مقدمه

آب مهم ترین منبع حیات و عامل بقای انسان و دیگر جانداران در زمین است. رسوب نیز مهم ترین محیط در ارتباط با آب است. آب و رسوب می توانند تاثیر زیادی بر یکدیگر داشته باشند. خاک نیز به عنوان بخشی از بوم سامانه، دارای نقش حیاتی برای انسان و سایر موجودات است؛ زیرا تغذیه

موجودات زنده و سلامت آن ها به محصولات خاک و کیفیت آن بستگی دارد(.(Pendias, 2007 در بسیاری از موارد به ویژه در مناطق دارای کانه زایی، و در نبود آلودگی انسان زاد، خاک صرفا به دلیل نوع سنگ بستر یا ویژگی های زمین شناختی منطقه، دارای غلظت بالایی از فلزات سنگین می باشد در غیر این محیط سطحی، باطله های دارای کانی های سولفیدی به ویژه پیریت پس از قرار گرفتن در معرض هوازدگی، زهاب اسیدی تولید کرده( Akcil and

۲۹

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×بهار ۹۱، شماره ۳، جلد ۱

(Koldas, 2006 و باعث متحرک شدن فلزهای بالقوه سمی می شوند ۲۰۰۲) .(Siegel, زهاب های اسیدی معدن شاید بدترین مشکل زیست محیطی باشد که اثرات منفی و زیانباری بر کیفیت آب های سطحی و زیرزمینی دارد Kelly, 1988)؛ Cherry et al, 2001؛ .(Lin et al, 2007 از مشخصات عمده زهاب های اسیدی می توان به pH پایین(اسیدینگی بالا)، تحرک و در نتیجه غلظت های بالای فلز((Olías et al, 2006 افزایش میزان سولفات ها و آهن آزاد((Canovas, 2007، ایجاد مواد جامد معلق و تشکیل لجن بیش از حالت معمول اشاره کرد. بنابراین تعیین غلظت فلزات سنگین در محیط های مختلف به ویژه آب، رسوب و خاک در مناطق معدنی ضروری به نظر می رسد. با توجه به کانه زایی سولفیدی و معدن کاری صورت گرفته در کانسار مس پورفیری دره زار، زمین شیمی زیست محیطی آب، رسوب و خاک های موجود در منطقه موضوع این پژوهش می باشد. صورت غلظت طبیعی فلزات سمی در خاک معمولا اندک است .(Siegel, 2002) کانه زایی طبیعی، و فعالیت های معدن کاری مهم ترین عوامل آلودگی های زمین زاد و انسان زاد در مناطق معدنی هستند که سبب آزادسازی و انتقال فلزات سنگین به محیط های مختلف چرخه زیست زمین شیمیایی شده، و حیات جانداران موجود در زیست بوم سامانه ها را به خطر می اندازد. به دلیل غلظت پایین بسیاری از فلزها در ذخایر معدنی، استخراج آن ها به تولید مقدار زیادی سنگ باطله منجر می شود. با توجه به حاکم بودن شرایط اکسایشی در محیط سطحی، باطله های دارای کانی های سولفیدی به ویژه پیریت پس از قرار گرفتن در معرض هوازدگی ( Akcil and (Koldas, 2006، زهاب اسیدی تولید کرده و باعث متحرک شدن فلزهای بالقوه سمی می شوند(.(Siegel, 2002 زهاب های اسیدی معدن شاید بدترین مشکل زیست محیطی باشد که اثرات منفی و زیانباری بر کیفیت آب های سطحی و زیرزمینی دارد Kelly, 1988)؛ Cherry et al, 2001؛ Lin et al, .(2007 از مشخصات عمده زهاب های اسیدی می توان به pH پایین(اسیدینگی بالا)، تحرک و در نتیجه غلظت های بالای فلز ( Olías et al, (2006 افزایش میزان سولفات ها و آهن آزاد (Canovas, 2007) ایجاد مواد جامد معلق و تشکیل لجن بیش از حالت معمول اشاره کرد. بنابراین تعیین غلظت فلزات سنگین در محیط های مختلف به ویژه آب، رسوب و خاک در مناطق معدنی ضروری به نظر می رسد. با توجه به کانه زایی سولفیدی و معدن کاری صورت گرفته در کانسار مس پورفیری دره زار، زمین شیمی زیست محیطی آب، رسوب و خاک های موجود در منطقه موضوع این پژوهش می باشد.

