فصلنامه علمی علوم زمین

فصلنامه علمی علوم زمین

مقایسه هیدروژئوشیمی آب‌های زیرزمینی گستره‌های معدنی مس سرچشمه، آهن گل‌گهر و زغال سنگ پابدانا در استان کرمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه زمین‌شناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
10.22071/gsj.2026.572346.2245
چکیده
ترکیب شیمیایی منابع آب در گستره‌های معدنی نتیجه اثر هم‌زمان عوامل طبیعی و فعالیت‌های انسانی است. فعالیت‌های معدن‌کاری، به‌ویژه استخراج و زهکشی معدن، می‌توانند با تغییر مسیر جریان و افزایش تماس آب با سنگ‌ها، باطله‌ها و مواد معدنی، ویژگی‌های شیمیایی آب را تغییر دهند. بااین‌حال، نوع و شدت این تغییرات در همه معادن یکسان نیست و به شرایط زمین‌شناسی، هیدروژئولوژی و اقلیم هر گستره بستگی دارد. این پژوهش با هدف شناخت ویژگی‌های هیدروژئوشیمیایی منابع آب و ارزیابی کاربرد آن‌ها در مطالعات ژئوشیمی اکتشافی در 3 گستره معدنی مس سرچشمه، سنگ‌آهن گل‌گهر و زغال‌سنگ پابدانا انجام شد. در اردیبهشت ۱۴۰۳، تعداد ۲۸ نمونه آب از گستره های معدنی مس سرچشمه، آهن گل­‌گهر و زغال سنگ پابدانا برداشت شد. هدایت الکتریکی، pH و دما در محل و غلظت کاتیون­‌ها و آنیون­‌های اصلی در آزمایشگاه مورد سنجش قرار گرفت. داده‌ها با نمودارهای پایپر و گیبس، روابط یونی، شاخص‌های کلروآلکالن و تحلیل خوشه‌ای مورد برسی و تفسیر قرار گرفتند. دامنه هدایت الکتریکی در منابع آب گستره­‌های گل‌گهر، سرچشمه و پابدانا به‌ترتیب ۹۱۴۰ تا ۱۰۲۷۰۰، ۲۷۷ تا ۲۹۶۰ و ۶۳۵ تا ۹۷۴۰ میکروزیمنس بر سانتی‌متر متغیر است. نمونه‌های گل‌گهر نشانگر رخساره سدیم-کلر و اثرپذیری احتمالی از مولفه شور مرتبط با کفه نمکی خیرآباد می‌­باشند. در سرچشمه، رخساره کلسیم-بی‌کربنات چیره است و زه‌آب معدنی SW5 با رخساره کلسیم-سولفات متمایز می‌­باشد. پابدانا دارای رخساره‌های متنوع‌تری است و PW4 بیشترین شوری را دارد که با تبخیر و تماس آب-سنگ سازگار می­‌باشد. براساس تحلیل خوشه‌ای نمونه‌های سه گستره به‌ترتیب در چهار، چهار و پنج خوشه قرار می­‌گیرند. نتایج نشان داد شیمی آب گستره های معدنی مورد مطالعه تابع منشا آب، سنگ‌شناسی، واکنش آب-سنگ، زهکشی معدن و تبخیر است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

آقانباتی، ع.، ۱۳۸۹، زمین‌شناسی ایران. چاپ سوم، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، تهران، ۵۸۶ صفحه.
جان‌جانه، ب. و ناصری، ح.ر.، ۱۳۹۳، بررسی هیدروژئوشیمی منابع آب دشت قطاربنه. همایش ملی زمین‌شناسی و اکتشاف منابع، شیراز. https://civilica.com/doc/373863.
جعفری، ف.، ناصری، ح.ر.، علیجانی، ف. و مکنونی گیلانی، س.، ۱۴۰۳، تعیین منشأ شوری آب زیرزمینی معدن شماره ۲ گل‌گهر سیرجان با استفاده از نقشه خودسازمان‌ده و تحلیل خوشه‌ای. فصلنامه علمی علوم زمین، ۳۴(۴)، ۳۷–۵۴. https://doi.org/10.22071/gsj.2024.452583.2140.
سازمان نقشه‌برداری کشور، ۱۴۰۳. اطلس راه‌های ایران، مقیاس ۱:۱۰۰،۰۰۰، مؤسسه جغرافیایی و کارتوگرافی گیتاشناسی نوین، تهران، ۱۰۶ صفحه.
حسینی، ا.، ۱۳۸۳، زغال‌سنگ از تشکیل تا مصرف؛ زمین‌شناسی، اکتشاف، استخراج، فرآوری و کاربرد. دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ۲۶۷ صفحه.
