بررسیهاى اولیه آب زمین شناسى و جا نمایى نقاط پایش (طرح رفتارسنجى پوسته زمین در البرز مرکزى)

توضیحات

  مدیریت زمین شناسى مهندسى و زیست محیطى گروه زمین شناسى مهندسى     بررسیهای  اولیه  آب زمین شناسی  و  جا نمایی  نقاط  پایش طرح رفتارسنجى پوسته زمین در البرز مرکزی    (CAMP)     ا امیر شمشکى ، محمد جواد بلورچى ، فرهاد انصارى مقدم   پاییز 1383   1- مقدمه       در اواخر سال 1381 با مطرح شدن طرح پایش ( مونیتورینگ ) فعالیتهاى لرزه اى و آتشفشانى البرز مرکزى ، در راستاى اجراى مرحله اول این طرح ضمن تهیه نقشه 50000 : 1 آتشفشان دماوند  بررسیهاى زمین آبشناسى از اسفند ماه سال 1381 با نمونه بردارى از آب چشمه آبگرم لاریجان و آب اسک (چشمه طلا) و انجام برداشتهاى صحرایى آغاز گردید. در ادامه این بررسیها با توجه به خصوصیات هیدروژئوشیمیایى ، پراکندگى مناسب و امکان دسترسى ، از مرداد ماه 1382 چشمه هاى آبعلى ، اعلا و قلابن (استراباکو) نیز به برنامه یاد شده اضافه گردیدند. بر اساس برنامه ریزى صورت گرفته ، این نمونه بردارى ها و بررسیها در اواخر هر ماه بطور منظم انجام مى پذیرد. با وجود دشوارى هاى زیاد همچون موقعیتهاى جوى و راههاى ارتباطى نا مناسب ، خوشبختانه بیشتر برداشتها بر طبق برنامه ریزى قبلى صورت پذیرفته است. در اسفند ماه سال 1382 با تمام تلاشى که بعمل آمد ، بدلیل شرایط بسیار نامناسب جوى امکان نمونه بردارى از چشمه هاى آبگرم لاریجان ، قلابن و آب اسک (چشمه طلا) فراهم نگردید.       متأسفانه بدلیل عدم دقت مورد نیاز براى سنجش میزان عناصرى چون جیوه ، ارسنیک و بر در آزمایشگاه سازمان ، تعیین روند تغییرات تعدادى از عوامل مهم امکان پذیر نبوده است. همچنین در چند مورد بعضى یونها مورد سنجش قرار نگرفته و یا بدلیل تخلیه سهوى بعضى از  ظرفهای  نمونه در آزمایشگاه ، هیچگونه داده اى ارائه نگردیده است.       در بین عوامل مورد نظر ، میزانPH  ، دما و رادیواکتیویته بطور صحرایى و میزان T.D.S ، EC ، PH ، آنیونها و کاتیونهاى اصلى آب به همراه لیتیم ، ارسنیک ، جیوه ، سیلیس ، بر و آهن بطور آزمایشگاهى مورد سنجش قرار گرفته اند. در بعضى چشمه ها نظیر آبعلى و آب اسک وجود نهشته ها و کلوئیدهاى آهن مبین وجود مقادیر زیاد آهن در این چشمه ها است. البته به دلیل این که امکان آنالیز  نمونه ها  در  کمتر  از 48 ساعت  در آزمایشگاه  سازمان  فراهم نبوده ، همچنین اسید زنى بدلیل تأثیر نامطلوب روى دستگاههاى سنجنده امکان پذیر نمى باشد ، میزان آهن گزارش شده که حتى در بعضى موارد کمتر از حد تشخیص دستگاه  نیز  بوده است  قابل اعتماد نمى باشد .        در این تحقیق سعى شده تا با گردآورى آمار دراز مدت از کیفیت منابع آب انتخابى البرز مرکزى ، روند تغییرات کیفى و رابطه آن با وقوع پدیده هاى زمین شناختی  بویژه  زمین لرزه هاى منطقه ، مورد شناسایى قرار گیرد.        