
Introduction
Hydrocarbon sources can be classified into two categories (i.e. conventional and unconventional). The Qalikuh region of Lorestan in southwestern Iran is known for its significant unconventional resources, specifically the dark-colored oil-shale found in the Sargelu and Garau formations. These formations are known to have the largest reserves of such resources in the country. The majority of conventional oil and gas fields are situated in the Khuzestan Plain and the folded belt of Zagros. However, the Qalikuh region, which contains unconventional hydrocarbon resources, is located in the high Zagros, or crush zone. The oil-shale of the Sargelu and Garau formations serves as the source rocks for these resources. Black shale has a significant effect on the accumulation of heavy and toxic metals in the environment (Derkowski and Marynowski 2018). These rocks show geochemical indicators such as sedimentation in anaerobic environments, high concentrations of sulfides, clays, and organic substances, as well as the formation of complex metal compounds. Consequently, these rocks are susceptible to heightened levels of heavy metal toxicity. The concentration of heavy elements in sediments may be influenced by various physical-chemical properties of the sediment such as ion exchange capacity, chemical composition, and organic matter content. The initial stage in the management of environmental pollution related to the accumulation of heavy elements in sediments and water surrounding oil-shale involves the assessment of regions containing these resources and the evaluation of the extent of pollution. The purpose of this study is to investigate the hydrocarbon generation potential of oil-shale found in the Sargelu and Garau formations, as well as the relationship between this potential and the distribution of heavy elements in river sediments and waterways along these formations. The findings of this study conducted in the Qalikuh region, which is characterized by a significant distance from anthropogenic activities, could have the potential to help formulate strategies for the future exploration and utilization of unconventional oil-shale reserves.
Material & Methods
In this study, following the identification of oil-shale outcrops and permanent waterways in the Gashun (G) and Pirbadush (P) sections of the Qolyan River, which are situated along the Sargelu and Garau formations, a random sampling approach was employed to collect sediments, water, and oil-shale. The sediment samples were collected by Tucker's (1998) established standards for sedimentology sampling. A shovel was used to extract the samples from a depth of 10–30 cm. Subsequently, the samples were carefully transferred into plastic bags. Water samples were collected from the river according to the established standard (ISO, 1985). The temperature (ºC) of the water was measured, and the samples were collected using 1.5-liter dark polyethylene containers. These containers were treated beforehand with a solution of 10% nitric acid and distilled water in a 1:1 ratio. The containers were washed, utilized, and positioned at the center of the river flow. Within a time frame of less than 24 hours and while being kept away from direct light and heat, the samples were analysed by the laboratory of the Research Institute of Petroleum Industry (RIPI). The pyrolysis Rock-Eval analysis laboratory was utilized to assess the total organic carbon TOC content of oil-shale samples. In addition, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was performed on sediment and water samples to quantify elemental contamination levels. This study included a comparison between the polluting elements present in sediments and the global average shale (GAS), as well as an assessment of the toxicity equivalent (TE) of these elements. Besides, the researchers examined the environmental indicators of sediments, specifically the CF and PLI. The CF (1) is used to quantify the amount of environmental pollution in the case of a specific element. PLI (2), a measure used to assess the amount of pollution in an area, serves as a means of quantifying pollution levels in a given area. The levels of water pollutant elements were evaluated by comparing them to the standards set by the World Health Organization (WHO-2011) and the national standard of Iran (IRISI-1053). Based on these comparisons, the amount of water pollution was determined and the CD for water was used, which is a measure to evaluate the cumulative effect of various quality factors that may negatively affect the quality of drinking water, which is calculated from the equation (3).
2) PLI=
,
Subsequently, the present study used statistical techniques, namely Pearson's correlation coefficient and principal component analysis (PCA) to investigate the association between organic matter content in oil shale and the number of heavy elements in sediments and passing water from the Sargelu and Garau formations. The primary goal was to determine the source of heavy elements in the region.
Discussion of Results & Conclusion
Based on determining Tmax in Rock-Ewell pyrolysis analysis of oil shale samples, the shale samples from the Sargelu Formation exhibited higher maturity levels than those from the Garau Formation. Through the elemental analysis performed on the sediments, it was found that the Sargelu Formation has a higher abundance of heavy elements and a higher average CF than the Garau Formation. The PLI of Sargelu sediments (0.66) shows a higher value than that of Garau (0.52). Station P2 shows the PLI (1.56), followed by stations P1 and P3, all of which are located inside the Sargelu Formation. Additionally, oil shale samples (6–8) in the vicinity of these stations show different characteristics compared to other oil shale samples and the content of total organic matter has higher values (20.2, 22.4 and 23.9). However, the Garau Formation shales have a higher average total organic matter (14.5) than the Sargelu Formation shales (13.3). In addition, the potential correlation coefficient between heavy elements in sediments and the TOC is higher in the shales of Sargelu Formation. Consequently, the sediment contamination may be attributed to the widespread occurrence of hydrocarbon oil shale and dominant reduction conditions.
The Pearson's correlation coefficient was used to evaluate the relationship between the content of organic matter in oil shale and heavy elements in sediments. The analysis showed a positive correlation at the mean level of significance for Zn, V, Ni, Cu and Cd in sediments with TOC. Moreover, the analysis of water samples indicated a significant positive relationship between heavy element concentrations, including Mo, V, and Ni, and the TOC of oil shale. The application of principal component analysis was conducted on heavy elements in conjunction with the organic matter content of oil shale and heavy elements in transient water, both derived from the Sargelu Formation. This analysis led to the identification of two distinct factors. Through the evaluation of pollution indicators and statistical analyses, it has been determined that the primary contributors to pollution in Sargelu sediments are the amount of organic matter in the oil shales within the area as well as the oxidation-reduction potential. Similarly, the key factors influencing water pollution along the trajectory of this formation are the quantity of organic matter in the oil shales of the region and the environmental pH.
The findings from the Rock-Eval pyrolysis analysis show that the shale samples obtained from the Garau Formation show a higher average TOC compared to the Sergelu samples. In addition, most of the hydrocarbon production indices (except S1, S2/S3, PI and Tmax) in the Garau Formation show higher values than Sargelu Formation. Through conducting elemental analysis on water samples, it was determined that the Garau Formation exhibits a greater abundance and diversity of heavy elements compared to the Sargelu Formation. Meanwhile, the average CD of water in the Garau Formation was observed to be higher than in the Sargelu Formation. The average CD of water in the Garau Formation (0.92) shows a higher value than the Sargelu Formation (0.72). Stations G7 and P7 have been identified as having the highest level of water pollution in the region, followed by station P3. Stations G7 and P7 are located in the Garau Formation, and station P3 is located in the Sargelu Formation. The fluctuations of this index can be attributed to the amount of organic matter in the oil shale in the region, as well as the prevailing environmental conditions such as pH and temperature. The presence of natural environmental pollution in the sediments and water of this remote area, which has not been affected by human activities, depends on other factors except the organic compounds in the oil shale. These factors include oxidation-reduction potential, reactive and replacement processes, distribution of shale-clay bedrock, sedimentary texture and environmental conditions.
The Pearson correlation coefficient was computed to evaluate and assess the relationship between the amount of the quantity of organic matter present in oil shale and the heavy elements found in sediments. The analysis showed that TOC shows a positive correlation only with Pb at a moderate level of significance. In addition, this correlation was observed exclusively with Ni in the water passing through the Garau Formation. PCA was used to investigate heavy elements and organic matter content of shale and oil sediments as well as water samples obtained from the Garau Formation. The analysis showed the presence of four distinct factors in the sediments and three factors in the passing waters in the Garau Formation. Through the assessment of pollution indicators and statistical analyses, it was found that the primary factors of pollution in the sediments of the Garau Formation are the amount of organic matter in the oil shale, reactive and substitution processes occurring in the sediments, shale-clay bedrock, minor-minerals of the shale. Similarly, the key factors affecting the pollution of the passing waters in this formation are the amount of organic matter in the oil shale of the region as well as the environmental pH and oxidation-reduction reactions.
The comparison between the Pirbadush and Gashun sections shows that the TOC of oil shale is higher in the Pirbadush, as well as the CD of water and PLI in sediments. These changes can be attributed to the presence of more hydrocarbon oil shale and more expansion of the Garau and Sargelu formations in Pirbadush section. It is worth mentioning that the organic matter in oil shales had the greatest effect on the levels of Mo, V and Cd in fluvial sediments and Mo, V and Ni in the water of the region.
Environmental management resulting from the exploitation of unconventional shales contains elements such as Mo and V require hydrological and ecological knowledge and a strong management framework. In order to manage possible risks, several management methods should be considered. These methods should be supported by environmental monitoring programs to provide reliable scientific information for the development and implementation of regulations. Some of these methods include: Planning land use and environmental risk assessment, accurate monitoring systems in functional equipment, and collecting environmental data of clear and accessible to the public.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
منابع هیدروکربنی، متعارف[1]یا نامتعارفاند[2]. شیلهای نفتی[3] تیرهرنگ سازندهای سرگلو و گرو در منطقۀ قالیکوه[4] لرستان، حاوی بخش بزرگی از منابع نامتعارف در ایراناند (Fereidoni et al. 2016). شیلهای نفتی این منطقه در محیطی احیا[5] تهنشین شدهاند. در این حوضه نسبت تهنشینی مواد آلی به مواد معدنی زیادتر است و بهعلت مصرف اکسیژن، باکتریهای هوازی[6] و گردشنیافتن آب، محیط احیا به وجود آمده است و مواد آلی به همان صورت اولیه حفظ شدهاند. همچنین با بالارفتن فشار و درجۀ حرارت (حدود 150درجۀ سانتیگراد) در فاز دیاژنز، مواد آلی مجتمع در رسوب، تحت تأثیر محیط و فعالیت باکتریها، از حدود 25%-10% به 8%-3% تقلیل یافته است، ازت خود را از دست داده و مولکول کروژن ساخته است (NIOCexp 2013). امروزه در کشورهای توسعهیافته با کمشدن ذخایر هیدروکربنی متعارف و افزایش تقاضا، تمرکز بر شیلهای نفتی با توجه به کنترل آلایندگی رسوبات و کیفیت آب انجام شده است. شیلهای سیاه، نقش مهمی در تغلیظ فلزات سنگین و سمی در محیط دارند (Derkowski and Marynowski 2018). این سنگها بهعلت دارابودن شاخصهای ژئوشیمیایی همچون تهنشست در محیط بیهوازی، فراوانی سولفیدها، رسها، مواد آلی و ایجاد ترکیبات پیچیدة فلزی، مستعد ازدیاد سمیت فلزات سنگیناند (Zhao et al. 2018). تمرکز عناصر سنگین در رسوبات، به ویژگیهای فیزیکی-شیمیایی رسوب (ظرفیت تبادل یونی، ترکیب شیمیایی، مقدار مادۀ آلی) و در آب به خصوصیات آب (pH، هدایت الکتریکی، پتانسیل اکسیداسیون-احیا) بستگی دارد (Motietabar et al. 2022). با توجه به خطرات احتمالی زیستمحیطی مرتبط با تجمع عناصر سنگین در رسوبات و آب اطراف شیلهای نفتی، بررسی مناطق حاوی این منابع و ارزیابی شدت آلودگی آنها، اولین مرحله در مدیریت آلودگی زیستمحیطی است. هدف این مطالعه، بررسی توان هیدروکربنزایی شیلهای نفتی سازندهای سرگلو و گرو و ارتباط آنها با میزان پراکندگی عناصر سنگین در رسوبات رودخانهای و آب آبراهههای مسیر این سازندهاست. نتایج این پژوهش در منطقۀ قالیکوه، که دور از هرگونه فعالیت انسانی است، در آینده به تدوین برنامههای توسعه و بهرهبرداری از ذخایر نامتعارف موجود در شیلهای نفتی کمکهای شایانی میکند.
