ارائه مدل مفهومی- چینه‌ای نهشته‌های کواترنر شمال دریاچه‌ی ارومیه با استفاده از GMS

مقدمه

بسیاری از منابع سطحی و زیرسطحی در نهشته­های کواترنر واقع شده و بررسی این نهشته­ها نقش کلیدی در شناخت قابلیت­ها و ویژگی­های مکانیکی زمین بر اساس منشأ و نحوه­ی تشکیل رسوبات دارد. هیث و ترینر^[1] (1968) و ملارد^[2](1968) برای بررسی آب­های زیرزمینی یک­سری شاخص­های توپوگرافی و ژئومورفولوژیکی ارایه نموده­اند. کیث تاد^[3](1976: 410) پژوهش درباره­ی منابع آب زیرزمینی را به دو گروه پژوهش­های زمینی و سطحی طبقه­بندی نموده است روش­­هایی که در سطح زمین به بررسی منابع آب زیرزمینی می­پردازند، براساس روش­های زمین­شناسی و اکتشافات ژئوفیزیکی مانند مقاومت الکتریکی ارتعاشات برگشتی، روش­­های ثقلی و مغناطیسی استوار است. تحلیل­های ژئومورفولوژیک به علت ارائه شاخص­هایی برای اکتشاف آب زیرزمینی و هدایت سریع پژوهشگران به منابع آب مورد توجه ژئومورفولوژیست­ها قرار گرفته است. کریش نامورتی^[4](1996) با استفاده از تکنولوژی سنجش از دور وGIS  مناطق مناسب برای تغذیه­ی آب­های زیرزمینی در جنوب هند را بررسی و بهترین مناطق را محدوده­ی نهشته­های کواترنر تشخیص دادند.­ آرترو کارانزا[5] (1997) خصوصیات هیدرودینامیکی و نفوذپذیری ماسه­های ساحلی کواترنر را درکالیفرنیای پنسیلوا- مکزیکو از بررسی نموده است. فرانکلین و هوبااو[6] (2002) یکی از مواد محتوی آب­های زیرزمینی و محیط تشکیل­دهنده­ی آن را نهشته­های آبرفتی و متخلخل کواترنر اعلام کرده­اند. آکسو^[7]و همکاران (2002: 61-94)، چینه­شناسی لرزه­ای نهشته­های کواترنر مناطق کم­عمق جنوب غرب دریای سیاه را در طول دوره­ 10000 سال قبل ارائه نمودند. گرپس^[8] و همکاران (2005) خصوصیات هیدرودینامیکی دشت سیلابی در حوضه­ی چاک رودخانه­ی لامبورن انگلستان را جهت دستیابی به لایه­ی آبدار آبرفتی گراولی بررسی نمودند. هوگز^[9] (2010: 189) ژئومورفولوژی و ارتباط آن با چینه­شناسی کواترنری را مورد بررسی قرار داد. طبق این بررسی، اشکال کواترنری همچون مورن­ها، تراس­های رودخانه­ای، پادگانه­های ساحلی قدیمی و اشکال دیگر می­توانند بر اساس موقعیت قرارگیری خود مرتب شوند. بلاسی و مهی^[10](2012) ترکیب و منشأ سکانس­های چینه­ای رسوبات آبرفتی هولوسن-پلیستوسن در کوهپایه­های مناطق شرقی کوه­های آند را از نظر بافت و جنس بررسی نمودند.

پژوهش در کوهپایه­ها و دشت­های انباشتی دامنه­ی جنوبی میشوداغ نشان داده مخروط افکنه­ها و تراس­های رودخانه­ای مهم­ترین اشکال قابل شناسایی در شمال و شمال­شرق دریاچه­ی ارومیه هستند (رضایی مقدم، 1374: 117). استفاده از مدل فازی در بررسی نهشته­های کواترنر جهت تعیین مناطق مستعد پخش سیلاب به خصوص اپراتور gamma فازی بیشترین همپوشانی را با عرصه کنترلی داشته و بهترین مدل تلفیق برای تعیین مکان­های مناسب پخش سیلاب می­باشد (مهرورز، 1382: 89). از روش­های ژئوفیزیکی در بررسی مخروط افکنه­ها و دشت آبرفتی تسوج به عنوان اشکال ژئومورفولوژی استفاده شده و نتایج کار به صورت مقاطع ژئوفیزیکی طولی و عـرضی ارائه گردیـده است. ارزیابی هیـدرودینامیکی و ژئومورفولوژیکی نهشته­های کواترنر جهت تحلیل بحران آب­های زیرزمینی شمال دریاچه­ی ارومیه قابلیت نفوذپذیری مناسبی را بر اساس نتایج پمپاژ در محدوده­ی میانی دشت نشان می­دهد (روستایی و همکاران، 1393: 15).