هدف از انتخاب منطقه البرز مرکزى ( در اولین گام براى پایش فعالیتهاى پوسته ایران زمین ) بالا بودن قابلیت مخاطرات زمین شناسى در این منطقه  نسبت به سایر نقاط ایران مى باشد . از دیدگاه زمین شناسى منطقه البرز مرکزى منطقه اى پیچیده با مجموعه اى از سازندهاى دوران  اول تا کواترنرى (شکل 1) و گسل خوردگیهاى زیاد (شکل 2) است. تمرکز جمعیت و وجود شهرهاى پر جمعیتى چون تهران و کرج با توجه به وجود آتشفشان نیمه فعال دماوند،گسله هاى فعال و با اهمیتى چون گسله هاى مشا- فشم و شمال تهران ، اجراى طرح پایش را ضرورى نموده است.   2 – موقعیت جغرافیایى        در این مرحله از تحقیقات چهار گوش مورد مطالعه در محدوده البرز مرکزى ، طول جغرافیایی  5/51  تا  5/52  درجه شرقى و عرض جغرافیایی  5/35  تا  36  درجه شمالى را  شامل مى شود (شکل 3).  موقعیت جغرافیایى چشمه هاى انتخابى در محدوده یاد شده در جدول 1 ارائه گردیده است.   جدول 1 – موقعیت جغرافیایى چشمه هاى انتخابى     در بین چشمه هاى یاد شده ، چشمه هاى اعلا و آبعلى در محدوده استان تهران و چشمه هاى طلا ( آب اسک ) ، قلابن ( استراباکو ) و آبگرم لاریجان در محدوده استان مازندران قرار دارند.   شکل 1 –  نقشه زمین شناسى محدوده مورد بررسى   شکل2 –  نماى سه بعدى از گسله هاى مهم البرز مرکزى   Satellite  image   شکل 3 –  تصویر ماهواره اى منطقه مورد مطالعه 3 – تاریخچه لرزه خیزى منطقه        این منطقه از دیدگاه زمین ساخت ، منطقه اى پویا با سابقه لرزه خیزى فراوان است. از مهمترین زمین لرزه هاى این منطقه و حوالى آن مى توان به موارد زیر اشاره نمود. الف) زمین لرزه سال 1665 میلادى : در سال 1665 میلادى (1075 قمرى) زمین لرزه خانه هاى بسیارى را در دماوند و اطراف آن ویران کرد. ب) زمین لرزه سال 1687 میلادى : زمین لرزه شدیدى در مازندران روستاهاى بسیارى را ویران کرد  و زمین لغزه هایى به راه انداخت. پ) زمین لرزه سال 1805 میلادى : زمین لرزه شدیدى در هراز بوقوع پیوست. بارفروش (بابل) و دماوند آسیبهاى فراوانى دیدند که از آن جمله مسجد جامع بارفروش به کلى ویران گردید. ت) زمین لرزه سال 1809 میلادى : زلزله بین مسیرهاى سفلاى رودخانه هاى هراز  تا لار آسیبهاى فراوانى بوجود آورد. لرزه سبب پدیدارى روانگرایى خاک در دره هاى رودخانه ها و نیز سنگریزشهایى در کوهها شد. ث) زمین لرزه سال ژوئن 1815 میلادى : زمین لرزه نیرومندى در دماوند حس شد. در آبگرم این لرزه سبب خشکیدن یک چشمه آب سرد گردید. ج) زمین لرزه سال 1825 میلادى : وقوع زمین لرزه شدیدى در هراز ، سبب مرگ و میر بسیارى از مردم شد. دامنه آسیب ها تا جاجرود ، دماوند ، آمل و سارى گسترش داشت. در منطقه رو مرکز بطور تقریب همه پلها و تونلها تخریب و به مدت 2 سال بطور کامل گذر ناپذیر شد. چ) زمین لرزه 27 مارس سال 1830 میلادى : زلزله شدیدى دماوند و شمیرانات را به لرزه در آورد.        