تاریخچۀ موضوع و پیشینۀ پژوهش
زمینشناسی نواحی زاگرس بهواسطۀ وجود منابع ذخایر عظیم هیدروکربنی، از دیرباز موضوع تحقیق پژوهشگران بوده است، اما مطالعات در زاگرس مرتفع، که بخشی از آن کمربند چینخورده-راندهشدۀ زاگرس[7] است (بهویژه در منطقۀ قالیکوه)، بسیار محدود بوده است. در این منطقه، مطالعاتی در زمینۀ توان هیدروکربنزایی شیلهای نفتی (سازندهای گرو و سرگلو) و مطالعات ژئوشیمیایی مرتبط با این تحقیق انجام شده است.
در نواحی مانند لرستان، سازندهایی مانند گرو، حاوی منابع نامتعارف هیدروکربنی و شیلهای مستقر در شرق و غرب آن به ترتیب مستعد توان تولید نفت و گازند (Hosseiny and Mohseni 2023). با بررسی بستر حوضۀ رسوبی لرستان، مشخص شده است که بر اثر شرایط گلخانهای، ژوراسیک میانی و افزایش CO2اتمسفر و گردش آب محدود، شرایط احیایی ایجاد شده است (Sharafi et al. 2022) و با توجه به این شرایط، شیلهای نفتی قالیکوه ازنظر توان و میزان تولید هیدروکربن، در وضعیت مناسبی قرار گرفتهاند (Kashi et al. 2022). نتایج حاصل از پردازش ترموشیمیایی شیلهای نفتی سازند گرو، مؤید آن است که این شیلها در دمایC°530-350، بسته به نوع کروژن، پتانسیل تولید نفت متغیری دارند (Shekarifard et al. 2021). لایههای شیل نفتی (سرگرو و گرو) در این منطقه، خواص ژئوشیمیایی، پتروگرافی، رفتار حرارتی، کانیشناسی و شیمیایی مشابهی داشته و میانگین نفتدهی آنها Litr/Ton 96-83 و API بهطور میانگین 40درجه (نفت شیل فوق سبک-سبک) و درمجموع میزان نفت شیل درجا در این منطقه، بیش از 4/2 میلیارد بشکه تخمین، برآورد شده است (Shekarifard et al. 2019). همچنین شیلهای نفتی قالیکوه (حاوی کروژنII) با میانگین 5/16% کل کربن آلی (TOC)، عالی و مستعد تولید نفتاند (Shekarifard et al. 2019).
در پژوهش شیلهای گازی منطقۀ لرستان (Bagheri Tirtashi et al. 2018)، مشخص شده است که لایههای شیلی سازند سرگلو و گرو در شرایط دریایی باز و احیایی رسوب کردهاند و مواد آلی رسوبات، حاوی کروژنII هستند که از دیدگاه بلوغ حرارتی، در محدودۀ پنجرۀ گاززایی قرار گرفتهاند. نهشتههای غنی از مواد آلی منطقۀ حاوی کروژن نوع II، با منشأ احتمالی دریاییاند که کیفیت بالای تولید نفت دارند و نفت تولیدشده بهطور چشمگیری سبکتر (API[8] بالاتر) از دیگر شیلهای نفتی شناختهشده است (Rasouli et al. 2015). میانگین کل کربن آلی[9] سازند گرو، مناسب برای تولید است و این سازند با وجود کروژن III و مقادیر انعکاس ویترینیت، گازی و مربوط به رخسارة عمیق است (Lotfiyar et al. 2014).
ارزیابی ژئوشیمیایی عناصر کمیاب و نادر خاکی شیلهای نفتی قالیکوه، حاکی از آن است که میانگین میزان کل کربن آلی سازندهای سرگلو و گرو به ترتیب 27/13% و 13/18% است و بین عناصر آنومال با میزان کل کربن آلی، همبستگی وجود دارد (Pourshaban et al. 2022)، عناصر کمیاب اورانیوم، وانادیوم و کادمیوم مرتبط با مواد آلی و بهصورت درجازا هستند و عناصر کلسیم، سیلیسیم و فسفر منشأ زیستی و عناصر نقره و تیتانویم منشأ آواری دارند (Pourshaban et al. 2021). براساس ارزیابی عناصر کمیاب ژئوشیمیایی، شیل نفتی قالیکوه، عناصر مولیبدن، وانادیوم و نیکل، یک ردیاب ژئوشیمیایی برای سنگهای منشأ نفتی در نظر گرفته شده است (Fereidoni et al. 2016). حاصل نتایج ارزیابی ژئوشیمیایی عناصر کمیاب شیلهای نفتی قالیکوه، با استفاده از تجزیۀ عنصری و پیرولیز راک-اول، این بود که عناصر کمیاب شیلها مرتبط با شکلگیری مواد آلی، مواد آواری، آلومینوسیلیکاتی و هوازدگی سنگهای منشأ هستند (Fereidoni et al. 2015). بررسی غلظت میانگین عناصر جزئی مولیبدن، وانادیوم و نیکل در آهکها و شیلهای بیتومیندار محدودههای زرک، صالح کوتاه و خویۀ استان چهارمحال و بختیاری، حاکی از آن است که نسبت غلظت میانگین عادی این عناصر در سنگها بالاست، این امر غنیشدگی آهکها و شیلهای بیتومینه را نسبتبه این عناصر نشان میدهد (Ghodrati et al. 2012).
تاکنون تحقیقی دربارۀ آلایندگیهای محتمل رسوبات و آب منطقۀ قالیکوه انجام نشده است، ولی مطالعات نسبتاً مرتبطی دربارۀ عوامل آلودهکننده در استان انجام شده است. با نگرش زیستمحیطی و با توجه به مطالعۀ ژئوشیمیایی آب و رسوب رودخانۀ بادآور لرستان، مشخص شده است که عوامل طبیعی و انسانزاد در کیفیت آب و رسوبات سطحی تأثیرگذارند (Hasanvand and Forghani Tehrani 2019) و با ارزیابی پتانسیل سمیت و مخاطرۀ اکولوژیکی فلزات سنگین در رسوبات سطحی رودخانة سزار لرستان، مشخص شده است که فاکتورهای آلودگی[10] و خطر اکولوژیکی[11] فلزات در طبقۀ آلایندگی کم قرار گرفتند که ازنظر پتانسیل خطر اکولوژیکی[12]، روند تغییرات خطر فلزات به ترتیب شامل نیکل، سرب، مس و روی و در ارتباط با فعالیتهای انسانی در منطقه است (Mortazavi et al. 2019).
زمینشناسی و موقعیت جغرافیایی منطقۀ مطالعهشده
منطقۀ مطالعهشده با عرض جغرافیایی "36.71 '5°33 و طول جغرافیایی "2.32 '28°49 که در جنوب اشترانکوه و در 35کیلومتری شهر الیگودرز واقع است، مهمترین منطقۀ حاوی منابع هیدروکربنی نامتعارف (شیل نفتی) در ایران است که راه دسترسی به آن ازطریق جادۀ اصلی الیگودرز به شولآباد است. ازنظر اقلیمی، متوسط دمای سالانۀ منطقۀ قالیکوه از 4 تا 8 درجه در نوسان است. متوسط بارندگی منطقۀ قالیکوه نیز از 800 تا 1200 میلیمتر در سال تغییر میکند، بهطوری که حداقل آن در شمال شرق منطقه و حداکثر آن در بخشهای میانی و جنوب غرب آن است و بیشتر بهصورت بارش برف است. این منطقه دو بخش سردسیر و گرمسیر دارد که بیشتر نواحی آن سردسیر است و نواحی گرمسیر آن که توأم با پوشش گیاهی بلوط است، شمال باختری منطقه را در بر میگیرد.
از دیدگاه هیدرولوژی، این منطقه بهدلیل ساختار کوهستانی، آبراهههای نامنظم و دندریتی دارد که بهصورت فصلی و دائمیاند و از سرشاخههای اصلی رودخانۀ دز محسوب میشوند. رودخانۀ دِز از ترکیب رودخانههای بختیاری و سزار (ایران) به وجود آمده است و از سرچشمههای قالیکوه و اشترانکوه تغذیه میکند. رودخانۀ رودبار الیگودرز، از سرشاخههای اصلی رودخانۀ بختیاری است و یکی از سرشاخههای اصلی آن، رودخانۀ قُلیان است که خود از شاخابهها و آبراهههای فصلی و دائمی ارتفاعات قالیکوه تغذیه میکند.
