زمین¬ریخت‌شناسی کارست در توده سنگ¬های کربناته در گستره آبگرم، جنوب استان قزوین
الموضوعات :پرویز آرمانی 1 , مهری کریمی 2 , مهدی تاج آبادی 3
1 - دانشگاه بین¬المللی امام خمینی، قزوین
2 - دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شمال
3 - شرکت آب منطقه¬ای قزوین
الکلمات المفتاحية:
ملخص المقالة :
شناخت پدیده های زمین ریخت شناسی کارست که در اثر انحلال ایجاد شده اند، می تواند کمک شایانی به شناخت و گسترش کارست کند. از این رو، همواره زمین ریخت شناسی نخستین مرحله در بررسی فرایند کارستزایی است. گستره آبگرم در پهنه ساختاری ایران مرکزی قراردارد و دربرگیرنده سازندهای دوران های دیرینه زیستی، میانه زیستی، و نوزیستی است. مهمترین سازندهای کربناته آبگرم سازندهای سلطانیه، روته، الیکا، لار و قم هستند. در این پژوهش، پس از بررسی های میدانی و نمونه برداری از واحدهای سنگی کربناته و مقایسه آن ها از دید گسترش زمیندیس های کارستی، توان کارست زایی آن ها بررسی شد. نمونه برداری از چشمه های کارستی در دو دوره خشک و تر، همچنین اندازه گیری EC، pH و دما روی زمین صورت پذیرفت. بررسی های سنجش از دور به وسیله نرم افزار ILWIS بر روی تصاویر ماهوارهای لندست برای جداسازی، محاسبه مساحت سازندهای کربناته انجام گرفت. برای بررسی و تفسیر یافته های واکاوی های شیمیایی از نرم افزار AqQa و برای مدلسازی شیمی آب از نرم افزار Phree Qc بهره گیری شد. مهم ترین زمیندیس های کارستی در پهنه شامل انواع کارن، غارک، غار و چشمه کارستی هستند. برپایه تلفیق بررسی-های میدانی و داده های سنجش از دور، شدت کارستی شدن در پهنه آبگرم به ترتیب از زیاد به کم شامل: سازندهای قم، سلطانیه، لار و کرتاسه می-باشد. برپایه گسترش کارست، کارست آبگرم، بخشی و کم ژرف؛ و برپایه چرخه کارست، نوجوان تا جوان است.
زمینریختشناسی کارست در توده سنگهای کربناته در گستره آبگرم، جنوب استان قزوین
پرویز آرمانی1و*، مهری کریمی2 و مهدی تاجآبادی3
1. دانشیار، گروه زمینشناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بینالمللی امام خمینی، قزوین، ایران
2. کارشناس ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شمال، ایران
3. دکترای آب زیرزمینی، شرکت آب منطقهای قزوین، ایران
چکیده
شناخت پدیدههای زمینریختشناسی کارست که در اثر انحلال ایجاد شدهاند، میتواند کمک شایانی به شناخت و گسترش کارست کند. از این رو، همواره زمینریختشناسی نخستین مرحله در بررسی فرایند کارستزایی است. گستره آبگرم در پهنه ساختاری ایران مرکزی قراردارد و دربرگیرنده سازندهای دورانهای دیرینهزیستی، میانهزیستی، و نوزیستی است. مهمترین سازندهای کربناته آبگرم سازندهای سلطانیه، روته، الیکا، لار و قم هستند. در این پژوهش، پس از بررسیهای میدانی و نمونهبرداری از واحدهای سنگی کربناته و مقایسه آنها از دید گسترش زمیندیسهای کارستی، توان کارستزایی آنها بررسی شد. نمونهبرداری از چشمههای کارستی در دو دوره خشک و تر، همچنین اندازهگیری EC، pH و دما روی زمین صورت پذیرفت. بررسیهای سنجش از دور به وسیله نرم افزار ILWIS بر روی تصاویر ماهوارهای لندست برای جداسازی، محاسبه مساحت سازندهای کربناته انجام گرفت. برای بررسی و تفسیر یافتههای واکاویهای شیمیایی از نرمافزار AqQa و برای مدلسازی شیمیآب از نرمافزار Phree Qc بهرهگیری شد. مهمترین زمیندیسهای کارستی در پهنه شامل انواع کارن، غارک، غار و چشمه کارستی هستند. برپایه تلفیق بررسیهای میدانی و دادههای سنجش از دور، شدت کارستیشدن در پهنه آبگرم به ترتیب از زیاد به کم شامل: سازندهای قم، سلطانیه، لار و کرتاسه میباشد. برپایه گسترش کارست، کارست آبگرم، بخشی و کم ژرف؛ و برپایه چرخه کارست، نوجوان تا جوان است.
