کاربرد داده‌های مغناطیس‌سنجی در محدوده اکتشافی آهن فُردو

دسته ژئوفیزیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
تاريخ برگزاری ۱۳ اسفند ۱۳۸۶

چکیده:
محدوده اکتشافى آهن فُردو در ۳۵ کیلومترى جنوب شهر قم واقع شده‌ است. عمده واحدهاى سنگى رخنمون یافته در منطقه شامل توالى از ولکانیک‌هاى ائوسن مى‌باشد که توده کوارتز دیوریت در آنها نفوذ کرده است. کانه‌زایى آهن در حاشیه توده نفوذى در آندزیت و توف‌هاى ائوسن رخ داده است. با توجه به نوع ماده معدنى در منطقه (مگنتیت) و مدفون بودن بخش عمده‌اى از آن، پس از انجام مطالعات صحرائى، عملیات ژئوفیزیک به روش مغناطیس‌سنجى طراحى و اجرا گردید. تغییرات محلى شامل میدان مغناطیس پسماند و مغناطیس القایى در این روش اندازه­گیرى می­شود که بر اثر حضور بى‌هنجارى‌هاى مغناطیسى بوجود مى‌آید. برداشت‌هاى مغناطیس در منطقه مورد نظر توسط دو دستگاه Portable Proton Magnetometer با حساسیت ۱/۰ گاما در شبکه منظم با راستاى عمود بر روند کانه‌زایى صورت پذیرفت. داده‌هاى به دست آمده پس از انجام تصحیحات و اطمینان از عدم بروز طوفان‌هاى مغناطیسى در تاریخ عملیات ژئوفیزیک توسط نرم‌افزار Geosoft مورد آنالیز و تفسیر قرار گرفت. به منظور تفسیر داده‌ها و حذف اثر دوقطبى، نقشه‌هاى برگردان به قطب و مشتق اول و دوم از آنومالى‌ها ترسیم گردید. جهت تعیین نحوه بروز عمقى کانه‌زایى فیلترهاى گذر بالا و پایین استفاده شد. نتایج حاصل از داده‌هاى ژئوفیزیک نشان می­دهد که کانه‌زایى آهن در منطقه فُردو در کنتاکت توده و سنگ­هاى آتشفشانى ائوسن با روند شمالى- جنوبى رخ داده است. کانه‌زایى در اعماق کم (حداکثر تا ۵۰ متر) و به صورت توده‌هاى مجزا قابل بررسى و حفارى مى‌باشد.

امیر امام­جمعه، کارشناسی ارشد زمین‌شناسی اقتصادی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران. amiremamj@yahoo.com
علیرضا جوانشیر، کارشناسی‌ارشد زمین‌شناسی اقتصادی، دانشگاه تربیت‌مدرس، تهران.
علی یارمحمدی، کارشناسی ارشد زمین‌شناسی اقتصادی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
حسن اشراقی، کارشناسی‌ارشد زمین­شناسی اقتصادی، دانشگاه تربیت­مدرس، کارشناس شرکت نفت و گاز پارس، تهران.
1- مقدمه:
محدوده اکتشافی آهن فردو در بخش جنوبی نقشه 1:100000 زمین‌شناسی کهک و همچنین در جنوب شهرستان قم با مختصات جغرافیایی ´54 °50 تا ´59 °50 طول‌های خاوری و ´11 °34 تا ´15 °34 عرض‌های شمالی واقع شده است. دسترسی به محدوده مورد نظر از طریق جاده قدیم قم- کهک-کاشان امکان­پذیر می­باشد.
- بحث:
از نظر تقسیمات تکتونیکی ایران این محدوده در کمربند ولکانو- پلوتونیک ارومیه دختر واقع شده است. بطور کلی در چهار گوش اکتشافی مورد نظر گسترش واحدهای ولکانیک ائوسن بسیار چشم‌گیر بوده و توسط توده‌ای جوان‌تر مورد نفوذ قرار گرفته‌اند. این واحدها به ترتیب سنی عبارتند از (شکل 1):
1- واحد ویتریک- توف : از نظر سنگ‌شناسی این واحد شامل تناوب گدازه­های آندزیتی سبز- خاکستری، هیالوکلاستیت و توف به همراه میان­لایه­هایی از سنگ آهک ماسه­ای می­باشد. این واحد به همراه واحد  هسته تاقدیس بزرگ منطقه را تشکیل می‌دهند (قلمقاش و باباخانی، 1374).