مطابق شکل 1، ساختارهای مورفوتکتونیکی کمربند چینخوردۀ زاگرس، عمدۀ میدانهای متعارف نفتی-گازی در دشت خوزستان[13] و کمربند چینخوردۀ زاگرس[14] واقعاند، ولی منطقۀ قالیکوه با منابع هیدروکربنی نامتعارف، در زاگرس مرتفع[15] یا زون خردشده[16] قرار دارد و سنگ منشأ این منابع شیلهای نفتی سازندهای گرو و سرگو هستند.
سازند سرگلو در منطقۀ مطالعهشده، در بخش ابتدایی شامل آهکهای سیلتی، بیتومینه، نازکلایه و تیره است کـه در قـسمتهـای بـالاتر این بخش به آهکهای رسی تبدیل میشوند. بخش انتهایی آن شامل شیلهای نرم کاملاً سیاهرنگ و بیتومینه است که با کندن این شیلها بوی نفت در محیط حس میشود. سازند سرگلو در محدودۀ مطالعهشده در زیر سازند نجمه و در بالای سازند سورمه واقع میشود. سازند گرو در این منطقه، با آهکهای خاکستری روشن و میانلایههایی از چرت و شیلهای تیرهرنگ شروع میشود که ازلحاظ لیتولوژی مرز سازند گوتینا با سـازند گـرو کـاملاً مـشخص، ولـی ناپیوسته است. لایههای شیلی که در بین آهکها وجود دارد، خاکستری تیره است و با ضربات چکش بوی نفت احساس میشود (NIOCexp 2013).
از عوامل اصلی کنترلکنندة رسوبگذاری و تغییرات سطح آب دریاها در منطقة قالیکوه، به زمین ساخت، آب و هوا و شرایط و تغییرات فیزیکوشیمیایی اشاره میشود که به رسوبگذاری شیلهای نفتی منجر شده است.
روش کار و شیوۀ انجام مطالعه
در این تحقیق، پس از شناسایی رخنمون شیلهای نفتی و آبراهههای دائمی در دو برش گشون[17] (G) و پیربادوش[18] (P) از رودخانۀ قلیان[19]، که در مسیر سازندهای گرو و سرگلو قرار دارند، 15 نمونه شیل نفتی از رخنمونهای این دو سازند، بر مبنای نمونهبرداری تصادفی برداشت شد. همچنین 15 نمونه رسوب سطحی از رسوبات کف بستر رودخانۀ قلیات، مطابق استانداردهای رسوبشناسی و بهصورت تصادفی برداشت شد شکل 2نمونههای رسوب، متناسب با استانداردهای نمونهبرداری رسوبشناسی (Tucker 1988)، بهوسیلۀ بیلچه و از عمق 30-10سانتیمتری رسوبات انجام و در کیسههای پلاستیکی و سپس پارچهای ریخته شد. بهمنظور ترکیبات عنصری آب رودخانه نیز، در ایستگاههای نمونهبرداری رسوب، 15 نمونه آب بر مبنای استانداردهای تعریفشده برای نمونهبرداری آب برداشت شد. نمونههای آب در یک مرحله (بهدلیل وجود یخبندان در بیشتر مواقع سال و صعبالعبوربودن منطقه) از آب رودخانه مطابق استاندارد تعریفشده[20] (ISO 1985) و ثبت درجهحرارت (Tºc) آب، انجام و از ظروف تیرۀ اسیدیتهپلی اتیلن 5/1لیتری استفاده شد که قبلاً با اسید نیتریک 10% و آب مقطر (نسبت 1:1) شستوشو داده شده بود. این موارد از مرکز جریان رود برداشت و در کمتر از 24ساعت و به دور از نور مستقیم و حرارت، به آزمایشگاه پژوهشگاه صنعت نفت منتقل شدند.
در آزمایشگاه، آنالیز پیرولیز راک-اول[21] روی نمونههای شیل نفتی برای تخمین میزان کل کربن آلی[22] و آزمایش طیفسنجیجرمی پلاسمای جفتشدۀ القایی[23] روی نمونههای رسوبی و آب بهجهت تعیین میزان آلایندگی[24] عناصر انجام شد. آنالیز پیرولیز راک-اِوَل برای محاسبۀ توان هیدروکربنزایی سنگهای منشأ است (Withelaw et al. 2019). با آزمایش طیفسنجی جرمی پلاسمای جفتشدۀ القایی نمونههای رسوب و آب، میزان پراکندگی عناصر سنگین بررسی میشود.
عناصر آلایندۀ رسوبات نسبتبه میانگین جهانی شیل[25] (Turekian and Wedepohl 1961) و میزان سمیت عناصر[26](Bowen 1979) مقایسه و سپس شاخصهای زیستمحیطی رسوبات مانند ضریب آلودگی[27] و شاخص بار آلودگی[28] بررسی شدند.
ضریب آلودگی برای بیان آلودگی محیطی نسبتبه یک عنصر خاص استفاده میشود (Hakanson 1980) که در آن C0غلظت عنصر در نمونۀ مطالعهشده (بهعنوان مرجع) و Cnغلظت عنصر در میانگین شیل است. شاخص بار آلودگی، معیاری برای تعیین سطح آلودگی در یک منطقۀ معین است (Joksimovic et al. 2020). تعداد عناصر مطالعهشده با n نشان داده میشود.
در این تحقیق، عناصر آلایندۀ آب با استانداردهای سازمان بهداشت جهانی[29] (WHO 2011) و استاندارد ملی ایران[30] (IRISI 1053) مقایسه شدند و از درجۀ آلودگی[31] آب استفاده شد. درجۀ آلودگی برای تعیین تأثیرات ترکیبی تعدادی از پارامترهای کیفی استفاده میشود که بر کیفیت آب شرب آثار نامطلوبی دارند (Prasanna et al. 2012). طبق رابطۀ (3)، Cfi، عامل آلودگی هر عنصر و CAi، غلظت قرائتشدۀ هر عنصر (gr/µ) و CNi، بالاترین حد غلظت مجاز برای هر عنصر (gr/µ) است (Edet and Offiong 2002). CD ˂ 1، آلودگی کم و CD = 1-3، آلودگی متوسط و CD ˃ 3 آلودگی زیاد آب را نشان میدهد (Nasrabadi 2015) .
شکل 1- الف) توزیع میدانهای هیدروکربنی متعارف کمربند چینخوردۀ زاگرس (Najafi et al. 2014) و موقعیت منطقه در زاگرس مرتفع؛ ب) نقشۀ زمینشناسی (1:50.000) قالیکوه (NIOC.exp 2013) و موقعیت برشهای پیربادوش (P)، گشون (G)
Fig 1-a) Distribution of oil and gas fields of the Zagros folded belt (Najafi et al. 2014) and location of the area in high Zagros Fig 1-b) Geological map (1:50.000) of Qalikuh (NIOC.exp 2013) and the location of Pirbadush (P), Gashun (G)
شکل 2 - مکانهای نمونهبرداری: رسوبات، آبهای سطحی و شیلهای نفتی در نقشۀ آبراههای (الف) و تصویر گوگل ارث (ب)
Fig 2- Sampling locations: sediments, surface water and oil shale in Waterway Map (A) and Google Earth Image (B)
عناصر آلایندۀ آب نسبتبه حداکثر غلظت پذیرفتنی[32] عناصر و میزان استاندارد[33] هر عنصر مقایسه شدند و سپس شاخص زیستمحیطی درجۀ آلودگی آب بررسی شد.
|
|
(1) |
|
PLI= |
(2) |
|
, |
(3) |
پس از آن با استفاده از روشهای آماری مانند ضریب همبستگی پیرسون[34] و تحلیل مؤلفۀ اصلی[35]، ارتباط میان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی، میزان عناصر سنگین موجود در رسوبات و آب گذرا از سازندهای سرگلو و گرو بررسی شد تا منشأ عناصر سنگین در منطقه مشخص شود.
بحث و تحلیل یافتههای پژوهش
نمودار S1TOC: شکل 3 در بررسی آغشتگینداشتن نمونهها به هیدروکربن (Hunt 1996)، حاکی از آن است که نمونهها به هیدروکربن آغشته نیستند؛ بنابراین نتایج آنالیز راک–اول مطمئن است.
شکل 3- نمودارهای بررسی آغشتگینداشتن نمونهها به هیدروکربن
Fig 3 - Diagrams for checking the absence of contamination of samples with hydrocarbons
بر مبنای نمودارهای S2+S1TOC: ، TOC:HI (Hunt 1996) و TOC:S2 (Peters 1986) و TOC: S2/S3 (Peters and Cassa 1994) در شکل 4 و جدول 1 ، نمونهها در وضعیت عالی قرار دارند و طبق شاخصهای S2 و S1+S2و S2/S3، کلیۀ نمونهها در کلاس عالی قرار دارند و عمدۀ آنها با توجه به شاخص HI توان تولید نفت را دارند. پراکندگی نمونهها در نمودارها، حاکی از این است که عمدة نمونهها ازنظر نفتزایی در حد نسبتاً خوب–خوباند و توان هیدروکربنی عالی دارند.
شکل 4 – نمودارهای پتانسیل هیدروکربنی نمونهها
Fig 4- Hydrocarbon potential diagrams of the samples
نمودارهای Tmax:PI، Tmax:HI، OI:HI در شکل 5 حاکی از آن است که نمونهها در ابتدای مرحلۀ کاتاژنز (435°c< (Tmaxبه وجود آمدهاند (Peters and Cassa 1994)، در ابتدای پنجرۀ نفتی قرار دارند (Erik Yalcin et al. 2005)، حاوی کروژن II هستند (Peters 1986) و ازنظر شرایط تشکیل و رخسارهای، در وضعیت احیایی تشکیل شدهاند (Jones 1987). درواقع رخسارۀ تشکیلشده بهوسیلۀ آنها عموماً متعلق به رخسارههای B (محیط دریایی نسبتاً احیایی) و تعداد کمی متعلق به رخسارۀ BC (محیطهای دارای مواد آلی دریایی و قارهای و رسوبگذاری سریع در شرایط نسبتاً اکسیدان) است.