معین‌السادات، ح. و رضوی ارمغانی، ب.، ۱۳۷۲، زغال‌سنگ. سازمان زمین‌شناسی کشور، تهران، ۲۱۲ صفحه.
ناصری، ح.ر.، علیجانی، ف. و محرابی‌نژاد، ع.، ۱۳۹۳، هیدروژئوشیمی آب‌های زیرزمینی در معدن زغال‌سنگ زیرآب. زمین‌شناسی کاربردی پیشرفته، ۴(۱)، ۳۷–۴۸. https://aag.scu.ac.ir/article_10882.html.
ولی‌نیا، ح.، بیات، ن. و ناصری، ح.ر.،1۳۹۹، ارزیابی تأثیر فعالیت‌های معدن‌کاری معدن مس سرچشمه بر منابع آب و خاک نواحی پایین‌دست. سی‌ونهمین کنگره ملی و چهارمین کنگره بین‌المللی علوم زمین، تهران. https://civilica.com/doc/1202370 .
 
Aghaloo, K., and Sharifi, A., 2023. A GIS-based agroecological model for sustainable agricultural production in arid and semi-arid areas: The case of Kerman Province, Iran. Current Research in Environmental Sustainability, 6, 100230. https://doi.org/10.1016/j.crsust.2023.100230
Aghanabati, A., 2010. Geology of Iran. 3rd ed., Geological Survey of Iran, Tehran, 586 p. (In Persian).
Alibabaie, N., Esmaeily, D., Peters, S.T.M., Horn, I., Gerdes, A., Nirooamand, S., Jian, W., Mansouri, T., Tudeshki, H., and Lehmann, B., 2020. Evolution of the Kiruna-type Gol-e-Gohar iron ore district, Sanandaj–Sirjan zone, Iran. Ore Geology Reviews, 127, 103787. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2020.103787.
APHA, AWWA, and WEF, 2017. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 23rd ed., edited by Baird, R.B., Eaton, A.D., and Rice, E.W., American Public Health Association, Washington, DC, 1796 p.
Appelo, C.A.J., and Postma, D., 2005. Geochemistry, Groundwater and Pollution. 2nd ed., CRC Press, Boca Raton, 672 p. Publisher page.
Ayenew, T., Fikre, S., Wisotzky, F., Demlie, M., and Wohnlich, S., 2009. Hierarchical cluster analysis of hydrochemical data as a tool for assessing the evolution and dynamics of groundwater across the Ethiopian Rift. International Journal of Physical Sciences, 4(2), 76–90. Article page.
Belkhiri, L., Boudoukha, A., and Mouni, L., 2011. A multivariate statistical analysis of groundwater chemistry data. International Journal of Environmental Research, 5(2), 537–544. https://doi.org/10.22059/IJER.2011.338.
Bokar, H., Traoré, A.Z., Mariko, A., Diallo, T., Traoré, A., Sy, A., Soumaré, O., Dolo, A., Bamba, F., Sacko, M., and Touré, O., 2020. Geogenic influence and impact of mining activities on water, soil and plants in surrounding areas of Morila Mine, Mali. Journal of Geochemical Exploration, 209, 106429. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2019.106429.
Boomeri, M., Nakashima, K., and Lentz, D.R., 2010. The Sarcheshmeh porphyry copper deposit, Kerman, Iran: A mineralogical analysis of the igneous rocks and alteration zones including halogen element systematics related to Cu mineralization processes. Ore Geology Reviews, 38(4), 367–381. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2010.09.001.
Clark, I.D., 2015. Groundwater Geochemistry and Isotopes. CRC Press, Boca Raton, 438 p. https://doi.org/10.1201/b18347.
Das, C.R., Das, S., and Panda, S., 2022. Groundwater quality monitoring by correlation, regression and hierarchical clustering analyses using WQI and PAST tools. Groundwater for Sustainable Development, 16, 100708. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2021.100708.
Doulati Ardejani, F., Karami, G.H., Bani Assadi, A., and Atash Dehghan, R., 2008. Hydrogeochemical investigations of the Shour River and groundwater affected by acid mine drainage in Sarcheshmeh porphyry copper mine. In: Rapantova, N., and Hrkal, Z. (eds.), Mine Water and the Environment, 10th International Mine Water Association Congress, Karlovy Vary, Czech Republic, pp. 235–238. IMWA proceedings.
Eary, L.E., 1999. Geochemical and equilibrium trends in mine pit lakes. Applied Geochemistry, 14(8), 963–987. https://doi.org/10.1016/S0883-2927(99)00049-9.
