وبلاگ شخصی ابوالفضل باقری فرد سردهائی

اگر تنهاترين تنها شوم باز خدا هست او جانشين همه نداشتنهاست(دکتر علی شریعتی)

شناسایی گسل های فعال بر اساس فاکتورهای ژئوشیمیایی با مطالعه موردی در طرح های سدسازی ایران

مقدمه :

در طرح های سدسازی ، گسل هایی که در 11 هزار سال گذشته فعالیت داشته اند را بعنوان گسل های فعال می شناسیم. هدف از این و در نهایت ارائه فاکتورهای ژئو شیمیایی برای سالیابی گسل های فعال و در نهایت ارائه چند مطالعه موردی بر اساس فاکتورهای ژئوشیمیایی در طرح های سد سازی ایران است .

روش سالیابی ترمولومینسانس

روش سالیابی ترمولومینسانس به طور عمده  برای تعیین قدمت سفال ، سرامیک ، سنگ های آتشفشانی ، رسوبات و نمونه های رسوباتی که در معرض تابش نور خورشید ، بالا رفتن حرارت بر اثر وقایع آتشفشانی یا تکتونیکی واقع شده باشند ، مورد استفاده قرار می گیرند .

دقت سالیابی ترمو لو مینسانس حدود 5% + تا 10%- برای نمونه های باستانشناسی و تا حدود 25%+ برای نمونه های زمین شناسی است . محدوده سالیابی از 100سال تا 200 هزار سال برای روش های معمول است . در دهه 90 میلادی فن آوری های خاصی ابداع شده است که محدوده سالیابی با این روش را تا چند صد هزار سال افزایش داده است .

موارد استفاده  ترمولومینسانس در شناسایی آخرین فعالیت گسل ها :

نمونه های سنگ چخماق ، گدازه های آتشفشانی ، رسوبات ائولین ، ماسه بادی ، خاکستر یخچالی ، لس ،  نهشته های یخچالی و یخچالی سیلابی ، ماسه های ساحلی ، سیلت های نهشته شده در آب برای سالیابی با این روش مناسب هستند .

سالیابی رسوبات در سال های اخیر مورد توجه بسیار قرار گرفته و پیشرفت های زیادی در این زمینه به دست آمده است .  کاربرد ترمولومینسانس در مطالعات زمین شناسی و یا دیرینه لرزه شناسی سالیابی مستقیم مواد درون زون گسل ها می باشند مشاهدات تجربی و بررسی های نظری نشان داده است که به دلیل رویداد گسلش ، درجه حرارت در زون گسل گاه تا 1000 درجه سانتیگراد افزایش یافته و منجر به ذوب بخشی سنگ ها در رسوبات می شود . این پدیده ها قابلیت تخلیه کامل انرژی ذخیره شده در مواد زون گسل را داشته و بدین ترتیب میزان انرژی که در نمونه ذخیره خواهد شد ، معرف سن آخرین جنبش گسل است . در این روش سالیابی ، استفاده از بررسی های پتروگرافی مواد زون گسل برای اثبات رسیدن شرایط  t,p  به شرایط آرمانی در هنگام گسلش مفید خواهد بود .

سالیابی تشدید اسپین الکترونی(ESR)

از روش سالیابی ESR برای تعیین قدمت موادی با منشا بیولوژیکی مانند استخوان ،  دندان ، صدف و مرجان ها و نیز مواردی با منشا معدنی مانند سفال ، رسوبات ، سنگ ها و کانی ها  استفاده می شود . محدوده سالیابی از چند سال تا حدود چندین میلیون سال است . میزان نمونه مورد نیاز در حد چند گرم و خطای سالیابی بین 5% تا 10 % است .اصول نظری سالیابی ESR ، مشابه این اصول در روش سالیابی  ترمولومینسانس است . تفاوت این دو روش در چگونگی تعیین میزان  انرژی ذخیره شده در جسم است . در سالیابی TLD ، از شدت نوری که با آزاد شدن الکترون ها از تله ها ساطع می شود ، و در سالیابی ESR  ، از تشدید اسپین الکترونی در یک میدان مغناطیسی خارجی برای تعیین انرژی  ذخیره شده استفاده می شود .