2- واحد گدازه‌های آندزی- بازالت : رخنمون این واحد در محدوده اکتشافی در قسمت شمال­خاوری می­باشد که تحت تاثیر توده نفوذی کوارتز- دیوریت قرار گرفته است. بر اساس مشاهدات صحرایی منطقه مورد پی‌جویی نیز در کنتاکت توده نفوذی با این واحد رخنمون پیدا کرده است. این واحد از نظر لیتولوژیکی شامل گدازه‌های بازالتی سبز تیره، برش آتشفشانی، هیالوکلاستیت با میان­لایه­هایی از توف سبز می­باشد که توسط یک باند آهکی () پوشیده شده است. بررسی‌های صحرایی اولیه نشان می‌دهد که به طور کلی میزان آهن در این واحد زیاد بوده بطوریکه کانی‌های آهن از جمله مگنتیت بصورت پراکنده و لامینه­ای بخصوص در قسمت توفی با چشم قابل مشاهده است. بر اساس الگوهای تیپ کانه‌زایی می‌توان این نوع کانه‌زایی را از نوع اسکارن حاشیه توده تلقی نمود. شواهدی از قبیل حضورکانی‌های گارنت، اپیدوت و وجود نوار آهکی  مبین این واقعیت می‌باشد. البته اثبات این واقیعت نیاز به مطالعات جامع­تری دارد.
3- واحد آندزی- بازالت پورفیری : این واحد بصورت یک زیر مجموعه از واحد  محسوب می‌شود. لیتولوژی این واحد بصورت یک گدازه بازالتی- آندزیتی سبز با مگاپورفیرهای درشتی از بلورهای فلدسپار است. از دیگر مشخصه‌های آن می‌توان به وجود دایک‌های بازیک تا حدواسط اشاره کرد.
- واحدهای آندزیت- توف: سایر واحدهای منطقه در مجموع شامل گدازه‌های آندزیتی و توف می‌باشند (، و ) که درجنوب منطقه رخنمون دارند (قلمقاش و باباخانی، 1374).
5- توده‌ نفوذی کوارتز دیوریت (qd): این واحد شامل توده نفوذی با ترکیب کوارتزدیوریت با سن میوسن میانی- پسین می­باشد که در واحدهای منطقه بخصوص  نفوذ کرده است و باعث ایجاد آلتراسیون اپیدوتی، کلسیتی و غنی­شدگی آهن در کنتاکت آن با واحد مذکور شده است. این توده نفوذی به همراه توده‌‌های موجود در شمال وسف، باختر کوه مامو و خاور راونج همگی مربوط به فاز دوم فعالیت‌های پلوتونیسم در منطقه بوده و سن آن‌ها به بعد از میوسن برمی‌گردد (قلمقاش، 1370).
- برداشت داده‌های مغناطیس­سنجی و پردازش آن‌ها:
روش مغناطیس‌سنجی که قدیمی‌ترین روش ژئوفیزیک اکتشافی است؛ در اصول و حتی تعبیر و تفسیر شباهت‌های بسیاری با روش‌های ثقل‌سنجیدارد. اما به طور معمول این روش پیچیده‌تر است و تغییرات میدان مغناطیسی نیز نامنظم‌تر و محلی‌تر از شتاب ثقل زمین است. در این روش اندازه‌گیری تغییرات میدان‌مغناطیسی زمین انجام می‌شود، چرا که برخی از مواد مانند مگنتیت در میدان مغناطیسی زمین، آنومالی‌های بالای مغناطیسی نشان می‌دهند. کانسارهای آهن، مس‌های اسکارن، نیکل و آزبست به دلیل همراهی با کانه‌های مغناطیسی، با برداشت‌های مغناطیس‌سنجی به راحتیقابل اکتشافند. آنچه در این روش اندازه‌گیری می‌شود، تغییرات محلی شامل میدان مغناطیس پسماند و مغناطیس القایی می‌باشد که بر اثر حضور بی‌هنجاری‌های مغناطیسی بوجود می‌آید(Reid, et al., 1990) .
