نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد هشتم، شمارۀ 4 زمستان 3131

بررسی خصوصيات زمينشناسی مهندسی سنگ آهك سازندهاي ايلام- سروك در خرمآباد
محمدحسين قبادي*؛ دانشگاه بوعلي سينا ،گروه زمينشناسي
اعظم قربانيصابر؛ دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات تهران حسن محسني؛ دانشگاه بوعليسينا ،گروه زمينشناسي
علي اروميهاي؛ دانشگاه تربيت مدرس ،گروه زمينشناسي چكيده
تاريخ: دريافت 7/31/31 پذيرش 37/6/39
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

شناخت خصوصیات زمینشناسی مهندسی سازندهاي كربناته ایران بهمنظور تهیۀ بانک اطلاعاتی ضروري است. در این پژوهش ضمن انجام بررسیهاي صحرایی ،بررسی هاي آزمایشگاهی بهمنظور تعیین خصوصیات سنگ شناسی، ویژگیهاي فیزیکی و مکانیکی روي پنج نوع از سنگ آهکهاي سازندهاي ایلام- سروك در شهر خرمآباد صورت گرفته است. با توجه به دادههاي بهدست آمده ارتباط بین خصوصیات سنگ شناسی با خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بررسی شده است. براي بررسی ارتباط ویژگیهاي فیزیکی و مکانیکی از نرمافزار )(3 استفاده شد. روابط بهدست آمده ضرایب هم بستگی مناسبی دارند. با توجه به بررسی هاي مقاطع نازك سنگ عمده نمونهها بر اساس ردهبندي فولک، بایومیکرایت هستند. خمیره آهکی تیره حاوي ماده آلی و احتمالاًاحتمالا كانیهاي رسی است. محیط تشکیل اكثر سنگهاي آهکی بررسی شده عمیق بوده است. سنگ آهکهاي ایلام- سروك سختشدگی زیاد و تخلخل كم دارند و دانسیته متوسط تا زیاد دارند. سنگهاي مذكور از دیدگاه دوامپذیري در ردۀ خیلی مقاوم قرار میگیرند. مقاومت تراكمی تکمحوري آن ها متوسط تا زیاد است. از لحاظ تراوایی سنگهاي بکر نفوذناپذیر هستند. با توجه به رده بندي مهندسی سنگ بکر سنگ آهکهاي ایلام- سروك در ردۀ CM و CL قرار می گیرند. مطابق با آزمایش انحلالپذیري سنگ آهک ،متوسط ثابت سرعت انحلال سنگ آهکها برابر با 6- 31 × 13/3 متر بر ثانیه محاسبه شده است.
1981454193409

واژه های كليدی: خصوصیات زمینشناسی مهندسی، سنگ آهک، سازندهاي ایلام- سروك، خرمآباد.
[email protected] نويسنده مسئول *
3. IBM SPSS Statistics (version 19.0)
3646
مقدمه
باتوجه به این كه ساخت اكثر پروژههاي عمرانی در ارتباط مستقیم با سنگ است و سنگ بهعنوان مصالح و یا بهعنوان پی و ساخت گاه پروژهها مطرح است، آنون3 )337( وسویرز9 )3371( بررسی هاي مربوط به شناخت ویژگیهاي زمینشناسی مهندسی سنگ را انجام داده اند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