منطقه­ی مطالعاتـی در شمال دریاچه­ی ارومیـه بین مختصات '04, ^°45 تا '32، °45 شرقی و '12, °38 تا '24,°38 شمالی، 110 کیلومتری مرکز استان آذربایجان شرقی قرار گرفته است.

شکل (1) موقعیت دشت آبرفتی تسوج و محدوده­ی مطالعاتی نهشته­های کواترنر را نشان می­دهد. توسعه­ی بهره­برداری از منابع آب زیرزمینی با افزایش سطح زیرکشت و حفر چاه­های متعدد آبخوان­ها را در معرض هجوم سفره­ی شور ساحلی قرار داده است. هیدروگراف واحد دشت تسوج طی دهه­ی 70 به طور متوسط حدود 9/10 متر افت را نشان می­دهد (حبیب­زاده، 1374) دریاچه در خطر خشک شدن کامل قرار داشته و طی 15سال گذشته (1375-1390) ۶ مترکاهش سطح داشته ‌است (صلوی­تبار، 1392: 15). شناخت هیدروژئومورفولوژیکی نهشته­های کواترنر به عنوان منبع سفره­های زیرزمینی ضروری به نظر می­رسد. هدف این پژوهش بررسی خصوصیات هیدروژئومورفولوژیکی نهشته­های کواترنر در ارتباط با تغییرات افق­های مختلف نهشته­ها و گسترش افقی- عمقی آنها می­باشد.

شکل (1) موقعیت و آبرهه­های منطقه­ی مطالعاتی

مواد و روش­ها

نرم افزار GMS[11] دارای منوهای مختلف با ابزارهای زیادی است که با توجه به اهداف کاربر مـی­تواند مورد استفاده قرار گـیرد در این تـحقیق از منوهای کاربـردی این نرم­افزار شامل GIS ,TINs ,Solids ,Boreholes ,3D Gride ,3D scatter point  استفاده گردیده است. تهیه­ی مدل­های زمین آماری سه بعدی[12] و مدل مفهومی چینه­ای[13] از مدل­های مورد نظر بررسی در این تحقیق بوده است. جهت تهیه­ی مدل زمین آماری سه بعدی  مراحل کاری زیر در سیستم اجرا شده است:

1- وارد کردن داده­های مکانی و اطلاعات ستون زمین­شناسی چاه­ها؛ 2- وارد کردن محدوده­ی مطالعاتی؛ 3- شبکه­بندی محدوده­ی مطالعاتی؛ 4- درون­یابی نقاط

در این تحقیق جهت تهیه­ی مدل مفهومی - چینه­ای مراحل کاری زیر در سیستم اجرا شده است:

اطـلاعات چاه­ها و گمانـه­ها به سیستم وارد شده است که این اطلاعات شامل نامـگذاری، دانه­بندی چاه، مختصات مکانی چاه، سطح آب، جنس مواد و ضخامت می­باشد.

پلات چاه­ها به صورت سه بعدی روی صفحه اصلی سیستم (شکل 2) ویرایش گردیده و تغییرات در قطر و مقیاس نمایش روی نقشه آورده شده است.