زمین شناسی منطقه مورد مطالعه

کانسار مس پورفیری دره زار در جنوب شرقی کمربند آتشفشانی، نفوذی دهج- ساردوئیه(کمان ارومیه- دختر جنوبی) و در ۱۰ کیلومتری جنوب معدن مس سرچشمه واقع شده است(شکل.(۱ این کانسار در نزدیکی بخش پاریز و در منطقه بند ممزار قرار دارد که منطقهای کوهستانی است و قله هایی

به ارتفاع بیش از ۳۲۰۰ متر در آن وجود دارد. محل کانسار نیز کوهستانی بوده و دارای دامنههای پرشیب است . نزدیک ترین آبادی به دره زار، روستای گوئین می باشد که در فاصله ۴ کیلومتری جنوب آن واقع است. در منطقه دره زار واحدهای سنگی از ائوسن تا کواترنری رخنمون دارد، و فعالیت های رسوبی و ماگماتیسم در طول این بازه زمانی در منطقه دیده می شود. واحدهای سنگی آتشفشانی- رسوبی(تراکی آندزیت، تراکی بازالت، بازالت، توف و آذر آواری ها) به سن ائوسن به عنوان میزبان توده نفوذی ” پورفیری دره زار ” در منطقه بیشترین گسترش را دارند. سنگهای نفوذی در ناحیه به صورت توده های قلیایی- کلسیمی نیمه عمیقی ظاهر می شوند که دایک های متعددی به سن الیگو- میوسن آن ها را قطع کرده است. ترکیب سنگ شناختی این دایک ها بیشتر از نوع دیوریت پورفیری و دیابازی می باشد و کانی های سولفیدی مس به ندرت در آن ها دیده می شود(معانی جو، .(۱۳۷۰ چهار هاله دگرسانی اولیه در این کانسار مشخص شده است: پتاسیمی، سریسیتی، رسی و پروپلیتی(عبدل زاده، .(۱۳۸۴ زون دگرسانی سریسیتی در منطقه دارای رخنمون وسیع، و بیش از ۱۰ درصد حجمی کانی پیریت می باشد.

شکل.۱ موقعیت کانسار مس پورفیری دره زار در کمربند دهج- ساردوئیه .(Shafiei, 2008)

روش کار

به منظور مطالعه زمین شیمیایی آب، رسوب و خاک های محدوده کانسار دره زار در اردیبهشت ماه ۱۳۹۰، تعداد ۱۱ نمونه آب، ۳۳ نمونه رسوب و ۱۵ نمونه خاک برداشت شد(شکل.(۲ نمونه برداری آب از رودخانه دره زار، و حوضچه های فصلی درون محدوده کانسار انجام شد. پارامترهایی مانند دما، pH، Eh، EC توسط دستگاه قابل حمل در محل نمونه برداری اندازه گیری شدند. برای سنجش فلزات سنگین بخش کلوئیدی نمونه های آب با استفاده از فیلتر ۰/۴۵ میکرون جدا گردید، و pH نمونه ها با استفاده از اسید نیتریک غلیظ به کمتر از ۲ رسانده شد. برای تجزیه کاتیون ها و آنیون های اصلی، نمونه های آب بدون فیلتر و اسیدی شدن به آزمایشگاه زاگرس آبشناس فارس

۳۰

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

ارسال شدند. همزمان با نمونه برداری آب، نمونه برداری رسوب نیز در مسیر آبراهه اصلی صورت گرفت. در آزمایشگاه نمونه های رسوب در دمای ۴۰ درجه سانتی گراد در دستگاه خشک کن، خشک شده و برای تجزیه شیمیایی به دو بخش سیلت( (<63 و ماسه-گراول((۶۳ <x< 2cm تقسیم گردید. ۱ تا ۲ کیلوگرم نمونه خاک از عمق ۲۰-۰ سانتیمتری برداشته شد، و در کیسه های پلاستیکی برای آماده سازی به آزمایشگاه منتقل شدند. پس از انتقال به آزمایشگاه، نمونه ها در دمای اتاق خشک، و از غربال ۲۲۰ مش(کمتر از ۶۳ میکرون) عبور داده شدند. نمونه های آب، رسوب و خاک پس از آماده سازی، برای اندازه گیری غلظت فلزات سنگین به روش ICP MS به آزمایشگاه Lab West استرالیا ارسال شدند.

شکل .۲ موقعیت نمونه های برداشت شده (آب، رسوب و خاک) در کانسار مس دره زار

×بهار ۹۱، شماره ۳، جلد ۱

بحث

زمین شیمی و مطالعات آماری نمونه های آب

آمار توصیفی نمونه های آب در جدول شماره((۱ نشان داده شده است. بر اساس این جدول، pH بین ۲/۴۹ تا ۷/۴۵ با میانگین ۵/۴۵ می باشد، در حالیکه پتانسیل اکسایش و کاهش((Eh بین ۹۸ تا ۵۱۲ متغیر است. نتایج نشان می دهد که آب های واقع در محدوده معدن، ماهیت اسیدی دارند و Eh این محدوده نیز اکسایشی است(شکل .(۳ در این شرایط بیشتر فلزات سنگین انحلال پذیر می باشند. البته شرایط بهینه برای انحلال پذیری عنصر مولیبدن متفاوت بوده، و این عنصر در pH اسیدی انحلال ناپذیر است. به همین دلیل، غلظت آن در تمام نمونه های آب کمتر از ۳ میکروگرم بر لیتر (میانگین ۱/۰۵ میکروگرم بر لیتر) است.