شکل 5 – نمودارهای شرایط تشکیل، تعیین نوع کروژن و رخسارة نمونهها
Fig 5- Diagrams of forming conditions, determination of kerogen type and facies of samples
آنالیز عنصری رسوبات و ارزیابی آنها با میزان سمیت و میانگین جهانی شیل، حاکی از آن است که عناصر Ag، Cd، Mo و V تغییرات فاحشی داشتهاند. طبق آنالیز عنصری آب و ارزیابی آنها با استاندارد سازمان بهداشت جهانی و استاندارد ملی ایران، تغییر غلظت فقط مربوط به عناصر سنگین Mo، V، Ni، Cu و Zn است.
در مطالعات آماری این تحقیق، بهدلیل غلظت کمتر از حد نرمال عنصر As در نمونههای رسوبات سرگلو و گرو، این عنصر در نظر گرفته نشده است. همچنین بهدلیل غلظت کمتر از حد نرمال بیشتر عناصر در نمونههای آب گذرا از سازند سرگلو، فقط عناصر Mo، V، Ni، Cu و Zn در نظر گرفته شدهاند که دربارۀ نمونههای آب گذرا از سازند گرو، به عناصر Mo، V، Ni، Pb، Cu و Zn محدود شده است.
بررسی ژئوشیمی آلی و ژئوشیمی زیستمحیطی سازند سرگلو
با تعیین Tmax در آنالیز پیرولیز راک-اِوَل نمونههای شیلهای نفتی در جدول 1 ، مشخص شد که نمونههای سازند سرگلو، بلوغ[36] بهتری نسبتبه نمونههای سازند گرو دارند. با آنالیز عنصری رسوبات که در
جدول2 مشخص است، تنوع عناصر سنگین در رسوبات سازند سرگلو بیشتر از سازند گرو است، با توجه به میانگین عامل آلودگی (CF) در جدول3، رسوبات سازند سرگلو آلایندگی بیشتری نسبتبه عناصر سنگین دارند و شاخص بار آلودگی (PLI) در رسوبات سرگلو (66/0) بیشتر از گرو (52/0) است. مطابق جدول3 و شکل 8، ایستگاه P2 بالاترین شاخص بار آلودگی (56/1) است و ایستگاههای P1 و P3 در ردههای بعدی قرار دارند، ضمن آنکه نمونههای شیل نفتی (6،7،8) اطراف این ایستگاهها نیز نسبتبه نمونههای دیگر، میانگین کل کربن آلی بیشتری دارند که در جدول 1 مشخص است؛ از این رو تغییرات عناصر رسوبات با میزان مواد آلی شیلها مرتبط است.
جدول 1 - نتایج حاصل از آنالیز پایرولیز راک-اِوَل
Table 1- Rock-Eval pyrolysis analysis results
|
Section |
Formation |
Sample |
TOC |
[37]S1 |
[38]S2 |
S1+S2 |
[39]S3 |
S2+S3 |
S2/S3 |
[40]OI=S3/TOC |
[41]HI=S2/TOC |
[42]PI=S1/ S2+ S3 |
[43]Tmax |
|
Gashun |
Sargelu |
1 |
15.3 |
1.07 |
75.25 |
76.32 |
0.91 |
76.16 |
82.6 |
6 |
429 |
0.01 |
435 |
|
2 |
8.78 |
0.6 |
47.14 |
47.74 |
0.93 |
48.07 |
50.6 |
11 |
537 |
0.01 |
435 |
||
|
3 |
13.8 |
1 |
72.98 |
73.98 |
1.27 |
74.25 |
57.4 |
9 |
529 |
0.01 |
431 |
||
|
4 |
0.63 |
0.06 |
1.63 |
1.69 |
0.49 |
2.12 |
3.3 |
78 |
259 |
0.02 |
434 |
||
|
5 |
3.4 |
0.22 |
16.06 |
16.28 |
0.44 |
16.5 |
36.5 |
13 |
472 |
0.01 |
435 |
||
|
Pirbadush |
6 |
20.2 |
2.6 |
111.49 |
114.09 |
1.37 |
112.86 |
81.3 |
7 |
552 |
0.02 |
433 |
|
|
7 |
22.4 |
2.99 |
128.31 |
131.3 |
1.63 |
129.94 |
78.7 |
7 |
537 |
0.02 |
436 |
||
|
8 |
23.93 |
1.82 |
107.97 |
109.79 |
2.86 |
110.83 |
37.7 |
12 |
451 |
0.01 |
442 |
||
|
9 |
11.58 |
0.77 |
59.85 |
60.62 |
2.02 |
61.87 |
29.6 |
17 |
517 |
0.01 |
442 |
||
|
Ave.Sargelu |
13.3 |
1.2 |
68.9 |
70.2 |
1.3 |
70.28 |
50.8 |
17.7 |
475 |
0.017 |
435 |
||
|
Section |
Formation |
Sample |
TOC |
S1 |
S2 |
S1+S2 |
S3 |
S2+S3 |
S2/S3 |
OI=S3/TOC |
HI=S2/TOC |
PI=S1/ S2+ S3 |
Tmax |
|
Gashun |
Garau |
10 |
15.2 |
0.77 |
85.96 |
86.73 |
1.85 |
87.81 |
46.4 |
12 |
556 |
0.008 |
431 |
|
11 |
19.1 |
1.27 |
105.2 |
106.47 |
2.3 |
107.5 |
45.7 |
12 |
551 |
0.01 |
429 |
||
|
12 |
13 |
0.93 |
83.92 |
84.85 |
1.37 |
85.29 |
61.2 |
11 |
646 |
0.01 |
436 |
||
|
Pirbadush |
13 |
19.59 |
0.52 |
56.91 |
57.43 |
7.69 |
64.6 |
7.4 |
39 |
291 |
0.008 |
437 |
|
|
14 |
13.97 |
0.69 |
53.65 |
54.34 |
3.92 |
57.57 |
13.6 |
28 |
384 |
0.01 |
437 |
||
|
15 |
6.52 |
0.44 |
37.55 |
37.99 |
0.63 |
38.18 |
59.6 |
10 |
576 |
0.01 |
431 |
||
|
Ave.Garau |
14.5 |
0.7 |
70.3 |
71.3 |
2.9 |
73.79 |
38.9 |
18.6 |
500 |
0.010 |
433 |
||
جدول2 - نتایج آنالیز عنصری رسوبات سازندهای سرگلو و گرو برشهای گشون و پیربادوش
Table 2-The results of ICP.ms analysis of sediments of Sargelu and Garau formations of Gashun and Pirbadush sections
|
Section |
Formation |
Sample |
Ag (ppm) |
As (ppm) |
Cd (ppm) |
Co (ppm) |
Cr (ppm) |
Cu (ppm) |
Mo (ppm) |
Ni (ppm) |
Pb (ppm) |
V (ppm) |
Zn (ppm) |
|
|
Gashun |
Sargelu |
G1 |
0.4 |
<0.1 |
0.2 |
3.8 |
18 |
11 |
3 |
8 |
3 |
22 |
43 |
|
|
G2 |
3 |
<0.1 |
0.3 |
4.7 |
20 |
16 |
3 |
18 |
<1 |
43 |
18 |
|||
|
G3 |
0.6 |
<0.1 |
0.1 |
4 |
18 |
8 |
3 |
9 |
<1 |
26 |
2 |
|||
|
G4 |
0.3 |
<0.1 |
0.2 |
4.4 |
18 |
10 |
3 |
11 |
<1 |
31 |
2 |
|||
|
G5 |
0.4 |
<0.1 |
0.1 |
4 |
19 |
9 |
3 |
10 |
<1 |
27 |
4 |
|||
|
Pirbadush |
P1 |
0.6 |
2.9 |
2.8 |
10.7 |
64 |
36 |
10 |
86 |
2 |
244 |
139 |
||
|
P2 |
0.1 |
6.3 |
3 |
11.1 |
47 |
53 |
21 |
105 |
8 |
408 |
102 |
|||
|
P3 |
0.4 |
3 |
2.4 |
6.5 |
31 |
32 |
9 |
47 |
<1 |
181 |
94 |
|||
|
Ave.Sargelu |
0.7 |
1.5 |
1.1 |
4.1 |
29.3 |
21.8 |
6.8 |
36.7 |
1.3 |
122 |
50.5 |
|||
|
Section |
Formation |
Sample |
Ag (ppm) |
As (ppm) |
Cd (ppm) |
Co (ppm) |
Cr (ppm) |
Cu (ppm) |
Mo (ppm) |
Ni (ppm) |
Pb (ppm) |
V (ppm) |
Zn (ppm) |
|
|
Gashun |
Garau |
G6 |
0.4 |
<0.1 |
0.5 |
5.5 |
25 |
14 |
3 |
26 |
2 |
65 |
19 |
|
|
G7 |
0.1 |
2.4 |
0.3 |
10.1 |
63 |
21 |
2 |
35 |
4 |
66 |
23 |
|||
|
G8 |
0.4 |
<0.1 |
0.2 |
6.1 |
40 |
18 |
2 |
32 |
3 |
49 |
13 |
|||
|
Pirbadush |
P4 |
0.3 |
<0.1 |
1.2 |
5.6 |
23 |
42 |
4 |
28 |
2 |
132 |
97 |
||
|
P5 |
0.3 |
<0.1 |
1.3 |
5.1 |
21 |
61 |
4 |
20 |
4 |
115 |
92 |
|||
|
P6 |
1.4 |
<0.1 |
1 |
5.5 |
29 |
18 |
4 |
34 |
3 |
103 |
65 |
|||
|
P7 |
0.3 |
0.6 |
1 |
5.9 |
30 |
16 |
3 |
25 |
<1 |
115 |
58 |
|||
|
Ave.Garau |
0.4 |
1.1 |
0.7 |
6.2 |
33 |
27.1 |
3.1 |
28.5 |
2.7 |
92 |
52.4 |
|||
|
TE |
0.07 |
13 |
0.3 |
19 |
90 |
45 |
2.6 |
68 |
20 |
130 |
95 |
|||
|
GAS |
0.07 |
6 |
0.35 |
8 |
70 |
30 |
1.2 |
50 |
35 |
90 |
90 |
|||
جدول3 - نتایج شاخصهای آلایندگی رسوبات در سازندهای سرگلو و گرو
