علوم زمین خوارزمی

علوم زمین خوارزمی

تکامل هیدروژئوشیمی و برهمکنش آب - سنگ چشمه های کارستی آبگرم الله اکبر درگز، استان خراسان رضوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
بررسی تکامل هیدروژئوشیمیایی چشمه‌های آبگرم با تحلیل برهم‌کنش آب و سنگ میزبان، امکان شناسایی مسیرهای جریان، فرآیندهای انحلال، تبادل یونی و کیفیت آب را فراهم می‌کند. در این پژوهش، رفتار شیمیایی چشمه‌های کارستی آبگرم و سرد ارتفاعات الله‌اکبر درگز، استان خراسان رضوی، با هدف تبیین منشأ و تحولات ژئوشیمیایی آن‌ها بررسی شده‌است. طی عملیات صحرایی، نمونه‌های سنگی از سازند کربناته تیرگان و تراورتن های منطقه برداشت و با مطالعه مقاطع نازک، رخساره‌ها و تاریخچه دیاژنز تعیین گردید. همچنین در دو فصل تر و خشک (سال ۱۴۰۲)، ده نمونه آب از چشمه‌های کارستی آبگرم و آبسرد منطقه جمع‌آوری و پارامترهای فیزیکوشیمیایی (T، pH، EC، Eh، TDS و DO) اندازه‌گیری شدند. مطالعه مقاطع نازک سازند تیرگان نشان‌دهنده یک سیستم تخلخل دوگانه در این سازند است. که منجر به افزایش سطح تماس آب و سنگ شده‌است و نقش مستقیمی در غنی‌شدن آب از یون‌های کلسیم و بیکربنات و در نهایت تشکیل نهشته‌های تراورتن در پیرامون چشمه‌های آبگرم داشته‌است. وجود تراورتن‌های کواترنری در امتداد گسل‌های فعال، نشان‌دهنده تداوم این فرایندها تا عصر حاضر است. دمای آب در چشمه‌های آبسرد بین 15/6 تا 19/4 درجه سانتی‌گراد و در چشمه‌های آبگرم تا 32/2 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. همچنین EC نمونه‌های آب در محدوده ۲۵۶ تا ۱۰۲۲ میکروزیمنس بر سانتی‌متر متغیر است. غلظت یون‌های اصلی در آزمایشگاه اندازه‌گیری شد. داده‌ها با استفاده از تکنیک‌های مختلف هیدروژئوشیمیایی (نمودارهای پایپر، گیبس، شولر، ویلکوکس، شاخص اشباع (SI) و نمودارEh pH) پردازش شدند. نتایج نشان می‌دهد تکامل هیدروژئوشیمیایی چشمه‌های آبگرم حاصل تعامل سه عامل اصلی سنگ‌شناسی اولیه (سازند تیرگان)، تاریخچه دیاژنتیکی (انحلال و ایجاد تخلخل دوگانه) و ساختارهای تکتونیکی است. آب چشمه‌های آبگرم از تیپ کربناته کلسیم‌دار با منشأ مشترک است، در حالی که چشمه چهلمیر تیپ سولفاته دارد. بر اساس نمودار گیبس، هوازدگی سنگ‌های کربناته عامل اصلی کنترل شیمی آب است و شاخص اشباع، فوق‌اشباع بودن آب نسبت به کلسیت و دولومیت را تأیید می‌کند. کیفیت آب اکثر چشمه‌ها برای شرب در محدوده «خوب تا قابل قبول» و برای کشاورزی در کلاس C3 S1 قرار می‌گیرد. این پژوهش نقش دیاژنز و تخلخل دوگانه را در تکامل هیدروژئوشیمیایی آبخوان تیرگان روشن ساخته و پتانسیل ژئوتوریسمی چشمه‌های آبگرم را آشکار می‌سازد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Abbasnia, A., Alimohammadi, M., Mahvi, A.H., Nabizadeh, R., Yousefi, M., Mohammadi, A.A., Pasalari, H., Mirzabeigi, M., 2018. Assessment of groundwater quality and evaluation of scaling and corrosiveness potential of drinking water samples in villages of Chabahr city, Sistan and Baluchistan province in Iran. Data Brief 16, 182–192. https://doi.org/10.1016/j.dib.2017.11.003 
Aghanabati, A., 2004. Geology of Iran. Geological Survey of Iran. (in Persian)
Appelo, C.A.J., Postma, D., 2005. Geochemistry, groundwater and pollution (2nd ed.). CRC Press.
Askari Malekabad, F., Jahanshahi, R., Bagheri, R., 2020. Characterization of the Bazman geothermal field, the southeast of Iran. Geopersia 10(2), 405-418. https://doi.org/10.22059/geope.2020.296150.648525
Back, W., 1966. Hydrochemical facies and ground-water flow patterns in northern part of Atlantic Coastal Plain (No. 498). US Government Printing Office.
