در حال حاضر در کشور عزیزمان بسیاری از افراد اعم از حقیقی و حقوقی، یکی از اصلی ترین زیرساخت های تولیدشان بسته به تامین و استحصال از منابع آب زیرزمینی است. بدین نحو که اکثر واحدهای تولیدی موجود در کشور چه اراضی کشاورزی (واحدهای زراعتی، باغبانی، گلخانه ای و …)، واحدهای تولیدی دام و طیور و آبزی پروری، واحدهای صنعتی و حتی خدماتی، منبع تامین آب خود را بهره گیری از منابع آب زیرزمینی قرار داده اند. و متاسفانه در سالهای اخیر با افت سطح ایستابی منابع آب زیرزمینی و کاهش حجم مخزن سفره ها، بسیاری از این واحدها دچار مشکلات فراوانی جهت تامین آب مورد نیاز خود شده اند و به اجبار روی به انجام مطالعات ژئوفیزیکی جهت اکتشاف آب های زیرزمینی و تعیین بهترین محل حفر چاه آورده اند. و قاعدتا همیشه برای این افراد و حتی سایرین این سوال بوده است که چگونه با بهره گیری از علم ژئوفیزیک و با لحاظ نمودن چه عواملی می توان منابع آب را در یک محدوده مطالعاتی اکتشاف نمود لذا اینجانب تصمیم گرفتم تا با لحاظ تجربیات شخصی و آموخته های دانشگاهی و با زبانی ساده و فارغ از مسائل پیچیده علمی و محاسباتی روند انجام این مطالعات و عواملی که یک کارشناس ژئوفیزیک در انجام این مطالعات لحاظ می کند را در این مقاله بیان نمایم امیدوارم که مورد توجه مخاطبین محترم قرار گیرد:

به صورت کلی آبخوان های موجود را می توان در یک دسته بندی به دو نوع آبخوان های موجود در محیط های متخلخل (آبرفتی) و آبخوان های موجود در سازند سخت تقسیم بندی کرد.

نوع اول مهمترین و اصلی ترین بخش تشکیل دهنده آبخوان های موجود را تشکیل می دهد به نحوی که بیشینه ی مصرف آب زیرزمینی اعم از شرب، صنعت و کشاورزی از این منابع تامین می شود. آبخوان های نوع دوم و یا همان آبخوان های موجود در سازندهای سخت به دلیل داشتن محدودیت های خاص خود صرفا در موارد خاص و بیشتر در جهت تامین آب شرب استفاده می شود. فلذا در این مقاله تکیه مبحث بر روی آبخوان های نوع اول و یا همان آبخوان های آبرفتی خواهد بود.

1- معرفی آبخوان‌های موجود در محیط‌های متخلخل
این نوع آبخوان‌ها از اصلی‌ترین محیط‌های شکل‌دهنده سفره‌های آب زیرزمینی هستند که همان‌گونه که از نامشان برداشت می‌شود در این نوع آبخوان‌ها، آب درون فضای خالی مابین خلل و فرج موجود در ذرات تشکیل‌دهنده ذخیره می‌شوند. در حقیقت در اثر چینش نامنظم ذرات تشکیل‌دهنده یک محیط متخلخل، فضای خالی‌ای ایجاد می‌شود که آب درون این فضای خالی ذخیره می‌شود. مهم‌ترین نوع اینگونه آبخوان‌ها، آبرفت‌ها می‌باشند.