Table 3- The results of sediment Contamination indices in Sargelu and Garau formations
|
|
CF |
PLI |
||||||||||||
|
Section |
Formation |
Sample |
Ag |
As |
Cd |
Co |
Cr |
Cu |
Mo |
Ni |
Pb |
V |
Zn |
|
|
Gashun |
Sargelu |
G1 |
5.7 |
0.007 |
0.6 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
1.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.4 |
0.3 |
|
G2 |
4.2 |
0.007 |
1 |
0.2 |
0.2 |
0.3 |
1.1 |
0.2 |
0.05 |
0.3 |
0.1 |
0.33 |
||
|
G3 |
8.5 |
0.007 |
0.3 |
0.2 |
0.2 |
0.1 |
1.1 |
0.1 |
0.06 |
0.2 |
0.02 |
0.24 |
||
|
G4 |
4.2 |
0.007 |
0.6 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
1.1 |
0.1 |
0.07 |
0.2 |
0.02 |
0.25 |
||
|
G5 |
5.7 |
0.007 |
0.3 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
1.1 |
0.1 |
0.06 |
0.2 |
0.04 |
0.25 |
||
|
Pirbadush |
P1 |
8.5 |
0.2 |
9.3 |
0.5 |
0.7 |
0.8 |
3.8 |
1.2 |
0.1 |
1.8 |
1.4 |
1.35 |
|
|
P2 |
1.4 |
0.4 |
10 |
0.5 |
0.5 |
1.1 |
8 |
1.5 |
0.4 |
3.1 |
1.07 |
1.56 |
||
|
P3 |
5.7 |
0.2 |
8 |
0.3 |
0.3 |
0.7 |
3.4 |
0.6 |
0.08 |
1.3 |
0.9 |
1.03 |
||
|
Ave.Sargelu |
5.4 |
0.07 |
2.9 |
0.2 |
0.31 |
0.4 |
2.5 |
0.4 |
0.115 |
0.9 |
0.4 |
0.66 |
||
|
Section |
Formation |
Sample |
Ag |
As |
Cd |
Co |
Cr |
Cu |
Mo |
Ni |
Pb |
V |
Zn |
|
|
Gashun |
Garau |
G6 |
5.7 |
0.007 |
1.6 |
0.2 |
0.2 |
0.3 |
1.1 |
0.3 |
0.1 |
0.5 |
0.2 |
0.38 |
|
G7 |
1.4 |
0.18 |
1 |
0.5 |
0.7 |
0.4 |
0.7 |
0.5 |
0.2 |
0.5 |
0.2 |
0.46 |
||
|
G8 |
5.7 |
0.007 |
0.6 |
0.3 |
0.4 |
0.4 |
0.7 |
0.4 |
0.05 |
0.3 |
0.1 |
0.33 |
||
|
Pirbadush |
P4 |
4.2 |
0.007 |
4 |
0.2 |
0.2 |
0.9 |
1.5 |
0.4 |
0.1 |
1.01 |
1.02 |
0.59 |
|
|
P5 |
4.2 |
0.007 |
4.3 |
0.2 |
0.2 |
1.3 |
1.5 |
0.2 |
0.2 |
0.8 |
0.9 |
0.56 |
||
|
P6 |
20 |
0.007 |
3.3 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
1.5 |
0.5 |
0.1 |
0.7 |
0.6 |
0.62 |
||
|
P7 |
4.2 |
0.04 |
3.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
1.1 |
0.3 |
0.07 |
0.8 |
0.6 |
0.7 |
||
|
Ave.Garau |
6.4 |
0.03 |
2.5 |
0.27 |
0.32 |
0.5 |
1.1 |
0.3 |
0.117 |
0.6 |
0.5 |
0.52 |
||
بررسی همبستگی ضریب پیرسون بین عناصر سنگین در رسوبات سازند سرگلو در جدول 4 ، نشاندهندۀ رابطۀ مثبت با سطح معنیداری بالا بین آنهاست که حاکی از منشأ مشترک و یا رفتار ژئوشیمیایی مشابه این عناصر است. فلز Ag تنها عنصری است که با کلیۀ عناصر و شاخص TOC رابطۀ منفی دارد و فاقد معنیداری خاصی در همبستگی است که حاکی از منشأ متفاوت این عنصر است. مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی نیز با عناصر Zn، V، Ni، Cu و Cd رسوبات رابطۀ مثبت در سطح معنیداری متوسط دارد. مطابق Error! Reference source not found.، تحلیل مؤلفۀ اصلی بر عناصر سنگین رسوبات سازند سرگلو و مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی که 87% از واریانس کل را شامل میشود، به شناسایی 2فاکتور منجر شد که در شکل6 مشخص شده است. در فاکتور اول با 78% واریانس، مقدار میانگین کل کربن آلی شیلها رابطۀ مستقیم با عناصر Ni، Cr، Co، Cd، Pb، Mo، V، Cu و Zn دارد. فاکتور دوم با 2/9% واریانس، فقط Ag را شامل میشود.
منشأ نقره، به جانشینی نقره بهجای پتاسیم کانی ایلیت موجود در شیلهای نفتی مرتبط و بهوسیلۀ فرایند اکسیداسیون-احیا کنترل میشود (Norris et al. 2017). کادمیوم بهسهولت جذب مواد آلی سنگهای منشأ میشود (Xu et al. 2022). در صورت وجود مواد آلی در یک منطقه، کبالت ترکیب پیچیدۀ محلول را تشکیل میدهد (Brookins 1988). کروم انحلالپذیری اندکی در محیط دارد و تحت شرایط قلیایی، بهراحتی جذب کانیهای رسی و یا مواد آلی رسوبات میشود (Bradl 2005). مس وابستگی شدیدی به مواد آلی دارد و با آنها ترکیب پیچیده تشکیل میدهد (Kossoff et al. 2011). غلظت عناصر مولیبدن و وانادیوم در رسوبات، با گسترش شیلهای نفتی حاوی مواد آلی در منطقه مرتبط است؛ زیرا این عناصر ردیابهای ژئوشیمیایی برای شیلهای نفتی در نظر گرفته میشوند (Vind and Tamm 2021). نیکل توانایی اتصال به مواد آلی را دارد (Rajapaksha et al. 2012)، سرب با مواد آلی یا هیدروکسیدهای آهن و منگنز و کانیهای رسی موجود در رسوبات جذب میشود (Chen et al. 2019)، روی ترکیب پیچیدۀ محلـولی را با مواد آلــی تشــکیــل میدهــد (Kossoff et al. 2011) و درنتیجه عامل اصلی تغییرات غلظت این عناصر در رسوبات، رابطۀ مستقیمی با میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی دارد.
همبستگی عناصر در نمونههای آب با مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی در جدول 6 ، نشان میدهد که ارتباط مثبت در سطح معنیداری بالای بین عناصر Mo، V و Ni و همچنین مقدار مادۀ آلی وجود دارد و عناصر Ni با V رابطۀ مثبت و معنیدار بالایی با یکدیگر دارند. مطابق جدول 7، تحلیل مؤلفۀ اصلی بر نمونههای آب گذرا از سازند سرگلو و مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی که 85% از واریانس کل را شامل میشوند، به شناسایی 2 فاکتور منجر شد که در شکل6 مشخص شده است. فاکتور اول با 42/61% از واریانس کل، شامل عناصر Ni، Mo، V و مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی است. فاکتور دوم با 7/23% با عناصر Cu و Zn مرتبط است.
در شرایط غنی از مواد آلی و محیط احیایی، احتمال حضور مولیبدن وجود دارد (Gulbay 2007). غلظت عناصر مولیبدن و وانادیوم در آب یک منطقه، با واکنشهای اکسیداسیون-احیا در رسوبات حاوی مواد آلی و انتقال آنها به آب مرتبط است (Tessin et al. 2019). در مجاورت مناطق حاوی مواد هیدروکربوری، احتمال افزایش غلظت برخی فلزات مانند نیکل و وانادیوم وجود دارد (Zahedi Dehuii et al. 2019). عنصر روی در گسترۀ 9-5/5 pH= بهصورت انحلالپذیر در آب میماند، حتی از سطح رسوبات واجذب و مجدداً وارد محیط میشود (Shikazono et al. 2008). جذب مس در محیط با pH و دما مرتبط است (Wang and Zhang 2010).
درنتیجه عوامل اصلی آلایندگی رسوبات سازند سرگلو، میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه و پتانسیل اکسیداسیدن-احیایند و عوامل اصلی آلایندگی آب در مسیر این سازند، میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه و pHمحیطیاند.