Fabbrocino, S., Rainieri, C., Paduano, P., and Ricciardi, A., 2019. Cluster analysis for groundwater classification in multi-aquifer systems based on a novel correlation index. Journal of Geochemical Exploration, 204, 90–111. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2019.05.006.
Gibbs, R.J., 1970. Mechanisms controlling world water chemistry. Science, 170(3962), 1088–1090. https://doi.org/10.1126/science.170.3962.1088
Güler, C., Thyne, G.D., McCray, J.E., and Turner, A.K., 2002. Evaluation of graphical and multivariate statistical methods for classification of water chemistry data. Hydrogeology Journal, 10(4), 455–474. https://doi.org/10.1007/s10040-002-0196-6.
Hem, J.D., 1985. Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Water. 3rd ed., U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 2254, 263 p. USGS publication.
Hosseini, A., 2004. Coal from Formation to Consumption: Geology, Exploration, Extraction, Processing and Application. Imam Khomeini International University, Qazvin, 267 p. (In Persian).
Huckriede, R., Kürsten, M., and Venzlaff, H., 1962. Zur Geologie des Gebietes zwischen Kerman und Sagand (Iran). Beihefte zum Geologischen Jahrbuch, 51, 1–197. WorldCat.
ISO, 1998. ISO 14911:1998, Water quality—Determination of dissolved Li⁺, Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Sr²⁺ and Ba²⁺ using ion chromatography—Method for water and waste water. International Organization for Standardization, Geneva, 18 p. ISO 14911:1998.
ISO, 2007. ISO 10304-1:2007, Water quality—Determination of dissolved anions by liquid chromatography of ions—Part 1: Determination of bromide, chloride, fluoride, nitrate, nitrite, phosphate and sulfate. International Organization for Standardization, Geneva, 15 p. ISO 10304-1:2007.
Jafari, F., Nassery, H.R., Alijani, F., and Maknooni Gilani, S., 2024. Determination of groundwater salinity origin in Mine 2 of Golgohar, Sirjan using self-organizing map and cluster analysis. Scientific Quarterly Journal of Geosciences, 34(4), 37–54. https://doi.org/10.22071/gsj.2024.452583.2140. (In Persian).
Jahanshahi, R., and Zare, M., 2017. Delineating the origin of groundwater in the Golgohar mine area of Iran using stable isotopes of ²H and ¹⁸O and hydrochemistry. Mine Water and the Environment, 36(4), 550–563. https://doi.org/10.1007/s10230-017-0444-6
Janjaneh, B., and Nassery, H.R., 2014. Hydrogeochemical investigation of water resources in the Qatarbaneh Plain. National Conference on Geology and Resource Exploration, Shiraz. https://civilica.com/doc/373863. (In Persian).
Ju, Q., Hu, Y., Liu, Q., Liu, Y., and Hu, T., 2022. Key hydrological process of a multiple aquifer flow system in the mining area of Huaibei Plain, Eastern China. Applied Geochemistry, 140, 105270. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2022.105270.
Kidder, J.A., Sullivan, K., Leybourne, M.I., Voinot, A., Layton-Matthews, D., Stoltze, A., and Bowell, R.J., 2022. Hydrogeochemical mineral exploration in deeply weathered terrains: An example from Mumbwa, Zambia. Science of the Total Environment, 810, 151215. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151215.
Kim, J.H., Kim, R.H., Lee, J.H., Cheong, T.J., Yum, B.W., and Chang, H.W., 2005. Multivariate statistical analysis to identify the major factors governing groundwater quality in the coastal area of Kimje, South Korea. Hydrological Processes, 19(6), 1261–1276. https://doi.org/10.1002/hyp.5565.
Kusimi, J.M., and Kusimi, B.A., 2012. The hydrochemistry of water resources in selected mining communities in Tarkwa. Journal of Geochemical Exploration, 112, 252–261. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2011.09.003.
Leybourne, M.I., and Cameron, E.M., 2010. Groundwater in geochemical exploration. Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis, 10(2), 99–118. https://doi.org/10.1144/1467-7873/09-222.
Liu, F., Song, X., Yang, L., Zhang, Y., Han, D., Ma, Y., and Bu, H., 2015. Identifying the origin and geochemical evolution of groundwater using hydrochemistry and stable isotopes in the Subei Lake basin, Ordos energy base, Northwestern China. Hydrology and Earth System Sciences, 19, 551–565. https://doi.org/10.5194/hess-19-551-2015.
Liu, P., Hoth, N., Drebenstedt, C., Sun, Y., and Xu, Z., 2017. Hydro-geochemical paths of multi-layer groundwater system in coal mining regions—Using multivariate statistics and geochemical modeling approaches. Science of the Total Environment, 601–602, 1–14. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.05.146.
