بررسی آنومالیهای هیدروشیمیایی موجود در آبخوانهای دشتهای بازرگان و پلدشت

دسته زمین شناسی زیست محیطی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده الهام فیجانی
تاريخ برگزاری ۳۰ بهمن ۱۳۸۵

مقدمه :
عنصر فلوئور از جمله ترکیبات آب است که در غلظت‌هاى کم (۵/. تا ۱ میلى گرم در لیتر) ضرورت داشته و تخریب دندان و شیوع پوکى استخوان و سفت شدن سرخرگ‌ها را کاهش مى‌دهد، ولى در غلظت‌هاى زیاد زیان‌آور است. مقادیر بالای فلوئورید باعث بیماری فلوئورسیس می شود که از نظر سلامتی و بهداشت مشکلات فراوانی را ایجاد می کند(Jacks et al, ۲۰۰۵). فلوئورسیس در سه حالت ماهیچه ای، دندانی و اسکلتی مشاهده می شود(Nanyaro et al., ۱۹۸۴; Gaciri and Davies, ۱۹۹۳). فلوئورید لازم براى بدن بیشتر از طریق آب آشامیدنى تامین مى‌شود. مطالعه منشاء غلظت بالای فلوئورید که هم جهت با افزایش مقادیر یون سدیم می باشد و از نظر شرب و کشاورزی مشکلات فراوانی را به بار می آورد از اهمیت بالایی برخوردار است. به علت اثرات نامطلوب افزایش بالای یون سدیم و فلوئورید اخیراً مطالعات فراوانی بر روی این آنومالیها در نقاط مختلف جهان صورت گرفته است( Rukah and Alsokhny, ۲۰۰۴; Sharma, ۲۰۰۳). علاوه بر مطالعه مقادیر بالای غلظت فلوئورید، یکی از مهمترین تحقیقات، بررسی منشاء این آنومالیها برای کنترل صدمات ایجاد شده می باشد. بدین منظور در سالهای اخیر مطالعات وسیعی صورت گرفته است(Farooqi et al., ۲۰۰۶; Kim and Jeong, ۲۰۰۵; Jacks, ۲۰۰۵). به طور کلی بر اساس مطالعات انجام شده منشاء اصلی یون فلوئورید در آبهای زیرزمینی را می توان حاصل تاثیر کانیهایی مانند فلوئوراسپار، کریولیت،‌ فلوئورآپاتیت، هیدروکسی آپاتیت دانست(Sarma and Rao, ۱۹۹۷; Datta et al., ۲۰۰۰). برای انتخاب روشهای مناسب جهت کاهش یا حذف مقادیر بالای فلوئورید از منابع آبی، تعیین منشاء این آنومالی ضروری به نظر می رسد. به منظور کاهش، حذف و یا کنترل مقادیر بالای فلوئورید در قسمتهای مختلف جهان از جمله هند و چین و... مطالعات فراوانی به روشهای مختلف صورت گرفته است( Guo et al.,۲۰۰۶; Onyango et al., ۲۰۰۴; Carrillo-Rivera et al, ۲۰۰۲; Choi et al., ۲۰۰۱). هدف از این مطالعه بررسی روند مقادیر فلوئورید و یون سدیم در منطقه مطالعاتی و مقایسه آن با روند یونهای اصلی موجود در آب زیرزمینی و تعیین منشاء اصلی این آنومالیها و بررسی راهکارهای مختلف برای کاهش و یا حذف غلظت بالای یونهای فلوئورید و سدیم از آبهای زیرزمینی و در نتیجه ارائه بهترین راهکار می باشد. در این مطالعه اندازه گیری فلوئورید به روش رنگ سنجىSPADNS  بر اساس واکنش فلوئورید و یک ترکیب رنگى زیرکونیم بوسیله دستگاه اسپکتروفتومتر مدل Spectro ۴۰، در طول موج ۵۷۰ نانومتر و یون سدیم به وسیله فوتومترى شعله اى(Flame Photometry)  صورت گرفته است.
◊◊◊◊◊◊◊
 
