مقدمه

احداث ساختمانها با مصالح آجری در سطح وسیعی از کشورهای جهان و از جمله در ایران در حال اجرا می باشد. علت آن وزن کم، قیمت ارزان، حمل و نقل آسان، قالب گیری در شکل و اندازه لازم و زیبایی خاص آجر برای نماکاری است. مواد اولیه آجر را میتوان از شیل، مارن و رس ها تامین کرد. کانی های مهم موجود در مواد اولیه آجر شامل کائولینیت، ایلیت، اسمکتیت و به میزان کمتر کلریتهای منیزیوم دار، آلومینیوم دار، اکسیدها و هیدروکسیدهای آلومینیوم و آهن، کوارتز و مواد آلی می باشد(کریم پور، .(۱۳۸۵ خاک رسی را که برای تهیه آجر انتخاب می کنند لازم نیست رس خالص باشد، فقط کافی است که ناخالصی هایی از قبیل ریشه گیاهان، چوب، ذغال و غیره در آن وجود نداشته باشد. زیرا این مواد هنگام پختن آجر در داخل کوره سوخته و تخلخل ایجاد می کند که از مقاومت آجر کم می کند(کباری، .(۱۳۸۷ یکی از مباحث اساسی و مهم در جهان امروز در این میان، بحث برداشت بی رویه از منابع طبیعی و آلودگی های ایجاد شده توسط کارخانه های صنعتی در سطح جهان می باشد. در بسیاری نقاط جهان به واسطه جلوگیری از مصرف خاکهای کشاورزی و نابودی زمین های زراعی و از

طرفی به علت عدم وجود خاک رس مناسب، برای تولید آجرهای ساختمانی و دیگر مصالح از شیل های دارای ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی لازم استفاده می نمایند. گرچه در ایران استفاده از شیل برای تولید آجر چندان مرسوم نمی باشد، ولی پژوهش های پراکنده ای در پاره ای از نقاط انجام گرفته است. از آن جمله بررسی شیل های سازند امین را در منطقه خوزستان و شیل های سنندج را می توان نام برد(ایرانمنش، ۱۳۶۷ و مهندسین مشاور اپال، .(۱۳۷۷ در این تحقیق سعی بر آن است تا مناطق دارای پتانسیل معدنی جهت مواد اولیه آجر در استان اصفهان شناسایی گردد و در نتیجه استفاده بهینه از مواد اولیه جایگزین رس در استان را موجب گردد و از طرفی در رفع مشکلات زیست محیطی ناشی از بهره برداری معادن رس در استان اصفهان نیز کمک نماید.

۴۱

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

روش کار

برای تشخیص و تفکیک کانیهای رسی، شیل، مارن، اکسیدهای آهن سه ظرفیتی و در نهایت تعیین پتانسیل معدنی مواد اولیه آجر، داده های ماهواره ای استر و ETM ورقه های ۱/۱۰۰۰۰۰ اصفهان، طرق، میمه، شهرضا و کوهپایه مورد پردازش و زونهای حاوی اکسیدآهن و کانیهای دارای یون هیدروکسیل در رابطه با کانی های رسی مواد اولیه آجر شناسائی و مورد کنترل زمینی و نمونه برداری قرار گرفتند. شیل ها که امروزه از مهمترین مواد اولیه آجر محسوب می شوند با استفاده از نقشه های زمین شناسی و کنترل زمینی شناسائی شدند. جهت تعیین کیفیت آجر رسی و شیلی به دست آمده از نمونه های برداشتی از آزمایشات پراش اشعه ایکس (XRD) و فلورسانس اشعه ایکس (XRF) ونهایتاً آزمایش پخت (تعیین مقاومت فشاری و جذب آب) بر روی آجر و مقایسه آنها با استاندارد های ملی و بین المللی استفاده گردید.

