هیدروژئوشیمی و ایزوتوپی چشمه‌های ملوسان و باروداب (شهرستان نهاوند) خروجی از آهکهای کربونیفر- پرمین (معرف قدیمی‌ترین مخازن کارستی ناحیه سنندج- سیرجان در ایران)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آلودگی محیطزیست دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس، ایران.

2 استاد دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس، ایران.

3 استادیار دانشکده علوم زمین دانشگاه شهید بهشتی، ایران.

4 استادیار دانشکده علوم جغرافیایی دانشگاه خوارزمی، ایران.

چکیده

ناحیه سنندج- سیرجان پویا‎ترین پهنة زمین‎ساختی ایران است، در این پژوهش خصوصیات هیدروژئوشیمی و ایزوتوپی چشمه­های ملوسان و باروداب (شهرستان نهاوند) و نزدیکترین چشمه­های شیستی به آنها (ابالفضل باروداب و سیادره ملوسان) بررسی شدند. روش تحقیق پژوهش حاضر میدانی- آزمایشگاهی است؛ ویژگی­های فیزیکی (دما، اکسیژن محلول، هدایت الکتریکی و pH)، کدورت، آنیون­ها (SO4،F ، Cl-، NO2، NO3)، HCO3، غلظت کل 11 عنصر سمی/سنگین (آهن، آرسنیک، کادمیوم، کبالت، مس، روی، سرب، نیکل، منگنز، جیوه، باریوم)، کاتیون­های اصلی (Mg2+، Ca2+، K+، Na+ ) و نهایتاً اکسیژن 18 و دوتریم سنجش گردید. بر اساس ضریب فرود (درجه توسعه کارست) و همچنین مشاهدات میدانی (ژئومورفولوژی، دبی، تعداد دهنه خروجی آب و غیره) کارست منطقه باروداب متوسط است و کارست منطقه ملوسان بین کارست متوسط و کارست ناقص (مرو کارست) واقع شده است. همچنین مخزن کارستی چشمه ملوسان به دلیل وجود همزمان تخلخل حفره­ای و شکستگی­ها به همراه تخلخل اولیه، دارای سیستم تخلخل سه‎گانه است ولی مخزن کارستی چشمه باروداب صرفاً دارای تخلخل اولیه است. ایزوتوپ­های پایدار اکسیژن 18 و دوتریوم چشمه­ باروداب به علت ارتفاع تغذیه بالا دارای غلظت بالاتری از چشمه­ ملوسان است، به دلیل تفاوت شیب، حوزه آبگیر چشمه­ها با مرز سطحی حوزه آبریز یکسان نیست و منشا چشمه‌های کارستی متأثر از فرآیندهای ثانویه و بین سازندی است (تغذیه خارج از مرز آبریز توسط لایه­بندی­ها و گسل­ها) که نشان دهنده حالت اوتوژنیک (تغذیه خود بستر) هستند که طبق بررسی­های زمین شناختی، تصاویر ماهواره­ای و مطالعات میدانی چشمه­های کارستی باروداب و ملوسان از سنگ مخزن دوران کربونیفر- پرمین منشأ گرفتند که معرف قدیمی­ترین مخازن کارستی ناحیه سنندج- سیرجان در ایران هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Hydrogeochemistry and Isotopic Investigation of Barudab and Malusan springs of Nahavand area output from Carboniferous-Permian limestones (Introduce ancients’ host rocks in Sanandaj-Sirjan zone in Iran)

نویسندگان [English]

  • Vahed Kiyani 1
  • Abbas Esmaili 2
  • Farshad Alijani 3
  • Sarah Kiani 4
1 Ph.D. Student of Environmental Pollution, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Iran.
2 Professor, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Iran.
3 Assistant Professor, Faculty of Geology Sciences, Shahid Beheshti University, Iran.
4 Assistant Professor, Faculty of Geographic Sciences, Kharazmi University, Iran.
چکیده [English]