زمین لرزه هاى ثبت شده از سال 1900 میلادى به بعد در این منطقه و حوالى آن ، بر اساس کاتالوگهاى دانشگاه برکلى ، سازمان زمین شناسى امریکا  (USGS)و دانشگاه هاروارد به ترتیب در پیوستهاى 1 تا 3  و آمار زمین لرزه هاى ثبت شده توسط مؤسسه بین المللى زلزله شناسى و مهندسى زلزله (IIEES)  از آغاز اجراى طرح پایش در جدول 2 ارائه گردیده است. جدول 2 _ آمار زمین لرزه هاى ثبت شده در محدوده مورد مطالعه از آغاز اجراى طرح پایش (اسفند ماه 1381)   ردیف تاریخ شمسى تاریخ میلادى عرض جغرافیایى طول جغرافیایى عمق (کیلومتر) بزرگا 1 18/12/81 2003/9/3 63/35 34/51 15 3 2 18/12/81 2003/9/3 7/35 68/51 10 4 3 28/6/82 2003/19/9 93/35 83/51 15 1/2 4 28/6/82 2003/19/9 93/35 85/51 15 3/3 5 2/12/82 2004/21/2 73/35 13/52 _ 4/4   فاصله بین مرکز رو سطحى زلزله هاى رویداده در بازه زمانى مورد نظر (اسفند ماه 1381 تا اسفند ماه 1382) با چشمه هاى انتخابى در جدول 2 ارائه گردیده است. (شکل 4 ) جدول 2 -  فاصله بین مرکز رو سطحى زلزله ها با چشمه هاى انتخابى _ بر حسب کیلومتر   نام چشمه زمین لرزه1 زمین لرزه 2 زمین لرزه 3 زمین لرزه 4 زمین لرزه 5 آبعلى 27 36 21 20 14 اعلا 35 43 29 28 5 طلا (آب اسک) 47 56 30 28 16 آبگرم 52 61 33 31 21 قلابن 62 72 41 39 31 متوسط 6/44 6/53 8/30 2/29 4/17     شکل 4 –   نقشه  موقعیت  مرکز  رو  سطحی  زلزله های  رویداده  در  بازه  زمانی  مورد  نظر  ( اسفند ماه 1381 تا اسفند ماه 1382 )  و چشمه هاى انتخابى   {PageBreak}  4 – هیدروژئوشیمى و کیفیت آب چشمه هاى انتخابى 4-1- چشمه اعلا        چشمه اعلا با موقعیت جغرافیایی  ً6/32   َ3    ْ35  طول شرقى و  ً4/48   َ44   ْ35 عرض شمالى ، در فاصله حدود 45 کیلومترى شرق تهران و 4 کیلومترى شمال شهرستان دماوند قرار دارد. مظهر این چشمه در سنگهاى آهکى متعلق به سازند مبارک واقع شده است (شکل 5). این چشمه از نوع چشمه هاى تکتونیکى مى باشد. آب چشمه اعلا در ردیف آبهاى سرد (Subthermal) و تیپ (Type) آن بیکربناته کلسیک است (شکل 6). آمار خصوصیات فیزیکوشیمیایى چشمه اعلا در جدول 3 آورده شده است   . شکل 5 _ تصویر مظهر چشمه اعلا   شکل 6 – کیفیت آب چشمه اعلا بر روى نمودار پایپر (Piper)   . 4-2- چشمه آبعلى        چشمه آبعلى با موقعیت جغرافیایی  ً5/3   َ58   ْ51  طول شرقى و ً17.2   َ46   ْ35 عرض شمالى ، در فاصله حدود 38 کیلومترى شرق تهران و 10 کیلومترى شمال غرب شهرستان دماوند قرار دارد. مظهر این چشمه در مرز سازند میلا (سنگ آهک و دولومیت) و سازند لالون (ماسه سنگ)واقع شده است (شکل 7). این چشمه از نوع چشمه هاى تکتونیکى مى باشد. آب چشمه آبعلى در ردیف آبهاى سرد (Subthermal) و تیپ (Type) آن بیکربناته کلسیک است (شکل 8). آمار خصوصیات فیزیکوشیمیایى چشمه آبعلى در جدول 4 آورده شده است   شکل 7 _ تصویر مظهر چشمه آبعلى     شکل 8 – کیفیت آب چشمه آبعلى بر روى نمودار پایپر (Piper)   -3- چشمه طلا (آب اسک)        چشمه طلا آب اسک با موقعیت جغرافیایی  ً3/23   َ9   ْ52  طول شرقى و  ً3/8   َ52   ْ35  عرض شمالى ، در فاصله حدود 55 کیلومترى شمال شرق تهران و 20 کیلومترى شمال شرق شهرستان تهران قرار دارد. مظهر این چشمه در مرز سنگهاى آتشفشانى کواترنرى (آندزیت و توف آندزیت) و سازند دورود (سنگ آهک ، شیل و ماسه سنگ) واقع شده است (شکل9). این چشمه از نوع چشمه هاى تکتونیکى مى باشد. آب چشمه طلا در ردیف آبهاى ولرم (Hypothermal) و تیپ (Type) آن از کلروره سدیک تا بیکربناته کلسیک متغیر مى باشد (شکل 10). قسمتى از آب این چشمه داراى منشأ عمیق بوده ، قسمت دیگر ناشى از آبهاى عمیق کم عمق است که در نزدیکى سطح زمین با هم مخلوط مى شوند. آب این چشمه در مسیر خود رسوبات سفید رنگ کربنات کلسیم و به مقدار کمتر کربنات منیزیم بر جاى مى گذارد. در مظهر چشمه گاز کربنیک (CO2) و سولفید هیدروژن (H2S)  به میزان  بالنسبه  زیادى متصاعد مى گردد  و آب  را  جوشان جلوه مى دهد. بدلیل این که در ماههاى مختلف و بر حسب میزان نزولات جوى و وضعیت آبهاى زیرزمینى منطقه ، میزان آب اختلاط یافته با آبهاى عمیق متفاوت مى باشد ؛ ویژگیهاى فیزیکوشیمیایى آب این چشمه در زمانهاى مختلف  تفاوتهای  قابل ملاحظه ای  نشان مى دهد.  بنا بر این چنانچه سازوکار هیدروژئوشیمیایى و کیفى آب چشمه طلا با دقت مناسب مورد شناسایى قرار نگیرد ، ممکن است مشکلاتى در زمینه پایش فعالیتهاى پوسته زمین ایجاد نماید. آمار خصوصیات فیزیکوشیمیایى آب چشمه طلا در جدول 5 ارائه گردیده است . شکل 9 _  تصویر مظهر چشمه طلا آب اسک   شکل 10 – کیفیت آب چشمه طلا آب اسک بر روى نمودار پایپر (Piper)     4-4- چشمه قلابن (استراباکو)       چشمه قلابن (استراباکو) با موقعیت جغرافیایی  ً1/40  َ16  ْ52  طول شرقى و ً1/43  َ58   ْ35 عرض شمالى ، در فاصله حدود 70 کیلومترى شمال شرق تهران و 36 کیلومترى شمال شرق شهرستان دماوند قرار دارد. در این مکان چهار عدد چشمه با فاصله کم از شکاف سنگهاى آهکى – مارنى متعلق به سازند دلیچاى از زمین خارج مى شود (شکل11). عامل تشکیل این چشمه گسله فعال بایجان است ؛ بنا بر این چشمه یاد شده از نوع چشمه هاى تکتونیکى مى باشد. در محل این چشمه دو عدد استخر شنا احداث گردیده که در فصل گرما مورد استفاده اهالى محل و توریستهایى معدود قرار مى گیرد. آب چشمه قلابن در ردیف آبهاى ولرم (Hypothermal)  و تیپ (Type) آن سولفاته کلسیک مى باشد (شکل12). بر اساس روش حرارت سنجى فورنیه (1977،1979) بر مبناى میزان کوارتز و Na-K-Ca (Mg corrected)  ،  متوسط دماى مخزن به ترتیب حدود  C ْ 94  و  C ْ 107 تخمین زده مى شود. از دیدگاه هیدروژئوشیمیایى آب چشمه قلابن در زمینه پایش فعالیتهاى پوسته البرز مرکزى بسیار مناسب بوده ، فقط وجود دامنه اى ناپایدار در بالادست چشمه و همچنین قرارگیرى آن در پهنه سیلابى رودخانه هراز مى تواند در انجام نمونه بردارى و احداث سایت (Site)ثابت مشکلاتى به همراه داشته باشد (شکل 13). آمار ویژگیهاى فیزیکوشیمیایى آب چشمه قلابن (استراباکو) در جدول 6 ارائه شده است   شکل 11 _  تصویر مظهر چشمه قلابن (استراباکو)   شکل 12 – کیفیت آب چشمه قلابن بر روى نمودار پایپر (Piper)   شکل 13 –  تصویر پهنه سیلابى رودخانه هراز در مجاورت مظهر چشمه قلابن   4-5- چشمه