چرخش الکترون حول محور خود (اسپین) ، جریان الکتریکی ایجاد می کند که جهت آن مخالف جهت چرخش اسپین است . این جریان الکتریکی به نوبه خود ، یک میدان مغناطیسی حول الکترون به وجود می آورد . به این ترتیب اسپین الکترون را می توان مشابه یک آهنربای نازک در نظر گرفت . برای یک جفت الکترون ، ممان مغناطیسی جفت اسپین الکترونی ، مقداری برابر صفر دارد ، مگر برای  اتم ها و ملکول های خاص . با تابش پرتوهای یونزا و یونیزه شدن  اتم ها  ، ممکن است الکترون هایی که در تله ها محبوس می شوند (ونیز حفره ها ) دارای یک مولفه ممان مغناطیسی شوند .

در یک میدان مغناطیسی خارجی  ، الکترون های غیر جفت ، ممکن است یا در جهت میدان مغناطیسی خارجی یا در جهت عکس آن حرکت کنند . این دو جهت  حرکت (دو موقعیت اسپین الکترونی ) دارای 2 سطح انرژی متفاوتند .

سالیابی ESR در مقایسه با TLD دارای مزیت های بسیاری است . نمونه های مناسب برای سالیابی با روش ESR متنوع تر از نمونه های مناسب  برای سالیابی TLD  هستند . در روش ESR  می توان طیف هر نمونه را چندین بار اندازه گیری کرد و به این ترتیب خطای سالیابی را با محاسبات آماری کاهش داد . اندازه گیری ها در دمای متفاوت انجام می گیرند و نیازی به تجهیزات سرد ساز و گاز های خنک کننده نیست . البته تجهیزات و دستگاه های مورد نیاز برای سالیابی ESR  در مقایسه با سالیابی TLD  ، نسبتا گران و پر هزینه هستند .

روش سالیابی ESR از اواسط دهه 80 میلادی مطرح گردید و  به خصوص در سال های اخیر  به یکی از روش های مهم که در شناسایی گسل های فعال موفقیت آمیز بود تبدیل شد . به نظر می رسد که روش ESR در سال های اخیر به یکی از مهمترین ابزارهای سالیابی و بررسی گسل ها تبدیل خواهد شد . برای مثال از این روش برای بررسی GOUGE گسل نوجیما ، برای بررسی رخ نمون که در زلزله 17 ژانویه 1995 به وقوع پیوسته ونیز برای بررسی GOUGE گسل MTL (MEDIA TECTONIC LINE)  که بزرگترین گسل فعال در ژاپن است ، استفاده شده است . نمونه ها ، مواد درسی به دست آمده از gouge گسل هستند و نتایج به دست آمده به عنوان آغاز حرکت گسلش در رخ نمون تفسیر می شود .

سالیابی راسمیک شدن اسید های آمینه

این روش معمولا برای سالیابی مواد آلی یا فسیل های حاوی اسید های آمینه به کار می رود . اولین بار از این روش برای سالیابی بقای استخوان و مینای دندان ها استفاده شده است . محدوده زمانی سالیابی بین چند هزار سال تا چند صد هزار سال است . موادی که تغییرات شیمیایی زیادی در آن ها به وقوع پیوسته و به این دلیل برای سالیابی کربن 14 مناسب نیستند نیز با این روش قابل سالیابی هستند  . یکی از کابردهای مهم این روش فرامینیفرهایی است که از رسوبات پلاژیک(آبهای آزاد ) استخراج شده اند . کوپرولیت ها ( میزان نمونه مورد نیاز در حدود چند میلی گرم) ، بقایای مرجان ها ، پوسته صدف ها و نیز بقایای حلزون ها را نیز با این روش می توان تعیین کرد .

سرعت راسمیک شدن اسیدهای آمینه به عوامل محیطی متعددی بستگی دارد که اگر بتوان همه این عوامل را با دقت اندازه گیری کرد ، می توان از این روش برای سالیابی مطلق نمونه ها استفاده کرد ، در غیر اینصورت ، این روش سالیابی تنها برای تعیین تقدم و تاخر زمانی نمونه های هم جنس و فقط در یک محل مشخص به کار گرفته می شود .