بحث :
۱- موقعیت و زمین شناسی منطقه مطالعاتی
 منطقه مورد مطالعه در شمال غرب کشور و شمال استان آذربایجان غربی با مختصات (UTM) X=۴۴۵۰۰۰ تا X=۵۱۵۰۰۰ طول شرقی و Y=۴۳۴۰۰۰۰ تا Y=۴۳۸۰۰۰۰ عرض شمالی قرار گرفته است. این منطقه از غرب به کشور ترکیه، از شرق به رود ارس و از جنوب تقریبا به مرز بازالتها با سازندهای دیگر محدود می گردد. مساحت کل منطقه ۱۴۰۰ کیلومتر مربع است که بیش از ۳۸۸ کیلومتر مربع آن توسط گدازه های بازالتی پوشیده شده است. شهرهای ماکو، پلدشت و بازرگان از شهرهای مهم منطقه می باشند.سازندهای زمین شناسی در منطقه مورد مطالعه شامل تشکیلات آهکی-شیلی متعلق به دونین-کربونیفر و تریاس، آهکهای متعلق به پرمین، تشکیلات قم و بازالتهای کواترنری می باشد. شایان ذکر است که سازندهای آبدار منطقه را بیشتر بازالتهای کواترنری، آهک پرمین و سازند قم(رخساره آهکی آن) تشکیل می دهند. در جدول (۱) طبقه بندی سازندهای آبدار منطقه برحسب گسترش، آبدهی و تخلیه سالانه نشان داده شده است.
 
 
 
 
جدول ۱. خصو صیات هیدروژئولوژیکی سازندهای موجود در منطقه مطالعاتی
حجم تخلیه سالیانه بر سطح سازند (m۳/Km۲)
تخلیه سالانه (Mm۳/Year)
دبی (L/S)
گسترش (Km۲)
نام سازند یا رخساره
۱۵۲.۲
۱۱۱.۷
۳۵۴۳
۷۳۴
بازالتها
۳۱.۲
۲۵
۷۹۱.۵
۸۰۲.۵
آهک قم
۱۳.۸
۷.۵
۲۳۷
۵۴۵
آهک روته (پرمین)
۸.۸
۳
۹۶
۳۴۲.۵
تشکیلات متعلق به ائوسن
۲۶
۲.۸
۸۹
۱۰۶.۵
آهک های متعلق به تریاس
۴۶
۲.۲
۷۰
۴۷
آهک های متعلق به کرتاسه
۵
۱.۸
۵۶.۵
۳۵۸
تشکیلات متعلق به دونین - کربونیفر
 
۲- مطالعات هیدروشیمیایی
برای انجام مطالعات هیدروشیمیایی پس از برداشت ۷۲ نمونه آب زیرزمینی در دو نوبت پرآبی و کم آبی، تمام نمونه ها در آزمایشگاه آبشناسی دانشگاه تبریز مورد آنالیز هیدروشیمیایی قرار گرفتند. از بین ۸ یون اصلی و مقادیر فلوئورید، فسفات، نیترات و سیلیس، تنها مقادیر یون سدیم و فلوئورید دارای غلظت بالاتر از حد استاندارد WHO می باشد. براساس نمودارهای رسم شده برای روندهای یون فلوئورید با مقادیر یونهای دیگر موجود تنها یونی که روندی شبیه با فلوئورید را نشان می دهد، یون سدیم می باشد که خود از غلظت نسبتاً بالایی برخوردار است(شکل۱-الف). شکل (۱-ب) نشان می دهد که عموماً مقادیر بالای فلوئورید در نمونه های برداشت شده مربوط به آبخوان بازالتی موجود در منطقه می باشد و غلظت فلوئورید موجود در نمونه های برداشت شده از آبخوان غیربازالتی مقادیر نسبتاً پایینی را نشان می دهد. به منظور بررسی دقیق منشاء نمونه هایی با آنومالی فلوئورید و یون سدیم از دو روش زیر استفاده گردید:
 