امکان ترسیم پانل دیاگرام بین چاه­ها و سهولت کار

شکل (2) پلات  فرضی چاه­ها در صفحه سیستم GMS هیدروژئومورفولوژی منطقه­ی مطالعاتی

بحث و نتایج

ـ مدل مفهومی- چینه ای[14] نهشته­های کواترنر دشت تسوج

مدل مفهومی نشان­دهنده­ی روابط بین متغیرها و جهت آنها می­باشد. در این راستا مدل مفهومی- چینه­ای نهشته­های کواترنر دشت تسوج واقع در شمال دریاچه­ی ارومیه بر اساس 28 حلقه­ی لوگ­ زمین­شناسی چاه­های پیزومتری و 78 گمانه سونداژهای ژئوالکتریکی در نرم­افزار GMS7.1 مدل ID-Horizon تـهیه و ترسیم گردیده است. در این نرم­افزار، پس از تهیه­ی لوگ چینه­ای برای هر کدام از چا­ه­ها در قسمت منوی گمانه[15]، (شکل 3) و انتخاب شناسه[16] برای هر کدام از نهشته­های کواترنر شناسایی شده در چاه­ها (شکل 4) اقدام به کدگذاری کلاس­های چینه­ای (نهشته­ها) گردیده است. بر اساس مقاطع ژئوالکتریک، 5 کلاس چینه­ای برای نهشته­های کواترنر در دشت تسوج بر اساس مقاومت ویژه الکتریکی (اهم متر) تفکیک شده است، که شامل نهشته­های آبرفتی Qal، نهشته­های خشک Q3، نهشته­های آبرفتی دانه متوسط (احتمالاً حاوی آب) Q2، نهشته­های آبرفتی ریزدانه (احتمالاً حاوی آب) Q1 و  ته­نشست­های رسی Qmf  هستند.

شکل (3) چاه­ها و گمانه­های محدوده­ی آبخوان دشت تسوج

پس از کدگذاری کلاس نهشته­ها، اقدام به تهیه­ی نقشه­ی رقومی پلیگونی محدوده­ی مطالعاتی و تهیه­ی نقشه­ی TIN[17]  بر اساس نقاط چاه­ها و ارتفاع سطح نهشته­های کواترنر نوع Q3 در این نقاط شده است، شکل (5) نقشه­ی تین با موقعیت چاه­ها و گمانه­ها را نشان می­دهد، این نقشه در واقع نوعی شبکه­بندی نامنظم سه بعدی است که مدل بر اساس نقاط ارتفاعی هرکدام از کلاس­های چینه­ای می­تواند ترسیم شود. پس از تهیه­ی نقشه­ی تین مدل مفهومی- چینه­ای سنگ کف آبخوان و نهشته­های کواترنر با استفاده از اکستنشن Solids که عملکرد بر اساس جنس نهشته­ها دارد، در زیر منوی Horizons  تهیه گردیده است.

شکل (4)  مدل  ID-Horizonچاه­ها و گمانه­های آبخوان دشت تسوج

شکل (5) نقشه­ی TINبه همراه موقعیت چاه­ها و سونداژهای ژئوالکتریکی آبخوان  دشت تسوج

ـ مدل مفهومی سنگ کف

اولین لایه­ی استخراجی از مدل مربوط به سنگ کف است که با شناسه­ی صفر  مشخص شده و بر اساس داده­های چاه­ها و گمانه­های ژئوفیزیکی مقادیر مربوط به ارتفاع و ضخامت آن به مدل تعریف شده است. سنگ کف مارنی - رسی (نواحی غربی دشت از روستای امستجان به بعد بیشتر از جنس رس قرمز بوده و نواحی شرقی از جنس مارن سبز) در کل آبخوان گسترش داشته و محاسبات مدل با حداقل ارتفاع 1000 متر انجام گردیده که مشخصات کمی آن در جدول (1) آمده است، نهایتاً مدل مفهومی سنگ کف به همراه موقعیت چاه­ها و سونداژها تهیه شده است (شکل 6). ­چنانکه در شکل مشاهده می­گردد در ناحیه­ی قلعه مراغوش تا شیخ­ولی سنگ کف از یک افتادگی در امتداد ساحل برخوردار بوده که امکان تبادلات آبی بین سفره­ی آب شور و شیرین را بیشتر می­کند. همچنین در مسیر روستای الماس به سمت تسوج و از آنجا در امتداد قلعه­ی مراغوش با یک دره عمیق مدفونی مواجه هستیم بر اساس چاه­های پیزومتری حفاری شده در منطقه در امتداد رودخانه تسوج ضخامت نهشته­ها با عمق بیش از 240 متر با دانه­بندی غالب شن ماسه­ای با درصد خیلی کم از رس - سیلت و یا شن­های درشت همراه رس وجود داشته که بررسـی­های ژئوفیزیکی در این مناطق این ضخامت را تا عمق 250 متری نمایان می­سازد.

شکل (6) مدل مفهومی سنگ کف، چاه­ها و سونداژهای ژئوالکتریک دشت آبرفتی تسوج

جدول (1) مشخصات پارامترهای کمی سنگ کف آبخوان دشت آبرفتی تسوج

-  مدل مفهومی چینه ای Q1

نهشته­های کواترنر شامل رسوبات آبرفتی ریزدانه احتمالاً حاوی آب به خصوص آب شور (Q1)را شامل می­گردد. این رسوبات مناطق حاشیه­ی دریاچه به خصوص نواحی غربی را پوشانده و نواحی حاشیه­ای در شیخ ولی تا قراتپه فاقد آن می­باشد. فقدان این نهشته­ها به وضوح در لوگ زمین­شناسی چاه­های این نواحی در شکل (6) قابل مشهود است. فراوانی محدوده­ی پوششی این نهشته­ها در شکل (7) و مشخصات مربوط به پارامترهای کمی آن در جدول (2) آمده است. گسترش این نهشته­ها اغلب در ارتفاع کمتر از 1275 متر دیده می­شود.

