اکتشافات هیدروژئوشیمیایی (قسمت دوم)

در چنین محیطی چرخش آب های زیرزمینی به راحتی صورت می گیرد و این به شناسایی کانسارهای پنهان عمیق کمک می کند. البته به طور عمومی تشکیل سفره های زیرزمینی به عواملی مانند میزان نفوذ پذیری، سطح تراز آب، سرعت جریان آب و ترکیب آب بستگی دارد. مثلأ اگر سنگ های متبلور، نظیر سنگ های آذرین به دلیل تخلخل و نفوذ پذیری کم بریا تشکیل سفره های آب زیرزمینی مناسب نیستند، مگرآنکه حاوی درزه ها و ترک های زیادی باشند. در چنین محیط هایی امکان کاربرد اکتشافات هیدروژئوشیمیایی مناسب نیست. با توجه به وسعت سفره های زیرزمینی هاله های ثانویه اطراف یک کانسار نیز تغییر می کند. ظهور این هاله ثانویه در سطح زمین به شیب سفره آب زیر زمینی و سطح تراز آن بستگی دارد. وقتی سطح آب زیرزمینی بالاتر از کف رودخانه یا جویبار باشد ( مثلأ در مناطق مرطوب و پر باران)، در آن صورت آب زیرزمینی یک هاله ژئوشیمیایی شیب دار ایجاد می کند. اما در مناطق خشک معمولأ سطح آب زیرزمینی پائین تر است، در نتیجه در داخل رودخانه ها و جویبار ها هاله متحرک ایجاد نمی کند. میزان حرکت هاله های ژئوشیمیایی بستگی به سرعت حرکت آب دارد که از صفر تا صدها متر در سال تغییر می کندو. هرچه آب زیر زمینی در تماس طولانی تر با کانسار قرار گیرد، مواد بیشتری را با خود حمل می کند که در صورت حرکت آب های زیرزمینی می توانیم از این عناصر به عنوان ردیاب کانسار استفاده کنیم. شکل هاله ژئوشینمیایی ایجاد شده به عواملی مانند گرادیان هیدرولیکی، زمین ساخت، توپوگرافی و جهت عمومی جریان آب های زیرزمینی بستگی دارد.

فرآیند انحلال و تشکیل هاله های ژئوشیمیایی آبی:

وقیتی سنگ ها در معرض تماس با آب قرار می گیرند، شروع به واکنش شیمیایی با آب می کنند. عواملی مانند PH آب، شدت حرکت آّ و مقدار یون H+ تاثیر مهمی در فرآیند این واکنش های شیمیایی دارد، به خصوص اگر کانسار از نوع سولفیدی باشد. براثر این واکنش ها کانی ها شروع به تجزیه می کنند و برخی از عناصر همراه آنها که به آسانی حل می شوند، وارد محیط آب می گردند. مثلأ وقتی آب یا بخش سولفیدی یک کانسار در معرض تماس قرار می گیرد، عناصر فلزی موجود در سولفید ها را تجزیه می کند و هاله ثانویه ای در اطراف کانسار تشکیل می دهد. حلالیت کانی های سولفیدی حاوی این عناصر (Cu,Pb,Zn,Cdو...)، در هنگام کاهش PH محیط افزایش می یابد. هرچه از محل کانسار دور شویم میزانPH افزایش می یابد و بنابراین میزان حلالیت آن کم می شود. به خصوص وقتی که آب ها با محیط های سنگی کربناته و سیلیکاته در تماس قرار می گیرند، به سمت خنثی شدن می روند. در محیط های آبی ممکن است برخی از عناصر مانند هیدروکسیدهایMn,Fe,Al,Mo,Ni,Co به مقدار کمتری به صورت کلوئیدی حمل شود. به طورکلی میزان انحلال و سپس تمرکز عناصر به فرآیند هایی نظیر اکسایش، آبدهی، تجزیه، جذب یونی، شسته شدن ( رقیق شدن)، تبادل های یونی در محیط و ته نشست های هیدرولیکی بستگی دارد.

