وبلاگ

امروزه استفاده از آب­های زیرزمینی در نقاط مختلف دنیا به خصوص در کشور ما به دلیل کم بودن ذخائر سطحی توسعه­ زیادی یافته­است و برای مصارف مختلف کشاورزی، صنعتی، شرب و غیره مورد استفاده قرار میگیرد، به همین دلیل لازم است که منابع آب زیرزمینی در هر ناحیه به دقت مورد مطالعه و بررسی کمی و کیفی قرارگیرند تا بتوان از آن­ها استفاده­ی بهینه را به عمل آورد (سنگدهی و همکاران 1387) عواملی چون بهره برداری نادرست از منابع آب ز یرزمینی ، وجودعوامل طبیعی همچون گنبدهای نمکی و سازندهای زمین شناسی آلاینده، هم گاها موجب کاهش کیفیت آب چاه­ها وسفره ­های زیرزمینی می­شوند(زمردیان،1383) گنبدهای نمکی می­توانند به صورت­های مختلف منابع آب سطحی و زیرزمینی راآلوده نمایند .آلوده کنندگی گنبدهای نمکی درحد حجم­ها و دبی­های بسیار زیاد می­باشد. در مناطق خشک و نیمه خشکی مانند ایران که منابع آب از اهمیت زیادی برخوردار هستند بررسی شدت و نحوه آلودگی توسط گنبد‌های نمکی کمک زیادی در مدیریت کیفی این منابع خواهد نمود. نظر به­اینکه تعداد گنبد‌های نمکی در ایران زیاد است، ارائه راهکار مناسب برای تعیین مقادیر و نحوه آلودگی منابع آب توسط گنبد‌های­ نمکی راهکارهای مناسبی را برای سایر نقاط ارائه خواهد داد. احمدزاده و همکاران 115 گنبد نمکی را در جنوب ایران نام برده­اند که 101 گنبد محدوده بین بندرعباس- سروستان و 14 گنبد در جنوب کازرون قرار دارند. با توجه به نوپا بودن مطالعات صورت گرفته در زمینه گنبدهای نمکی در ایران بسیاری از مطالعات اولیه توسط زمین شناسان غیر ایرانی و در زمینه تکتونیک نمک انجام پذیرفته­است و پس از آن با گسترش مطالعات صورت گرفته، بررسی­های مربوط به هیدروژئولوژی گنبدهای نمکی نیز آغاز گردید.

 

1-1- سنگ نمک

 

سنگ نمک یا هالیت با ترکیب NaCl در زیر سطح به شکل لایه ای (salt bed) و بر روی زمین به شکل dome، sill، dike و دیاپیر (diapir) وجود دارد. بسته به تاریخ رسوبگذاری،نهشته­های هالیت ممکن است با دیگر نمک­های کلریدی همچون کارنالیت (KMgCl3,6H2O) یا سیلویت (KCl)، سولفات­هاهمچون پولی هالیت (K2Ca2Mg[SO4]4H2O)،انیدریت (CaSO4)،ژیپس (CaSO4,2H2O) یا باکربنات­ها همچون دولومیت (CaMg(CO3)2)  یا کلسیت(CaCO3) همراه باشند. از مهمترین خواص نمک می­توان به چگالی کم آن که برابر با kg/m3 165/2 می باشد و انحلال پذیری بالای آن که برابر با g/l360 می باشد نام برد. نمک در اعماق زیاد نفوذ ناپذیر می باشد. از دیگر خواص مهم نمک شکل پذیری آن است که به صورت Halokinesis، plastic creepin و deformation under pressure تغییر شکل میدهد.