شکل (7) مدل مفهومی  Q1 و میزان گستره­ی آن در دشت آبرفتی تسوج

جدول (2) مشخصات  پارامترهای کمی و آماری  مربوط به Q1  آبخوان تسوج

-  مدل مفهومی چینه ای Q2

نهشته­های کواترنر شامل ته­نشست­های آبرفتی دانه متوسط احتمالاً حاوی آب (Q2) را شامل می­شود. در شکل (8)، مدل مفهومی و جدول (3) پارامترهای کمی و آماری نهشته­ها آمده است. حجم ناشی از این نهشته­ها در آبخوان دشت تسوج بیش از 2973 میلیون­متر مکعب است. بر اساس فراوانی نهشته­های کواترنر Q2 نسبت به ارتفاع، بیشترین فراوانی در ارتفاع 1262 و 1284 وجود دارد. مدل مفهومی- چینه­ای  این واحد نشان­دهنده­ی گسترش عمده­ی آن در نواحی شرقی و جنوب شرقی بوده با احتساب 40-30 متر ضخامت رسوبات کف دریاچه یکی از دلایل امکان­سنجی تبادلات آبی بین سفره­ی شور و شیرین در این منطقه همراه با وضعیت توپوگرافی سنگ کف حضور این واحد نفوذپذیر می­باشد (شهرابی، 1373).

شکل (8) مدل مفهومی Q2 و میزان گستره­ی آن در دشت آبرفتی تسوج

جدول (3) مشخصات پارامترهای کمی و آماری مربوط به Q2 آبخوان مطالعاتی تسوج

- مدل مفهومی چینه­ایQal -Q3

این نـهشته­ها آبرفت­های دانه درشت و رودخانه­ای (Q3,Qal) را شامل می­گردنـد،

چنان که در شکل (9) مشاهده می­گردد این واحد از یک گسترش افقی سرتاسر به جز در حاشیه­ی دریاچه برخوردار بوده و مدل چینه­ای یک پوشش کامل را ارائه می­دهد، لکن گسترش عمودی این نهشته­ها بیشتر در نواحی شمالی دشت به خصوص شمال­شرقی است. از خصوصیات نهشته­های کواترنری Q3,Qal می­توان به نفوذپذیری شدید، نبودِ ناخالصی­های رسی، اشاره نمود. این واحد در اغلب نواحی به خصوص بالادست دشت فاقد لایه­ی آبدار بوده ولی به علت قابلیت نفوذ مناسب و هدایت هیدرولیکی بالا به عنوان مکان­های مناسب تغذیه­ی آبخوان به شمار می­آیند. در جدول (4) مشخصات پارامترهای کمی و آماری واحد آمده است. بیشترین فراوانی در ارتفاع 1320 بوده ولی ضخامت بالا در ارتفاع 1550 با ماکزیمم 190 متر است. از دیگر خصوصیات این واحد تشکیل مسیر آبراهه­ها و کانال­های مدفونی قدیمی است به طوری که یک کانال مدفونی از روستای الماس تا شهر تسوج ادامه داشته که در مدل مفهومی شکل (11) به وضوح نمایان شده است.

شکل  (9) مدل مفهومی Q3+Q2+Q1 و میزان گستره­ی آن در دشت آبرفتی تسوج

جدول (4) مشخصات پارامترهای کمی و آماری مربوط به Q3 آبخوان تسوج

شکل ­(10)  مدل مفهومی  سنگ کف و  نهشته­های کواترنر  در حاشیه­ی دریاچه و مسیر احتمالی کانال مدفونی

شکل (10) مدل مفهومی چینه­ای سنـگ کف و نهشته­های کواترنر را نـشان می­دهد که دو افتادگی درامتداد ساحل دریاچه و حدفاصل چاه­های پیزومتری شیخ­ولی تا قلعه­ی مراغوش به وضوح در آن نمایان است. این افتادگی­ها در واقع در امتداد رودخانه­ها به خصوص رودخانه تسوج می­باشد که از دره­ی علمدار در کوه­های میشو سرچشمه مـی­گیرد. در بررسـی ضخامت نهشته­ها این مسیر از بیشترین ضخامت از نوع  Q3با حداکثر 250 متر بوده است. این مدل مفهومی با استفاده از چاه­های پیزومتری و اکتشافات ژئوفیزیکی منطقه در سال 1390 تهیه گردیده است.