پس از انجام بازدیدهای صحرائی، با توجه به روند شمالی- جنوبی کانی‌زایی‌ در محدوده اکتشافی و به منظور پوشش کلی منطقه و مشاهده نحوه گسترش و روند کانه‌زایی در عمق، پروفیل‌های برداشت ژئوفیزیکی بصورت خاوری- باختری در نظر گرفته شد. با توجه به وسعت منطقه مورد نظر و امکانات موجود، فاصله خطوط برداشت 50 متر تعیین شده که در قالب 11 پروفیل محدوده مورد نظر را پوشش داده است (شکل 2). فاصله نقاط برداشت نیز 5 متر در نظر گرفته شد که با توجه به طول متغیر پروفیل‌ها (از40 متر تا 250 متر) در مجموع 390 نقطه برداشت گردید.
برداشت‌ها توسط دو دستگاه Proton Magnetometer مدل G-856 انجام پذیرفته است که یک دستگاه ثابت جهت ثبت تغییرات روزانه میدان‌های مغناطیسی و دستگاه دیگر به صورت Portable استفاده گردیده است.
- روش‌های فیلتراژ نقشه‌های مغناطیس:
به منظور تفسیر بهتر داده‌های برداشت شده، از روش‌های مختلف تحلیلی و ترسیمی استفاده می‌شود. بعنوان مثال نقشه کاهش به قطب به منظور تعیین بهتر محل بی‌هنجاری با توجه به موقعیت جغرافیایی و با در دست داشتن مقادیر declination و inclination در منطقه و انجام تصحیح بدست می‌آید. نقشه‌های مشتق اول و دوم میزان تغییرات بی‌هنجاری و شدت تغییرات بی‌هنجاری را نسبت به عمق نمایش می‌دهند. روشن است که به این ترتیب بی‌هنجاری‌های سطحی که تغییرات شدیدتری دارند نمایان‌تر خواهند شد، ضمن آنکه احتمال عمیق بودن یا ادامه چنین بی‌هنجاری‌هایی در عمق منتفی نیست. به همین منظور نقشه‌های ادامه فراسو تهیه می‌گردد. به صورت ساده می‌توان چنین فرض کرد که سنسور‌ دستگاه مغناطیس‌سنج در ارتفاعی بالاتر از سطح فعلی اندازه‌گیری نموده است، در نتیجه اثر نویزهای سطحی کاهش یافته و بی‌هنجاری‌های عمقی نمایان‌تر خواهند بود. تمامی نتایج بدست آمده با استفاده از نرم افزار‌ مختص ژئوفیزیک (GeoSoft) ترسیم شده است.
4-1- روش برگردان به قطب: از آنجا که زاویه میل و انحراف میدان مغناطیسی زمین تابعی از موقعیت جغرافیایی نقاط اندازه‌گیری می‌باشد، به همین علت شکل یک بی‌هنجاری مغناطیسی، علاوه بر شکل و خودپذیری مغناطیسی ساختمان‌های زیرسطحی، به جهت القاشوندگی مغناطیسی زمین نیز وابسته است. این مورد ایجاد یکسری جابجایی و انحراف در شکل و محل بی‌هنجاری‌های مغناطیسی می‌کند. برای حذف این نامتقارنی‌ها، از فیلتر برگردان به قطب استفاده می‌شود. با اعمال این فیلتر محل بی‌هنجاری‌ها بر مرکز توده‌های مولد آن‌ها قرار می‌گیرند (مرادزاده، 1385). پس از اعمال این فیلتر نقشه شدت کل میدان مغناطیسی توسط نرم‌افزار تهیه گردید (شکل 3) که با در نظر گرفتن inclination=51.8,declination=3.4 ملاحظه می‌گردد که بی‌هنجاری‌ها کمی به سمت شمال کشیده شده است.