 

 1 – 2 – انحلال نمک

 

در بسیاری از حوضه­های رسوبی در جهان لایه ­های ضخیمی از سنگ نمک وجود دارد و در بعضی موارد، نمک تغییر شکل داده و به صورت دیاپیرهای نمکی و یا گنبدهای نمکی رخنمون دارند. نمک با توجه به حلالیت ساده­ی آن تحت تاثیر بارش های جوی قرار گرفته و به راحتی انحلال می­یابد. اما در بعضی موارد با وجود قابلیت حلالیت زیاد، این نهشته ها برای چندین هزار سال پایدار بوده و ممکن است یا انحلالی در آن­ها رخ نداده و یا این که پیشرفت انحلال بسیار کند بوده باشد، که این امر بیانگر عدم تماس آن­ها با چرخه­ی آب­های شیرین می­باشد. لایه ­های نمک ممکن است در بین سیستم­های جریان آب زیرزمینی ناحیه­ای یا محلی قرار گرفته و دائما از قسمت ­های بالایی و حواشی در حال حل شدن بوده و باعث شوری آب­های زیرزمینی گردند. برای مثال در مناطق تگزاس و نیومکزیکو بییش از 200 متر نمک به وسیله­ آب­های زیرزمینی انحلال یافته­اند.

 

جانسون و همکارانش (1977) به اختصار عوامل موثر در انحلال نمک را شرح داده­اند:

 

1– غیر اشباع بودن آب نسبت به نمک

 

2– وجود نهشته­ی نمکی و آب کافی

 

3– امکان حرکت آب در داخل یا بر روی نهشته­های نمکی و امکان خروج آب

 

4- انرژی (مانند بار هیدرواستاتیکی) که باعث جریان آب در سیستم گردد.

 

با وجود این شرایط، آب­های جوی به داخل زمین نفوذ کرده و انحلال نمک در زیر سطح اتفاق می­افتد و آب راه خود را به نواحی با ارتفاع کمتر ادامه می­دهد. تخلیه­ی چشمه­های شور حاصل از انحلال نمک و تبخیر آب­های شور در سطح زمین می ­تواند باعث تولید و توسعه­ پهنه­های نمکی گردد. چنین پهنه­های نمکی در دشت رولینگ (Rolling) در شمال تگزاس و جنوب غرب اکلاهاما به وسیله یوارد (1961) و ریشتر و کیلر (1986)، Ward,1961 و Richter and Kreitler,1986 توصیف شده ­اند. آب­های شور تخلیه شده در این نواحی از چند هزار میلی­گرم بر لیتر تا 150000 میلی گرم بر لیتر کلر را در خود حل کرده که کیفیت آب های سطحی را تا صدها مایل پایین تر تحت تاثیر قرار می­ دهند (Richter,1993).

 

1 – 3 – حلالیت هالیت

 

 

 

قابلیت حلالیت مولی هالیت در 25 درجه سانتی گراد بسیار زیاد است به طوری که ثابت حلالیت آن طبق معادله 1 -1 برابر با 38 می­باشد.

 

معادله (1-1)                 = 38 Ksp = [Na+].[Cl–]

 

 

 

جدول 1- 1- قابلیت انحلال کانی­هایی که به صورت متجانس حل می­شوند

 

 (دمای 25 درجه سانتی گراد و فشار کل یک بار)، (Lioyd et al,1985)

 

از آنجایی که ماکزیمم حد اشباع آب از کلسیت 500 میلی گرم در لیتر می­باشد بنابراین می­توان دریافت که انحلال هالیت 720 برابر انحلال کلسیت و 170 برابر ژیپس می­باشد که این خود بیانگر سادگی حلالیت هالیت می­باشد. حلالیت هالیت با افزایش درجه حرارت زیاد می­گردد. شکل 1 افزایش حلالیت هالیت را با افزایش درجه حرارت نشان می­دهد.

 

شکل1 – 1- افزایش حلالیت هالیت با افزایش درجه حرارت بر حسب میلی­گرم بر لیتر

 

و درصد وزنی(شیمی عمومی هیئت مولفان، 1364)

 

1-4 – شوری و انواع آن

 

شورابه آبی است که غلظت کلر آن از غلظت متوسط کلر جهانی در آب اقیانوس بیشتر باشد(Hem,1973). شور شدن که با افزایش میزان مواد جامد حل شده (TDS) تعریف می­ شود، شایع­ترین نوع آلوده شدن منابع آب است.