در صورت در دست داشتن نمودارهای شاهد دقیق و تعیین ضرایب ثابت مورد نیاز برای مناطق مختلف که با استفاده از نمونه هایی با قدمت مشخص( یا تعیین قدمت شده با روش های دیگر سالیابی ) تهیه می شوند ، نمونه های دوران هرلوسن را می توان با دقتی 200 -+ سال تعیین قدمت کرد . خطای سالیابی برای نمونه های قدیمی تر بین 20 -+ تا 10 -+ است .

روش کربن 14

در این روش ، مسیر گسل برای یافتن نشته های با محتوای مواد آلی مناسب و کافی برای آزمایش سالیابی بروش کربن 14 جستجو می شود ، درآن صورت مقادیر بسیار کم نیز کافی خواهد بود . ولی در صورت استفاده  از روش های کلاسیک دستکم 4 تا 15 گرم نمونه کربن آلی درگیر در ملکول های سنگین آلی لازم است تا بتوان تعیین سن را به انجام رساند . در مناطق بیابانی و خشک نظیر اکثر بخش های فلات ایران ، برای یافت این مقدار کربن چندین متر مکعب نمونه لازم است . پر واضح است که در این محدودیت بشدت کاربرد این روش در ایران تضعیف می تماید . با فرض وجود مواد آلی بحد کافی در نهشته های موجود در ترانشه مورد بررسی ، در آن این که بایستی بخشی از ترانشه نمونه گیری شود که تناظر از یک به یک با رویداد لرزه ای مورد نظر داشته باشد . طبیعی است که نمونه ها باید به طور مناسب بسته بندی شده و به آزمایشگاه ارسال شود ( بطور مثال در فویل آلومینیومی ) و از اضافه شدن مواد آلی بیگانه به نمونه ها جلوگیری شود .

مواد تجربی شناسایی گسل های فعال بر اساس ژئوشیمیایی سد سازی ایران

علیرغم طراحی و اجرای ده ها پروژه سد سازی و برقابی عظیم در کشور ایران طی چند دهه اخیر مطالعات اندکی در زمینه سالیابی مطلق گسل ها در گستره سدها انجام شده و در اکثر موارد قضاوت کارشناسی ، درجه فعالیت نسبی به گسل ها داده شده است . از طرف دیگر بجز نوار شمالی کشور ، در سایر مناطق ، آب و هوای کم و بیش بیابانی حاکم است که این امر ، کاربرد  برخی از روش های سالیابی کربن 14 ، از آنجا که مقدار ماده آلی مورد نیاز نسبتاً زیاد ( چند کیلوگرم ) می باشد ، لذا در امتداد بسیاری از گسل ها ، امکان یافتن این مقدار ماده آلی وجود ندارد . بنابر این می بایست بدنبال روش هایی بود که متناسب با شرایط اقلیمی حاکم بر فلات ایران گسل های مورد مطالعه باشند .

بررسی کارهای تجربی انجام شده در این زمینه ، برای پروژه ای  سد سازی ، تعدد اندکی مطالعه موردی را بدست می دهد که تقریباً در تمامی موارد ، سالیابی به وسیله روش ترمولومینسانس انجام شده است .عدم کاربرد سایر روش های سالیابی مطلق ، عمدتاً بدلایلی از قبیل نبود امکانات آزمایشگاهی و نیروی انسانس ماهر و یا عدم انطباق محدوده سنی این روش با بازه مورد توجه در مطالعات سدسازی بوده است . در ادامه چند مورد مطالعه تجربی انجام شده برای پروژه های مهندسی سد سازی در کشور ، ارائه

 

 

شناسایی گسل های فعال بر اساس فاکتور های ژئو شیمیایی نمونه های مربوط به گسل های پیرامون ساختگاه سد زیردان  واقع در بلوچستان جنوبی

در گستره ساختگاه سد زیردان واقع در شمال چاه بهار ، گسل های چندی وجود دارد که برای تشخیص درجه فعالیت این گسل ها ، اقدام به بررسی پارینه لرزه شناسی ساختار های مورد بحث گردید . اقدامات انجام شده شامل شناسایی گسل های با اهمیت برای ساختگاه و حفر چندین ترانشه در نقاط مناسب برای تشخیص رویدادهای لرزه ای روی گسل ها ، نمونه گیری و نهایتاً سالیابی ترمولومینسانس ، استقرار دزیمتر (9 عدد) در نزدیکی محل های نمونه برداری بمدت 31 روز و سالیابی نمونه می باشد . نتایج دزیمتری محیط به قرار زیر است :