 
۲-۱- روش گرافیکی
 این روش دو مزیت مهم دارد، یکى توانایى نشاندادن آنالیزها روى یک نقشه یا چارت و دیگرى تعیین روند تغییرات شیمیایی. یکی از دیاگرامهای مهم مورد استفاده در این روش دیاگرام استیف می باشد. این دیاگرامها می توانند در مقایسه نمونه ها برای بدست آوردن منشاء آنها راه حلی مفید و سریع باشند.(Fetter, ۱۹۸۸) این نوع دیاگرام رسم شده براى نمونه های دارای آنومالی و مقایسه آن با استیف دیاگرام هاى موجود در منابع که نشان دهنده آبهاى حاصل شده از منابع مختلف سنگى مى باشند، منشاء بازالتی نمونه ها رانشان مى دهد (شکل۲).
 
۲-۲- روش تعادل جرمی
این روش معمولاً براى داده هایى با ۵ pH > استفاده می شود، چون ۵ pH < باعث متلاشى شدن کانى هاى رسى شده و بر مقادیر یونها تأثیر می گذارد((Garrels & Mackenzie, ۱۹۶۷. در این روش تمام مقادیر آنیونها و کاتیونها به meq/l بیان مى شوند، به جز مقادیر SiO۲ که برحسب mmol/l بیان شده اند. مقادیر حاصل از آنالیز نمونه های با آنومالی یونهای سدیم و فلوئور به صورت زیر مورد بررسی قرار گرفتند:
۱- با توجه به مقادیر SiO۲که عموماً بالاتر از ۵/۰ میلی مول بر لیتر می باشد، پس منشاء آنها احتمالاً از سنگهای ولکانیکی یا آبهای هیدروترمال است.
۲- نسبت بالاتر از ۵ برای  HCO۳ / SiO۲نشانگر تأثیر هوازدگی سیلیکاتها بر نمونه های آبی مورد نظر است.
۳- مقادیر SiO۲نسبت به مجموع مقادیر Cl-، K+ و Na+ در تمام نمونه ها بالاتر از ۲ است که وجود کانیهای فرومنیزین در سنگهای منشاء را نشان می دهد.
۴- بالاتر از ۲ بودن نسبتهای Na+ + K+ - Cl- / Na+ + K+ - Cl- + Ca۲+، احتمالاً نشانگر وجود پلاژیوکلاز در مسیر جریان آب زیرزمینی می باشد.
۵- مقادیر بالاتر از ۵/۰ برای نسبت Mg۲+ / Ca۲+ + Mg۲+ در تمام نمونه های آنومالی دار نشان دهنده دارا بودن منشاء از کانیهای فرومنیزین می باشد.
۶- در بیشتر نمونه ها نسبت Na+ / Na+ + Cl-  بالاتر از ۵/۰ است که نشان دهنده منشاء غیر هالیتی سدیم می باشد. احتمالاً این مقادیر نشانگر فرآیند تعویض یونی یا منشاء گرفتن سدیم از کانی آلبیت است.
۷- نسبت مقادیر Cl- به مجموع آنیونها در تمام نمونه ها پایین تر از ۸/۰ می باشد که حاصل تأثیر سیلیکاتها بر نمونه های آنومالی دار است.
۸- نسبت بالاتر از ۸/۰ برای HCO۳- به مجموع آنیونها نشانگر تأثیر هوازدگی کربناتها یا سیلیکاتهاست(Hounslow, ۱۹۹۵).
در نهایت از ۸ بند فوق می توان نتیجه گرفت که منشاء اصلی نمونه های آنومالی دار، آبخوان بازالتی موجود در منطقه می باشد.
۲-۳- مطالعات پترولوِِِِژیکی
بر اساس مطالعات پترو گرافى انجام شده (شکل ۳)کانى هاى پلاژیوکلاز (هم به صورت فنوکریست و هم در زمینه)، پیروکسن و الیوین به ترتیب بیشترین تا کمترین مقادیر کانى هاى اصلى را تشکیل مى دادند. با توجه به نتایج حاصله از روشهای گرافیکی و بالانس جرمی که هر دو منشاء اصلی آنومالیهای یونهای فلوئورید و سدیم را از آبخوان بازالتی منطقه نشان دادند، مقادیر بالای یون سدیم به احتمال زیاد از انحلال فلدسپاتها به خصوص آلبیت (که در مقاطع میکروسکوپی به وفور قابل مشاهده است) می باشد. ولی آنومالیهای یون فلوئورید که عموماً حاصل تجزیه و یا انحلال کانیهای فلوئوریت، فلوئورو آپاتیت، میکا، آمفیبول، توپاز می باشند(اصغری مقدم و همکاران، ۱۳۸۴)، قابل بررسی می باشد.
 