 

افزایش شوری علاوه بر این که باعث بالا رفتن کل مواد شیمیایی آب می­ شود باعث افزایش غلظت تشکیل دهنده­های خاصی نیز می­گردد.

 

 1 – 5 – تعیین منابع شوری

 

همانگونه که بحث شد منابع شوری گوناگونی وجود دارند. برای تشخیص و تفكیک منابع شوری از یكدیگر، از روش­های مختلفی استفاده می­گردد كه عمدتاً عبارتند از:

 

1. آنالیز شیمیایی آب

 

1. روش­های ایزوتوپی

برای نیل به این هدف از پارامترهای گوناگونی هم­چون كاتیون­های اصلی (Na,Mg,Ca) و آنیون­های اصلی (HCO3,SO4,Cl) و عناصر فرعی (K,I,Br,Li) و بعضی ایزوتوپ­های محیطی (14C,3H,2H,18O)استفاده می­گردد. در سال­های اخیر از این اجزاء شیمیایی و یا نسبت­های آن­ها جهت تفکیک منابع شوری استفاده شده است. جدول 2 نسبت­های به­كار رفته در تعیین منابع شوری را نشان می­دهد.

 

 

 

جدول1-2 – پارامترهای شیمیایی پیشنهاد شده جهت تفکیک منابع شوری (Richter, 1993)

 

1 – 6- روش­های شیمیایی تعیین انحلال نمک

 

1 – استفاده از نسبت Na/Cl

 

Leonard and ward (1962) اولین کسانی بودند که از این نسبت جهت تشخیص انحلال هالیت از شورابه­های میادین نفتی در اکلاهاما استفاده کردند. یک نوع چشمه­های شور در اکلاهامای غربی نسبت وزنی سدیم به کلر را بین 63/0 تا 65/0 نشان داده که بیانگر انحلال هالیت خالص (نسبت وزنی Na/Cl = 0.648 ) به عنوان منبع شوری می­باشد.

 

علاوه بر نسبت وزنی می­توان از نسبت مولی برابر با یک، برای نسبت سدیم به کلر (چون سدیم و کلر از لحاظ مولی به نسبت یک به یک با یکدیگر ترکیب می­شوند) و هم چنین نسبت سدیم به کلر برابر با یک بر حسب اکی والان در میلیون (epm) (چون ظرفیت Cl و Na هردو برابر یک می­باشد) جهت تشخیص انحلال به عنوان منبع شوری استفاده کرد. Gogel,1981 پیشنهاد کرد که اگر نسبت وزنی سدیم به کلر کمتر از 6/0 (بین 28/0 تا 54/0) باشد، بیانگر منشاء میدان­های نفتی چشمه­های شور می­باشد. وی با بهره گرفتن از همین روش و به دست آوردن نسبت وزنی سدیم به کلر بین 65/0 تا 67/0 برای رودخانه Ninnesch، منشا آلودگی سفره­ی Wellington را انحلال نمک تشخیص داد. همان طور که در شکل 2 نشان می­دهد شورابه­های میادین نفتی دارای سدیم کمتری نسبت به شورابه­های حاصل از انحلال نمک می­باشند، بنابراین نسبت سدیم به کلر در میدان­های نفتی کمتر از شورابه­های انحلال نمک می­باشد. با بهره گرفتن از این روش می­توان منابع آلوده کننده­ آب سطحی را نیز مشخص کرد.

 

شکل1- 2- ترکیب نسبت وزنی سدیم به کلر برای شورابه­های میادین نفتی

 

 دایره­ها و شورابه­های انحلال نمک (مثلث ­ها)

 

نسبت وزنی سدیم به کلر حدود 65/0 بیانگر انحلال نمک و کمتر از 6/0 آلودگی بوسیله میادین نفتی را نشان می­دهد.