واژههای کلیدی: ایران مرکزی، جنوب قزوین، زمیندیسهای، کارستزایی، هیدروشیمی
مقدمه
کارست پدیدهای در پوسته زمین است و نشانههای آن به صورت پدیدههای گوناگون مانند حفرهها و غارها در سطح و زیر زمین دیده میشود. در واژگان فنی به پدیده خوردگی و انحلال توده سنگهای کربناته (سنگآهک و دولومیت) کارست گفته میشود (قبادی، 1388). Ford and Williams (2007) واژه کارست را به دیگر سنگهای رسوبی، مانند سنگهای تبخیری، نیز نسبت میدهند. نواحی کارستی دارای ویژگیها و زمیندیسهای ویژه در سطح و زیر سطح زمین هستند. مسیرهایی که در امتداد آنها آب جریان مییابد باعث ایجاد این زمیندیسها1 شده است. این پدیده بیشتر در اثر گسترش تخلخل ثانویه ایجاد میشوند. Cvijić (1925) مناطق کارستی را به سه منطقه تقسیم کرد و شامل کارست فراگیر2، کارست بخشی3 و کارست میانه4 میشود. کارست فراگیر هم در سطح زمین و هم در زیر زمین به خوبی گسترش یافته است، اما در کارست بخشی زمیندیسهای کارستی به صورت فراگیر گسترش نیافته و بیشتر در سنگآهکهای نازکلایه و ناخالص مانند گِلسنگ آهکی، دولومیت و بنتونیت دیده میشوند. کارست میانه را به دلیل درجه کارستیشدن، میان کارست فراگیر و کارست بخشی قرار میدهند، اما بیشتر همانند کارستهای فراگیر هستند. این نوع کارست بیشتر در سنگآهکها یافت میشوند و توسط رسوبات ناتراوا و انحلالپذیری کم از هم جدا شدهاند. در ردهبندی مهندسی، کارست به نوجوان، جوان، رسیده، پیچیده و گسترده دستهبندی میشود (Waltham and Fookes, 2003). نشانهها و عوارض کارستی همواره به صورت کارست بیرونی و درونی ردهبندی میشوند. سیمای کارست بیرونی بر روی نقشههای زمینریختشناسی دیده میشود اما سیمای کارست درونی از بالاترین بخشهای سنگهای کارستی آغاز و به سوی ژرفا گسترش مییابند، در نتیجه به آسانی آشکار نمیشوند. کارستزایی در زمانهای پیش از کواترنر (کارست دیرینه5) کمیاب و آن هم بیشتر وابسته به بوکسیتهای کارستی است. بنابراین، فرایند کارستزایی، مانند آن چیزی که امروزه میبینیم، تنها در کواترنر، بهویژه در طی 4300 سال در دوران پساسیلاب6 رُخ داده است (Silvestra, 2000).
سنگهای کربناتی از منابع مهم مخازن آب زیرزمینی به شمار میروند. ویژگی شيميايي آب زيرزميني يک گستره متأثر از ترکيب سنگها، توپوگرافي، کيفيت آب تغذيهکننده و شرايط اقليمي آن است (Anderson el al., 1988). کيفيت آب زيرزميني يکي از ویژگیهای شیمی آب ميباشد که درباره توصيف شيميايي آب، توزيع مکاني انواع سازندههاي شيميايي و قابليت مصرف آب براي اهداف گوناگون آشامیدن، کشاورزي و صنعت گفتگو مينمايد (Alley, 1993). اگر زير زمين را به عنوان يک سامانه در نظر گرفت، کيفيت آب خروجي از اين سامانه تابع کيفيت آب ورودي، ویژگیهای فيزيکي و شيميايي سامانه، زمان گذر يا ایست آب در سامانه، واکنشهاي شيميايي میان سامانه و آب در طول مسير حرکت و ورود و اختلاط ساير آبها به سامانه است (شاهسوندی، 1387). رنگزن و همکاران (1396) آسیبپذیری و آلودگی آبخوان کارستی را با بهرهگیری از روش COP مورد بررسی قرار دادند. باقری و همکاران (1398) اثر بارش و لیتولوژی در ویژگیهای هیدروشیمیایی چشمههای کارستی استان خراسان شمالی را بررسی کردند. محمدی بهزاد و همکاران (1396) با استفاده از ایزوتوپهای پایدار اکسیژن 18 و دوتریم بر روی منابع تغذیه چشمههای کارستی مهم استان خوزستان پژوهشی انجام دادند. شمعانیان و مریدی (1395) کانی شناسی، ژئوشیمی و خاستگاه نهشته بوکسیت رسی شیرینآباد را در جنوب خاوری گرگان برررسی کردند و نتیجه گرفتند که در اثر رویداد زمینساختی سیمرین پیشین فرایند کارستزایی در سازند الیکا رخ داده است.
بیش از 11% سطح کشورمان را سازندهای کارستی میپوشاند (ناصری، 1370). امروزه با توجه به برداشت بیرویه آب زیرزمینی ، نگاه کارشناسان بهویژه در کشورهای با آبوهوای خشک و نیمهخشک، مانند ایران، بیش از پیش متوجه برداشت از منبع آب کارستی شده است. در آمریکا نزدیک 40 درصد از آب مورد نیاز این کشور از منابع کارستی بهدست میآید (Ford and Williams, 2007). نزدیک 35 درصد از مساحت فرانسه از سازندهای کارستی پوشیده شده و سهم این سازندها در تأمین آب آشامیدنی این کشور نیز، به همین میزان است (Bakalowicz, 2005). تمرکز جریان و ذخیره آب از مهمترین کارکردهای هیدرولیکی در چهره کارست درونی میباشد (Chow, 1988). گوناگونی زمینریختشناسی كارست7 و گنجینه مردمشناسي به همراه گوناگونی زيستي در سرزمينهاي كارستي نيز از ديگر نقاط بارز و با اهميت اين مناطق است ميتواند در ساختن الگوهاي بهينه براي پیشرفت پايدار سودمند باشد. افزون بر این، امروزه زمینگردشگری کارست در کشورهای دارای این پدیده شگفتانگیز، از اهمیت ویژهای برخوردار است (Migon, 2011).
در ایران بیشترین کارستزایی در پهنه ساختاری- رسوبی زاگرس دیده میشود. پس از زاگرس، در البرز، به دلیل فراوانی سازندهای کربناته و شرایط اقلیمی و شکستگیها، این فرایند بیشتر دیده میشود. در پهنه ایران مرکزی بیشترین کارستزایی در سازند قم گزارش شده است (قبادی و همکاران، 1389؛ غضنفری و همکاران، 1394 و 1396؛ رضائي عارفي و همکاران 1398) (Karimi Vardanjani et al., 2017; Moradi et al., 2018; Biri et al., 2014).