دز ( سال / mGy)

محل استقرار

95/0

(1)

96/0

(2)

0/1

(3)

 

برای محاسبات سالیابی میانگین این نتایج با احتساب خطای اندازه گیری یعنی سال /mGy 97/0 در نظر گرفته شد . سن های بدست آمده برای نمونه های همزمان ، سن فاز گسلش مربوطه به 11360 سال تعیین گردید .باتوجه به تعریف فعالیت گسل ها برای مطالعات سد سازی چنین نتیجه گیری گردید که این گسل ها غیر فعال می باشند. لازم به ذکر است که یکی از این گسل ها در محدوده پی سد و تکیه گاه راست آن قرارداد که علیرغم فعال نبودن ، از جنبه های زمین شناسی مهندسی درخور بررسی و در بهسازی پی سد بدان توجه شده است .

سایر گسل های فعال بر اساس فاکتورهای نئو شیمیای نمونه های گسل منج در ساخت گاه سد مخزنی کارون 4

در طرح سد مخزنی کارون 4 برای بررسی لرزه زمین ساختی گستره سد طرح و شناسایی سرچشمه های لرزه زا و برآورد پارامترهای حرکت زمین در ساخت گاه سد از روش سالیابی ترمولومینسانس استفاده شد .

در این طرح ، از دو گزینه به فاصله حدود 600 متر از یکدیگر ، یکی در بالا دست محل تلاقی رودخانه منج به رودخانه کارون و دیگری در پایین دست آن انتخاب شد .در بررسی های لرزه زمین ساختی مشخص شد که گسل منج (نزدیک ترین گسل به محدوده ساختگاه)  به موازات محور و از زیر پی و تکیه گاه های گزینه پایین دست می گذرد . گسل منج یک گسل نئوژن – کواتر نر است که همزمان با چین خوردگی به وجود آمده است . در ازای گسل منج 14 – 12 کیلومتر است .( بر اساس عکس های هوایی ) راستای عمومی آن جنوب خاوری ، شمال باختری است ( حدود 125 ) . شیب صفحه گسل در بخش های مختلف متفاوت است و به طور میانگین 80-70 به سمت جنوب باختری است .

ساز و کار گسل در گستره ساختگاه باژگون و بیشترین جابجایی آن به موازات نرم تر بالای آن ( لایه های تحویل تدریجی سازند آسماری به سازند گچساران ) صورت گرفته است .

توپو گرافی مشخص، نا هماهنگی در توالی رسوبی ، سطوح گسلی و توده های برشی ضخامت نسبتی زیاد در چند منطقه ( تکیه گاههای چپ و راست و دره باختری ، شمال باختری ساختگاه ) از آثار قابل مشاهد گسل منج می باشند .

 

 

 

از بررسی های صحرایی ، مشاهدات ، نقشه های زمین شناسی منطقه و عکس ها ی هوایی چنین بر می آید که گسل منج در مقایسه با گسل های بزرگ و مشخص منطقه طول نسبتاً کمی داشته و محدود به پوشش رسوبی می باشد .با این که هیچگونه شواهد زمین شناسی سطحی که فعالیت آن را تایید کند دیده نشده است ولی به دلیل موقعیت این گسل نسبت به ساختگاه سد ، به ویژه گزینه پایین دست مسائل زیر را بدنبال دارد :

1)    عبور گسل از محور ساختگاه (پس سازه در گزینه پایین است).

2)    احتمال زمین لرزه القایی پس از آبگیری مخزن سد .

3)    مسائل ژئوتکنیکی ویژه پی سد ، تکیه گاه و پرده آب بند .

4)    چنانچه زمین لرزه قابل توجهی در منطقه و در فاصله نزدیک به آن روی دهد احتمال جابجایی در سطح آن وجود دارد .

 

با توجه به موارد فوق الذکر و با توجه به اهمیت پروژه و با نمونه برداری از دور طول 35 تا 40 متر در انتهای خاوری گسل به نحوه ی که عرض زون گسلی را در برگیرد ، حفر شد و تعداد 16 نمونه برای تعیین سن مطلق از جاهای مختلف ترانشه ها برداشته شد .

