شبیهسازی عددی و پهنهبندی فرونشست زمین ناشی از استخراج محلولهای معدنی در شمال غرب استان گلستان | ||
| پژوهشهای دانش زمین | ||
| دوره 17، شماره 1 - شماره پیاپی 66، 1405، صفحه 155-168 اصل مقاله (1.51 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/esrj.2026.240841.1291 | ||
| نویسندگان | ||
| حسین بور1؛ عزیز رحیمی* 1؛ مصطفی رقیمی2؛ مجتبی محمودلو3 | ||
| 1گروه زمینشناسی، دانشکده علوم، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران | ||
| 2گروه زمین شناسی - دانشکده علوم پایه- دانشگاه گلستان | ||
| 3گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبد، گنبد، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه فرونشست زمین به عنوان یکی از مخاطرات زمینشناسی است که منجر به فروریزش یا پایین رفتن سطح زمین میگردد. تغییر شکلهای بوجود آمده در سطح زمین غالبا در جهت عمودی است و به ندرت ممکن است در جهت افقی نیز جابه جایی هایی مشاهده گردد. فرونشست میتواند متاثر از اثر فعالیتهای انسانی مانند تونلسازی، استخراج مواد معدنی، استخراج آبهای زیرزمینی و فعالیت گسلها باشدکه سبب رخنمونهای فراوان مورفولوژیکی در سطح زمین میشود (Sharifi Kia, 2012). در برخی از موارد فرونشست زمین در اثر برداشت ذخایر زیرزمینی و مواد با ارزش معدنی به وقوع میپیوندد. یکی از روشهایی که برای استخراج مواد معدنی عمیق استفاده میشود استخراج محلول های معدنی است. در صورتیکه ماده معدنی جامد و قابل حل در آب باشد با تزریق آب از طریق چاههای عمیق به لایه معدنی، ماده معدنی در آب حل شده و سپس پمپاژ و استخراج محلول معدنی از طریق چاههای بهرهبرداری، انجام میشود. در چرخه استخراج، عملیات تزریق آب از یک سو و استخراج مواد محلول در آب به صورت کنترل شده انجام میشود. کشورهای ایالات متحده آمریکا، قزاقستان، چین و ازبکستان از این روش برای استخراج پتاس معدنی استفاده میکنند. معدن پتاس بل پلین (Belle Plaine) که در کانادا واقع شده است، اولین و بزرگترین معدن محلول در جهان است (Mark et al, 2010). در مورد شورابههای عمیق معدنی که حاوی عناصر ارزشمندی از قبیل ید و بروم هستند میتوان از روش استخراج محلول معدنی بهره جست. در این حالت با توجه به طبیعت ماده معدنی که به صورت یک محلول معدنی است با حفاری چاههای عمیق اقدام به بهرهبرداری از مواد معدنی میگردد. به منظور کاهش اثرات ناشی از فرونشست در چنین شرایطی بایستی پس از فرآوری و جداسازی ماده معدنی، پساب حاصل از استخراج به لایههای عمیق تزریق شود. در حال حاضر استفاده از روش استخراج محلول معدنی در کشور ما و در شمال غرب استان گلستان انجام میگیرد. در شمال غرب استان گلستان و در نزدیکی شهر آق قلا عملیات بهرهبرداری از شورابههای یددار در اعماق بیش از 1000 متری در حال انجام است و بهرهبرداری از ماده معدنی ید با استخراج شورابههای عمیق توسط بخش خصوصی از سال 1387 آغاز شده است و هدف از این پژوهش بررسی مقادیر عددی و پهنهبندی فرونشست زمین بر اثر استخراج شورابههای ید دار در محدوده مورد مطالعه میباشد. هر چند رخداد پدیده فرونشست از فرکانس و توالی نسبتا زیادی برخوردار است، لیکن به واسطه حرکت بسیار کند و بطنی زمین در اغلب مواقع درک و اندازهگیری