-2- نقشه‌های مشتق: نقشه‌های مشتق جهت نمایش تغییرات بی‌هنجاری‌ها نسبت به عمق کاربرد دارند. با توجه به فیلتر‌های مشتق نیز می‌توان دید همگی توده‌ها آثار سطحی نشان داده, بنابراین توده‌های اصلی نیز در سطح برونزد داشته ولی به عمق هم ادامه یافته­اند، به عبارت دیگر می‌توان گفت گسترش توده‌ها به عمق به این ترتیب منتفی نیست. نکته دیگر پراکنده بودن برونزدها در سطح است.
4-3- روش ادامه فراسو: نقشه‌های ادامه فراسو معمولاً ایده بسیار خوبی در رابطه با عمق توده‌های مگنتیت بدست می‌دهند. در این روش فیلترهای گذر بالای موج[1] و گذر پایین موج[2] برای اعماق 20,10 و40 متر بکار گرفته شده است. به این ترتیب با توجه به توضیحات بالا و با مشاهده فیلترهای ادامه فراسو می‌توان حدس زد که توده مورد نظر تا حداکثر بین 25 تا 40 متر ادامه داشته باشد. می‌توان دید بخش جنوبی تقریباً خیلی سطحی است و توده شماره 1 یا توده اصلی شیبی کم به سمت باختر و جنوب نشان می‌دهد.
4-3-1- فیلتر گذربالای موج: این روش در واقع فیلتری است که اثر آنومالی‌های سطحی با اعداد موج کمتر و دامنه بالا (توده‌های معدنی) را حذف و بدین وسیله اثر ناهنجاری‌های عمیق‌تر با طول موج بیشتر را بهتر آشکار می‌سازد. در این روش داده‌های مغناطیسی اندازه‌گیری شده توسط رابطه (1) از سطح برداشت داده‌ها بر روی سطوح تراز بالاتر از سطح برداشت تصویر می‌شوند.
 
که در آن p(x,y,-z) مقدار هم‌ارز در یک نقطه روی سطح دیگری در بالای سطح مبنا با فرض مثبت بودن z به طرف پایین است. همچنین p(r) مقدار میدان p در اطراف دایره‌ای به شعاع r می‌باشد
(McClellan, 1979).
بر روی داده‌های منطقه فیلتر گذربالای موج اعمال شد و نقشه‌های مربوط به ارتفاع‌های گسترش 10، 20، 40 و 100 متر تهیه گردید که نقشه‌های گسترش 10 و 40 متر در شکل 4 و 5 نشان داده شده است. تمامی نقشه‌های تهیه شده در این روش، روند اصلی کانه‌زایی در منطقه را تائید می‌کنند. با افزایش ارتفاع گسترش، توده‌های معدنی کم‌عمق‌تر (بخش جنوبی) محو گردیده و منحنی‌ها هموارتر می‌گردند.
4-3-2- فیلتر گذرپایین موج: در این روش ناهنجاری‌های سطحی با دامنه بالا و ناهنجاری‌های عمقی با دامنه پایین با وضوح بیشتری نمایان می‌گردند. فیلتر مذکور یک ابزار قدرتمند برای مطالعه توده‌های نزدیک به سطح می‌باشد. در این روش نیز توسط فرآیندی مشابه با روش گذربالای موج، داده‌های میدان بر روی سطوح ترازی پایین‌تر از سطح برداشت داده‌ها تصویر می‌شوند. نقشه‌های این فیلتر نیز برای اعماق مختلف براساس سیکل/ متر تهیه گردید، که شکل 6، نقشه فیلتر گذرپایین برای دامنه 02/0 سیکل/ متر را نشان می‌دهد. در این نقشه‌ها نیز محل، موقعیت و وضعیت گستردگی توده‌های معدنی در عمق به اثبات رسید. اگرچه این نقشه‌ها اثر توام مولفه باقیمانده و مولفه ناحیه‌ای مربوط به توده‌های عمیق را شامل می‌شود، ولی توده‌های معدنی در اعماق کمتر به خوبی مشخص شده‌اند.