جدول 4 -ضریب همبستگی پیرسون بین کل کربن آلی با عناصر آلایندۀ رسوبات در سازند سرگلو
Table 4- Pearson's correlation coefficient between Total Organic Carbon and pollutant elements of sediments in Sarglu Formation
|
|
Ag |
Cd |
Co |
Cr |
Cu |
Mo |
Ni |
Pb |
V |
Zn |
TOC |
|
Ag |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cd |
-0.289 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Co |
-0.231 |
.939** |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cr |
-0.211 |
.893** |
.953** |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cu |
-0.216 |
.959** |
.944** |
.827* |
|
|
|
|
|
|
|
|
Mo |
-0.335 |
.880** |
.896** |
.732* |
.966** |
1 |
|
|
|
|
|
|
Ni |
-0.246 |
.955** |
.993** |
.919** |
.974** |
.938** |
1 |
|
|
|
|
|
Pb |
-0.324 |
0.564 |
0.663 |
0.459 |
.744* |
.861** |
.711* |
1 |
|
|
|
|
V |
-0.299 |
.940** |
.953** |
.829* |
.990** |
.986** |
.981** |
.787* |
1 |
|
|
|
Zn |
-0.247 |
.946** |
.891** |
.921** |
.865** |
.745* |
.887** |
0.472 |
.832* |
1 |
|
|
TOC |
-0.219 |
.808* |
0.671 |
0.645 |
.760* |
0.687 |
.712* |
0.488 |
.723* |
.832* |
1 |
جدول 5 - همبستگی فاکتورهای مولفۀ اصلی در رسوبات سازند سرگلو
Table 5 - Correlation of the main component factors in Sargelu Formation sediments
|
|
Component |
|
|
|
1 |
2 |
|
Ag |
-0.316 |
0.807 |
|
Cd |
0.971 |
0.112 |
|
Co |
0.97 |
0.1 |
|
Cr |
0.893 |
0.235 |
|
Cu |
0.981 |
0.036 |
|
Mo |
0.947 |
-0.187 |
|
Ni |
0.988 |
0.057 |
|
Pb |
0.731 |
-0.422 |
|
V |
0.983 |
-0.064 |
|
Zn |
0.915 |
0.218 |
|
TOC |
0.793 |
0.122 |
|
% of Variance |
78.035 |
9.214 |
|
Cumulative % |
78.035 |
87.249 |
جدول 6 - ضریب همبستگی پیرسون بین کل کربن آلی با عناصر آلایندۀ آب در سازند سرگلو
Table 6- Pearson's correlation coefficient between Total Organic Carbon and pollutant elements of water in Sarglu Formation
|
Cu |
Mo |
Ni |
V |
Zn |
TOC |
|
|
Cu |
1 |
|||||
|
Mo |
-0.523 |
1 |
||||
|
Ni |
-0.593 |
.962** |
1 |
|||
|
V |
-0.518 |
.968** |
.918** |
1 |
||
|
Zn |
0.49 |
-0.025 |
-0.177 |
-0.068 |
1 |
|
|
TOC |
-0.224 |
0.594 |
0.436 |
0.689 |
0.219 |
1 |
جدول 7 - همبستگی فاکتورهای مولفۀ اصلی در آب سازند سرگلو
Table 7 - Correlation of the main component factors in Sargelu Formation water
|
Component |
||
|
1 |
2 |
|
|
Cu |
-0.669 |
0.557 |
|
Mo |
0.967 |
0.125 |
|
Ni |
0.945 |
-0.065 |
|
V |
0.974 |
0.135 |
|
Zn |
-0.164 |
0.906 |
|
TOC |
0.659 |
0.503 |
|
% of Variance |
61.429 |
23.701 |
|
Cumulative % |
61.429 |
85.13 |
شکل 6- نمودار فاکتورهای مولفۀ اصلی در رسوبات (A) و آب آبراهههای (B) سازند سرگلو
Fig 6 - Diagram of main component factors in sediments (A) and Streams water (B) of Sargelu formation
بررسی ژئوشیمی آلی و ژئوشیمی زیستمحیطی سازند گرو
نتایج آنالیز پیرولیز راک-اِوَل در جدول 1 ، حاکی از آن است که میانگین میزان کل کربن آلی نمونههای سازند گرو (5/14) بیشتر از سازند سرگلو (3/13) است و بیشتر شاخصهای هیدروکربنزایی (بهجزء شاخصهای S1، S2/S3، PI و Tmax) در سازند گرو، بیشتر از سازند سرگلو است.
همانطور که از جدول 8 مشخص است، همبستگی بین عناصر در رسوبات سازند گرو، روند متفاوتتری را نسبتبه سازند سرگلو نشان میدهد. در این سازند عناصر V با Zn، Mo با Zn، Co با Cr و Cd با Mo رابطۀ مثبت و معنیدار در سطح بالایی دارند که گویای وجود منشأ مشترک این عناصر است، ولی مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی، تنها با عنصر Pb رابطۀ مثبت در سطح معنیداری متوسط دارد. شکل7 نشان میدهد در رسوبات سازند گرو، آزمون تحلیل مؤلفۀ اصلی که 7/97% از واریانس کل را شامل میشوند، به شناسایی 4 فاکتور منجر شد. طبق Error! Not a valid bookmark self-reference.، فاکتور اول با 52% از کل واریانس با عناصر Cd، Mo، V و Zn رابطۀ مستقیم دارد. فاکتور دوم با 7/20% واریانس شامل مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی اطراف نمونههای رسوبی و عناصر Pb و Cu است. فاکتور سوم با 42/13% واریانس تنها عنصر Ag را شامل میشود و فاکتور چهارم با 86/10% واریانس با فلزات Co، Cr و Ni رابطۀ مستقیم دارد.
کانیهای گالن و اسفالریت موجود در شیلها، سبب تغلیظ نقره در رسوبات میشوند (Norris et al. 2017). مس وابستگی شدیدی به مواد آلی دارد و با آنها ترکیب پیچیده تشکیل میدهد (Kossoff et al. 2011). سرب بهوسیلۀ مواد آلی یا هیدروکسیدهای آهن و منگنز و کانیهای رسی موجود در رسوبات جذب میشود (Chen et al. 2019). در مناطق با سنگ بستر شیلی، احتمال حضور کبالت وجود دارد (de Vos et al. 2005) و کروم در شبکههای کانیهای رسی حضور دارد (Yuan et al. 2004)؛ زیرا در کانیهای سیلیکاتی، بهخصوص رسها، کروم جایگزین آهن و آلومینیوم میشود (Chen et al. 2005). رسوبات تخریبی دانهریز غنی از مواد آلی، توانایی جذب نیکل را دارند (Porter et al. 2014). میانلایههای آهکی (کربنات کلسیم)، عاملی برای جانشینی کادمیوم (Cd) و ایجاد کربنات کادمیوماند (Duan et al. 2020). تغییرات میزان فلز روی در رسوبات، به حضور این عنصر در ساختارهای بلوری کانیها (اولیه و ثانویه) مرتبط است؛ مثلاً با افزایش کربنات، بهدلیل شباهت شعاع یونی این عنصر با کلسیم، به میزان این عنصر افزوده میشود (Kataba-Pendias 2011). وانادیوم ممکن است در رسوبات غنی از مواد آلی، تحت فرایندهای واکنشـی متمرکز شـود. عناصر فرعی و کمیاب مانند وانادیوم در زمانی که مواد آلی در حوضۀ با میزان کاهشی اکسیژن قرار گیرند، بهصورت متمرکز تجمع مییابند که این امر سبب غنیشدگی عنصر میشود (Huang et al. 2015). تغییر غلظت عناصر مولیبدن و وانادیوم با واکنشهای اکسیداسیون-احیا در رسوبات مرتبط است (Tessin et al. 2019). وجود وانادیم و مولیبدن در رسوبات، حاکی از شرایط نیمهاحیایی بستر دریاست (Damiri 2011).
جدول 8 - ضریب همبستگی پیرسون بین کل کربن آلی با عناصر آلایندۀ رسوبات در سازند گرو
Table 8- Pearson's correlation coefficient between Total Organic Carbon and pollutant elements of sediments in Garau Formation
|
|
Ag |
Cd |
Co |
Cr |
Cu |
Mo |
Ni |
Pb |
V |
Zn |
TOC |
|
Ag |
1 |
||||||||||
|
Cd |
0.215 |
1 |
|||||||||
|
Co |
-0.383 |
-0.579 |
1 |
||||||||
|
Cr |
-0.28 |
-0.722 |
.958** |
1 |
|||||||
|
Cu |
-0.244 |
0.664 |
-0.275 |
-0.406 |
1 |
||||||
|
Mo |
0.452 |
.922** |
-0.672 |
-.798* |
0.576 |
1 |
|||||
|
Ni |
0.344 |
-0.598 |
0.6 |
0.706 |
-0.603 |
-0.465 |
1 |
||||
|
Pb |
0.005 |
-0.178 |
0.418 |
0.43 |
0.41 |
-0.119 |
0.225 |
1 |
|||
|
V |
0.125 |
.959** |
-0.433 |
-0.595 |
0.573 |
.835* |
-0.474 |
-0.292 |
1 |
||
|
Zn |
0.139 |
.964** |
-0.467 |
-0.615 |
.761* |
.881** |
-0.49 |
-0.052 |
.954** |
1 |
|
|
TOC |
-0.023 |
-0.215 |
0.027 |
0.111 |
0.46 |
-0.09 |
0.044 |
.828* |
-0.379 |
-0.086 |
1 |
جدول 9 - همبستگی فاکتورهای مولفۀ اصلی در رسوبات سازند گرو
Table 9 - Correlation of the main component factors in Garau Formation sediments
|
|
Component |
|||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Ag |
0.209 |
-0.248 |
0.935 |
0.044 |
|
Cd |
0.964 |
0.049 |
0.002 |
0.241 |
|
Co |
-0.754 |
0.22 |
-0.216 |
0.564 |
|
Cr |
-0.874 |
0.184 |
-0.087 |
0.431 |
|
Cu |
0.65 |
0.727 |
-0.206 |
0.033 |
|
Mo |
0.932 |
0.04 |
0.287 |
0.111 |
|
Ni |
-0.694 |
-0.11 |
0.512 |
0.413 |
|
Pb |
-0.272 |
0.899 |
0.275 |
0.103 |
|
V |
0.892 |
-0.063 |
-0.1 |
0.429 |
|
Zn |
0.912 |
0.203 |
-0.005 |
0.337 |
|
TOC |
-0.164 |
0.859 |
0.275 |
-0.373 |
|
% of Variance |
52.793 |
20.708 |
13.421 |
10.868 |
|
Cumulative % |
52.793 |
73.501 |
86.922 |
97.789 |
مطابق جدول 10، میزان عناصر سنگین آب (بهجز Hg، Cu، Zn) در آب گذرا از سازند گرو، بیشتر از سازند سرگلو است و طبق جدول 11 و شکل9 ، میانگین درجۀ آلودگی آب در سازند گرو (92/0) بیشتر از سرگلو (72/0) است و بیشترین آلایندگی آب منطقه، مربوط به ایستگاههای G7و P7 و سپس P3 است.