بحث شناسائی مواد اولیه آجر در ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان

برگه زمین شناسی اصفهان در میان طولهای جغرافیایی ۵۱ ۳۰ تا ۵۲ ۰۰ و عرضهای جغرافیایی ۳۲ ۳۰ تا ۳۳ ۰۰ جای دارد. عمده واحد های سنگی ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان، آبرفتهای کواترنری، واحد رسی و سنگهای آهکی و دولومیتی کرتاسه و به مقدار کمتر شیل می باشد. بیشتر منابع آجر استان از واحد های رسی منطقه دولت آباد، گز و سگزی استخراج می گردد. قرار گیری کارخانه های تولید آجر در این ورقه و مصرف مقادیر بالای رس مناسب برای زمینهای کشاورزی مشکلات زیست محیطی بسیار زیادی را به وجود آورده است. کانیهای رسی دارای بنیان هیدروکسیل نظیر کائولن، مونت موریلونیت، ایلیت به همراه اکسید های آهن سه ظرفیتی نظیر هماتیت، گوتیت و جاروسیت، کانی های اصلی تشکیل دهنده مواد اولیه آجر و بلوک های سفالی را تشکیل می دهند. در ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان یک افق خاک رس قرمز رنگ حاوی کانی های رسی و انواع اکسید های آهن سه ظرفیتی وجود دارد که می تواند به عنوان ماده اولیه آجر با کیفیت بالا مورد استفاده قرار گیرد. در کلیه مناطق مورد مطالعه، با بررسی داده های ماهواره ای و با استفاده از روش برازش حداقل مربعات (Ls-Fit) بر روی

×پاییز ۹۱، شماره ۵

داده های ماهواره ای ETM+ ، کانی های رسی (کانیهای دارای بنیان (OH و اکسید های آهن سه ظرفیتی این مناطق تفکیک و سپس با استفاده از روش ترکیب رنگی کاذب (FCC) و اجرای فیلتر Median نقاط مشترک تعیین گردید. در روش برازش حداقل مربعات با استفاده از خصوصیات طیفی باندهای پیش بینی کننده و مقایسه آنها با یک باند خاص و یا مدل((modeled band یک باند باقیمانده (Ls-Fit residual) معرف کانیهای رسی و یا اکسیدهای آهن (با توجه به باند انتخابی مدل) ایجاد می شود((Asadi et al.,1999 (مالمیران، (۱۳۷۹ (اسدی و طباطبایی،.(Crosta,2003) (1386 با توجه به خصوصیات محل کارخانه های شناخته شده در مناطق دولت آباد، گز و سگزی، پیکسلهای مشترک دارای خصوصیات کانیهای رسی بنیان OH و اکسید های آهن سه ظرفیتی میتوانند دارای پتانسیل مواد اولیه آجر و بلوکهای سفالی باشند. در پایان، نتایج حاصل از پردازش داده های ماهواره ای ETM+ و استر ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان با واحدهای لیتولوژیکی نقشه های زمین شناسی مقایسه و ۷ نقطه امید بخش برای پی جوئی صحرائی و اکتشافات بعدی مواد اولیه آجر و بلوکهای سفالی معرفی گردید (جدول .(۱ قبل از بررسی داده های ماهواره ای، مختصات کارخانه های آجر استان در مناطق دولت آباد، سگزی و گز با استفاده از GPS برداشت و در تصاویر ماهواره ای نشان داده شد(شکل .(۱ خصوصیات طیفی این مناطق مشخص و سپس با استفاده از این خصوصیات، مناطق مشابه در نواحی دورتر در ورقه زمینشناسی ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان شناسائی گردید. با توجه به خصوصیات طیفی نقاط فوق، ابتدا تصاویر ماهوارهای ETM مورد مطالعه قرار گرفت و مناطق حاوی مواد اولیه رسی آجر مشخص گردید. همانطور که در تصویر مذکور مشاهده میگردد محل کارخانه های آجر اصفهان در نزدیکی شهر اصفهان و در مناطق دولت آباد (مرکز تصویر)، گز (شمال تصویر) و سگزی (شرق تصویر) قرار دارند (شکل.(۱ در این تصویر مناطق دارای پتانسیل بالای رس مورد استفاده در تولید آجر، با رنگ سفید و رس های آغشته به گچ با رنگ آبی روشن نشان داده شده اند. برای تفکیک کانی رسی حاوی اکسید آهن و فاقد گچ دارای پتانسیل مورد استفاده در تهیه آجر از روش برازش حداقل مربعات (Ls-Fit) بر روی داده های ماهواره ای استر ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان استفاده گردید.