شکل1: فضای خالی درون یک محیط متخلخل و مسیر جایگیری و حرکت سیال

2– عوامل زمین‌شناختی مؤثر بر موفقیت اکتشاف آب در آبخوان‌های آبرفتی
ابتدا قبل از اینکه درباره علم ژئوفیزیک توضیح داده شود به این موضوع پرداخته می شود که چه عوامل زمین شناختی ای در اکتشاف این نوع منابع موثر است.
زمانی که در آبخوان‌های آبرفتی اقدام به اکتشاف آب می‌نماییم، می‌بایست ابتدا فاکتورهایی که در موفقیت مطالعات ما مؤثر است را بشناسیم. به‌ طور کلی در اکتشاف این نوع منابع آبی دو پارامتر اصلی جهت اکتشاف موفقیت آمیز وجود دارد که عبارت‌اند از تراوایی و عمق برخورد به سنگ کف که در زیر به صورت مبسوط تر این موارد تر شرح داده می شوند:
2-1 تراوایی یا نفوذپذیری :
بعضی از آبرفت ها نسبت به بعضی دیگر تراواتر هستند بدین معنی که آبده تر بوده و توان آبدهی بیشتری در واحد سطح در قیاس با بقیه دارند به عنوان مثال شن ها و ماسه ها جزء آبرفت های تراوا و رس ها و سیلت ها جزء آبرفت های کم تراوا و یا نا تراوا محسوب می شوند لذا زمانی که حفاری درون آبرفتی که دارای تراوایی بالایی است صورت می‌گیرد میزان آبدهی بیشتر از زمانی‌است که این حفاری درون آبرفت‌های ناتراوا و یا کم‌تراوا انجام می‌شود به زبان ساده در یک محدوده مطالعاتی اگر چاهی در ناحیه ای حفر گردد که در حین حفاری و در منطقه آبدار به رسوبات شنی و ماسه ای برخورد کند آبدهی به مراتب بیشتری در قیاس با چاهی که در آبرفت های رسی و سیلتی حفاری شده است، خواهد داشت.
2-2 عمق برخورد به سنگ کف و ضخامت آبرفت:
در یک آبخوان آبرفتی، رسوبات آبرفتی نظیر شن، ماسه، سیلت، رس و… بر روی یک لایه سنگی صلب و متراکم قرار می گیرند. و آبخوان صرفا در بالای این سنگ تشکیل می شود. سنگ کف همانند یک لایه غیر قابل نفوذ عمل می کند که آب زیرزمینی توانایی عبور از آن را نداشته و هر قدر ضخامت آبرفت آبدار در محل حفاری بیشتر باشد(یعنی دیرتر به سنگ برخورد کنیم)، میزان آبدهی هم تبعا بالاتر است. حال درصورتیکه بتوانیم عمق و نحوه قرار گیری سنگ کف را به نقشه درآوریم میتوانیم محلی که بیشترین عمق سنگ کف (بیشترین ضخامت آبرفت آبدار) را دارد، تشخیص دهیم و پیشنهاد حفاری را در آن نقطه بدهیم. این منطقه علاوه بر آبدهی بالاتر کمتر تحت تأثیر افت سطح ایستابی و کاهش آبدهی قرار می‌گیرند.


شکل 2: تعیین بهترین محل حفاری (سطح مقطع یک آبخوان آبرفتی)

در تصویر بالا بهترین نقطه جهت حفاری با لحاظ دو فاکتور تعیین کننده ی مطرح شده یعنی توجه به بیشترین ضخامت لایه آبدار و بیشترین ضخامت لایه تراوا (ماسه و گراول) نمایش داده شده است.
حال توانمندی علم ژئوفیزیک این است که با بهره گیری از این علم و با استفاده از نتایج بدست آمده از این مطالعات می توان به صورت غیرمستقیم و بدون انجام حفاری به استنباطی نسبت به نحوه توزیع جنس های مختلف آبرفت و عمق سنگ کف و توزیع آن رسید.
هرچند ژئوفیزیک دارای گرایش ها و روش های مختلفی است لیکن در کشور ما عمدتا از روش ژئوالکتریک جهت مطالعه و اکتشاف منابع آب استفاده می گردد.
این روش براساس انتقال جريان الکتريکي به داخل زمين و اندازه گیری اختلاف پتانسيل ايجاد شده بين دو نقطه براي بدست آوردن مقاومت ويژه عمق‌هاي مختلف زمين طراحي شده است.
در کاوش‌هاي الکتريکي اساس اندازه گيري مقاومت ويژه در زمين بر پايه تويع پتانسيل‌ها در يک محيط همگن است. براي اندازه گيري مقاومت ويژه الکتريکي معمولا از يک ترکيب چهار قطبي يا چهار الکترودي AMNB استفاده مي‌شود. بدين ترتيب که جرياني توسط دو الکترود A و B به زمين فرستاده شده، سپس اختلاف پتانسيلي که در اثر عبور جريان بين دو الکترود M و N حاصل مي شود، اندازه‌گيري مي‌گردد. (شکل 1)


شکل 3: نمایی شماتیک از روش برداشت مقاومت ویژه الکتریکی در روش ژئوالکتریک

آنگاه با استفاده از رابطه زير مقدار مقاومت ويژه به دست مي آيد:

ρ_a=K ∆V/I

مقاومت ويژه الکتريکي که بدين طريق بدست مي‌آيد را مقاومت ويژه ظاهري گويند. در اين رابطه V∆ برحسب ميلي‌ولت، I بر حسب ميلي‌آمپر و K بر حسب متر يا واحد طول بيان مي گردد و بدين ترتيب ρa نيز بر حسب اهم‌متر بيان مي‌شود. براساس استانداردي که مربوط به مقاومت ویژه جنس‌هاي مختلف خاک و سنگ و همچنين دانسته‌هایي که در مورد مقاومت الکتريکي موادي مثل آب، فلزات، حفرات و… ارائه شده است می‌توان به اکتشاف زيرزميني و تمییز لایه‌ها پرداخت. با توجه به جنبه‌هاي نظري مساله، ممکن است وضعيت الکترودهاي پتانسيل M و N نسبت به الکترودهاي جريان A و B غيرمشخص باشد، ولي نظر به سهولت انجام کارهاي صحرايي و وضع قرار گرفتن جهار الکترود نسبت به يکديگر آرايش‌هاي گوناگوني حاصل مي‌شود که غالبا از آرایه شلومبرژه استفاده می شود.
3- در اکتشافات ژئوفیزیکی(ژئوالکتریکی) چگونه با لحاظ دو پارامتر بیان شده به اکتشاف منابع آب می پردازند؟
حال به این سوال می پردازیم که چگونه علم ژئوفیزیک می تواند بهترین محل مناسب از لحاظ میزان آبدهی را تشخیص داده تا حفاری در آن نقطه صورت پذیرد.
3-1 چگونه مناطق تراواتر در یک آبرفت اکتشاف می شود؟
همانگونه که بیان گردید آبرفت های شنی و ماسه ای نسبت به آبرفت های سیلتی و رسی درشت دانه تر و بالتبع تراواتر(آبده تر) هستند. پس اگر مطالعات ژئوالکتریک بتواند تشخیص دهد که در کدام ناحیه اگر حفاری صورت گیرد آبرفت های حاصل از حفاری درشت دانه تر (شنی و ماسه ای تر) از مناطق دیگر است، بهترین محل جهت حفاری تعیین شده است.
آبرفت های درشت دانه دارای مقاومت ویژه الکتریکی بیشتری از آبرفت های ریز دانه هستند. و بالتبع یک ژئوفیزیسیت می تواند با اندازه گیری مقاومت ویژه به نحوی که در بالا بیان گردید، اظهار نظر نماید که در کدام ناحیه از یک آبخوان رسوبات موجود در بخش آبدار(زیر سطح ایستابی)، درشت دانه تر هستند. به نمونه ای از پروژه های شرکت ژرفاب کاوش که ذیلا ارائه می گردد و عامل تعیین کننده تراوایی می بوده است توجه فرمایید:

شکل 4: اکتشاف آب در اراضی ای که پارامتر تراوایی آبرفت نقش تعیین کننده در موفقیت عملیات اکتشافی داشت.

همانگونه که قابل مشاهده است از بین سونداژهای 6، 8، 7، 10، 5، 11، 12 و 13 ، سونداژ شماره 13 در اعماق (و در زیر سطح ایستابی)، به صورت محسوسی دارای مقاومت ویژه بیشتری نسبت به دیگر سونداژها می باشد، لذا این سونداژ تراواتر بوده و در صورت حفاری دارای آبدهی بیشتری می باشد (پروژه تامین آب واحد گلخانه شرکت تعاونی روستایی شهرستان بهار)

3-2 چگونه مناطق دارای بیشترین ضخامت آبرفت ( بیشترین عمق برخورد به سنگ کف) اکتشاف می شوند؟
همانگونه که بیان گردید مناطقی که دارای بیشترین ضخامت آبرفت می باشند و به اصطلاح در زمان حفاری دیرتر به سنگ برخورد می نمایند، از لحاظ میزان آبدهی شرایط مطلوب تری دارند حال علم ژئوفیزیک (ژئوالکتریک) چگونه به اکتشاف این موضوع می پردازد؟
در اکثر موارد فی ما بین سنگ کف یک آبخوان و آبرفت آبدار یک تفاوت محسوس از لحاظ مقدار مقاومت ویژه وجود دارد. لذا با برداشت های ژئوالکتریکی می توان به این نتیجه رسید که در کدام ناحیه بیشترین ضخامت آبرفت آبدار ( بیشترین عمق برخورد به سنگ کف) وجود دارد.
به نمونه ای دیگر از پروژه ه های انجام شده شرکت ژرفاب کاوش که عامل تعیین کننده ضخامت بیشینه آبرفت بوده است و ذیلا ارائه می گردد توجه فرمایید:

شکل 5: اکتشاف آب در اراضی ای که پارامتر بیشترین ضخامت آبرفت (عمیق ترین برخورد به سنگ کف) نقش تعیین کننده در موفقیت عملیات اکتشافی داشت.

در این منطقه سنگ کف دارای مقاومت ویژه به مراتب بیشتری نسبت به آبرفت می بود. لذا همانگونه که در تصویر قابل رویت است سونداژ شماره یک دارای بیشترین ضخامت آبرفت بوده و به اصطلاح دیرتر به سنگ برخورد می نماید. نتیجتا این نقطه شرایط بهتری از لحاظ آب زیرزمینی دارا می باشد. ( پروژه تامین آب اراضی کشاورزی روستای یولاق شهرستان ساوه).
علاوه بر این از علم ژئوفیزیک جهت تشخیص و تفکیک آبخوان های دارای آب شور از شیرین و تعیین مناطقی که در صورت حفاری آبدهی با درصد شوری کمتری خواهند داشت، استفاده می گردد.

 

حسین مقدسی
دانش آموخته کارشناسی ارشد ژئوفیزیک از دانشگاه تهران
با تجربه انجام بالغ بر 50 پروژه اکتشاف آب در اقصی نقاط ایران
info@jarfabkavosh.ir
www.Jarfabkavosh.ir