هدف اصلی این پژوهش شناسایی زمیندیسهای کارستی و نقش ویژگیهای سنگشناسی، شکستگی، و همچنین آبوهوا در شکلگیری کارست در گستره، همچنین ویژگیهای چشمههای کارستی و همبستگی آنها با سازندهای کربناته است که مورد گفتگو قرار گرفت.
عوامل تأثیرگذار بر زمینریختشناسی کارست
در فرآیند کارستزایی، پارامترهای موثر مانند سنگشناختي، شکستگی و آبوهوا نقش مهمتري نسبت به ویژگیهای خاکشناسی، پوششگیاهی، توپوگرافی و دیگر عوامل دارند. ترکیب سنگشناختی و کانیشناسی عامل مهمی در پیدایش زمیندیسهای کارستی است. سرعت انحلال کلسیت بیش از دولومیت است، بنابراین سنگآهک انحلالپذیرتر از دولومیت است (Tucker, 2001). البته سرعت انحلال در سنگهای تبخیری بسیار بیشتر از سنگآهک است. میزان انحلال در روی سنگهای سولفاته (مانند سنگگچ) نزدیک 10 برابر سنگآهک است (Ford and Williams, 2007). این نرخ انحلال در سنگنمک از این هم بیشتر است (Bozak, 2008). بررسیهای انجام شده در مقیاس زیرپهنه البرز میانی نشانگر این نکته است که ویژگیهای سنگشناسی مانند میزان خلوص سنگآهک، رخساره سنگی و ستبرای واحدهای سنگی در میزان کارستیشدن موثر هستند (Ghanea, and Ghazanfari, 2014). درزه و شکافهایی که به صورت یک شبکه گسترش مییابند، در شکلگیری و ساخت زمین ریخت های زیرزمینی مانند مجاری بهم پیوسته و ایجاد زمیندیسهای بیرونی کارست مانند انواع کارنها همواره اهمیت ویژهای دارند، زیرا در چنین سامانهای، بلوکهای سنگی از یکدیگر جدا میشوند (Ford and Williams, 2007). تخلخل و تراوایی در راستای پهنههای شکسته سنگهای کربناته میتواند توسط جریان شاره (سیال) بالارونده به گونه فزایندهای افزایش یابند و باعث گسترش کارست ژرفزاد8 شوند (Ennes-Silva et al., 2015).
چگونگی قرارگرفتن درزهها بسیار مهم است زیرا در درزههای عمود بر هم، مجاری کارستی و غار به آسانی ساخته میشوند. از سوی دیگر تَرَکهای سطحی که نتیجه فرآیندهای بیرونی است، بر روی سنگهای کربناتی در گسترش و پیدایش کارست نقش تعیین کنندهای دارند (ناصری و همکاران، 1391؛ مقیمی،1391). آب، فاکتور اصلی اقلیمی در گسترش کارست است. این عامل، اصلیترین متغیر در کنترل انحلال و فرسایش میباشد. به صورت طبیعی، کارست در مناطقی که میزان بارندگی بیشتر باشد، پیشرفت میکند. بنابراین، در مناطق خشک (مانند بیابان) یا بسیار سرد (قطبی) کارست گسترش نمییابد (کریمیوردنجانی، 1394).
روش پژوهش
پراکندگی و گسترش سنگهای کربناته گستره آبگرم با به کارگیری نقشه زمینشناسی 100000/1 آوج (Bolourchi, 1978) شناسایی شد. بازدیدهای میدانی برای بررسی سازندهای کربناته گستره آبگرم، شناسایی زمیندیسهای کارستی، میزان و شدت کارستزایی در آنها انجام گرفت (شکل 1). برای بررسیهای دقیق سنگشناسی، از هر واحدهای سنگی دست کم یک نمونه برداشته شد. پس از تهیه بُرش نازک، برای شناسایی کانی کلیست از دولومیت، بُرشها با محلول آلیزارین سرخ، به روشDickson (1966)، رنگآمیزی شد و برای بررسی سنگشناختی، با میکروسکوپ پلاریزان مورد بررسی قرارگرفت. با بهرهگیری از تصاویر ماهوارهای لندست، پس از زمینمرجع كردن9، محدوده سازندهای کربناته در گستره آبگرم از سازندهای غیرکربناته جدا شدند. سپس با بهکارگیری نرمافزار ILWIS الگوی شبکه آبراهه ها و خطواره های زمین شناختی استخراج شد. همچنین يكي از روش هاي شناسایی نوع سيستم جريان در آبخوان كارستي، بهکارگیری نتايج واکاویهاي شيميايي آب چشمههاي اين مناطق است. برای شناخت سامانه ژئوشيميايي آب زيرزميني از چشمهها در دو دوره خشک (اواخر تيرماه) و تر (فروردين) نمونه برداري شد. پارامترهای EC، pH و دما در روی زمین اندازهگیری شد و واکاوی شيميايي نمونههاي آب، در آزمايشگاه سازمان آب منطقه‌اي قزوين انجام گرفت. شکل 2 جایگاه نقاط نمونهبرداری را نشان میدهد. برای بررسی و تفسیر دادههای واکاوی شیمیایی از نرمافزار AqQa (Tick and Vlassopoulos, 2004) و برای مدلسازی هیدروشیمیایی از نرمافزار Phree Qc (Parkhurst and Appelo, 1999) بهرهگیری شد. برپایه مقدار كاتيون و آنيونهاي اصلي و دماي آب، شاخصهايي چون PCO2، SIC و SID محاسبه شد. در بررسی آبهاي زيرزميني در محیطهای کارستی، محاسبه شاخصهاي SIC و SID ميتواند مدت زمان ایست آب در آبخوان را نشان دهد. هر قدر زمان ایست آب در آبخوان كوتاه باشد، مقدار اين شاخصها كوچكتر ميشود. همچنين با مقايسه اين شاخصها ميتوان به‌طور نسبي نشانداد، آب از محيط آهكي يا دولوميتي گذركرده است (Langmuir, 1997). نمونهها در آزمایشگاه سازمان آب منطقهای استان قزوین واکاوی شدند.