نتایج سالیابی ترمولومینسانس نشان می دهد که گسل منج دست کم دو جابجایی (فعالیت)اواخر پلیستوسن داشته است . رویداد اول در افق زمانی حدود 41 هزار سال پیش و رویداد دوم در افق زمانی حدود 28 هزار سال پیش از این روی داده است . با توجه به اهمیت سد مخزنی کارون 4 در بالا دست زنجیره سدهای آبشاری کارون ، گسل منج بنابر طبقه بندی کمیسیون گذاری انرژی اتمی آمریکا رده بندی شد. بر این اساس گسل مزبور فعال بوده و در طراحی سد و سازه های جانبی آن برروی گزینه پایین دست باید به این نکته توجه خاصی کرد .

 

سالیابی رسوبات ساختگاه سد سیمره برای تشخیص زمین لرزه های تاریخی

این مطالعه موردی از آن جهت حائز اهمیت است که بر خلاف سایر مثال های ارائه شده در گزارش ، نمونه گیری از زون گسل انجام نشده بلکه پدیده ثانویه تشکیل دریاچه پس از رویداد زمین لرزه های بزرگ 8/6 < MS تشکیل شده است. بعبارت دیگر نمونه گیری از پدیده های ثانوی همراه با رویداد زمین لرزه انجام شده است .

طاقدیس کبیره کوه ، که ساختگاه سد سمیره در دامنه شمالی آن واقع است محل رویداد زمین لغزه سمیره (بزرگترین زمین لغزه شناخته شده جهان ) بوده و بررسی های افراد متعدد نشان داده که این پدیده در مقیاسی عظیم هر از چندگاه تکرار می شود در مطالعه انجام شده ، با بررسی رسوبات بجای مانده از چندین مرتبه تشکیل و تخلیه دریاچه طبیعی ناشی از لغزش های عظیم کبیر کوه ، دو افق زمانی تشخیص داده شد که سن تشکیل رسوبات آن ، تقریباً همزمان با رویداد زمین لرزه های بزرگ روی راندگی پنهان زیر طاقدیس کبیر کوه بوده است . از رسوبات ذکر شده نمونه گیری شد و پس از سالیابی ، سن های 12600 و 7600 سال برای دو پارینه زمین لرزه بزرگ روی این راندگی ( که در واقع بخشی از خمش لبه کوهستان زاگرس می باشد ) بدست آمد . این دو رویداد به همراه زمین لرزه تاریخی 22 ژوئن سال 872 میلادی سیمره 8/6

نتیجه گیری

مسئله برآورد تاثیرات احتمالی پدیده های تکتونیکی معاصر بر سازه های مهندسی از دیرباز مطرح بوده است و سازه های مهندسی برای مقابله با جنبش های الاستیک زمین ، ناشی از رویداد زمین لرزه ها طراحی شده و می شوند .

اما بارزترین نماد فعالیت های تکتونیکی ، مسئله برش (shear) ناشی از جابجایی نسبی بلوک های گسلی در پی سازه سد و یا تاسیسات وابسته به آن است .

در این تحقیق روش های سالیابی مطلق گسل ها بیان شد و سعی شد تا با ارائه مواد تجربی انجام شده در رابطه با سد های ایران ، تصویر روشنگری از چگونگی کار ارائه شود . از آنجا که تقریباً در تمامی موارد یک پنجره زمانی 10 -11 هزار ساله برای تشخیص فعال بودن یا نبودن یک گسل در مطالعات سد سازی کافی است ، لذا روش های عملی و مناسب وجود دارد که بخصوص با توجه به شرایط اقلیمی ایران ، روش ترمولو مینسانس از دامنه کاربرد علمی وسیعی برخوردار می باشد . از میان سایر روش ها ، به نظر می رسد که روش ESR مناسب ترین روش بوده و طی سال های آینده کاربرد وسیعی در زمینه سالیابی گسل ها خواهد داشت . بدیهی است که نظیر سایر آزمون های تجربی ، سالیابی گسل مورد نظر توسط چندین روش سالیابی مطلق بطور توام ، می تواند به حصول نتایج با قابلیت اعتماد بالا منجر گردد .
+ نوشته شده در  سه شنبه نوزدهم بهمن 1389ساعت 5:44  توسط ابوالفضل باقری فردسردهائی  |