Sanandaj-Sirjan zone is the most dynamic tectonic zone in Iran. The research method of the present study was survey-laboratory. The hydrogeochemical and isotopic properties of Malusan and Barudab springs (Nahavand) and their closest schist springs (Abolfazl and Siadreh) are investigated. To evaluate the water quality of springs, physical properties (electrical conductivity, temperature, TDS, and pH), turbidity, anion concentrations (Nitrate, nitrite, chloride, fluoride, and sulfate), carbonate and bicarbonate, main cations (sodium, potassium, calcium, and manganese), total concentration of 11 poisonous/heavy elements (ferric, arsenic, cadmium, cobalt, copper, zinc, lead, nickel, manganese, mercury and barium) and finally the stable isotopes δ18O and δ2H were analyzed. Discharge was measured with a volumetric and flowmetric method at the site. Based on alpha coefficient and field observations the karst of Barudab region is moderate karst and the karst of Melusan region is located between moderate karst and incomplete karst (Merv karst). Also, karst reservoir of Malusan has trinary porosity system due to the existence of cavity porosity and fractures along with primary porosity in synchronic, but karst reservoir of Barudab spring has only primary porosity. Stable oxygen isotopes 18 and deuterium of Baroudab spring have concentrations higher than Melousan spring due to high feeding height. Catchment area of ​​the springs is not the same as the surface boundary due to different slopes and drainage is done by stratifications and faults. so origin of karst springs is to some extent influenced by secondary and inter-structural processes, with autogenic recharge. Based on the findings, Malusan and Barudab springs are representatives of the oldest karst reservoirs in Sanandaj-Sirjan zone in Iran.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydro geochemistry
  • Ancients’ Host Rocks
  • Barudab and Malusan springs
  • Nahavand area
Alayi Taleghani M (2011) Geomorfological of Iran. Qomes Press, 352 p (In Persian)
Alimoradi S, Nassery H R, Alijani F, Karimi H (2021) Source determination and formation mechanisms of sulfur and thermal springs of Siah-Kuh anticline, south-west of Iran, using hydrogeochemistry and isotope characteristics. Jonrnal of Hydrogeology 5(2):16-31 (In Persian)
Tavasoli A (2012) Karst geology and morphology (A view on how caves are formed). Federation of Mountaineering and Sport Climbing (Caving Department), 45 p (In Persian)
Goldscheider N, Drew D (2007) Methods in karst hydrogeology. Taylor and Francis, 385 pp.
Sedaghat M, Daneshfar H, Hosini A, Madani H, Hashemi A (2003) Earth sciences (pre-university experimental field). Publications of Iran Textbook Publishing Company, 164 P (In Persian)
Karimi Verdenjani H (2010) Karst hydrogology. Eram Shiraz Perss, 399 P (In Persian)
Ebrahimi B, Seif A (2016) Using GIS for evaluation of karst ification in carbonate rocks in Zagros based on geological and climaticological factors. Journal of Geoscince 25(98):333-348
Rezaee M, Zivari R, Ashjari J, Kaboli A (2017) Geochemical processes affecting groundwater chemistry in the Khosh Yilagh carbonate formation, northern Iran. Journal of Environment Scince 43(2):219-231 (In Persian)
Karimi S, Mohammadi Z, Samani N (2017) Evaluation of hydrochemical characteristics of groundwater and salinity evolution in Semnan Plain. Journal of Hydrogeology 2(1):1-19 (In Persian)
Mirhasani G, Bagheri R, Nik Ghojogh Y (2018) Hydrogeology of karstic springs in Kalaleh Region, Golestan Province. Journal of Ecohydrology 5(2):387-397 (In Persian)
Mohammadzadeh H, Amiri H (2019) Investigation of groundwater residence time (alluvial and karst) in Pol-e-Zahab study area due to the spatiotemporal varations of isotopic composition (δ2H, δ18O) of rainfall and groundwater. Journal of Iran-Water Resource Reserch 15(1):327-340 (In Persian)
Nazari Y, Abbasnejad A (2014) Determination the origin and dispersion of arsenic in groundwater in the Rayen plain (soutern Kerman) using statistical techniques. Journal of Environmental Geology 24(94):117-128 (In Persian)
Mahdavi M A (1994) Geological map of 1/100000 Nahavand sheet. Geological Survey of Iran Press (In Persian)
Geological Survey of Iran (2021) Preparation of karst water potential map of Pars province in order to identify groundwater resources. gsi.ir/fa/news/22925
Nadiri A A, Sadeghi Aghdam F, Khatibi R, Asghari Moghaddama A (2018)  The problem of identifying arsenic anomalies in the basin of Sahand dam through risk-based ‘soft modelling’. Science of the Total Environment 613–614:693–706
Malı´k P, Vojtkova S (2012) Use of recession-curve analysis for estimation of karstification degree and its application in assessing overflow/underflow conditions in closely spaced karstic springs. Environmental Earth Science 65:2245–2257
Xu Z, Massei N, Padilla I, Hartmann A, Hu B (2018) Characterization, modeling, and remediation of karst in a changing environment. Environmental Earth Sciences 77(12):476
Ford D, Williams P (2007) Karst hydrogeology and geomorphology. Wiley and Sons Publishing, Chichester of England 576 pp.
Simsek C, Elci A, Gunduz O (2008) Hydrogeological and hydrogeochemical characterization of a karstic mountain region. Environmental Geology 54(2):291–308
Mazor E (2004) Applied chemical land isotopic groundwater hydrology. Halstead Prees, a Division of John Wiley and Sons
Gil-Márquez J M, Barberá J A, Andreo B, Mudarra M (2017) Hydrological and geochemical processes constraining groundwater salinity in wetland areas related to evaporitic (karst) systems: A case study from Southern Spain. Journal of Hydrology 544:538–554
Keshavarzi B, Moore F, Mosaferi M, Rahmani F (2011) The source of natural arsenic contamination in groundwater, west of Iran. Water Qual Expo Health 3(1):135–147
Hassanzadeh J, Wernicke B P (2016) The Neotethyan Sanandaj-Sirjan zone of Iran as an archetype for passive margin-arc transitions. Tectonics 35(3):586–621
Husic A, Fox J, Agouridis C, Currens J, Ford W,  Taylor C (2017) Sediment carbon fate in phreatic karst (Part 1): Conceptual model development. Journal of Hydrology 549:179–193
Owen D (2016) Hydrochemical and isotopic indicators of hydrological processes within coal seam gas formations and adjacent aquifers, Condamine River catchment, QLD. Ph.D Thesis, Science and Engineering Faculty, Queensland University of Technology
Perrin J, Jeannin Y, Zwahlen F (2003) Implicatios of the spatial variability of in filtration-water chemistry for the investigation of a karst aquifer: A field study at Milan dretest site. Hydrogeology Journal 11(6):1-14
Qian H,  Li P, Howard K W F, Yang C, Zhang X (2012) Assessment of groundwater vulnerability in the Yinchuan Plain, Northwest China using OREADIC. Journal of Environmental Monitoring and Assessment 184(6):3613–3628