گستره مورد بررسی در مختصات جغرافیایی از 49º تا 49º30’ طول خاوری و از 35º 30’ تا36º عرض شمالی است (شکل 1). این گستره، از جنوب به استان همدان، از خاور به استان البرز و از باختر به استان زنجان محدود میشود.
شکل 1. تصاویر ماهوارهای منطقه مورد بررسی در ایران، استان قزوین و گستره پژوهش (شهر تاکستان در بالا، آبگرم در بخش میانی و آوج در جنوب با چهارگوش سرخ رنگ نشان داده شد) (برگرفته از Google Earth)
شکل 2. جایگاه نمونهبرداری از چشمهها در منطقه ابگرم، جنوب استان قزوین (نقشه زمینشناسی برگرفته از Bolourchi, 1978)
زمینشناسی و چینهنگاری
گستره مورد بررسی در جنوب استان قزوین و در پهنههای رسوبی- ساختاری ایران مرکزی و کمی در سنندج- سیرجان قرار دارد. این گستره در برگیرنده سازندهای دورانهای دیرینهزیستی، میانه زیستی و نوزیستی است. این سازندها از سنگهای گوناگون رسوبی آواری، کربناته و تبخیری، همچنین از انواع سنگهای آذرین ساخته شدهاند. سنگهای کربناته چون سنگآهک و سنگدولومیت در سازندهای سلطانیه، میلا، روته، الیکا، دلیچای، لار، کرتاسه، زیارت و قم دیده میشوند.
کهنترین رخنمون شناخته شده در ناحیه مورد بررسی سنگهای دولومیتی خاکستری رنگ استروماتولیتدار همراه با باندها و گرهکهای سیاهرنگ چرت سازند سلطانیه (کامبرین زیرین) است (شکل 3). سازند میلا (کامبرین میانی- بالایی)، از سنگآهک و دولومیت ساخته شده است (شکل 3). برونزدهای شناخته شده سازند روته (پرمین) را در نزدیکی روستای اَورنه، همچنین رخنمونهای گستردهای از این سازند در بخشهای شمالی گستره دیده میشود (شکل 4). سازند الیکا (تریاس زیرین تا میانی) از سنگآهک سرشار از اکسید آهن در زیر و سنگآهک و دولومیت به رنگ روشن در روی آن ساخته شده است. سازند لار (ژوراسیک بالایی) دارای سنگآهک و دولومیت همراه با گچ است. واحدهای سنگی کربناته کرتاسه (کرتاسه میانی-بالایی) از سنگآهک ساخته شدهاند. سازند زیارت (ائوسن زیرین-میانی) دارای سنگآهک نومولیتی است. سازند قم (الیگومیوسن)، گستردهترین سازند کربناته، از سنگآهک و سنگآهک رسی ساخته شده است (شکل 4).
شکل 3. سازند سلطانیه، جاده شنیز-اَورنه، دید به سوی باختر (راست)، سازند میلا، نمایی از روستای اَورنه، دید به سوی جنوب خاور (چپ)
شکل 4. سازند روته، شمال باختر روستای اَورنه، دید به سوی جنوب (راست)، سازند قم، شمال آبگرم (دید به سوی شمال باختر) (چپ)
یافتههای پژوهش
بررسیهای سنگشناختی بُرشهای نازک از سازندهای کربناته برای شناسایی دقیق سنگشناسی آنها انجام شد و نشان داد بیشتر سنگهای کربناته از سنگآهک و به میزان کمتر از سنگهای دولومیت است (شکل 5). سازندهای سلطانیه، میلا و روته از سنگ دولومیت، و سازند قم از سنگآهک ساخته شدهاند (شکل 5).
شکل 5. بُرشهای نازک میکروسکوپی، در نور XPL. a) دولومیت، سازند سلطانیه، b) دولومیت، سازند میلا، c) دولومیت ، سازند روته، d) سنگآهک فسیلدار، سازند قم
چورلی و همکاران (1985) بر این باورند که در گسترههایی که میزان بارندگی کمتر از 300 میلیمتر باشد، زمیندیسهای کارستی پدید نمیآید. بنابراین، ساختارهای کارستی بیشتر در مناطق سرد و مرطوب با بارش بیش تر از 300 میلیمتر که دارای سنگ بستر کربناته یا تبخیری باشند شکل میگیرند. میانگین بارش‌های جوی سالانه گستره نزدیک 312 میلیمتر است (هدایتی دزفولی و کاکاوند، 1391).