شکل.۱ تصویر ترکیب رنگی RGB 741 داده های ماهوار ه ای ETM ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان و موقعیت نقاط پر پتانسیل مواد اولیه آجر در این ورقه (محل کارخانه های آجر با ستاره و کانی های رسی با رنگ سفید نشان داده شده)

۴۲

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×پاییز ۹۱، شماره ۵

همانطوری که در شکل (۲) مشاهده می شود، کانیهای رسی حاوی اکسید آهن و فاقد گچ که دارای خصوصیات طیفی مناطق شناخته شده محل کارخانه های آجر می باشد با رنگ آبی و کانی های رسی آغشته به گچ با رنگ قرمز مشخص شده اند. همانگونه که مشاهده می گردد منطقه رسی وسیعی (فاقد زمین کشاورزی) به وسعت ۲۱ کیلومتر مربع در حدود ۳۵ کیلومتری مرکز شهر اصفهان و در مسیر جاده اردستان در حاشیه کوه وجود دارد و همانگونه که در ذیل اشاره می گردد با توجه به مثبت بودن کنترل زمینی و آزمایشات شیمیائی و پخت صورت گرفته، می تواند به عنوان یک منطقه وسیع و مناسب برای مواد اولیه آجر استان معرفی گردد. با توجه به تصاویر ماهواره ای پردازش یافته ASTER و ETM ورقه ی اصفهان و

شکل .۲ تصویر پردازش شده به روش برازش حداقل مربعات (Ls-Fit) داده های ماهواره ای

شکل.۳ پخت نمونه خاک رس اندیس شمال شرق اصفهان

همچنین تلفیق این تصاویر با نقشه موجود زمین شناسی منطقه در محیط ۷ GIS نقطه برای پی جوئی صحرائی معرفی گردید (جدول.(۱ با نمونه برداری از عمق ۳۰ تا ۴۰ سانتیمتری از طریق حفر ترانشه و چاهک (حدود ۱۰ تا ۱۵ کیلوگرم برای هر نمونه) و بررسی های صحرائی و آزمایشات شیمیائی بر روی نقاط مورد بررسی (تعیین کیفیت) در ورقه اصفهان، در نهایت سه منطقه امید بخش معرفی گردید(جدول.(۲ ماده معدنی هر سه منطقه از نوع خاک رس، فاقد شن و کربنات کلسیم بوده که با توجه به حفر ترانشه، وسعت زیاد خاک و وضعیت پخت این مناطق دارای الویت بالایی برای اکتشافات بعدی می باشند(شکل ۳ و .(۴

استر ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان (رنگ آبی، مناطق دارای پتانسیل بالای رسی مواد اولیه آجر را نشان میدهد)

شکل:۴ حفر ترانشه جهت بررسی وضعیت خاک در شمال اصفهان

۴۳

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

شناسائی مواد اولیه آجر در ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ طرق

برگه زمین شناسی طرق در میان طولهای جغرافیایی ۵۱ ۳۰ تا ۵۲ ۰۰ و عرضهای جغرافیایی ۳۳ ۰۰ تا ۳۳ ۳۰ جای دارد. داده های ماهوارهای لندست ETM+ و استر ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ طرق برای تشخیص کانیهای رسی، شیل، مارن و اکسید های آهن سه ظرفیتی و در نهایت تعیین پتانسیل معدنی مواد اولیه آجر مورد پردازش قرار گرفت. شکل (۵) ترکیب رنگیRGB741 داده های ماهوار ه ای ETM+ ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ طرق را نشان می دهد. در این نقشه کانی های

×پاییز ۹۱، شماره ۵

رسی با رنگ سفید و پوشش گیاهی با رنگ سبز نشان داده شده است. شکل (۶) مناطق دارای پتانسیل بالای کانی های رسی را از طریق تصویر پردازش شده به روش برازش حداقل مربعات داده های ماهواره ای ETM+ به رنگ سفید نشان می دهد. در این ورقه نتایج حاصل از پردازش داده های ماهواره ای ETM+ و استر با واحدهای لیتولوژیکی نقشه های زمین شناسی (عمدتا واحد های شیلی) مقایسه و ۱۴ نقطه امید بخش برای پی جوئی صحرائی و اکتشافات بعدی مواد اولیه آجر و بلوکهای سفالی مشخص گردید.