در این راستا بل1 )3331( شناخت خصوصیات فیزیکی بعضی از سنگ هاي كربناته، تامراكار4 و همکاران )9117( ارتباط بین ویژگیهاي مکانیکی و سنگشناسی، د. آندره1 و همکاران )3364( رابطه بین مقاومت تراكمی تکمحوري و مقاومت بار نقطهاي را بررسی كردهاند. پاچیک6 و هاتزر7 )9114( تأثیر تخلخل بر مقاومت كششی و تراكمی در گچ متخلخل، قهرمان1 و همکاران )9111( بررسی رابطۀ بین مقاومت تکمحوري و شاخص بار نقطهاي 11 نوع سنگ مختلف، وایلی3 و همکاران )3311( بررسی عوامل مؤثر بر سرعت امواج الاستیک در محیط متخلخل، یسار31 و اردوغان33 و نیز قهرمان و یکن39 )9111( بررسی ارتباط سرعت صوت با دانسیته، مقاومت تراكمی و مدول یانگ سنگهاي كربناته را انجام داده اند.
خرمآباد مركز استان لرستان بین 41 درجه و 91 دقیقه تا 41 درجه و 91 دقیقه طول شرقی و 11 درجه و 97 دقیقه تا 11 درجه و 11 دقیقه عرض شمالی قرار دارد ]96[. سازندهاي آهکی ایلام- سروك با سن كرتاسه بخش وسیعی از این شهر را پوشاندهاند.
در این پژوهش با هدف شناخت خصوصیات زمینشناسی مهندسی سنگهاي آهکی سازندهاي ایلام– سروك در خرمآباد، بر روي پنج نوع سنگ آهک، بررسیهاي سنگشناسی انجام شده و با تعیین خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و هیدرولیکی نمونهها، ارتباط بین ویژگیهاي مذكور بررسی شده است و روابط تجربی بین آن ها با همبستگی زیاد به دست آمده است. از این روابط میتوان بهمنظور شناخت اولیۀ خصوصیات زمینشناسی مهندسی سنگ آهکهاي مذكور استفاده كرد و به این صورت در هزینۀ پژوهشی پروژه صرفه جویی كرد.

3. Anon 9. Sowers 1. Bell 4. Tamrakar 1. D’Andrea
6. Palchik 7. Hatzor 1. Kahraman 3. Wyllie 31. Yasar
33. Erogan 39. Yeken
زمينشناسي
نهشتههاي ناحیه به دورانهاي دوم و سوم تعلق دارند. واحدهاي سنگی دوران دوم كه شامل سنگهاي آهکی و آهکهاي مارنی هستند ارتفاعات بلند منطقه را تشکیل میدهند.
واحدهاي سنگی دوران سوم كه از لایههاي آهکی، مارنی و تبخیري تشکیل شده قسمت اعظم پوشش خارجی ساختمانهاي زمینشناسی منطقه را بهوجود آوردهاند. رسوبات آبرفتی عهد حاضر هم نواحی هموار را تشکیل دادهاند ]3[.
ساختمان اصلی زمینشناسی شهر خرمآباد تاقدیسی است با طول 61 و عرض متوسط 7 كیلومتر كه محور آن هم روند با زاگرس یعنی جنوب شرقی- شمال غربی است. تاقدیس مذكور متشکل از سازندهاي ایلام-سروك، گورپی، امیران، تلهزنگ، كشکان، آسماري ،شهبازان، گروه فارس و سازند بختیاري است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

با وجود این تاقدیس كه ارتفاعات بلند منطقه را تشکیل داده، خرمآباد در امتداد درهاي تاقدیسی توسعه پیدا كرده ا ست ]1[. گسل معکوس خرمآباد با امتداد جنوبشرق- شمالغرب كه یال جنوب غربی تاقدیس خرمآباد را تحت تأثیر قرار میدهد از روستاي پل بابا حسین شروع و با عبور از روستاي ماسور به موازات جاده خرمآباد-كوهدشت در دامنۀ جنوبی تاقدیس خرمآباد تا روستاي درب چاه ادامه مییابد ]4[، ]97[.

روش پژوهش
در این پژوهش پنج ایستگاه به نامهاي پل كرگانه )PK(، سراب كیو )SQ(، گرداب سنگی
)GS(، گورستان خضر )GK( و سنگ سوراخ )SS( تعیین شد كه مختصات آن ها بر اساس”UTM” و نیز “درجه، دقیقه، ثانیه” بههمراه “فرازا از سطح دریا” در جدول 3 آمده است.
بهمنظور بررسی ویژگیهاي زمینشناسی مهندسی سنگ آهکها ضمن بررسی هاي صحرایی نمونهبرداري انجام شد و آزمون تعیین سختی واجهشی اشمیت در محل انجام شد. براي بررسی خصوصیات سنگشناسی از سنگ آهکها مقاطع نازك تهیه شد.
نامگذاري نمونهها نیز بهروش فولک3 )3374( انجام گرفت. سپس نمونههاي پودرشده
-71500229996