مبانی نمونه برداری :

اولین قدم قبل از نمونه برداری ازآب های زیرزمینی و سطحی یک منطقه اکتشافی و انتخاب روش مناسب تجزیه، علاوه بر موارد عمومی ذکرشده، توجه به موارد زیر ضروری است:

1- نوع منبع مورد استفاده ( آب زیرزمینی یا سطحی)

2- بهترین عمق نمونه برداری از آب های زیرزمینی یا سطحی

3- حدبالای مقدار زمینه غلظت عناصر در آب های منطقه مورد مطالعه

4- توجه به وجود آلودگی های صنعتی احتمالی در منطقه

5- توجه به اثر توپوگرافی و شرایط هیدرولوژی، اقلیمی و زمان بارندگی های منطقه

6- شرایط آب و هوایی به هنگام نمونه برداری و حتی کمی قبل از آن

7- توجه به مقدار مواد معلق آب و میزان آشفتگی آب

8- رنگ آب، مثلأ گل آلود بودن آب نشان دهنده زیاد بودن مواد معلق در آن است و اگر آب قرمز رنگ باشد نشاندهنده آن است که اکسید آهن در آن زیاد است و یا ممکن است فاضلاب های صنعتی دارای آهن بدان وارد شده باشد.

9- حضور وی یا عدم حضور هیدروکسیدهای آهن و منگنز که اینها نقش مهمی در جذب سطحی عناصر دارند.

10- حضور گیاهان، مواد زیستی (مانند جلبک ها) ومواد آلی (مانند عبور رودخانه ازبین نی زارها).

قبل از نمونه برداری تهیه نقشه های 1:50000 – 1:10000 زمین شناسی محل مورد مطالعه ضروری است. مرحله بعدی، مطالعات هیدرولوژیکی آن محل است. در این مطالعات باید به ویژگی های سفره های زیرزمینی، محل چشمه ها و مسیرحرکت آب های زیرزمینی، رودخانه ها و یا جویبارها از سنگ بستر محل صورت گیرد. تز مسائل فابل توجه دیگر در نمونه برداری در نظرگرفتن انتشارهیدرومورفیک عناصر در مناطق شیب دار است. مثلأ در محل هایی که گیاهان ریشه کوتاه تری دارند، انتشارهیدرومورفیک باعث رسیدن عناصر به این ریشه ها حتی از اعماق می شود. نمونه برداری از چنین محل هایی به اکتشاف کانسارهای حتی عمیق تر کمک می کند. ضمن آنکه نمونه برداری صحیح از چنین محیط هایی حتی به شناسایی ناهنجاری های پخش شده در سطح کمک می کند. با رعایت و در نظر گرفتن چنین مسائلی در یک پروژه اکتشافی، در ترکیه موفق به کشف ناهنجاری از یک کانسار ماسیو سولفید شده اند (Akcay et al,1998).

نمونه برداری در روش هیدروژئوشیمیایی شامل گرفتن نمونه از آب دریاچه ها، رودخانه ها، چشمه ها و سایر آب های زیرزمینی است. به طورکلی از محل تقاطع آبراهه های قدیمی، آبراهه های اصلی و بخش های انتهایی آبراهه های اصلی نمونه می گیرند که این به شناسایی واقعی محل کانسار کمک می کند. نمونه برداری از آب های خروشان نتایج ضعیفی را در بر خواهد داشت. زیرا به علت حجم زیاد آب میزان موجود در آن رقیق است. نمونه برداری از جویبارها نتایج مفیدی را به دنبال خواهد داشت. همچنین به هنگام نمونه برداری از رودخانه ها و آبراهه ها از محل چشمه ها به صورت جداگانه نمونه برداشت می شود.

معمولأ نمونه برداری از چشمه ها و جویبارها که دبی کمتر از 20 لیتر در ثانیه داشته باشد، مفید است. برداشت نمونه از چشمه های آب گرم نیز سودمند است، چرا که معمولأ آن ها منشاء عمیق و PH کمتری دارند. البته توجه به ترکیب شیمیایی اصلی چشمه های معدنی ضروری است. نمونه برداری از چاه ها نیز برای شناسایی منطقه مفید است، ولی ازآن برای شبکه بندی استفاده نمی کنند. زیرا اولأ چاه محل کوچکی از یک هاله ژئوشیمیایی را نشان می دهد، ثانیأ در منطقه ممکن است به اندازه کافی چاه نداشته باشیم و ثالثأ عنصری مانند روی (Zn) در یک چاه افزایش ثانویه نشان می دهند.