Mahdani, M.A., 1996. Geological Map of Ravar, scale 1:250,000. Geological Survey of Iran, Tehran.
Marandi, A., and Shand, P., 2018. Groundwater chemistry and the Gibbs Diagram. Applied Geochemistry, 97, 209–212. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2018.07.009
Mehrabi, A., Derakhshani, R., Nilfouroushan, F., Rahnamarad, J., and Azarafza, M., 2023. Spatiotemporal subsidence over Pabdana coal mine, Kerman Province, central Iran using time-series of Sentinel-1 remote sensing imagery. Episodes, 46(1), 19–33. https://doi.org/10.18814/epiiugs/2022/022009.
Moein Al-Sadat, H., and Razavi Armaghani, B., 1993. Coal. Geological Survey of Iran, Tehran, 212 p. (In Persian).
Moosavirad, S.M., Rasouli, J., Janardhana, M.R., Moghadam, M.R., and Shankara, M., 2013. Petrographic, mineralogy, and geochemistry of coals of Pabedana, Kerman Province, Central Iran. Arabian Journal of Geosciences, 6(10), 3623–3634. https://doi.org/10.1007/s12517-012-0618-2.
Nassery, H.R., Alijani, F., and Mehrabi Nejad, A., 2014. Hydrogeochemistry of groundwater in the Zirab coal mine. Advanced Applied Geology, 4(1), 37–48. Article page. (In Persian).
National Cartographic Center, 2024. Atlas of Iran's Roads. Gitashenasi Novin Geographic and Cartographic Institute. (In Persian).
Nordstrom, D.K., 2011. Mine waters: Acidic to circumneutral. Elements, 7(6), 393–398. https://doi.org/10.2113/gselements.7.6.393
Piper, A.M., 1944. A graphic procedure in the geochemical interpretation of water-analyses. Transactions, American Geophysical Union, 25(6), 914–928. https://doi.org/10.1029/TR025i006p00914
Qin, W., Han, D., Song, X., and Engesgaard, P., 2019. Effects of an abandoned Pb–Zn mine on a karstic groundwater reservoir. Journal of Geochemical Exploration, 200, 221–233. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2018.09.007.
Sabzehei, M., Eshraghi, S.A., Roshan Ravan, J., and Seraj, M., 1997. Geological Map and Report of Gol-Gohar, scale 1:100,000. Geological Survey of Iran, Tehran.
Sahraei Parizi, H., and Samani, N., 2013. Geochemical evolution and quality assessment of water resources in the Sarcheshmeh copper mine area, Iran, using multivariate statistical techniques. Environmental Earth Sciences, 69(5), 1699–1718. https://doi.org/10.1007/s12665-012-2005-4.
Schoeller, H., 1965. Qualitative evaluation of groundwater resources. In: Methods and Techniques of Groundwater Investigations and Development, Water Resources Series No. 33, UNESCO, Paris, pp. 54–83.
Shahabpour, J., 1982. Aspects of Alteration and Mineralization at the Sar-Cheshmeh Copper–Molybdenum Deposit, Kerman, Iran. Ph.D. thesis, University of Leeds, UK, 342 p. EThOS record.
Soheili, M., Hosseini, Z., Ghaemi, J., Mohebbi, A.R., and Ghomashi, A., 1995. Geological Map of Sirjan, scale 1:250,000. Geological Survey of Iran, Tehran.
Valeh, N., Alavi Tehrani, N., Sabzehei, M., and Majidi, J., 1985. Geological Map of Neyriz, scale 1:250,000. Geological Survey of Iran, Tehran.
Vali Nia, H., Baiat, N., and Nassery, H.R., 2020. Assessment of the impacts of mining activities at the Sarcheshmeh copper mine on water and soil resources in downstream areas. 39th National and 4th International Geosciences Congress, Tehran. https://civilica.com/doc/1202370 (In Persian).
Zhou, M., Li, X., Zhang, M., Liu, B., Zhang, Y., Gao, Y., Ullah, H., Peng, L., He, A., and Yu, H., 2020. Water quality in a worldwide coal mining city: A scenario in water chemistry and health risks exploration. Journal of Geochemical Exploration, 213, 106513. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2020.106513
Zohrehbakhsh, A., and Vahdati Daneshmand, F., 1992. Geological Map of Rafsanjan, scale 1:250,000. Geological Survey of Iran, Tehran.
دوره 36، شماره 3 - شماره پیاپی 141
پاییز 1405، سال سی‌ و ششم، شماره 3، پیاپی 141
پاییز 1405
صفحه 137-154