Back, W., Hanshaw, B.B., Herman, J.S., Van Driel, J.N., 1986. Differential dissolution of a Pleistocene reef in the ground-water mixing zone of coastal Yucatan, Mexico. Geology 14 (2), 137–140. https://doi.org/10.1130/00917613(1986)14<137:DDOAPR>2.0.CO;2
Bahadori, D., Jahanshahi, R., Dehghani, V., Mali, S., 2019. Variations of stable oxygen and hydrogen isotope ratios in the cold and thermal springs of the Bazman volcanic area (in the southeast of Iran). Environmental Earth Sciences 78 (23). https://doi.org/10.1007/s12665-019-8681-6
Behzadfar, L., 2011.  Microfacies and micropaleontology of Lower Cretaceous sediments (Urgonian facies) in Ghaleh Kamar section, northeast of Quchan. (Master’s thesis). Islamic Azad University (in Persian).
Brogi, A., Capezzuoli, E., 2009. Travertine deposition and faulting: the fault-related travertine fissure ridge at Terme S. Giovanni, Rapolano Terme (Italy). International Journal of Earth Sciences 98, 931–947. https://doi.org/10.1007/s00531-007-0290
Brookins, D.G., 1988. Eh-pH Diagrams for Geochemistry. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 176 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-73093-1
Clark, I.D., 2015. Groundwater Geochemistry and Isotopes. CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, FL.
Citrini, A., Mayer, A., Camera, C.A.S., Eross, A., Sultenfub, J., Pezzera, G., Pietro Beretta, G., 2024. Hydrogeochemical and isotope characterization of the main karst aquifers of the middle Valseriana (Northern Italy): Nossana and Ponte del Costone springs. Applied Geochemistry 169. http://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2024.106046
Drever, J.I., 1997. The geochemistry of natural waters: Surface and groundwater environments (3rd ed.). Prentice Hall.
Dunham, R.J., 1962. Classification of carbonate rocks according to depositional texture. In: Ham, W.E. (Ed.), Classification of Carbonate Rocks. AAPG Memoir 1, 108-121. https://doi.org/10.1306/M1357
Ebrahimi, H., Akbari, F., Mazraeh, S., Biglari, B., 2023. Hydrogeological and hydrogeochemical characteristics of Varskhavaran karst spring. Journal of engineering geology 7 (4), 467-481. http://dx.doi.org/10.22034/JEG.2023.17.4.1019591 (in Persian)
Farhadi, S., Alijani, F., Nasseri, H., Daneshian, H., 2022. Comparison of hydrogeochemistry and hydrogeology of Asmari and Sarvak formations as reservoirs of large Zagros karst springs in northeast Khuzestan. Hydrogeology journal 7 (2) 143-159. https://doi.org/10.22034/hydro.2023.14136 (in Persian)
Flügel, E., 2010. Microfacies of Carbonate Rocks: Analysis, Interpretation and Application (2nd ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-03796-2. 
Fouke, B.W., 2011. Hot-spring Systems Geobiology: Abiotic and biotic influences on travertine formation at Mammoth Hot Springs, Yellowstone National Park, USA. Sedimentology 58(1), 170–219. https://doi.org/10.1111/j.1365-3091.2010.01209.
Foroughi-Garo, F., 2012. Structural analysis of the Zharf Anticline (Kopet-Dagh Mountains) [Master's thesis]. Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran. (in Persian).
Freeze, R.A., Cherry, J.A., 1979. Groundwater. Prentice-Hall.
Ghaemi, F., 2004. Geological map of Guchan (1:100,000). Geological Survey of Iran. (in Persian).
Ghasemi, A., Lashkaripour, G., Baniasadi, A., Hasanki, M., 2013. Evaluation of the effect of geological formations on water quality of Shoorlaq catchment, Sarakhs, Khorasan Razavi province. In: 8th Conference of Iranian engineering geology and environment. https://en.civilica.com/doc/233020 (in Persian).
Gibbs, R.J., 1970. Mechanisms controlling world water chemistry. Science 170 (3962), 1088-1090. https://doi.org/10.1126/science.170.3962.1088
Gupta, S., Nayek, S., Saha, R.N., 2010. Temporal changes and depth wise variations in pit pond hydrochemistry contaminated with industrial effluents with special emphasis on metal distribution in water–sediment system. Journal of hazardous materials 183 (1-3), 125–131. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.06.125.
Hem, J.D., 1985. Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water (No. 2254). U.S. Geological Survey.
Javanbakht, M., Tayeban, S.A., Poursoltani, M.R., 2018. Geochemistry, diagenetic processes and sedimentary environment of the Tirgan Formation in the eastern Kopet-Dagh Basin, NE Iran. Applied Sedimentology 6(12), 122-134. https://doi.org/10.22084/PSJ.2019.15632.1165 (in Persian)
Keegan-Treloar, R., Irvine, D.J., Solórzano-Rivas, S.C., Werner, A.D., Banks, E.W., Currell, M.J., 2022. Fault-controlled springs: A review. Earth-science reviews 230. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104058. 