زمان نمونه برداری از آن جهت مهم است که معمولأ مقدار فلزات در داخل آب ها از محلی به محل دیگر فرق می کند و میزان انحلال و ته نشست آنها در فصول چهارگانه مختلف است. مثلأ نسبت یون های SO4-2/Cl- در نواحی خشک زیاد است و به 3 برابر حد معمول نیز می رسد، در حالیکه مقدار آن در نواحی سرد کاهش می یابد. معمولأ پس از اولین باران و فاصله آن با باران های بعدی، هاله های ژئوشیمیایی رقیق تر می شوند. املاحی که در دوره خشکی در بخش های بالایی جمع شده بود، براثر باران حل می شود. حتی براثر این عمل فلزات غیر آهنی در آب های زیرزمینی اطراف کانسارهای سولفیدی افزایش می یابد. با افزایش بارندگی مقدار فلزات در این آب ها کاهش می یابد. زمان مناسب نمونه برداری زمانی است که ترکیب شیمیایی آب های زیرزمینی کمترین تغییر را داشته باشد. در چنین زمانی (توقف بارندگی) در جویبارها نیز فقط آب های زیرزمینی است که جاری است و در نتیجه داده های حال از تجزیه چشمه های و جویبارها قابل مقایسه و شاید شبیه باشد. اما در یک مطالعه اکتشافی دقیق آب چشمه ها و جویبارها باید به طور جداگانه کنترل شود.

عمومأ فواصل نمونه برداری در این نوع اکتشافات به طور متوسط حدود 300 تا 500 متر است و تعداد 3 تا 4 نمونه در کیلومتر مربع برای نشان دادن محل کانسار کافی به نظر می رسد. به هنگام برداشت نمونه از آب ها رعایت نکات زیر مهم است :

1- استفاده از ظروف پلاستیکی محکم

2- داشتن ظرف کاملأ تمیز، معمولأ قبل از نمونه برداری باید ظرف سه بار از آب پر و خالی شود.

3- نمونه برداری زمانی انجام شود که آب کمترین تغییر را داشته باشد، مانند مواقعی که بارندگی نیست و یا سرعت آب در حداقل است؛ چون مقدار انحلال فلزات در آب با توجه به میزان بارندگی تغییر می کند.

4- محل نمونه برداری باید دورترازجاهای آلوده کننده، مانند پل ها، لوله های عبوری و فاضلاب های صنعتی باشد.

آماده سازی و تجزیه شیمیایی نمونه ها :

بخش زیادی از مراحل آماده اسزی نمونه ها در روش اکتشافات هیدروژئوشیمیایی در هنگام نمونه برداری صحرا باید انجام گیرد. زیرا در هنگام نمونه برداری در صحرا باید انجام گیرد. زیرا در موقع نمونه برداری PH و Eh، هدایت الکتریکی، میزان اکسیژن محلول، مقدار غلظت یون CN-، میزان آلکالینیته، مقدار سولفات، کربنات و بی کربنات را در صحرا اندازه می گیرند. میزان اکسیژن محلول را با الکترودهای حساس گازی و غلظت یون CN-را با روش الکترود یونی می توان اندازه گرفت. میزان آلکالینیته را با روش تیتراسیون به طریق مخلوط کردن اسید کلریدریک اسید یک دهم مولار در مقابل برموفونل آبی یا متیل زرد اندازه گمی گیرند. اگر هدف مطالعات اکتشافی ما پیدا کردن یک کانسار حاوی عنصر اورانیوم (U) باشد، گاز رادون را نیز باید در محل اندازه گیری کرد. همچنین حرارت آب و میزان رسوب نیز اندازه گیری می شود. حرارت را با دماسنج های محلی می توان اندازه گرفت و میزان رسوب را با روش های معمول چون صاف کردن آب با فیلتر و توزین رسوب معین کرد (جدول شماره یک).

همچنین قبل از تجزیه هیدروشیمیایی و حتی شیمی آب بخش سوسپانسیون جامد (مواد معلق) نمونه های برداشت شده را با صاف کردن و فیلتر کردن و یا ته نشست آرام از آب جدا می کنند. در چنین حالتی بخش بزرگی از ناهنجاری از دست می رود؛ برای جلوگیری از این عمل پس از نمونه برداری چند قطره اسید نیتریک به نمونه اضافه می کنند و سپس آنها را از صافی عبور می دهند تا بخش جامد از آب جدا شود.

ظروف نمونه برداری از آب معمولأ از نوع ظروف پلاستیکی با حجم 250 تا 500 میلی لیتر است.