براي آنالیز XRF9 آمـاده شد. با تهیۀ مغزههاي استوانـهاي از بلوكهاي سنگی، آزمونهاي لازم
1. Folk 9. X-ray fluorescence
3644
براي تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگهاي آهکی مطابق بـا اسـتاندارد 4141ASTM D، 3316 انجام شد.
جدول 1. مشخصات ايستگاههای بررسي شده
موقعيت ايستگاه فرازا از سطح دريا(m) ) ˚ ΄ ˝ ( ) UTM ( نام ايستگاه بررسي شده رديف
شرق خرمآباد 3911 N 11˚ 93 ´ 31/3˝ E141˚ 99 ´ 31/1˝ 13S1911679 1711496 پل كرگانه )PK( 3
شمالغرب خرمآباد 3994 N 11˚ 11 ´ 41/1˝ E141˚ 93 ´ 17/3˝ 13S 1914113 1733131 سراب كیو )SQ( 9
غرب خرمآباد 3914 N 11˚ 93 ´ 93/1˝ E141˚ 91 ´ 11/6˝ 13S1911634 1711319 گرداب سنگی )GS( 1
جنوبغرب خرم-
آباد 3911 N 11˚ 91 ´ 13/3˝ E141˚ 91 ´ 11/1˝ 13S 1919333 1717341 گورستان خضر )GK( 4
جنوبشرق خرم-
آباد 3961 N 11˚ 91 ´ 11/4˝ E141˚ 93 ´ 16/1˝ 13S 1914613 1717366 سنگ سوراخ )SS( 1

1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

پژوهش های صحرايي
بر اساس بررسی هاي صحرایی، واحدهاي سنگی بررسی شده متوسط تا ضخیملایه هستند.
سیستمهاي شکستگی بهطور عمده موازي و عمود بر لایهبندي هستند. از دیدگاه سنگشناسی، لایههاي آهکی و یا تناوب آهک و مارن هستند. علاوه بر گسل خرمآباد )با راستاي شمال غربی- جنوب شرقی( گسلهاي محلی نیز در ناحیۀ بررسی شده دیده میشوند كه به طور عمده از راستاي گسل خرم آباد تبعیت میكنند.
1. تعيين سختي واجهشي اشميت سنگ
سختی سنگ معیاري فیزیکی براي ارزیابی مقاومت سنگ محسوب میشود. با توجه به این كه آزمایش سختی واجهشیسنگ آزمایشی غیرمخرب است بهمنظور شناخت مقاومت سنگ در پروژههاي كوچک بهكار گرفته میشود ]37[. در این پژوهش براي تعیین عدد واجهش اشمیت از چکش نوع L و روش استاندارد )3371، ISRM( استفاده شد كه نتایج آن در جدول9 نشان داده شده است.
چنان كه در جدول دیده میشود مقادیر بهدست آمده براي هر پنج نوع سنگ آهک بسیار بههم نزدیک است، سختی واجهشی اشمیت بهدست آمده براي سنگ آهک گورستان خضر)GK(، بیش ترین و براي سنگ آهک گرداب سنگی)GS(، كم ترین مقدار است.
جدول 3. نتايج ميانگين آزمون سختي واجهشي چكش اشميت
SQ SS GS GK PK ايستگاه
25 64 66 21 62 سختي واجهشي اشميت