- تخمین عمق با استفاده از طیف توان متوسط انرژی:
با توجه به اینکه عمق بی‌هنجاری‌ها از دامنه موج حاصل تبعیت می‌کند و هر چه عمق افزایش پیدا می‌کند پیک بی‌هنجاری کم شده و به سمت اعداد موج کمتر می‌رود، می‌توان به این‌ ترتیب عمق نمونه را با اندازه‌گیری شیب طیف توان متوسط انرژی و تقسیم آن بر بدست آورد. نمودار شکل 7, منحنی کاهش انرژی همراه با افزایش عدد موج و منحنی حداکثر و حداقل عمق را نشان می‌دهد. با توجه به این نتایج حداکثر عمق 30 متر حدس زده می‌شود. البته باید به خاطر داشته باشیم که مغناطیس سنجی یک روش کیفی است و تخمین‌های حاصل با استفاده از تحلیل داده‌ها بدست آمده است و وجود کمی تفاوت در تخمین عمق در روش‌های مختلف طبیعی است (Thompson, 1982).
- نتیجه گیری:
بررسی‌های صورت گرفته نشان می‌دهد که غالب روش‌های مورد استفاده برای جداسازی اثرات محلی و ناحیه‌ای توده‌های مغناطیسی، اگر به درستی مورد استفاده قرار گیرند، نتایج نسبتاً مشابهی را ارائه می‌دهند.
نتایج حاصل از روش مغناطیس‌سنجی را می‌توان در قالب موارد زیر خلاصه نمود:
1- تعداد 7 بی‌هنجاری براساس نقشه شدت کل میدان مغناطیسی قابل جدایش می باشد (شکل 2).
2- از بین بی‌هنجاری شمرده شده بی‌هنجاری‌های بخش جنوبی و 2 بی‌هنجاری در خاور و باختر بخش شمالی خیلی عمقی به نظر نمی‌رسد.
3- بی‌هنجاری شماره 1 گسترش حداکثر 100 متر در جهت شمال- جنوب و حداقل 20 متر در جهت خاوری- باختری نشان می‌دهد.
4- بی‌هنجاری شماره 2 از اهمیت نسبتاً بالایی برخوردار است. اگر چه در نگاه اول این بی‌هنجاری به نظر خیلی وسیع نیست، ولی از نظر عمق حائز اهمیت بوده و بیشترین عمق را بعد از بی‌هنجاری شماره 1 نشان می‌دهد و
می‌توان گفت از بی‌هنجاری شماره 1 جدا نیست. بیشترین پهنای بدست آمده بر روی این بی‌هنجاری در روی پروفیل 9 دیده می‌شود.
5- در مجموع دو آنومالی‌ شماره 1 و 2 در اولویت اول و دوم، جهت انجام حفاری پیشنهاد
می­گردند.
6- به طور کلی با در نظر گرفتن نتایج حاصل از تکنیک‌های مختلف حداکثر عمق بی‌هنجاری 50 متر تخمین زده می‌شود. البته تا اعماق 100 متر نیز بی‌هنجاری قابل مشاهده بوده، اما به دلیل خطاهای بیشتر قابل اعتماد نمی‌باشد.
منابع فارسی:
امامی م.ه.، 1370، شرح نقشه زمین‌شناسی چهارگوش قم، مقیاس 1:250000، سازمان زمین‌شناسی کشور.
قلمقاش، ج. و باباخانی، ع.ر.، 1374، نقشه زمین‌شناسی کهک، مقیاس 1:100000
قلمقاش، ج.، 1370، مطالعه پلوتونیسم ترشیری در منطقه جنوب قم (محدود به ورقه 1:100000 کهک)، پایان نامه کارشناسی ارشد، دکتر وثوقی عابدینی، دانشگاه شهید بهشتی تهران.
مرادزاده، ع.، دولتی ارده‌جانی، ف.، و طیبی، ب.، 1385، تفسیر کیفی داده‌های مغناطیسی کانسار اُجت‌آباد سمنان، بیست و پنجمین گردهمایی علوم‌زمین.

کلید واژه ها: مغناطیسسنجی اکتشافی آهنفُردو زمین‌شناسیکهک پلوتونیک ارومیهدختر ژئوفیزیک زنجان