آبگرم لاریجان        چشمه آبگرم لاریجان با موقعیت جغرافیایى ً 3/35   َ11   ْ52  طول شرقى و ً6/25   َ54   ْ35 عرض شمالى در فاصله حدود 60 کیلومترى شمال شرق تهران و 26 کیلومترى شمال شرق شهرستان دماوند قرار دارد. مظهر این چشمه در شکاف سنگهاى کواترنرى (آندزیت و بازالت) واقع شده است (شکل 14). آب این چشمه در ردیف آبهاى داغ (Hyperthermal)  و تیپ (Type)  آن سولفاته کلسیک مى باشد (شکل 15). بر اساس روش حرارت سنجى فورنیه (1977و1979) بر مبناى میزان کوارتز و Na-K-Ca (Mg corrected)  ،  متوسط دماى مخزن به ترتیب حدود  C ْ 99  و  C ْ 68  تخمین زده مى شود. به این ترتیب افت حرارتى آب چشمه آبگرم از مخزن به سمت سطح زمین کم بوده که نشانگر نزدیک بودن مکان مخزن آبگرم ، سرعت بالاى جریان و ناچیز بودن میزان اختلاط آبهاى نزدیک به سطح است. از دیدگاه هیدروژئوشیمیایى آب چشمه آبگرم در زمینه پایش فعالیتهاى پوسته البرز مرکزى بسیار مناسب مى باشد. این مکان مى تواند محلى بسیار خوب براى استقرار پایگاه جمع آورى داده هاى هیدروژئوشیمیایى باشد. آمار ویژگیهاى فیزیکوشیمیایى آب چشمه آبگرم لاریجان در جدول 7 ارائه گردیده است   شکل 14 _  تصویر مظهر چشمه آبگرم لاریجان   شکل 15 – کیفیت آب چشمه آبگرم لاریجان بر روى نمودار پایپر (Piper)   5- تأثیر رویداد زمین لرزه بر کیفیت چشمه هاى انتخابى        بر حسب ویژگیهاى هیدروژئوشیمیایى منابع آب ، ویژگیهاى زمین لرزه هاى رویداده نظیر موقعیت جغرافیایى کانون ، بزرگا و عمق ، همچنین ویژگیهاى زمین شناختى گسلهاى مؤثر در رویداد زمین لرزه ، نحوه و میزان ناهنجاریهاى ایجاد شده در کیفیت منابع آب متفاوت خواهد بود. بنا بر این شناسایى ساز و کار این تغییرات در چشمه هاى مورد مطالعه به گرد آورى آمار دراز مدت با دقت مناسب نیاز دارد. فاصله زمانى نمونه بردارى ها باید کم و بر حسب دقت مورد نیاز باشد. بهتر است که با احداث ایستگاه (Site) ثابت و استقرار دستگاههاى سنجنده ، بطور مستمر و آن لاین (Online)این  اطلاعات  به  مرکز  انتقال  یابد تا  بتوان  با تعیین  آستانه  براى عاملهاى مورد نظر ، امکان  پیش بینى وقوع  زمین لرزه  را با دقت مناسب فراهم آورد. با این که فاصله زمانى بین نمونه بردارى ها زیاد (حدود یک ماه) بوده است ، خوشبختانه همزمانى وقوع زمین لرزه بیست و هشتم شهریور ماه  سال 1382 و دوم اسفند ماه  سال 1382 با زمان نمونه بردارى ها  (مورد اول بطور دقیق همزمان و مورد دوم دو روز پس از نمونه بردارى صورت پذیرفت) باعث شد تا در بعضى از عوامل کیفى بر حسب سازوکار و نزدیکى مکانى با چشمه هاى انتخابى ، ناهنجارى هایى (Anomaly) مشخص گردد. در بین عاملهاى کیفى مورد بررسى ، وقوع ناهنجارى در میزان Si ، PH و CL بیش از سایر عوامل با زمین لرزه هاى رویداده هماهنگى نشان مى دهد. البته لازم به ذکر است که دقت سنجش و ابزار مورد نیاز براى تعیین پاره اى از عاملهاى مهم دیگر مانند جیوه و رادون در حد مورد نظر نبوده است. با این وجود وقوع ناهنجارى در میزان