شکل .۵ تصویر ترکیب رنگی RGB741 داده های ماهوار ه ای ETM ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ طرق و موقعیت نقاط پر پتانسیل مواد اولیه آجر در این ورقه (کانی های رسی با رنگ سفیدو پوشش گیاهی با رنگ سبز نشان داده شده اند)

شکل.۶ تصویر پردازش شده به روش برازش حداقل مربعات (Ls-Fit) داده های ماهواره ای ETM ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ طرق (رنگ سفید مناطق دارای پتانسیل بالای رسی مواد اولیه آجر را نشان میدهد)

۴۴

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×پاییز ۹۱، شماره ۵
جدول.۱ مشخصات نقاط با پتانسیل بالای معرفی شده در اندیسهای ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان برای کنترل زمینی
نمونه ملاحظات

E1 نامناسب: دارای آلوئک و آهک بالا ، نمونه پخت حاکی از آهکی بودن آجر می باشد
E2 مناسب و کیفیت خوب: نتیجه پخت قابل قبول می باشد.
E3 نامناسب: در این نقطه از سطح تا حدود ۳۰ سانتی متر خاک رس ماسه دار و در زیر حدود ۴۰ سانتی متر خاک رسی خوب مشاهده شد.
نتیجه پخت: نامناسب

E4 نامناسب: از این نقطه نمونه ای برداشت شده که در نتیجه پخت از استحکام زیادی برخوردار نمی باشد (خاک حالت ماسه ای دارد)
و رنگ آن کرمی خال دار می باشد .

E5 مناسب: خاک موجود در این نقطه همگن است. ناخالصی ,شن درشت و آلوئک قابل مشاهده نیست.
از این نقطه نمونه ای برداشت شده که در نتیجه خاک پخته شده مرغوب و رنگ زرد قابل قبول دارد.

E6 اطراف روستای سین و مربوط به کارخانه آجر
E7 مناسب: از این نقطه نمونه ای برداشت شده که در نتیجه پخت نمونه مطلوب و به رنگ کرمی می باشد.

جدول.۲ مناطق امید بخش در ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ اصفهان

نام منطقه نوع ماده معدنی / ابعاد ذخیره سایر توصیفات وضعیت آجر اولویت برای اکتشافات بعدی
کانی های موجود (m2) پخته شده
خاک موجود در این با توجه به وسعت زیاد خاک
اندیس شمال شرق اصفهان خاک رسعمدتاً/ ۳۰۰۰×۳۰۰۰ نقطه همگن و فاقد مطلوب (شکل(۳ رس، این منطقه از اولویت
رسی ناخالصی، شن درشت و بالایی برای اکتشافات بعدی

آلوئک می باشد برخوردار می باشد.
با توجه به نزدیکی آن به
اندیس شمال اصفهان رس ۱۵۰۰×۶۰۰ فاقدشن درشت مطلوب کارخانجات آجر و نزدیکی به
(شمال شرق گرگاب) اصفهان، دارای اولویت بالا

(شکل(۴
اندیس شمال شرق اصفهان خاک رس همگن/ ۲۰۰۰×۱۰۰۰ فاقدشن درشت و آلوئک مطلوب/ رنگ با توجه به وسعت زیاد خاک
عمدتاً رسی کرمی رس، دارای اولویت بالا

۴۵

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×پاییز ۹۱، شماره ۵

بررسی های صحرائی و آزمایشات شیمیائی بر روی نقاط مورد بررسی (تعیین کیفیت) در ورقه طرق به صورت زیر خلاصه می گردد(جدول .(۳ در این ورقه در دو بخش مرکزی و جنوب غربی، ماده معدنی عمدتاً رسی حاوی شن و ماسه همراه با آهک بوده که از لحاظ کیفیت پخت در درجات پایین قرار می گیرد(شکل .(۷ در مناطق دیگر ماده معدنی از نوع شیل می باشد که نمونه برداری در امتداد ترانشه در کنار بزرگراه اصفهان – کاشان برداشت شده است که به غیر از منطقه

جنوب غرب باغ رضوان (به دلیل حضور سیلیس بالا) در بقیه موارد، پخت قابل قبول شیل ها به واسطه ی K2O بالادر دمای پایین تری نسبت به خاک رس صورت گرفت که این می تواند در مصرف انرژی کمتر برای تولید آجر نیز مد نظر قرار گیرد و این مناطق از اولویت بالایی برخوردار می باشند(اشکال ۸ تا ۱۰، جدول.(۴