جنوب استان به لحاظ جایگاه جغرافیایی و قرارگرفتن در دامنه کوه خرقان با بلندای میان 1650 تا 2500 متر از سطح دریا، دارای آب و هوای سرد با زمستانهای دراز و تابستانهای معتدل میباشد. برپایه نقشه هواشناسی استان، منطقه آوج دارای پهنههای آب و هوایی فراسرد تا مدیترانهای فراسرد است. گستره آبگرم هم دارای آب و هوای فراسرد تا نیمهخشک سرد است (هدایتی دزفولی و کاکاوند، 1391). دیگر عامل تاثیرگذار بر کارستیشدن، دمای هوا میباشد. هر چه دمای هوا کمتر باشد، قابلیت انحلال آب افزایش مییابد و کارستزایی بیشتر میشود (قبادی، 1388). دما به عنوان عامل مهم در کارستیشدن سنگهای کربناته به شمار میآید. انحلال سنگآهک در یک لیتر آب با دمای صفر درجه، چهار تا پنج برابر بیشتر از آب با دمای 30 درجه سانتیگراد و شش برابر آب با دمای 40 درجه سانتیگراد است (James, 1981). با افزایش دما، حلالیت کربنات کلسیم، کمتر میشود (James and Lupton, 1978). برپایه نقشه همدمای استان، همدمای سالانه آوج میان نه تا یازده درجه سانتیگراد و همدمای سالانه آبگرم میان یازده تا سیزده13 درجه سانتیگراد است (هدایتی دزفولی و کاکاوند، 1391).
برپایه تصاویر ماهوارهای لندست، پراکندگی سازندهای کربناته و پوشش گیاهی (شکل 6) و برپایه نقشههای زمینشناسی و با بهکارگیری نرمافزار ILWIS (در محیط GIS) نقشه سازندهای کربناته در گستره آبگرم (شکل 7) و مساحت آنها به دست آمد.
شکل 6. تصویر ماهوارهای لندست همراه با پراکندگی سازندهای کربناته در آبگرم- آوج (برگرفته از Bolourchi, 1978)
شکل 7. پراکندگی سنگهای کربناته (برگرفته از Bolourchi, 1978)
زمیندیسهای کارستی گستره آبگرم
زمیندیسهای کارستی دارای گوناگونی بسیاری هستند. در گستره آبگرم، کارست بیرونی و درونی دارای گوناگونی بسیار زیاد نیست. از این روی، کارست آن دارای پیچیدگی کمی است. در زیر به مهمترین آنها اشاره میشود:
چاله باران: از زمیندیسهای انحلالی که بر روی تودهی سنگ و بدون اثر عوامل ساختاری ایجاد میشوند، می‌توان به چالههای باران10 اشاره کرد. این کارنها به صورت حفرات کوچکی با ابعاد چند میلیمتر تا چند سانتیمتر بر روی سنگ لخت ایجاد میشوند. شکل ظاهری آنها به صورت دایرههای نامنظم است و دو طرف آن قرینه میباشد. دلیل پیدایش آنها ناهمگنی در سنگآهک و یا عمل موجودات زنده است (کریمیوردنجانی،1394). این پدیده در بیشتر سازندها دیده میشود (برای نمونه، شکل 8).
ریزشیار: ریزکارن11 یا ریزشیار12 دارای شیارهای ژرفتر و گستردهتر از حدود یک میلیمتر و درازتر از چند سانتیمتر نیستند. این پدیده کارستی کوچک، در بسیاری از سازندهای منطقه دیده میشود (برای نمونه، شکل 8).
شکل 8. ریزکارن و کارن سازند میلا، راه شنیر-اَورنه (راست) و میکروکارن و کارن و چاله باران در سازند لار، جنوب آبگرم، راه داخرَجین (چپ)
کارن شیاری: کارن شیاری13 دارای گذرگاههای نازک با بُرش است. این شکلها در شیبهای تند پدید میآیند (شکل 9). هر چه بارش و شیب بیشتر شود، درازای کارن شیاری هم افزایش مییابد (Bögli, 1980).
ژرفشیار: ژرفشیار14 در نتیجه انحلال در محل درزه ها پدیدمیآید. وسعت و ژرفای انحلال، جداکننده آن از شیارهای انحلالی است. ژرفشیارها معمولا دارای چند سانتیمتر عرض و چندین متر ژرفا میباشند (برای نمونه، شکل 9). اهمیت ژرفشیارها به علت هدایت کنندگی اصلی آب باران به داخل سفره های کارستی میباشند (کریمی وردنجانی، 1394).
شکل 9. کارن شیاری، سازند روته، شمال باختر روستای اَورنه (راست) و ژرفشیار در سازند قم، روستای گنبدک، شمال باختر آبگرم (چپ)
غار: غار15 یک بازشدگی طبیعی در روی زمین است و دارای اندازههای بزرگی است که یک انسان بتواند وارد آن شود (Fleury, 2009). اگر اندازه حفره کوچکتر از یک متر باشد به آن غارک16 گویند. غار در دسته کارست بیرونی قرارمیگیرد. سنگآهکهایی که در میان آنها لایههای شیلی وجود دارد از دید ساخت غار بسیار مهم است، زیرا شیلها آبهای زیرزمینی را متوقف کرده و باعث سرعت بخشیدن به انحلال سنگآهک و در پایان ساخت غار میشوند (مقیمی، 1391). بیشتر غارهای گستره آبگرم، در سازند قم ساخته شدهاند (برای نمونه شکل 10). از غارهای شناخته شده می توان به غار قلعهکرد در 21 کیلومتری روستای حصار و غار عباسآباد در چهار کیلومتری شمال آبگرم اشاره کرد.
شکل 10. غار و غارک در سازند قم، روستای گنبدک، شمال باختری آبگرم (راست) و در شمال آبگرم (چپ)
ویژگیهای سازندهای کربناته در گستره آبگرم از دید سنگشناختی، مساحت برونزد، زمین ریختهای کارستی و درجه نسبی کارستیشدن در جدول 1 ارائه شده است. بر این پایه، بیشترین برونزد و گستردهترین کارستزایی در جوانترین سازند، که سازند قم باشد، پدید آمده است. در این راستا، فاکتورهایی که بیشترین تاثیر را در درجه نسبی کارستیشدن سازندهای کربناته داشته است، سنگشناسی و مساحت برونزد آنها میباشد. برپایه گسترش کارستزایی، کارست آبگرم بخشی و کم ژرف و برپایه چرخه کارست، نوجوان تا جوان است (Veress, 2020).