جدول 10- نتایج آنالیز ICP.ms آب آبراهههای مسیر سازندهای سرگلو و گرو در برشهای گشون و پیربادوش
Table 10 - The results of ICP.ms analysis of waters of Sargelu and Garau formations of Gashun and Pirbadush sections
|
Section |
Formation |
Sample |
As (µg/l) |
Co (µg/l) |
Cu (mg/l) |
Fe (mg/l) |
Hg (µg/l) |
Mn (mg/l) |
Mo (µg/l) |
Ni (µg/l) |
Pb (µg/l) |
V (µg/l) |
Zn (mg/l) |
|
Gashun |
Sargelu |
G1 |
<1 |
<1 |
2.93 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
0.9 |
9.29 |
<1 |
0.7 |
9.49 |
|
G2 |
<1 |
<1 |
2.02 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
1.36 |
12.41 |
<1 |
0.5 |
4.66 |
||
|
G3 |
<1 |
<1 |
3.11 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
1.76 |
11.67 |
<1 |
0.9 |
4.35 |
||
|
G4 |
<1 |
<1 |
1.96 |
<0.01 |
1 |
<0.01 |
2.67 |
12.72 |
<1 |
0.3 |
4.96 |
||
|
G5 |
<1 |
<1 |
2.05 |
<0.01 |
1.5 |
<0.01 |
4.03 |
17.59 |
<1 |
1.24 |
5.48 |
||
|
Pirbadush |
P1 |
<1 |
<1 |
1.39 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
2.63 |
12.58 |
<1 |
1.07 |
5.22 |
|
|
P2 |
<1 |
<1 |
2.34 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
10.27 |
20.51 |
<1 |
4.87 |
8.78 |
||
|
P3 |
<1 |
<1 |
1 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
12.62 |
24.9 |
1.27 |
8.15 |
3.85 |
||
|
Ave.Sargelu |
<1 |
<1 |
2.1 |
<0.01 |
1.06 |
<0.01 |
4.5 |
15.2 |
1.02 |
2.2 |
5.8 |
||
|
Section |
Formation |
Sample |
As (µg/l) |
Co (µg/l) |
Cu (mg/l) |
Fe (mg/l) |
Hg (µg/l) |
Mn (mg/l) |
Mo (µg/l) |
Ni (µg/l) |
Pb (µg/l) |
V (µg/l) |
Zn (mg/l) |
|
Gashun |
Garau |
G6 |
<1 |
<1 |
1.38 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
1.33 |
17.9 |
<1 |
3.01 |
3.89 |
|
G7 |
3.15 |
1.43 |
1.98 |
1.68 |
<1 |
0.35 |
1.4 |
29.97 |
1.84 |
2.25 |
4.58 |
||
|
G8 |
<1 |
<1 |
1.71 |
<0.01 |
<1 |
0.01 |
2.73 |
15.86 |
<1 |
2.89 |
5.07 |
||
|
Pirbadush |
P4 |
<1 |
<1 |
1.36 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
10.43 |
20.85 |
<1 |
8.51 |
3.86 |
|
|
P5 |
<1 |
<1 |
0.8 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
7.71 |
20.28 |
<1 |
6.95 |
2.96 |
||
|
P6 |
<1 |
<1 |
0.9 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
5.68 |
13.23 |
1.51 |
5.7 |
2.22 |
||
|
P7 |
<1 |
<1 |
1.79 |
<0.01 |
<1 |
<0.01 |
5.31 |
19.21 |
2.13 |
5.6 |
15.1 |
||
|
Ave.Garau |
1.2 |
1.05 |
1.4 |
0.2 |
<1 |
0.05 |
4.9 |
19.6 |
1.3 |
4.9 |
5.3 |
||
|
MAC |
10 |
5 |
2 |
0.3 |
6 |
0.4 |
70 |
70 |
10 |
100 |
3 |
||
|
Si |
10 |
10 |
2 |
0.2 |
1 |
0.5 |
70 |
20 |
10 |
70 |
0.5 |
||
|
IRISI-1053 |
10 |
… |
2 |
0.3 |
6 |
0.4 |
70 |
70 |
10 |
100 |
3 |
||
جدول 11 - نتایج شاخصهای آلایندگی آب در سازندهای سرگلو و گرو
Table 11 - The results of water Contamination indices in Sargelu and Garau formations
|
|
Cfi |
CD |
||||||||||||
|
Section |
Formation |
Sample |
As |
Co |
Cu |
Fe |
Hg |
Mn |
Mo |
Ni |
Pb |
V |
Zn |
|
|
Gashun |
Sargelu |
G1 |
0.09 |
0.1 |
0.0014 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.01 |
0.13 |
0.09 |
0.007 |
0.00316 |
0.58 |
|
G2 |
0.09 |
0.1 |
0.001 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.01 |
0.17 |
0.09 |
0.005 |
0.00155 |
0.61 |
||
|
G3 |
0.09 |
0.1 |
0.0015 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.02 |
0.16 |
0.09 |
0.009 |
0.00145 |
0.62 |
||
|
G4 |
0.09 |
0.1 |
0.000098 |
0.000003 |
0.16 |
0.00002 |
0.03 |
0.18 |
0.09 |
0.003 |
0.00165 |
0.65 |
||
|
G5 |
0.09 |
0.1 |
0.001 |
0.000003 |
0.25 |
0.00002 |
0.05 |
0.25 |
0.09 |
0.012 |
0.00182 |
0.84 |
||
|
Pirbadush |
P1 |
0.09 |
0.1 |
0.0006 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.03 |
0.17 |
0.09 |
0.017 |
0.00174 |
0.64 |
|
|
P2 |
0.09 |
0.1 |
0.0011 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.14 |
0.29 |
0.12 |
0.048 |
0.00295 |
0.94 |
||
|
P3 |
0.09 |
0.1 |
0.0005 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.18 |
0.35 |
0.1 |
0.081 |
0.00128 |
1.05 |
||
|
Ave.Sargelu |
0.09 |
0.1 |
0.0009 |
0.000003 |
0.16 |
0.00002 |
0.05 |
0.21 |
0.09 |
0.02 |
0.001 |
0.72 |
||
|
Section |
Formation |
Sample |
Ag |
Co |
Cu |
Fe |
Hg |
Mn |
Mo |
Ni |
Pb |
V |
Zn |
|
|
Gashun |
Garau |
G6 |
0.09 |
0.1 |
0.0006 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.01 |
0.25 |
0.09 |
0.03 |
0.00129 |
0.72 |
|
G7 |
0.3 |
0.2 |
0.0009 |
0.0056 |
0.15 |
0.0008 |
0.02 |
0.42 |
0.18 |
0.022 |
0.00152 |
1.3 |
||
|
G8 |
0.09 |
0.1 |
0.0008 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.03 |
0.22 |
0.09 |
0.028 |
0.00169 |
0.71 |
||
|
Pirbadush |
P4 |
0.09 |
0.1 |
0.0006 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.14 |
0.29 |
0.09 |
0.085 |
0.00128 |
0.94 |
|
|
P5 |
0.09 |
0.1 |
0.0004 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.11 |
0.28 |
0.09 |
0.069 |
0.0098 |
0.89 |
||
|
P6 |
0.09 |
0.1 |
0.0004 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.08 |
0.18 |
0.15 |
0.057 |
0.0074 |
0.81 |
||
|
P7 |
0.09 |
0.1 |
0.0008 |
0.000003 |
0.15 |
0.00002 |
0.07 |
0.27 |
0.56 |
0.056 |
0.005 |
1.3 |
||
|
Ave.Garau |
0.12 |
0.11 |
0.0006 |
0.000802 |
0.15 |
0.000131 |
0.06 |
0.27 |
0.17 |
0.04 |
0.003 |
0.92 |
||
در آب گذرا از سازند گرو، تنها عناصر Vو Mo همبستگی مثبت در سطح معنیداری بالایی دارند که در جدول 12 مشخص است و دیگر عناصر باهم فاقد همبستگی خاصاند و میزان مواد آلی شیلهای نفتی فقط با عنصر Ni مرتبط است. تحلیل مؤلفۀ اصلی بر غلظت عناصر نمونههای آب گذرا از سازند گرو و مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی، به شناسایی 3 فاکتور اصلی در شکل 7 منجر شد که 89% از کل واریانس را شامل میشود. براساس جدول 13، فاکتور اول که 45% از کل واریانس را شامل میشود، همبستگی بالایی با عناصر Cu، Pb و Zn دارد. فاکتور دوم 30% از واریانس را شامل میشود که با عناصر Mo و V همبستگی بالایی دارد. سومین فاکتور که 13% از واریانس کل را شامل میشود با عنصر Ni و مقدار مادۀ آلی شیلهای نفتی همبستگی بالایی دارد. احتمالاً فاکتورهای دوم و سوم در ارتباط مستقیم با ترکیب شیلهای نفتی باشند.
غلظت عناصر مولیبدن و وانادیوم در آب یک منطقه، با واکنشهای اکسیداسیون-احیا در رسوبات حاوی مواد آلی و انتقال آنها به آب مرتبط است (Tessin et al. 2019). عنصر روی در گسترۀ 9-5/5pH= بهصورت انحلالپذیر در آب میماند و حتی از سطح رسوبات واجذب و مجدداً وارد محیط میشود (Shikazono et al. 2008). جذب مس در محیط با pH و دما مرتبط است (Wang and Zhang 2010). در pH ˃7 سرب جذب سطح کانیهای رسی بستر میشود و کربنات سرب را تشکیل میدهد. انحلالپذیری سرب در آبهای طبیعی بسیار پایین است و بهوسیلۀ مواد آلی یا هیدروکسیدهای آهن و منگنز و کانیهای رسی موجود در رسوبات بستر جذب میشود (Armienta 2012) . منشأ نیکل در آب یک منطقه، حاصل دانهریزشدن رسوبات و افزایش مواد آلی موجود در سنگهای بستر و انتقال آن از رسوبات به آب است (Alloway et al. 2005).
بنابراین عوامل اصلی آلایندگی رسوبات سازند گرو، میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه، فرایندهای واکنشی و جانشینی در رسوبات، سنگ بستر شیلی-رسی و کانیهای فرعی موجود در شیلهایند و عوامل اصلی آلایندگی آب گذرا در این سازند، میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه و شرایط محیطی (pH و حرارت آب) و واکنشهای اکسیداسیون-احیایند.
