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. متاسفانه در سال های 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 رو به انجام مطالعات ژئوفیزیکی جهت اکتشاف منابع آب 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 مخاطبين محترم قرار گیرند.

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.

بخش اول مهمترین و اصلی ترین بخش تشکیل دهنده آبخوان های موجود را تشکیل می دهد به نحوی که بیشینه ی مصرف آب زیر زمینی اعم از شرب، صنعت و کشاورزی از این منابع تامین می شود و جهت اکتشاف منابع آب زیرزمینی بسیار مناسب می باشند. 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 در استفاده می شود. فلذا در این مقاله تکیه مبحث بر روی آبخوان های نوع اول و یا همان آبخوان های آبرفتی خواهد بود.

معرفی آبخوان های موجود در محیط های متخلخل

این نوع آبخوان ها از اصلی ترین محیط های شکل دهنده سفره های آب زیر زمینی هستند که همان گونه که از نامشان برداشت می شود در این نوع آبخوان ها، آب درون فضای خالی مابین خلل و فرج موجود در ذرات تشکیل دهنده ذخیره می شوند. در حقیقت در اثر چینش نامنظم ذرات تشکیل دهنده یک محیط متخلخل، فصای خالی ای ایجاد می شود که آب درون این فضای خالی ذخیره می شود. مهم ترین نوع اینگونه آبخوان ها، آبرفت ها می باشند.

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

عوامل زمین شناختی مؤثر بر موفقیت اکتشاف منابع آب زیرزمینی در آبخوان های 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 منابع آب زیرزمینی موثر است.

زمانی که در آبخوان های آبرفتی اقدام به اکتشاف منابع آب زیرزمینی می نماییم، می بایست ابتدا فاکتورهایی که در موفقیت مطالعات ما مؤثر است را بشناسیم. به طور کلی در اکتشاف منابع آب زیرزمینی دو پارامتر اصلی جهت اکتشاف موفقیت آمیز وجود دارد که عبارت اند از تراوایی و عمق برخورد به سنگ کف که در زیر به صورت مبسوط تر این موارد تر شرح داده می شوند:

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 ماده ها جزء آبرفت های تراوا و رس ها و سیلت ها جزء آبرفت های کم تراوا و یا ناتراوا محسوب می شوند لذا زمانی که حفاری درون آبرفتی که دارای تراوایی بالایی است صورت می گیرد میزان آبدهی بیشتر از زمانی است که این حفاری درون آبرفت های ناتراوا و یا کم تراوا انجام می شود.

به زبان ساده در یک محدوده مطالعاتی اگر چاهی در ناحیه ای حفر گردد که در حین حفاری و در منطقه آبدار به رسوبات شن 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.

عمق برخورد به سنگ کف و ضخامت آبرفت:

در یک آبخوان آبرفتی، رسوبات آبرفتی نظیر شن، ماده، 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 در صورتیکه بتوانیم عمق و نحوه قرار گیری سنگ کف را به نقشه در آوریم 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 می گیرند.

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 لابه آبدار و بیشترین ضخامت لایه تراوا (مابه 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 مطالعه 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 ليكن در کشور ما عمدتا از روش ژئوالکتریکی جهت مطالعه و اکتشاف منابع آب استفاده می گردد. این روش براساس انتقال جریان الکتریکی به داخل زمین و اندازه گیری اختلاف پتانسیل ایجاد شده بین دو نقطه برای بدست آوردن مقاومت ويژه عمق های مختلف زمین طراحی شده است.

در کاوش های الکتریکی اساس اندازه گیری مقاومت ویژه در زمین بر پایه تویع پتانسیل ها در یک محیط همگن است. برای اندازه گیری مقاومت ویژه الکتریکی معمولا از یک ترکیب چهار قطبی با چهار الكترودی AMNB استفاده می شود. بدین ترتیب که جریانی توسط دو الکترود A و B به زمین فرستاده شده، سپس اختلاف پتانسیلی که در اثر عبور جریان بین دو الکترود M و N حاصل می شود، اندازه گیری می گردد.

نمایی شماتیک از روشی برداشت مقاومت ويژه الکتریکی در روش ژئوالکتریک

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 در 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.

چگونه مناطق دارای بیشترین ضخامت آبرفت ( بیشترین عمق برخورد به سنگ کف) اکتشاف می شوند؟

همانگونه که بیان گردید مناطقی که دارای بیشتری ضخامت آبرفت می باشند و به اصطلاح در زمان حفاری دیرتر به سنگ برخورد می نمایند، از لحاظ میزان آبدهی شرایط مطلوب تری دارند و برای اکتشاف منابع آب زیرزمینی بسیار مناسب می باشند. حال علم ژئوفیزیک (ژئوالکتریک) چگونه به اکتشاف این موضوع می پردازد؟

در اکثر موارد في مابیں 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 ( بیشتریں عمق برخورد به سنگ کف) وجود دارد و جهت اکتشاف منابع آب زیرزمینی مناسب است.

نویسنده: حسین مقدسی دانش آموخته کارشناسی ارشد ژئوفیزیک از دانشگاه تهران (info@jarfabkavosh.ir)