 

رودخانه­ی Cimarron (نقاط5 و6) بوسیله انحلال نمک و رودخانه­ی Little (نقطه4) و رودخانه­ی آرکانزاس (نقاط7 و8) به وسیله شورابه­های میادین نفتی آلوده شده ­اند (Leinard and Ward,1962).

 

2 – استفاده از نسبت (Ca+Mg)/SO4

 

نهشته های هالیت اغلب همراه با ژیپس و انیدریت می­باشند. در شرایطی که انحلال صورت گیرد، کلسیم و منیزیم و سولفات به میزانی حل می­گردند که نسبت مجموع کلسیم و منیزیم به سولفات (هر کدام بر حسب مول بر لیتر) برابر با یک می­گردد. اگر این نسبت بسیار بزرگتر از یک گردد یعنی مقدار مجموع کلسیم و منیزیم بسیار بیشتر از سولفات باشد، بیانگر آلودگی به وسیله­ میادین نفتی می­باشد.

 

شکل 3 این روابط را به خوبی نشان می­دهد. چنانچه مقادیر مجموع کلسیم و منیزیم به سولفات (برحسب مول بر لیتر) در مقابل نسبت سدیم به کلر (برحسب مول بر لیتر) رسم گردد، اب های حاصل از انحلال نمک پراکندگی نداشته و در محل تقاطع نسبت 1:1 قرار می­گیرند در صورتی که آب­های حوضه­ای عمیق به علت کمتر بودن مقدار سولفات پراکندگی را نشان ­می‌دهد‌.

 

شکل1- 3 – نسبت مولی (Ca+Mg)/SO4 در مقابل Na/Cl در چشمه های شور در دشت Rolling در تگزاس، (Richter and Kreitler,1986)، گروه A بیانگر انحلال هالیت و ژیپس و گروه C شورابه­های حوضه­ای عمیق را نشان ­می­دهد.

 

3 – استفاده از نسبت سولفات به کلر (SO4/Cl)

 

Mast (1982) با بهره گرفتن از مقادیر سولفات و کلر برحسب میلی­گرم بر لیتر منابع مختلف شوری و میزان اختلاط آن­ها را تشخیص داد. براساس شکل 4 مقادیر سولفات (ppm) در مقابل کلر (ppm) رسم گردیده و براساس اعضای انتهایی هم­چون آب­های شیرین، شورابه­های انحلال نمک و شورابه­های میادین نفتی مشخص می­گردند. در بین هر دو عضو انتهای خط اختلاط در نظر گرفته می­ شود.

 

شکل1- 4 – منحنی­های اختلاط برای آب­های شیرین و منابع شوری مختلف (انحلال نمک و میادین نفتی) با بهره گرفتن از غلظت­های سولفات و کلر در کانزاس Mast,1982 (به نقل از Richter,1993)

 

4 – استفاده از نسبت SO4/Cl ، Ca/Cl ، Mg/Cl ، K/Cl

 

Whittemore (1984) نشان داد که چشمه­های حاصل از انحلال نمک معمولا دارای Ca/Cl ، Mg/Cl کمتر و SO4/Cl بیشتری نسبت به شورابه­های میادین نفتی می­باشند. Richter and Kreitter (1986) با بهره گرفتن از این نسبت­ها شورابه­های حاصل از انحلال نمک (گروهA) و شورابه ­های حوضه­ای عمیق (گروهC) را در منطقه­ تگزاس از یکدیگر تفکیک کردند. همان طور که در شکل  5 می­گردد، مقادیر کلسیم، منیزیم و پتاسیم در شورابه­های حاصل از انحلال نمک به مراتب کمتر از آب­های حوضه­ای عمیق بوده و به همین علت پراکندگی نقاط در آب­های عمیق بیشتر از شورابه­های حاصل از انحلال نمک می­باشد (Richter,1993).