نتیجه­گیری

نتایج این پژوهش نشان می­دهد که، مدل مفهومی- چینه­ای می­تواند کارائی بالایی را در شناسایی نهشته­های کواترنر و گستره آنها نمایان سازد. این مدل با قابلیت­های سه بعدی نه تنها می­تواند شناخت نقطه­ای از نوع و ضخامت نهشته­های کواترنر را به حالت گستره صفحه­ای تبدیل نماید، بلکه با تهیه­ی این مدل برای دشت­های آبرفتی و محدوده­ی آبخوان­ها، گام مؤثری در شناسایی نواحی مستعد مناطق تغذیه­ی مصنوعی سـفره­های آب زیرزمینی و پخش سیلاب برداشته مـی­شود. بررسی نهشته­های کواترنر در شمال دریاچه­ی ارومیه که به عنوان منابع آبی مهم و شیرین در منطقه تسوج به شمار رفته و یک آبخوان را تشکیل داده­اند نشان داد که محدوده­ی این آبخوان با توجه به مقاومت ویژه الکتریکی به 5 کلاس نهشته­ای کواترنر تفکیک گردیده است، که شامل نهشته­های آبرفتی Qal، نهشته­های خشک Q3، نهشته­های آبرفتی دانه متوسط (احتمالاً حاوی آب) Q2، نهشته­های آبرفتی ریزدانه (احتمالاً حاوی آب)  Q1و رس Qmf می­باشند. با توجه به بحران آب­های زیرزمینی شیرین در این منطقه و  قرار گرفتن در حاشیه­ی سفره­ی شور دریاچه­ی ارومیه شناسایی نواحی احتمالی هجوم سفره­ی شور ساحلی ضروری بوده و مدل مفهومی- چینه­ای سنگ کف و نهشته­های کواترنر آبخوان تسوج نشان داد، که در سه ناحیه شیخ­ولی، قراتپه و قلعه مراغوش سنگ کف آبخوان از افتادگی نسبت به سایر نواحی در حاشیه ساحل دریاچه برخوردار است. نهشته­های کواترنر شامل رسوبات آبرفتی دانه متوسط حاوی آب ((Q2 از نفوذپذیری متوسط و بالا برخوردار بوده دارای سفره­ی آب زیرزمینی شیرین هستند. گسترش عمده این واحد از ارتفاع 1240 تا 1372 متری در نواحی شرقی و جنوب شرقی بوده، سطح گسترش آن 136 کیلومتر مربع است. یکی از دلایل امکان­سنجی تبادلات آبی بین سفره­ی شور و شیرین در این منطقه همراه با وضعیت توپوگرافی سنگ کف حضور این واحد نفوذپذیر می­باشد. عمده ضخامت نهشته­ها در شرق (حوالی روستاهای تیل)، شمال شرق (مسیر رودخانه تسوج) و نواحی میانی دشت مشاهده می­گردد. نهشته­های کواترنر شامل رسوبات آبرفـتی دانـه درشت و رودخانه­ای (Q3,Qal) از یک گسترش افقی سرتاسر از 1280 تا 1609 متری به جز در حاشیه دریاچه برخوردار بوده لکن حداکثر گسترش عمودی این نهشته­ها بیشتر در نواحی شمالی دشت به خصوص شمال شرقی است. از خصوصیات این واحد نفوذپذیری شدید، عدم وجود ناخالصی­های رسی در آن می­باشد. این واحد در اغلب نواحی به خصوص بالادست دشت فاقد لایه­ی آبدار بوده ولی به علت قابلیت نفوذ مناسب و هدایت هیدرولیکی بالا به عنوان مکان­های مناسب تغذیه­ی آبخوان به شمار می­آیند. سطح تحت پوشش نهشته­های خشک و رودخانه­ای دانه درشت حدود 174 کیلومتر مربع است. از دیگر خصوصیات این واحد تشکیل مسیر آبراهه­ها و کانال­های مدفونی قدیمی است به طوری که یک کانال مدفونی از روستای الماس تا شهر تسوج ادامه داشته و به سمت قراتپه حرکت می­نماید.