 
به علت اینکه هیچ یک از کانیهای فلوئوردار در مقاطع میکروسکوپی مشاهده نشدند، برای تعیین منشاء این آنومالی، ۱۶ نمونه از سنگهای منطقه مطالعاتی مورد آنالیز قرار گرفت(جدول ۲). بررسى نتایج آنالیزهای انجام شده به روش نورم برای این نمونه ها براساس دیاگرام شکل (۴) که توسط (Le Bas et al, ۱۹۸۶) برای دسته بندی سنگهای ولکانیکی ارائه شده است، نشان می دهد که نمونه های سنگی در حد بازالت تا ریولیت اما غالباً آندزیتی و داسیتی می باشند. به طوری که مقادیر سیلیس آنها از ۵۶ تا ۶۸ درصد و عمدتاً در حد ۵۴ تا ۶۵ درصد هستند و اکثراً مقادیر کوارتز موجود(۱۰ تا ۲۵ درصد)، به صورت نورماتیو می باشد. هیپرستن (۷ تا ۱۵ درصد) در نورم سنگها دیده می شود و این مقدار با مقادیر کم دیوپسید (۱ تا ۸ درصد) همراه می باشد و ۱/. تا ۳ درصد آپاتیت نورماتیو نیز در این نمونه ها دیده می شود. با توجه به کانیهای مشاهده شده در مطالعات پتروگرافی و نیز نتایج حاصل از آنالیز نمونه های سنگی منطقه که نشاندهنده کانیهای نورماتیو موجود در سنگ می باشد، علاوه بر کانیهای دیگر که مقادیر جزئی از فلوئورید را دارند، تنها کانی فلوئوروآپاتیت می تواند با مقادیر فراوانی از فلوئورید همراه باشد. شرایط عمده برای تشکیل فلوئوروآپاتیت وجود سنگهای آلکالین به همراه مقادیر نسبتاً بالای تیتان و مقادیری P۲O۵ می باشد(Klein et al, ۱۹۹۷). با توجه به شکل (۴) که نمایانگر آلکالی بودن عموم نمونه هاست و نتایج آنالیز شیمیایی، وجود شرایط مناسب برای تشکیل کانی فلوئوروآپاتیت در سنگهای منطقه مطالعاتی را نشان می دهد و مؤید نتایج بدست آمده از روش نورم (وجود فلوئوروآپاتیت نورماتیو) می باشد. وجود فلوئوروآپاتیت در نورم نمونه ها علاوه بر مطالب فوق احتمال بالائی از منشاء فلوئوروآپاتیتی غلظت بالای فلوئورید در ترکیب شیمیایی آبهای زیرزمینی منطقه را ارائه می دهد.
 
 
 مقادیر بالای فلوئورید موجود در رودخانه ساری سو که در مرز ایران و ترکیه بالاترین مقدار خود را دارد نیز حاصل همین منشاء می باشد.
 
جدول ۲. نتایج آنالیز شیمیایی سنگهای منطقه مورد مطالعه
 
Sample no.
 