جدول 1. سنگشناختی، مساحت و زمیندیسهای کارستی سازندهای کربناته گستره آبگرم
سازند کربناته | دوره زمینشناسی | سنگشناختی | مساحت (km2) | زمیندیسهای کارستی (Karstic Landforms) |
درجه نسبی کارستیشدن
|
قم | الیگومیوسن | سنگآهک | 19/129 | ژرفشیار، گودال انحلالی، غارک، غار | 10 |
روته | پرمین | سنگآهک ودولومیتی | 74/10 | کارن، میکروکارن، کارن شکافی، چاله باران | 7 |
میلا | کامبرین | سنگ آهک، شیل، دولومیت | 77/7 | کارن، میکروکارن، کارن شکافی، حفره انحلالی | 6 |
سلطانیه | کامبرین | دولومیت | 82/17 | کارن، میکروکارن | 5 |
لار |
ژوراسیک | دولومیت، سنگآهک، ژیپس | 72/65 | کارن، میکروکارن، چاله باران | 4 |
کرتاسه | کرتاسه | سنگآهک و گِلسنگ آهکی | 09/64 | کارن، حفره انحلالی | 3 |
الیکا | تریاس | دولومیت | 42/1 | کارن، میکروکارن | 2 |
زیارت | ائوسن | سنگآهک | 67/9 | کارن | 1 |
هیدروشیمی کارست
برای راستی آزمایی نتایج به دستآمده از پژوهشهای زمینریختشناسی و سنجش از دور، هیدروشیمی چشمه های کارستی مورد بررسی قرارگرفت. همچنین سنگ مخزن چشمه های کارستی و همچنین زمان ایست آب در آن ارزیابی شد. برپایه نمودارهای پایپر و استیف، نوع و رخساره نمونههای آبی بيکربناته– كلسيم- منيزيم مشخص شد. این رخساره را می‌توان با انحلال سازندهاي کربناته سنگآهک، دولوميت و در نتيجه افزايش مقدار بيکربنات و کلسيم در آب زيرزميني تفسير کرد. همچنین با توجه به نمودار ترکیبی Ca در برابر SO4، قطعشدن محور Ca توسط خط برازش، نشان از افزایش اين يون است (شکل 11). همچنین نشان دهنده آن است، يون Ca افزون بر ژيپس، داراي منشأ ديگري مانند کربنات کلسيم است.
شکل 11. نمودار ترکیبی Ca در برابر SO4 در نمونههای آبی گستره آبگرم
بيشترين دماي آب در دوره خشک در چشمه حسین آباد برابر با 2/17 درجه سانتيگراد اندازهگیری شده است. اين دما ميتواند نشان دهد که نسبت به بقيه مخزنها، اين چشمه در ژرفای کمتري قرار دارد. سنگ مخزن این چشمه در سازند های باروت و یا سلطانیه واقع شده است. از دید پارامتر دما، کمترين دماي آب زيرزميني منطقه مربوط به آروچان آرادره ميباشد و اين موضوع را ميتوان به دماي هوا، سنگ منشا چشمه و دماي سنگهای کناری که آب چشمه از ميان آنها عبور مي‌کند، نسبت داد که در نتیجه می تواند کارستیشدن بیشتر سنگ منشا چشمه را نشان دهد.
از سوی دیگر، با توجه به مدلسازی هیدروژئوشیمیایی و شناسایی اندیس سیرشدگی17 هنگامیكه مقدار SI نمونه آب نسبت به يك كاني خيلي كوچك باشد، آن کاني ميتواند تا مدتها در آب حل شود. انديس سیرشدگی همه نمونههاي آب چشمههاي برداشت شده نسبت به کانيهاي آراگونيت، كلسيت و دولوميت و هاليت منفي است. در نتيجه آب زيرزميني در اين مناطق از اين مواد در حالت زیر سیرشدگی ميباشد. اين ویژگی نشاندهنده زمان ایست کم آب در محیط کارستی است (شکل 12). از دید محیط کارستی، سنگهای کربناته، با سه اندیس منفی سیرشدگی آراگونیت، کلسیت و دولومیت اهمیت بسیاری دارند. برپایه مقدار بسیار پایین این شاخصها در چشمههای گستره آبگرم نتیجه گیری می شود کارست این منطقه بخشی و نارس است. این دید نیز نتایج مدلسازی هیدروشیمیایی و مطالعات زمین ریخت شناسی را تایید میکند.
شکل 12. اندیس سیرشدگی چشمه های برگزیده آبگرم نسبت به کانی های عمده
نتیجهگیری
گستره آبگرم دارای شرایط سنگشناسی و آب و هوایی مناسب برای کارستزایی است. میانگین بارش‌های جوی سالانه منطقه نزدیک 312 میلیمتر میباشد. میانگین درازمدت دمای سالانه 1/10 درجه سانتیگراد میباشد. جریان یافتن آب سرد ناشی از آبشدن برف و باران به درز و شکافهای سنگهای کربناته، باعث افزایش انحلال و سرانجام پیدایش زمیندیسهای کارستی شده است. شرایط آب و هوایی و اقلیمی گذشته در دورههای یخبندان بیشتر در کارستزایی، به ویژه در کارست پیشرفته غارهای قلعهکرد و عباسآباد، موثر است.