شکل.۳ الف: نمونه W1، آب خروجی از تونل افقی (۳/۵۲pH) ب: نمونه W2، حوضچه فصلی داخل محدوده معدن(.(۲/۴۹ pH

هوازدگی کانی های سولفیدی به ویژه پیریت هنگامی که در معرض آب

و هوا قرار می گیرد سبب ایجاد آب های اسیدی می شود. دگرسانی عمده در منطقه دگرسانی سریسیتی است، که بیشترین نقش را در تولید آب های اسیدی ایفا می کند. از میان فلزات سنگین و سایر کاتیون ها، بیشترین غلظت به عنصر مس مربوط می شود که بیشینه آن به ۱۰۶۰ میلی گرم بر لیتر هم می رسد (نمونه W2 در محدوده معدن)، شکل -۳) ب). غلظت های بالای مشاهده شده یون سولفات (بیشینه ۵۷۶۰ میلی گرم بر لیتر) به دلیل اکسایش کانی های سولفیدی در محدوده کانسار مس پورفیری دره زار است. نتایج ضریب همبستگی نشان می دهد (جدول (۲ که SO42- با بیشتر فلزات سنگین از جمله مس((۰/۹۷۴، آهن((۰/۹۱۷، آرسنیک((۰/۹۶۲، کبالت((۰/۹۸۶، نیکل((۰/۹۸۵، کروم((۰/۹۶۳، سلنیم((۰/۹۷۱ و روی((۰/۹۵۷ همبستگی مثبت

و قوی دارد، که دلیل آن احتمالا همزمانی اکسایش پیریت و سایر کانی های سولفیدی است که باعث ایجاد آب های اسیدی در منطقه شده، و غلظت سولفات و فلزات سنگین را در آب های محدوده کانسار افزایش می دهد.

۳۱

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×بهار ۹۱، شماره ۳، جلد ۱

جدول.۱ آمار توصیفی نمونه های آب کانسار دره زار

جدول .۲ همبستگی اسپیرمن (Spearman) بین عناصر موجود در نمونه های آب کانسار دره زار

۳۲

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

pH با تمام عناصر به جز عنصر مولیبدن همبستگی منفی دارد، که دلیل آن شرایط متفاوت زمین شیمیایی عنصر مولیبدن در محیط محلول می باشد. ضریب همبستگی بین pH و Eh منفی است، به بیان دیگر، با افزایش pH، Eh کاهش می یابد. دلیل این موضوع به احتمال زیاد افزایش فعالیت باکتری های هوازی مانند تیوباسیلوس فرواکسیدانس، تیوباسیلوس تیواکسیدانس و لپتوسپریلیوم فرواکسیدانس طی کاهش pH است که پتانسیل اکسایش-کاهش را افزایش می دهند (کشاورزی، .(۱۳۸۵ تیپ های مختلف آب تابعی از ویژگی های سنگ شناختی منطقه، و سینتیک۱ محلول است. نمودار پایپر یکی از مهم ترین روش های مقایسه تیپ های آب های مختلف از نظر ترکیب یون های موجود در آب می باشد. ترسیم داده های حاصل از تجزیه آنیون ها و کاتیون های اصلی بر روی نمودار پایپر نشان می دهد که در مثلث آنیونی، تیپ بیشتر آب های منطقه سولفاتی است(به جز نمونه های آب بالادست کانسار) و در مثلث کاتیونی نیز فاز کلسیمی غالب می شود. بنابراین، کانی سازی سولفیدی و انحلال این کانی ها، مهم ترین معیار تعیین کننده تیپ نمونه های آب محدوده کانسار مس دره زار می باشدنتایج. نمودار دارُف نیز تاییدی بر نتایج به دست آمده از نمودار پایپر و غالب بودن رخساره سولفات- کلسیمی در آب های منطقه است (شکل .(۴

×بهار ۹۱، شماره ۳، جلد ۱

قرار می گیرد((-۰/۶۵۸که نشان دهنده تأثیر مهّم این عامل بر عناصر این مؤلفه می باشد.

جدول .۳ نتایج تجزیه و تحلیل عاملی و ردهبندی عناصر در۳ گروه مختلف