جدول.۳ نتایج بررسی های صحرایی در ورقه ۱:۱۰۰۰۰۰ طرق

نام منطقه

اندیس جنوب-جنوب غرب رباط سلطان

اندیس شمال شرق سروستان((۱

اندیس شمال شرق سروستان (۲)

اندیس جنوب غرب باغ رضوان

اندیس شیلی جنوب غرب طرق

اندیس مارنی جنوب غرب طرق

نوع ماده معدنی / کانی های موجود

خاک رس/ عمدتا رسی

شیل (ژوراسیک) به همراه آهک و اکسید آهن به صورت محلی/ کوارتز، آلبیت، ایلیت و کلسیت (با توجه به

آنالیز(XRD (شکل(۸

شیل (تریاس) / کوارتز، آلبیت و ایلیت

شیل سیلیسی (تریاس) با سختی بالا

شیلهای سیاه رنگ (تریاس) حاوی مقدار کمی هیدرواکسید آهن و فاقد کربناتهای کلسیم/ کوارتز، ایلیت و کلسیت

مارن رسی کرتاسه/ رسی

ابعاد ذخیره (m2)

۱۰۰۰×۱۰۰۰

۱۰۰۰۰×۱۵۰۰

۳۰۰۰×۸۰۰۰

۱۰۰۰×۳۰۰۰

۱۰۰۰×۵۰۰۰

۱۰۰×۵۰۰

وضعیت آجر پخته شده سایر توصیفات اولویت برای
اکتشافات بعدی

با توجه به وجود آهک ،
رسهای پر شن و ماسه، با ماسه، هماتیت و گچ
—– آهک زیاد همراه با فراوان، نمونه خاک قابل
هماتیت و گچ در کنار هم استفاده نبوده و لذا

دیده می شود (شکل (۷ منطقه از اولویت چندانی
برخوردار نمیباشد.
با توجه به وسعت
محدوده و نتایج پخت و
پخت شیلها در ۹۵۰ درجه سانتی نتایج آزمایش شیل جهت آزمایش شیلها و نزدیکی
گراد دارای جذب آب کم، رنگ تعیین کیفیت، دلالت بر به اصفهان در برگه
مسی روشن و بافت سرامیکی وجود K2O بالا در آن ۱:۱۰۰۰۰۰ طرق،
قابل قبول می باشد(شکل.(۹ دارد(جدول.(۴ منطقه از اولویت درجه
یک برخوردار می باشد.
شیلها در ۹۵۰ درجه سانتی گراد با توجه به وسعت
با سوخت فسیلی، بافت سرامیکی نتایج آزمایش نمونه ها منطقه، نتایج پخت و
قابل قبول و لطیف که مناسب نشان از K2O بالا در آزمایش شیلها، منطقه از
تولیدات سرامیک پوششی می شیل. اولویت درجه دو
باشد را ایجاد می نماید. برخوردار می باشد.
به دلیل حضور سیلیس و سختی تاثیر آلتراسیون در
بالا، جهت تعیین کیفیت شیل محدوده شیلی مورد
نمونه ای آزمایش نگردید و نتیجه بررسی / حضور رگچه های فاقداولویت
پخت آجر از این نمونه رضایت سیلیسی در آن
بخش نمی باشد(شکل.(۱۰
با توجه به نتیجه پخت،
مطلوب ——— به عنوان یکی از نقاط
مرغوب پیشنهاد می

گردد
پخت این نوع مارنها کم و بیش حضور حدود۴۰ درصد با توجه به وسعت کم و
نتایج پخت از لحاظ
قابل قبول/ رنگ صورتی کم رنگ آهک با توجه به نتایج
مرغوبیت در درجات
( نشان از حضور آهک) آزمایش (جدول(۴
پایین قرار دارد.

۴۶

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×پاییز ۹۱، شماره ۵

شکل .۷ نقطه شماره دو اندیس جنوب-جنوب غرب رباط سلطان شکل.۸ آزمایش پراش اشعه ایکس شیل شماالشرق سروستان

(در سطح خاکهای شن و ماسهدار و در عمق cm 10 لایه گچ و آهک دیده می شود)