در کل کارستهای گستره آبگرم بر پایه ردهبندی زمینریختشناسی از نوع کارست بخشی و برپایه ردهبندی مهندسی، نوجوان تا جوان است. باتوجه به بازدیدهای میدانی و واکاویهای انجام شده، سازند قم و پس از آن سازند روته، بیشترین میزان کارستزایی را دارند و سازندهای الیکا و زیارت دارای کمترین میزان کارستزایی هستند (جدول 1). بر پایه مدلسازی هیدروشیمیایی با توجه به زمان ایست کم آب در محیط کارستی، می‌توان نتیجهگیری کرد، اپی کارست آبگرم گسترش چندانی نداشته و کارست از نوع کارست افشان و توسعه نیافته است.
منابع
باقری،ف.، کرمی، غ.ح.، باقری، ر. و مشکینی، ج.، 1398. اثر بارش و لیتولوژی در خصوصیات هیدروشیمیایی چشمههای کارستی استان خراسان شمالی. فصلنامه زمینشناسی ایران، 52، 89-103. ##معتمد، ا.، چورلی، ر.جی.، شوم، ا.ا. و سودن، د.ا.، .1985. ژئوموفولوژی. برگردان: احمد معتمد، 1379. انتشارات سمت. 470. ##رضائي عارفي م.، زنگنه اسدي م.ع.، بهنيافر ا. و جوانبخت م.، 1398. محاسبه میزان نرخ فرسایش کارستی با بهرهگیری از تكنیك هاي تجربی و آزمایشگاهی در حوضه آبریز کلات در شمال شرق ایران. پژوهشهاي ژئومورفولوژي كمّي، 8، 3، 64-79. ##رنگزن، ک.، محرابینژاد، ع.، علیجانی، ف. و استادهاشمی، ز.، 1396. آسیبپذیری و آلودگي آبخوان کارستي نعل اسبي، جنوب شرق ایذه، با استفاده از‌روش COP. مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته، 23، 20-28. ##شاهسوندی، م.، 1387. تاثیر فاضلاب های شهری بر چاههای آب شرب شهر قم. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید بهشتی تهران، 143. ##شمعانیان، غ.ح. و مریدی، ز.، 1395. کانی شناسی، ژئوشیمی و خاستگاه نهشته بوکسیت رسی شیرینآباد، جنوب شرق گرگان. فصلنامه زمینشناسی ایران، 39، 103-115. ##غضنفری، پ.، بختیاری، م. و جلالی، ن.، 1394. کارستزایی سنگهای کربناته با بهرهگیری از RSوGIS در منطقه الموت، شمال قزوین. کواترنری ایران، 4، 339-352. ##غضنفری، پ.، بختیاری، م. و تاجآبادی، م.، 1396. زمیندیسها و چشمههای کارستی دره الموت، شمال قزوین. کواترنری ایران. 2 (8)، 353-366. ##قبادی، م.ح.، 1388. زمینشناسی مهندسی کارست، دانشگاه بوعلی سینا، 304. ##قبادی، م.ح.، طالب بیدختی، ع.ر. و مومنی، ع.ا.، 1389. نقش ليتولوژی و ساختارهاي تكتونيكي در گسترش كارست، تغيير آبدهي و كيفيت چشمههاي كارستي منطقه آبگرم قزوين. مجله انجمن زمين‌شناسي مهندسي ايران، 3 و 4، 1-12. ##کریمیوردنجانی، ح.، 1394. هیدروژئولوژی کارست، مفاهیم و روشها. انتشارات ارم شیراز، چاپ اول، 414. ##محمدی بهزاد، ح.ر.، کلانتری، ن.، چرچی، ع. و ندری، آ.، 1396. شناخت منابع تغذیه چشمههای کارستی مهم استان خوزستان با استفاده از ایزوتوپهای پایدار اکسیژن 18 و دوتریم. فصلنامه زمینشناسی ایران، 43، 1-13. ##مقیمی، ه.، 1391. هیدروژئولوژی کارست. انتشارات دانشگاه پیام نور، چاپ سوم، 268. ##ناصری، ح.ر.، 1370. مطالعه هیدرولوژیکی چشمههای کارستی حوضه آبریز سد درودزن. پایان نامه کارشناسی‌ارشد. دانشگاه شیراز. ##ناصری، ح.ر.، فتحی، ا. و صیادی، م.، 1391. پهنهبندی پتانسیل آب زیرزمینی در سازندهای کارستی شمال شرق استان تهران با استفاده از آنالیز سلسله مراتبی (AHP). شانزدهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران، شیراز. ##هدایتی دزفولی، ا. و کاکاوند، ر.، 1391. پهنهبندی اقلیمی استان قزوین. مجله علمي و فني نيوار، 76 ،77: 59-66. ##Alley, W.M., 1993. Regional ground-water quality. John Wiley and Sons. 634. ##Anderson, T.W., Welder, G.E., Lesser, G. and Trujilo, A., 1988. Region 7, Central alluvial basin, In Geology of North America (hydrology). Edited by William Back, Joseph S. Rosenbein, and Paul R. Seaber: 81-86. ##Bakalowicz, M., 2005. Karst groundwater: a challenge for new resources. Hydrogeology Journal, 13, 1: 148-160. ##Biri, G., Ghazanfari, P. and Bajelan, H., 2014. The role of fractures in the karst phenomena and Abasabad cave formation in the southern provenance of Qazvin. 32nd National and 1st International Geosciences Congress Fundamental Geology, 16-19 February, Ferdosi University, Mashhad, Iran. ## Bolourchi, M.H., 1978. Geological map of Avaj 1/100000. Geological Survey of Iran. ##Bögli, A., 1980. Karst hydrology and physical speleology. New York, Springer, 270. ##Bozak, P., 2008. Karst processes and time. Geologos, 14, 1: 121-127. ##Chow, V.T., 1988. Applied Hydrology. McGraw-Hill, 627. ##Cvijić, J., 1925. Types morphologiques des terrains calcaires, Comptes Rendus, Acade'mie des Sciences (Paris), 180, 592–594. ##Dickson, J.A.D., 1966. Carbonate identification and genesis as revealed bystaining. Journal of Sedimentary Petrology, 36: 491-505. ##Ennes-Silva, R.A., Bezerra, F.H.R., Nogueira, F.C.C., Balsamo, F., Klimchouk, A., Cazarin, C.L. and Auler, A.S., 2015. Superposed folding and associated fracturing influence hypogene karst development in Neoproterozoic carbonates, São Francisco Craton, Brazil. Tectonophysics, 244–259. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2015.11.006. ##Fleury, S., 2009. Land Use Policy and Practice on Karst Terrains: Living on Limestone. Springer, 187. ##Ford, D.C. and Williams, P.W., 2007. Karst Hydrogeology and Geomorphology, John Wiley and Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, 576. ##Ghanea, M. and Ghazanfari P., 2014. Karst fetures of Carbonate Rocks of Cretaceous Haraz Valley, Central Alborz. 32nd National and 1st International Geosciences Congress Fundamental Geology, 16-19 February, Shiraz University, Shiraz. Iran. ##James, A.N., 1981. Solution parameters of carbonate roks. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 24, 19-25. ##James, A.N. and Lupton, A.R.R., 1978. Gypsum and anhydrite in foundation of hydraulic structurs. Geotechnique, 28, 249-272. ##Karimi Vardanjani, H., Bahadorinia, S. and Ford, D.C., 2017. An Introduction to Hypogene Karst Regions and Caves of Iran. In: Hypogene Karst Regions and Caves of the World (Klimchouk A, Palmer AN, Waele JD, Auler AS, Audra P), Springer. 479-494. ##Langmuir, D., 1997. Aqueous environmental geochemistry. Prentice Hall, 600. ##Migon, P., 2011, Development of karst phenomena for geotourism in the Moravian Karst (Czech Republic). Geotourism, 3-4 (26-27), 3-24. ##Moradi, S., Kalantari, N. and Charchi, A., 2018. Karstification Potential Mapping in Northeast of Khuzestan Province, Iran, using Fuzzy Logic and analytical Hierarchy Process (AHP) techniques. Geopersia 6 (2), 2016, 265-282. ##Parkhurst, D.L. and Appelo, C.A.J., 1999. User's guide to PHREEQC (Version 2): A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations. USA Geological Survey Water-Resources Investigations Report, 99-4259. ##Silvestra, E., 2000. Paleokarst- a riddle inside confusion. CEN Technical Journal, 14, 3, 100-108. ##Tick, G. and Vlassopoulos, D., 2004. AqQA: quality assurance and presentation graphics for ground water analyses. Ground Water, 42(3), 326-329. ##Tucker, M.E., 2001. Sedimentary Petrology: An introduction to the origin of sedimentary rocks. Blackwell Scientific Publication, 262. ##Veress, M., 2020. Karst Types and Their Karstification. Journal of Earth Science, 31 (3), 621–634. ##Waltham, A.C. and Fookes, P.G., 2003. Engineering classification of karst ground conditions. Journal of Engineering Geology and Hydrology, 36, 101-118.##
Karst geology of carbonate rocks mass in Abegarm area, south of Qazvin province
Armani, P.1 , Karimi, M.2 and Tajabadi, M.3
1. Associate Professor, Department of Geology, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2. MSc, Islamic Azad University, North Tehran Branch, Iran
3. PhD, Groundwater, Qazvin Regional Water Company, Iran
Abstract
Understanding the geological phenomena created by dissolution can be a great help in understanding karst systems. Hence, geology is usually the first step in studying the karstification process. Abegarm is located in the Central Iran structural zone and includes the Formations of the Paleozoic, Mesozoic and Cenozoic periods. The most important carbonate Formations in Abegarm are Soltanieh, Ruteh, Elika, Lar and Qom Formations. In this study, karstification potential was investigated after field work and sampling of carbonate rock units and comparing them in terms of the development of karst landforms. Sampling of karst springs in both dry and wet periods, as well as measurement of EC, pH and temperature on the ground were performed. Remote sensing studies were performed by ILWIS software on Landsat satellite images for isolation and calculation of the area of carbonate Formations. AqQa software was used to review and interpret the findings of chemical analyzes and Phree Qc software was used to model water chemistry. The most important karst landforms in the region include Karrens, vugs, caves, and karst springs. Based on the combination of field studies and remote sensing data, the intensity of karstification in the Abegarm area includes from high to low, respectively: Qom, Soltanieh, Lar and Cretaceous Formations. Based on karst development classification, Abegarm karstification is merokarst (incomplete) and shallow; And based on the karst cycle classification is juvenile to young.
Keywords: Central Iran, South of Qazvin, Landforms, Karstification, Hydrochemistry
[1] * نویسنده مرتبط: armani@sci.ikiu.ac.ir
Karstic landforms
[2] Holokarst
[3] Merokarst
[4] Transitional
[5] Paleokarst
[6] Post-Flood era
[7] Karst geomorphology
[8] Hypogene karst
[9] GeoRef
[10] Rain pits
[11] Microkarren
[12] Microrill
[13] Rill karren
[14] Grikes / Cleft karren
[15] Cave
[16] Vug
[17] Saturation index