آن بدرستی میسر نیست. همچنین مقدار فرونشست معمولا خیلی کوچک و در منطقهای با گستره یک تا چندین کیلومتری حادث میشود، چنین پهنه گسترده با فرونشستهای خیلی کم نمیتواند از طریق روشهایی چون اکتشافات ژئوفیزیکی، امواج لرزهای، امواج الکترومغناطیسی، مقاومت ویژه زمین و دیگر روشها تحلیل شود. یکی از تکنولوژیهای امید بخش، رادار فرکانس بالا است. سنجش از دور با رادار فرکانس بالا میتواند عمق نفوذ و قدرت تفکیک مورد نیاز را برای تشخیص و شناسایی دقیق چنین تسهیلاتی فراهم کند (Klar et al, 2009). مواد و روشها به منظور بررسی مساله فرونشست در شمال شهر آق قلا در شمال غرب استان گلستان در مرحله اول از ابزارهای سنجش از دور استفاده شده است. محدوده مورد مطالعه در فاصله 27 کیلومتری شهر آق قلا و در شمال غرب استان گلستان قرار دارد. در این محدوده برداشت از آبخوانهای سطحی و آبخوانهای عمیق باعث بروز نشستهایی در سطح زمین شده است. در ادامه با بررسیهای صورت گرفته بر روی چاههای محدوده مورد مطالعه مشخص گردید که چاههای حفر شده توسط وزارت نیرو تا سنگ کف ادامه نیافته و حتی در دو مورد به سطح آب نیز برخوردی نداشته است، ولی چاههای اکتشافی معادن ید و همچنین چاههای حفاری شده توسط شرکت نفت تا سنگ کف ادامه یافته است. با نگاه کلی به ستونهای زمینشناسی تهیه شده در چاههای اکتشافی و به عبارت دیگر چاه پیمایی انجام شده در محدوده مشخص میشود که از جنوب به شمال محدوده مورد مطالعه عمق سنگ کف کاهش مییابد و سطح ایستابی بالاتر میآید و همچنین از جنوب به شمال در جهت حفر چاههای اکتشافی ضخامت لایهها به مراتب کاهش مییابد. این منطقه از لحاظ زمینشناسی در مرز بین سه پهنه زمین ساختی حوضه خزر جنوبی، بخش جنوب غربی کمربند چین خورده کپه داغ و یال شمالی البرز شرقی واقع شده است. شرایط منطقه مورد مطالعه متأثر از تاریخچه زمینساختی و چینهشناسی این سه پهنه زمین ساختی است و به دلیل پوششهای آبرفتی و رخنمون ناچیز سازندها در منطقه مورد مطالعه از اطلاعات چاههای اکتشافی شرکت نفت و چاههای اکتشاف ید استفاده شده است. در این پژوهش علاوه بر پایش پدیده فرونشست با استفاده از تداخل سنجی راداری، از یک روش شبیهسازی عددی با نرم افزار Plaxis 3D برای درک بهتر مساله فرونشست و سازوکار تغییر شکلهای مرتبط استفاده شده است. Plaxis 3D یک برنامه اجزای محدود سه بعدی است که اختصاصا جهت بررسی و محاسبه نشست پیهای دور از ساحل طراحی شده است اما در نسخه 1/6 با اضافه شدن نشست تحکیمی این قابلیت را پیدا نمود تا نشستهای حاصل از خروج آب و کم شدن سطح آب زیرزمینی را بررسی نماید. این برنامه ورودیهای ساده را از کاربر دریافت میکند، گرافیک ساده را ترکیب میکند و به طور خودکار مدلهای پیچیده اجزای محدود را با خروجی پیشرفته و انعطاف پذیری بالا ایجاد مینماید. نتایج و بحث برای مدلسازی رفتاری نشست با توجه به شرایط زمینشناسی لایههای سنگی و نتایج آزمایشهای مکانیک سنگ از مدل رفتاری موهر کولمب استفاده شده است. مدل الاستو پلاستیک موهر-کولمب شامل پنج پارامترهای ورودی، یعنی مدول یانگ، ضریب پواسون برای کشش خاک، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی برای شکلپذیری خاک و زاویه اتساع میخواهد. مدل موهر-کولمب نشان دهنده یک معادله