۱
۲
۳
۴
۵
۶
۷
۸
SiO۲
۵۱.۸
۴۹.۱
۴۹.۴
۵۱.۵
۵۲.۸
۵۲.۶
۵۱.۳
۴۹.۷
TiO۲
۱.۲
۱.۵
۱.۵
۱.۲
۱.۱
۱.۵
۱.۱
۱.۵

 الهام فیجانی، دانشجوی کارشناسی ارشد هیدروژئولوژی، دانشگاه تبریز
 اصغر اصغری مقدم، دانشیارگروه زمین شناسی دانشگاه تبریز، دکترای هیدروژئولوژی از دانشگاه کالج لندن،1991
عطاا... ندیری، دانشجوی کارشناسی ارشد هیدروژئولوژی، دانشگاه تبریز
◊◊◊◊◊◊◊
چکیده:
دشتهای بازالتی بازرگان و پلدشت در شمال غرب ایران و استان آذربایجان غربی واقع می باشند. با توجه به مطالعات هیدروشیمیایی صورت گرفته در منطقه مطالعاتی مقادیر یونهای فلوئورید و سدیم از حد استاندارد سازمان بهداشت جهانی (فلوئورید 5/1 و سدیم 200 میلی گرم بر لیتر) بالاتر است. آنومالی یون سدیم علاوه بر اثر نامطلوب بر زمینهای کشاورزی، ممکن است اثرات نامطلوبی نیز بر سلامت ساکنین منطقه داشته باشد. غلظت بیش از حد یون فلوئورید موجود در آبهای زیرزمینی نیز که در محدوده 7/1 تا 4/6 میلی گرم بر لیتر می باشد، شدیداً سلامت ساکنین منطقه را تهدید می کند. برای مدیریت بهتر این منابع از نظر بهداشتی و حذف و یا کاهش آنها، تعیین منشاء این آنومالیها ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق، 72 نمونه آب و 16 نمونه سنگ جمع آوری و پس از آنالیز و تهیه مقاطع میکروسکوپی با سه روش گرافیکی، بالانس جرمی و پترولوژیکی مورد بررسی قرار گرفتند. هر سه روش منشاء بازالتی این آنومالیها را نشان دادند. از میان روشهای متداول برای حذف آنومالی یون سدیم و فلوئورید مناسبترین روشها در منطقه مطالعاتی به ترتیب استفاده از فیلترهای طبیعی و مصنوعی زئولیت مثل زئولیتهای کلسیم دار و جذب فلوئورید به وسیله Defluoron2 و تعویض یون کلر با فلوئورید توسط رزین آنیونی می باشند.
واژگان کلیدی:بازرگان و پلدشت، روش گرافیکی، روش بالانس جرمی، آنومالی فلوئورید و سدیم
 
Investigation of hydrochemical anomalies in Bazargan and Poldasht plains
Abstract:
The Bazargan and Poldasht plains are located in the West Azarbaijan, northwest of IRAN.Based on hydrochemical studies, the concentrations of fluoride and sodium in groundwater of this area exceed World Health Organization (WHO) drinking water standards. Anomaly of sodium concentration may influence agriculture and human health. High fluoride concentration in groundwater (1.7-6.4 mg/L) threatens health of area residents. Determination of genesis of these anomalies is essential for water resources management and removal of anomalies from them. For this purpose, 72 groundwater samples and 16 rock samples are collected and after analyzing, three methods such as graphical, mass balance and petrologic methods used for studies. The three of them confirm basaltic genesis of these anomalies. The most suitable methods for removal of sodium and fluoride are respectively using of natural and artificial zeolites such as calcium zeolite and adsorption on Defluoron2 and exchanging Cl- with F- by anion resin in the study area.
Keywords: Bazargan and Poldasht, graphical method, mass balance method, Anomaly of fluoride and sodium

کلید واژه ها: آذربایجان غربی آنومالی بازرگان پلدشت هیدروژئولوژی هیدروشیمی زمین شناسی زیست محیطی آذربایجان غربى