Li, J., Yang, G., Zhu, D., Xie, H., Zhao, Y., Fan, L., Zou, S., 2022. Hydrogeochemistry of karst groundwater for the environmental and health risk assessment: The case of the suburban area of Chongqing (southwest China). Geochemistry 82 (2). http://doi.org/10.1016/j.chemer.2022.125866.
Mao, X., Wang, Y., Zhan, H., Feng, L., 2015. Geochemical and isotopic characteristics of geothermal springs hosted by deep-seated faults in Dongguan Basin, Southern China. Journal of geochemical exploration 158, 112–121. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2015.07.008.
Mirhosseini, M., Abedpour, Z., Shakeri, F., 2015. Geotourism capabilities of hot and mineral springs in Iran. Journal of Physical Geography 8 (28), 101-116. https://www.magiran.com/p1575699 (in Persian).
Mohammadzadeh, H., Kazemi, M., 2017. Geofluids assessment of the Ayub and Shafa hot springs in Kopet-Dagh Zone (NE Iran): An isotopic geochemistry approach. Geofluids 2017 (1) 6358680.  https://doi.org/10.1155/2017/6358680 
Mohammadzadeh, H., Mansouri Daneshvar, M.R., 2020. A comparison of hydro-geochemistry and stable isotope composition of travertine-depositing springs, Garab in NE Iran and Pamukkale in SW Turkey. Carbonates and Evaporites 35 (1), 23. https://doi.org/10.1007/s13146-020-00566-9 )in Persian.(
Mohammadzadeh, H., 2023. Field and laboratory guide for hydrogeochemical and isotopic studies. 2st edition, Ferdowsi University of Mashhad Press, Mashhad, 128 pp. https://press.um.ac.ir/index.php/fa/?option=com_books&view=book&id=2074 )in Persian.(
Mohammadzadeh, H., Fanodi, F., 2025. Evaluation of hydrogeochemical evolution and water-rock interaction processes in Dargaz border aquifer. Hydrogeology 10 (1), 12-34. https://doi.org/10.22034/hydro.2025.66560.1332 (in Persian).
Moore, C.H., Wade, W.J., 2013. Carbonate Reservoirs: Porosity and Diagenesis in a Sequence Stratigraphic Framework. Developments in Sedimentology, Vol. 67. Elsevier, Amsterdam. URL: https://www.sciencedirect.com/bookseries/developments-in-sedimentology/vol/67/suppl/C
Nohegar, A. (2011). Investigation of the physical and chemical quality of surface waters in the Minab River. Earth Science Researches, 2 (7), 1-17. https://sid.ir/paper/207363/fa (in Persian)
Pentecost, A., Viles, H.A., 1994. A review and reassessment of travertine classification. Géographie Physique et Quaternaire 48 (3), 305–314.
Rusydi, A.F., 2018. Correlation between conductivity and total dissolved solid in various type of water: A review. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 118 (1), 012019. https://doi.org/10.1088/1755-1315/118/1/012019.
Shakeri, A., Sharafi, N., Rastegari Mehr, S., Abdollah Beiglou, L., 2025. Assessment of water quality and hydrogeochemical processes in proximity to a municipal landfill site: case study of the Mohammadabad Landfill, Qazvin, Iran. Kharazmi Journal of Earth Sciences 11 (1), 103–130. https://doi.org/10.22034/KJES.2025.11.1.107782 (in Persian).
Subba Rao, N., Sunitha, B., Adimalla, N., Chaudhary, M., 2020. Quality criteria for groundwater use from a rural part of Wanaparthy District, Telangana State, India, through ionic spatial distribution (ISD), entropy water quality index (EWQI) and principal component analysis (PCA). Environmental Geochemistry and Health 42(2), 579–599.
Tafazoli, M., Bagheri, R., Arjmand Sharif, M., Shojaei, M., 2025. Hydrochemical tracing and salinity origin of water resources based on combined diagrams in Sabzevar Plain. Kharazmi Journal of Earth Sciences 11(1), 175–200. https://dx.doi.org/10.22034/KJES.2025.11.1.108001 (in Persian)
Takeno, N., 2005. Atlas of Eh-pH diagrams – Intercomparison of thermodynamic databases. Open File Report of GSJ, No. 419, Geological Survey of Japan, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 287 p. https://www.nrc.gov/docs/ML1808/ML18089A638.pdf
Velayati, S., 1983. Preliminary report on water resources of Dargaz plain (Darungar river catchment). Water Resources Studies Department, Khorasan Razavi Regional Water Company, Ministry of Energy, 90 p. (in Persian).
Walton, W.C., 1970. Groundwater Resource Evaluation. McGraw-Hill series in water resources and environmental engineering (USA) eng.
Wilcox, L.V., 1955. Classification and use of irrigation waters. US Department of Agriculture 969.