مرتبه اول تقریبی از رفتار خاک یا سنگ میباشد. توصیه میشود برای استفاده از این مدل برای تجزیه و تحلیل اولیه رفتار خاک استفاده شود و با مدلهای دیگر مقایسه شود. برای هر لایه یک برآورد متوسط سختی ثابت میباشد و با توجه به این سختی ثابت، با محاسبات نسبتا سریع، یک برآورد اولیه تغییر شکل به دست میآید. علاوه بر پارامترهای مدل ذکر شده در بالا، شرایط خاک اولیه، مانند پیش تحکیمی، نقش مهمی در بسیاری از مشکلات تغییر شکل خاک بازی میکند. این روش سادهترین روش برای محاسبه نشست تحکیمی خاک با ابتداییترین دادههای موجود میباشد که از دقت قابل قبولی برخوردار است. مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی به همراه نقشههای پهنهبندی راداری توانست ارتباط مفهومی فرونشست و بهرهبرداری از شورابهها را به صورت کمی در منطقه مورد مطالعه بطور واضح نشان دهد. با استفاده از دادههای زمینشناسی منطقه و شبیهسازی عددی موهرکولمب، دامنه تغییرات فرونشست در محدوده مورد مطالعه بین صفر تا 9 سانتیمتر میباشد. اعداد فوق با مقدار نشست بدست آمده توسط عکسهای راداری همخوانی قابل قبولی را نشان میدهند. با استفاده از اطلاعات زیرسطحی زمینشناسی یک مدل هندسی از ساختار سازندهای منطقه تشکیل گردید و ویژگیهای مکانیکی و رفتاری سازندها بر اساس مدل مور- کولمب تعریف شد و بر اساس مقادیر پمپاژ روزانه از چاه و سطح آب زیر زمینی، سایر نیازمندیهای مدل نیز در نظر گرفته شد. در این مدل میزان نشست سازندها در اثر برداشت شورابهها در یک دوره یک ساله ۹ سانتیمتر محاسبه گردید و به منظور مقایسه نتایج مدل با مقادیر واقعی فرونشست، از تکنیک تداخل سنجی راداری استفاده شد و نقشههای پهنهبندی فرونشست تهیه گردید. مقدار فرونشست در محدوده بهرهبرداری حداکثر 135/0 متر معادل 5/13 سانتیمتر محاسبه شده است که با مقدار نشست بدست آمده در مدل عددی اختلاف کمی دارد. همچنین در مورد نشستهای مشاهده شده در محدوده مورد مطالعه، تغییرات مقدار فرونشست تابعی از برداشت و تغذیه آبخوانهای کم عمق در سالهای آبی است و به همین دلیل در نقشههای پهنهبندی فرونشست، از لحاظ مکانی و زمانی شاهد مقادیر متفاوتی برای نشستهای محاسبه شده در سالهای مختلف آبی هستیم. نتیجهگیری بررسی دورهای فرونشست در محدوده مورد مطالعه نشان میدهد که عوامل زمینشناسی و لیتولوژی سازندها نقش تعیین کنندهای در میزان فرونشست و تغییر شکلهای سطحی دارد و ارزیابی دقیق فرونشست حساسیت زیادی به پارامترهای ژئومکانیکی سازندها دارد. مقادیر محاسبه شده برای فرونشست براساس مدلسازی عددی و نقشههای سنجش از دور نسبتا به هم نزدیک است و این مساله نشان میدهد که پارامترهای مکانیکی و مدل رفتاری سازندها به واقعیت نزدیک است. با توجه به تداوم بهرهبرداری در این محدوده و توسعه بهرهبرداری در سایر مناطق دشت و تجدید ناپذیر بودن آبخوان ژرف، روند افت سطح پیزومتریک در این مناطق ادامه دار است و با افزایش بهرهبرداری تشدید میگردد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| فرونشست؛ استخراج؛ شورابههای یددار؛ Plaxis 3D؛ شبیهسازی عددی؛ تداخل سنجی راداری | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 456 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 277 |
||