پژوهش های آزمايشگاهي
بهمنظور شناخت ویژگیهاي زمینشناسی مهندسی سنگ آهکهاي سازندهاي ایلام- سروك علاوه بر بررسیهاي صحرایی ،پژوهش هاي آزمایشگاهی شامل بررسی ویژگیهاي سنگ شناسی ،تعیین خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی بدین شرح بر روي نمونهها انجام شد:
سنگشناسي
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگها به بافت و تركیب سنگشناسی وابسته است. این خصوصیات به شناخت محیط و شرایط تشکیل سنگها كمک زیادي میكند و اطلاعات اساسی و پایه براي انجام طراحیهاي مهندسی در اختیار قرار میدهد ]11[. بهدلیل بافت و ساختار یک نواخت سنگهاي آهکی، همواره ویژگیهاي فیزیکی و خصوصیات مهندسی این سنگها روابط دارند ]9[.
1-1. بررسي های مقاطع نازك
پس از تهیه و بررسی مقاطع نازك از1 نوع سنگ آهک، ضمن تشخیص كانیها و بافت سنگ، بررسی محیط تشکیل سنگها و وضعیت شکستگیها انجام شد. نوع فسیلها، میزان تخلخل و نوع آن مشخص شد. سپس نام گذاري سنگ به روش فولک ]91[ انجام گرفت. روش میکروسکوپی براي برآورد حجم منافذ سنگ مناسب نیست؛ بنا بر این باید آزمون تعیین خصوصیات فیزیکی سنگ انجام شود ]93[.
با توجه به مقاطع نازك، فسیلهاي غالب مشاهده شده شامل گلوبیژرینا، اكینودرم ،اوربیتولینا، گلوبوروتالیا، خردههاي دوكفهاي، پلت و پلوئید است. خمیره آهکی تیرۀ حاوي ماده آلی و احتمالاً كانیهاي رسی است )شکل 3(. محیط تشکیل اكثر سنگهاي آهکی عمیق 3644
و محیط نیز كم انرژي بوده است در نتیجه اغلب فسیلها حفظ شدهاند. نمونۀ سنگ آهک سراب كیو )SQ( نسبت به گورستان خضر )GK( در محیط عمیق تري تشکیلشده است. انحلال فشاري در مقطع سنگ سوراخ )SS( دیده میشود كه وجود استیلولیت مؤید آن است )شکل 3(.
تخلخل موجود در این مقاطع از نوع حفرهاي، شکستگی و بین دانهاي است و اكثراً با ژیپس ،انیدریت و سیمان كلسیتی پرشدهاند. میزان تخلخل در مقاطع كم تر از 3 تا حدود 1 درصد است. در برخی مقاطع اكسید آهن و مواد آلی مشهود است. بر اساس ردهبندي فولک ،نمونه هاي بررسی شده بایومیکرایت نامگذاري شدند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

490474-1103985

شكل1. تصاوير مقاطع ميكروسكوپي نمونه های سنگ آهكها P( تخلخل، M( ميكرايت، Fu1,Fu( فسيل های پلانكتونيك، F,O( مادۀ آلي يا اكسيد آهن، Pe( پلت و پلوئيد، C( سيمان، Or( اوربيتولينا، Bi( خردههای بايوكلاستي، 2Fu( فسيل گلوبيژرينا، Di( انحلال فشاری)پديده استيلوليت( 3-1. آزمايش فلورسانس اشعۀ ايكس)XRF(
در این آزمایش میزان خلوص تودۀ سنگ براساس تجزیۀ شیمیایی مشخص شده و درصد
اكسیدهاي 3CaO SiO2 ,MgO,Al2O, و … سنگ معین میگردد. نتایج آنالیز XRF در جدول 1 آورده شده است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