نوع اندازه گیری	روش اندازه گیری
PH	PH سنج
Eh	Ehسنج
اکسیژن محلول	با الکترود گازی
CN-محلول	با الکترود یونی
آلکالینیته	به روش تیتراسیون
سولفات	به روش تیتراسیون
کربنات و بی کربنات	به روش تیتراسیون
میزان رسوب	با صاف کردن آب و توزین رسوب
دمای آب	با دماسنج

جدول شماره یک : عواملی که معمولأ در اکتشافات هیدروژئوشیمیایی در صحرا اندازه گیری می شوند

به هنگام نمونه برداری وقتی ظرف آب را پر می کنیم مقداری از فلزات به رس، سیلت و مواد آلی موجود در آن و یا به دیواره این ظروف پلاستیکی می چسبد. یکی از کارهای ضروری در عملیات صحرایی آن است که طوری عمل کنیم که این حالت چسبندگی در ظرف ایجاد نشود. اگر چند قطره اسید نیتریک (HNO3) به ظرف حاوی نمونه اضافه کنیم باعث می شود که PH داخل ظرف به 2 تا 4 ( شرایط اسیدی) برسد و در اینصورت فلزات جذب شده به صورت یون آزاد وارد محلولمی شوند؛ اما عناصر فلزی چسبیده به مواد آلی داخل ظرف معمولأ با اسید نیتریک به راحتی آزاد نمی شوند، بنابراین از یک ماده شیمیایی دیگری با نام تجاریMIBK ( با فرمول C6H12O) استفاده می شود که باعث جداشدن فلزات از مواد آلی می شود. همچنین گاهی در آزمایشگاه ها برای جداکردن دقیق برخی از عناصر، از اسید های دیگری نیز استفاده می شود. مثلأ برای اندازه گیریSiO2,Sb,Br,Br ازHCL(یک دهم درصد)، برای اندازه گیری Hg ازH2SO4 (یک دهم درصد) استفاده می شود.تجزیه شیمیایی نمونه ها در روش اکتشافات هیدروژئوشیمیایی به طور عمومی شبیه به سایر روش هاست؛ با این تفاوت که در اینجا نمونه محلول است و بنابراین نمی توان از روش هایی چون XRF معمولی که با نمونه به صورت جامد و پودر سرو کار دارد، استفاده کرد ( اگرچه با دستگاه های جدید XRF حتی مایعات نیز قابل اندازه گیری هستند) برای اندازه گیری عناصری چون SO,Au,As,Ni,Co,Mo,Pb,Zn,Cuاز روش رنگ سنجی استفاده می شود. همچنین می توان با این روش میزان سولفات، کربنات و بی کربنات و نسبتSO4-2/CL را را هم اندازه گیری کرد. معمولأ عناصرPb,Zn,Cuو ترکیبات سولفاته SO4-2به راحتی قابل اندازه گیری هستند. اصولأ رنگ سنجی یک روش نیمه کمی است و برای اندازه گیری های دقیق تر از روش هایی مانند جذب اتمی و ICP-MS استفاده می شود. البته روش تجزیه و دستگاه مناسب را باید بسته به نوع عناصر و میزان غلظت آنها انتخاب کرد. مثلأ برای اندازه گیری غلظت عنصر طلا در نمونه های برداشت شده از آب های سطحی و زیرزمینی از طیف سنجی جذب اتمی با کوره گرافیتی (GFAAS) و یا از دستگاهICP-MS استفاده می شود. معمولأ قبل از اندازه گیری نهایی با این دستگاه ها میزان غلظت عنصر طلا را با اضافه کردن یک محلول استاندارد، در نمونه ها افزایش می دهند، سپس با این دستگاه ها آنها را اندازه گیری می کنند. مثلأ در روش GFAAS قبل از تجزیه دستگاهی با استفاده از تعویض کننده های یونی نظیرDoweX AG IX-8، رزین هایی چون مخلوط استون و اسید نیتریک و در نهایت با کمک حلال MOBK عمل جداسازی و تمرکز عنصر طلا انجام می شود. در حالیکه در روش ICP-MS فقط از حلال MOBK برای شکستن ترکیبات آلی و تمرکز عنصر طلا استفاده می شود ( Cidu et al,1995) همچنین روش کروماتوگرافی را می توان برای اندازه گیری اجزای آنیونی مانند SO4-2,CL-,NO-3 و روش اکترود یونی را برای اندازه گیری F- و NH3 به کار برد. مجموع کربن آلی (TOC) را نیز با روش مادون قرمز و غلظت فسفات و سیلیس را با روش طیف- نورسنجی (اسپکتروفتومتری) می توان اندازه گیری کرد.

اکتشافات هیدروژئوشیمیایی (قسمت دوم)

مطالب مشابه :

فسفات

نقش دي کلسيم فسفات در تغذيه طيور

برخی از پروژه های انجام شده توسط شرکت پویشگران کانسار و کارشناسان

اکتشافات مواد معدنی در ایران و جهان:

توسعه یک معدن عناصر نادرخاکی (ترجمه)

معادن ایران

استحصال عناصر نادر از ذخاير مونازيت کشور براى نخستين بار

اکتشافات هیدروژئوشیمیایی (قسمت دوم)

معدن