جدول 12 - ضریب همبستگی پیرسون بین کل کربن آلی با عناصر آلایندۀ آب در سازند گرو
Table 12 - Pearson's correlation coefficient between Total Organic Carbon and pollutant elements of water in Garau Formation
|
Cu |
Mo |
Ni |
V |
Zn |
TOC |
|
|
Cu |
1 |
|||||
|
Mo |
-0.523 |
1 |
||||
|
Ni |
-0.593 |
.962** |
1 |
|||
|
V |
-0.518 |
.968** |
.918** |
1 |
||
|
Zn |
0.49 |
-0.025 |
-0.177 |
-0.068 |
1 |
|
|
TOC |
-0.224 |
0.594 |
0.436 |
0.689 |
0.219 |
1 |
جدول 13 - همبستگی فاکتورهای مولفۀ اصلی در آب سازند گرو
Table 13- Correlation of the main component factors in Garau Formation water
|
Component |
|||
|
1 |
2 |
3 |
|
|
Cu |
0.873 |
-0.158 |
0.171 |
|
Mo |
-0.607 |
0.709 |
0.318 |
|
Ni |
0.465 |
-0.189 |
0.85 |
|
Pb |
0.793 |
0.382 |
0.031 |
|
V |
-0.592 |
0.768 |
0.242 |
|
Zn |
0.705 |
0.575 |
-0.178 |
|
TOC |
-0.569 |
-0.708 |
0.188 |
|
% of Variance |
44.933 |
30.427 |
13.996 |
|
Cumulative % |
44.933 |
75.36 |
89.357 |
شکل 7 -نمودار فاکتورهای مولفۀ اصلی در رسوبات (A) و آب آبراهههای (B) سازند گرو
Fig 7 - Diagram of main component factors in sediments (A) and Stream water (B) of Garau formation
شکل 8 - نمودار شاخص های آلایندگی رسوبات منطقه
Fig 8 - Chart of pollution indicators in sediments of the region
شکل9 - نمودار شاخص آلایندگی آب منطقه
Fig 9 - Chart of pollution indicator in water of the region
نمودار شکل 10، حاکی از آن است که در سازند گرو، میانگین کل کربن آلی شیلهای نفتی و شاخص درجۀ آلودگی آب بیشتر است، در حالی که در رسوبات سازند سرگلو، میزان شاخص بار آلودگی رسوبات بیشتر است، ولی با مقایسۀ بین برشها، در پیربادوش میزان میانگین کل کربن آلی شیلهای نفتی و درجۀ آلودگی آب و شاخص بار آلودگی رسوبات بیشتر از برش گشون است که به گسترش بیشتر شیلهای نفتی هیدرکربوردار و رخنمون بیشتر سازندهای گرو و سرگلو در برش پیربادوش مرتبط است.
شکل 10- نمودار ارتباط تغییرات TOC با شاخصهای آلایندگی رسوبات و آب آبراههها
Fig 10 - Diagram of the relationship between TOC changes and pollution indices of sediments and water in Streams
نتیجه
با تعیین Tmax در آنالیز پیرولیز راک-اِوَل نمونههای شیلهای نفتی، مشخص شد که نمونههای سازند سرگلو، بلوغ بهتری نسبتبه نمونههای سازند گرو دارند. با آنالیز عنصری رسوبات مشخص شد که تنوع عناصر سنگین و میانگین عامل آلودگی در رسوبات سازند سرگلو، بیشتر از سازند گرو است. با ارزیابی شاخصهای آلایندگی و محاسبات آماری مشخص شد که عوامل اصلی آلایندگی رسوبات سازند سرگلو، میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه و پتانسیل اکسیداسیدن-احیایند و عوامل اصلی آلایندگی آب در مسیر این سازند میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه و pHمحیطیاند.
نتایج آنالیز پیرولیز راک-اِوَل حاکی از آن است که میانگین میزان کل کربن آلی نمونههای سازند گرو، بیشتر از سازند سرگلو است و بیشتر شاخصهای هیدروکربنزایی (بهجز شاخصهای S1، S2/S3، PI و Tmax) در سازند گرو، بیشتر از سازند سرگلو است. با آنالیز عنصری در آب مشخص شد که میزان و تنوع عناصر سنگین در آب گذرا از سازند گرو، بیشتر از سازند سرگلو است و میانگین درجۀ آلودگی آب در سازند گرو، بیشتر از سرگلو است. با ارزیابی شاخصهای آلایندگی و محاسبات آماری مشخص شد که عوامل اصلی آلایندگی رسوبات سازند گرو، میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه، فرایندهای واکنشی و جانشینی در رسوبات، سنگ بستر شیلی-رسی و کانیهای فرعی موجود در شیلهایند و عوامل اصلی آلایندگی آب گذرا در این سازند، میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه و pHمحیطی و واکنشهای اکسیداسیون-احیایند.
میزان بیشتر میانگین کل کربن آلی شیلهای نفتی و درجۀ آلودگی آب و شاخص بار آلودگی رسوبات در برش پیربادوش، به گسترش بیشتر شیلهای نفتی هیدرکربوردار و رخنمون بیشتر سازندهای گرو و سرگلو در برش پیربادوش مرتبط است.
شاخص بار آلودگی در رسوبات سرگلو (66/0) بیشتر از گرو (52/0)است. ایستگاه P2 بالاترین شاخص بار آلودگی (56/1) را دارد و ایستگاههای P1 و P3 در ردههای بعدی و در بستر سازند سرگلو قرار دارند، ضمن آنکه نمونههای شیل نفتی (6 و 7و 8) اطراف این ایستگاهها نیز، نسبتبه نمونههای دیگر شیلهای نفتی، میزان میانگین کل کربن آلی بیشتری دارند (2/20 و 4/22 و 93/23) و با توجه به ضریب همبستگی، بیشتر عناصر سنگین رسوبات با میزان کل مواد آلی شیلها در سازند سرگلو، با وجود میانگین میزان کل مواد آلی بیشتر شیلها در سازند گرو (5/14) نسبتبه سازند سرگلو (3/13)، آلایندگی رسوبات با گسترش بیشتر شیلهای نفتی هیدروکربوردار و شرایط احیاییتر مرتبط است.
میانگین درجۀ آلودگی آب در سازند گرو (92/0) بیشتر از سرگلو (72/0) است و بیشترین آلایندگی آب منطقه، مربوط به ایستگاههای G7 و P7 و سپس P3 است. ایستگاههای G7و P7 در بستر سازند گرو و ایستگاه P3 در بستر سازند سرگلو قرار دارد. تغییرات این شاخص با میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی منطقه و شرایط محیطی (pH و حرارت) مرتبط است.
درنتیجه آلایندگی محیطی زمینزاد در رسوبات و آب این منطقه که دور از هرگونه فعالیت انسانی است، به غیر از میزان مواد آلی موجود در شیلهای نفتی، به عوامل دیگری مانند پتانسیل اکسیداسیون-احیا، فرایندهای واکنشی و جانشینی، پراکندگی سنگ بستر شیلی- رسی، بافت رسوبات و شرایط محیطی بستگی دارد و بیشترین تأثیر مواد آلی شیلهای نفتی، در تغییر میزان عناصر Mo، V، Cd رسوبات رودخانهای و Mo، V، Ni در آب منطقه، رؤیت شد.
در خاتمه باید متذکر شد که مدیریت آثار زیستمحیطی حاصل از بهرهبرداری شیلهای نامتعارف حاوی عناصری مانند مولیبدن و وانادیوم، علاوه بر دانش هیدرولوژیکی و اکولوژیکی، به یک چهارچوب مدیریتی قوی نیز نیازمند است؛ زیرا مزایای این فناوری عمدتاً منطقهای است، در حالی که آثار نامطلوب بیشتر محلیاند؛ از این رو برای مدیریت خطرات احتمالی ایجادشده، باید چند راهکار مدیریتی را در نظر گرفت که ازجملة آنها به موارد زیر اشاره میشود.
برنامهریزی منطقهای در راستای کاربری زمین و بررسی خطرات زیستمحیطی، سیستم نظارتی کارآمد بر مبنای تدوین شیوة علمی مناسب همراه با بازرسی و اجرای دقیق، آزمایش و طراحی مناسب تجهیزات و مدیریت ایمنی تجهیزات کاربردی در توسعة منابع شیلهای نامتعارف و جمعآوری دادههای زیستمحیطی شفاف و در دسترس برای عموم.
این راهکارها باید بهوسیلۀ برنامههای پایش زیستمحیطی پشتیبانی شوند تا اطلاعات علمی مطمئنی برای توسعه و اجرای مقررات ارائه شود.
تشکر و سپاسگزاری
از مدیر و معاونت محترم علوم زمین و ادارۀ زمینشناسی و پژوهش و فناوری مدیریت اکتشاف شرکت ملی نفت ایران و همچنین پژوهشکدۀ محیطزیست و بیوتکنولوژی پژوهشگاه صنعت نفت که ما را در انجام این پژوهش حمایت کردند، تشکر و قدردانی میشود.
[1] Conventional Sources
[2] Unconventional Sources
[3] Oil Shles
[4] Qalikuh
[5] Euxinic
[6] Aerobic
[7] Zagros Fold-Thrust Bed
[8] American Petroleum Institute (API)
[9] Total Organic Carbon (TOC)
[10] Contamination Factor (CF)
[11] Ecological risk (Ei)
[12] Ecological Risk potential (RI)
[13] Plain Khuzestan
[14] Folded Belt of Zagros
[15] High Zagros
[16] Crush Zone
[17] Gashun (G)
[18] Pirbadush (P)
[19] Qolyan River
[20] International Organization for Standardization (ISO)
[21] Pyrolysis Rock-Eval analysis
[22] Total Organic Carbon (TOC)
[23] Inductively Coupled Plasma mass spectrometry (ICP.ms)
[24] Contamination
[25] Global Average Shale (GAS)
[26] Toxicity of Elements (TE)
[27] Contamination Factor (CF)
[28] Pollution Load Index (PLI)
[29] World Health Organization (WHO)
[30] Institute of Standards and Industrial Research of Iran (IRISI)
[31] Contamination Degree (CD)
[32] Maximum Acceptable Concentration (MAC)
[33] Standard Element (Si)
[34] Pearson Coefficient
[35] Principal Components Analysis (PCA)
[36] Maturity
[37] real Hydrocarbon (S1)
[38] potential Hydrocarbon (S2)
[39] amount of oxygen in Hydrocarbon (S3)
[43] Temperature at which S2 reaches a maximum (Tmax)
)