جدول2. نتايج آناليزXRF
Lithology سنگ آهك FIELD NO. PK GK GS SS SQ
Formula % % % % %
SiO3 6/43 9/79 1/73 9/16 9/71
Al3O2 9/97 1/91 1/93 1/63 3/16
Fe3O2 1/31 1/34 1/31 1/11 1/47
CaO 43/37 14/13 11/31 11/61 19/31
MgO 1/16 1/43 1/91 1/91 1/33
K3O 1/14 1/3< 1/3< 1/33 1/33
P3O2 1/3< 1/3< 1/3< 1/3< 1/3<
SO2 1/3< 1/3< 1/31 1/34 1/34
SrO 1/33 1/3< 1/3< 1/31 1/33
TiO3 1/39 – – – 1/3<
L.O.I. 13/16 49/34 41/31 49/16 43/31
مقدار اكسیدهاي 9SiO و 1Al9O نشاندهندۀ خمیره دانهریز )میکرایت( است. درصد CaO در چهار ایستگاه بیش از 11 درصد است و درصد MgO كمتر از 1/1 درصد است سنگ آهک گورستان خضر )GK( و پل كرگانه )PK( بهترتیب بیش ترین و كمترین مقادیر CaO وMgO را دارند.
از آن جا كه زیاد بودن درصد CaO در سنگ نشانۀ خلوص بیش تر و معیاري براي ارزیابی انحلال سنگ كربناته است، سنگ آهک گرداب سنگی)GS( خلوص بیشتري دارد.
3. خصوصيات فيزيكي
با انتخاب بلوكهاي سنگی سالم به ابعاد 91×91×11 از نقاط مورد نظر و پس از تهیۀ مغزه هاي سنگ ،دانسیته )خشک، مرطوب و اشباع(، درصد رطوبت، وزن مخصوص بخش 3625
جامد، تخلخل، نسبت تخلخل و شاخص پوكی )درصد جذب آب( براي هر نوع سنگ آهکمطابق با استاندارد )3313 ISRM,( تعیین شد )جدول 4(. چنان كه در جدول 4 دیده میشودكم ترین مقدار تخلخل، درصد رطوبت و شاخص جذب آب براي سنگ آهک گورستان خضر
)GK( و بیش ترین مقادیر براي سنگ آهک گرداب سنگی )GS( بهدست آمده است.
بر اساس طبقهبندي آنون ]3[ سنگ آهک گورستان خضر )GK( در ردۀ تخلخل خیلی كم و بقیۀ سنگ آهکها در ردۀ تخلخل كم قرار میگیرند. بیش ترین و كم ترین دانسیتۀ خشک نیز بهترتیب متعلق به سنگ آهک گورستان خضر )GK( و گرداب سنگی )GS( است. بر طبق طبقه بندي مذكور دانسیتۀ خشک سنگ آهک گورستان خضر )GK(، سنگ سوراخ )SS( و سراب كیو )SQ( در ردۀ بالا و سنگ آهک پل كرگانه )PK( و گرداب سنگی )GS( در ردۀ متوسط هستند. مقدار شاخص جذب آب تمامی نمونهها كم تر از 9 درصد است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

2. هدايت هيدروليكي
بهمنظور ارزیابی هدایت هیدرولیکی روي پنج نمونه سنگ آهک، آزمون نفوذپذیري به روش بار هیدرولیکی متغیر انجام شد ]1[، میانگین پنج سیکل به عنوان ضریب نفوذپذیري هر نمونه در جدول 1 نشان داده شده است. سنگ آهک گورستان خضر )GK( با m/s 3-31×33/3، كم ترین هدایت هیدرولیکی و سنگ آهک پل كرگانه )PK( با مقدار m/s 3-31×11/9 بیشترین هدایت هیدرولیکی را در بین نمونهها داشنند. سنگ آهکهاي بکر بررسی شده بنا به تقسیم بندي وتوكوري و كاتسویاما در ردۀ سنگهاي نفوذناپذیر قرار میگیرند ]1[.
خصوصيات مكانيكي
6-1. شاخص دوامپذيری
شاخصدوامپذیري كه قابلیت سنگها را نسبت به هوازدگی نشان میدهد، درصد باقی مانده نمونه پس از دو مرحلۀ خشک و ترشدن است. هرچه مقدار این شاخص بیش تر باشد میزان فرسایش، انحلال و خردشدن سنگ در برابر هوازدگی كم تر است. نتایج آزمایش دوام پذیري كه بر اساس استاندارد 3311، 4644ASTM D انجام شده، در جدول 6 آورده شده
3621است. در این پژوهش بهعلت این كه سنگهاي آهکی بررسی شده بسیار پایدار بودند و تغییروزن بسیار جزئی پس از هر سیکل نشان دادند آزمایش دوام پذیري بهجاي دو سیکل، در پانزدهسیکل انجام گرفت.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

جدول6. ويژگيهای فيزيكي
GS دانسيته(3(gr/cm درصد
رطوبت
)%( درصد جذب آب
)%( نسبت
تخلخل تخلخل )%( ايستگاه
اشباع مرطوب خشك



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید