مهندسی معدن

مهندسی معدن

 

این روش استخراج معمولا برای کانسارهای رگه ای باریک و در بسیاری از موترد کاتنسارهایی که سایر روشهای استخراج برای آنها قابل استفاده و یا اقتصادی نباشند به کار میرود .

 

ویژگی های مهم برای استفاده از این روش عبارتند از :

 

1)      شیب  :

زاویه شیب ایده آل برای کاربرد این روش 90 درجه میباشد و شیب های کمتر از 90 و تا حدود 70 درجه نیز برای استفاده از این روش مطلوب است . هرچه زاویه به 90 نزدیکتر باشد شرایط بهتری  ایجاد میشود

علت این امر سادگی و روان تر شدن تخلیه مواد استخراجی تحت زاویه شیب میباشد .

 

2)      ضخامت :

ضخامت رگه ای کانسارهای مناسب برای این روش از 1 تا 3 متر متغیر میباشد اما کاتنسارهایی که ضخامت آنها بین3 الی20 مترباشد مطلوب ترند .

انتخاب ضخامت در روش  انباره ای خود به شرایط زیر بستگی دارد  :

الف ) پایداری کانسار  ب ) پایداری کمر بالا بدون نگهداری 

 

3)      یکنواختی  :

 کانسار باید نسبتا یکنواخت بوده و تغییرات شیب و ضخامت آن کم باشد . چرا که در غیر این صورت جریان مواد به سمت پایین در نقاطی که ضخامت کم می باشد کند شده و مانعی در جهت تخلیه مواد خواهد بود  .

 

 

4)      پایداری ماده معدنی  :

 در روش استخراج انباره ای کانسنگ باید کاملا مقاوم  ٬ پایدار و مقاوم با شد .

استحکام ماده معدنی در این روش  بیشتر از سایر روشها اهمیت دارد چراکه در این روش کارهای استخراجی بالای سر کارگر قرار دارد وبه  منظور  ایمنی بیشتر در این روش استحکام بیشتر ماده معدنی نسبت به سنگ دیوار  بسیار حائز اهمیت میباشد .

ارتعاش حاصل از ماشین آلات چالزنی نیز میتواند هرگونه مواد سست ر ا به پایین بیندازد و مشکل ایمنی برای کارگران ایجاد نماید بنابر این ماده ی معدنی باید کاملا پایدار باشد و علاوه بر این پس از عملیات آتشباری و قبل از شروع عملیات چالزنی کار لق گیری کاملا انجام شود.

 

5)      پایداری دیواره ها :

در این روش سنگ دیوار نیز باید محکم باشد ٬البته استحکام دیواره میتواند کمی پایین تر از استحکام ماده معدنی نیز باشد .

گاهی اوقات برای استحکام بیشتر دیواره ها در داخل کار گاه   پیلار   باقی میگذارند تا کارگاه بسته نشود .

 

6)      خواص فیزیکی ماده معدنی :

مادهی معدنی باید فاقد خواص فیزیکی  نامطلوب از قبیل خودسوزی ٬ چسبندگی  ٬ و آبداری باشد .

روش استخراج انباره ای به طور عمده در مورد کانسارهای غیر لایه ای پر شیب به کار میرود . و از این لحاظ درکنار روشهای استخراجی مانند استخراج از طبقات فرعی ٬ vcr و تخریب در طبقات فرعی قرار میگیرد. که در دسته بندی هارتمن از روش استخراج انباره ای از روش بدون نگهداری مصنوعی نام برده شده است.

اساس این روش که روشی با استخراج در جهت رو به بالا  و قائم میباشد انبار نمودن حدود 3/2 از سنگ معدنی خرد شده در فضای خالی کارگاه استخراج میباشد . هدف از این کار ایجاد یک سکو برای   انجام عملیات استخراج توسط کارگران و خنثی کردن نیروهای سطحی وارد بر کمر بالا و پایین ماده       معدنی می باشد .

 پیش روی رو به بالا در داخل کارگاهها با برشهای افقی ماده معدنی انجام میگیرد . سنگ پس از استخراج نسبت به حالت بکر خود حدود 30 الی 40 درصد افزایش حجم پیدا میکند بنا بر این باید روزانه این مقدار حجم افزایشی به بیرون منتقل گرددیده و بقیه تا پایان عملیات استخراج به صورت انبار شده در درون کارگاه باقی می ماند

این روش به طور عمده روش دستی بوده و قابلیت مکانیزاسیون آن در قیاس با سایر روشهای استخراج بسیار اندک میباشد .

به سه دلیل عمده در روش انباره ای نمی تون از ماشین آلات مکانیزه استفاده کرد :

 1 )سطح ناصاف ماده معدنی و عدم استحکام آن بعد از عملیات آتشباری

2 ) کوچک بودن فضا برای ماشین آلات بزرگ مکانیزه

 3 )عدم تخلیه مواد خورد شده به دلیل فشرده شدن در اثر رفت و آمد ماشین آلات

سلستین موارد کاربر د زیادی داره - می خوام یه سری تخقیق در مورد نحوه پیدایش و زمین شناسی

انجام بدم

فکرای خوبی دارم به سمت پول دار شدن

خوشحال می شم یه همکار در این زمینه پیدا کنم.

اینم لیست کانسار های سیلستین ایران ::  

 

 

 

ليست كانسارها
نام كانسار استان 250.000/1 100.000/1 شرح  آبريز لردگان  چهارمحال و بختياري  رامهرمز  كوه كلاله شرح  خوشابرود  سمنان  سمنان   شرح  دره بيد  كهكيلويه و بويراحمد  بهبهان   شرح  سلستيت انارک1  اصفهان  کوه گوگرد  قلعه سردار شرح  سلستيت انارک2  اصفهان  کوه گوگرد  قلعه سردار شرح  سلستيت انارک3  اصفهان  جندق  جندق شرح  سلستيت انارک4  اصفهان  کوه گوگرد  قلعه سردار شرح  سلستيت انارک5  اصفهان  کوه گوگرد  قلعه سردار شرح  سلستيت بهبهان  خوزستان  بهبهان  بهبهان شرح  سلستين  خوزستان  رامهرمز  هفت گل
شرح	سلستين مخدان خائيز (B)	بوشهر	خورموج	بوشكان
شرح	سلستين مخدان خائيز( A )	بوشهر	خورموج	بوشكان
شرح	کنج-کنج	كهكيلويه و بويراحمد	بهبهان	بندر ديلم

 

سلستین با فرمول شیمیایی ------ و با وزن مخصوص بالای خود ( خیلی شبیه به باریت )شناسایی می شود .و تنها بوسیله وزن مخصوص اندکی بیشتر از باریت قابل شناسایی از ان است .

سلستین در درون شعله با رنگ قرمز لاکی مشخص می شود و با سختی ۳-۳.۵ در مجموعه کانی های نه چندان سخت قرار می گیرد .این کانی را می توان در نهشته های رسوبی تعقیب کرد . چرا که به صورت رسوبی و به علت خواص الکترو نگاتیویته نسبت به کلسیم با تغییرات دما در پیوندهای اهکی -رسوبی وارد شده و تجمع می کند . اگر چه در تعیین پالئوسالیسته ( شوری *) بیشتر از عنصر بر استفاده می شود اما برای مشخص کردن تغییرات دما سلتین بسیار کارامد است به این ترتیب که نسبت ---- با افزایش سالینیته افزایش یافته و کم کم مقدار کلسیم به علت ورود استرانسیم یا منیزیم

کاهش می یابد .

 

 

ذخاير استرانسيم شامل لايه هايي از كاني سولفات استرانسيم يا سلستيت مي باشند و تقريباً هميشه همراه با سنگ آهك كه ميزبان آن است يافت مي شود در بهترين نهشته ها ، سلستيت به صورت لايه هاي نسبتاً خالص در وسعت زياد وجود دارد كه ظاهراً جانشين لايه هاي آهكي شده است و Manto مانتو ناميده مي شود به نظر مي رسد كه جانشيني در مناطقي صورت مي گيرد كه آبهاي زيرزميني حاوي استرانسيم به آبهاي غني از سولفات برخورد مي كنند آبهاي زيرزميني هنگام واكنش با آراگونيت كه كربنات كلسيم متبلور شده اوليه است ، آنرا به كلسيت تبديل مي كند و درنتيجه آب غني از استرانسيم مي گردد- چون آراگونيت نسبت به كلسيت مقادير بيشتري استرانسيم در ساختار خود جاي مي دهد - آبهاي غني از سولفات كه احتمالاً از كفه هاي نمكي يا سبخا منشا مي گيرند با آبهاي غني از استرانسيم واكنش داده و سلستيت ايجاد مي كنند اكثر اين ذخاير در اطراف ريفتهاي مربوط به دوره كرتاسه يافت مي شوند  THE MINERAL CELESTITE Chemistry: SrSO4, Strontium Sulfate Class: Sulfates Group: Barite Uses: ore of strontium Specimens Celestite is a favorite among mineral collectors. Its sky blue (or celestial) color is very pretty, and is unique in the mineral kingdom. Celestite also forms with other colorful minerals, making very nice combinations. Blue Celestite with bright yellow sulfur is one of the most famous colorful combinations of minerals. Celestite has the same structure as Barite (BaSO4), and forms very similar crystals. The two may seem identical by ordinary methods, but a flame test can distinguish them. By scraping the dust of the crystals into a gas flame, the color of the flame will confirm the identity of the crystal. If the flame is a pale green, it is barite, but if the flame is red, it is celestite. The flame test works because the elements barium (Ba) and strontium (Sr) react with the flame and produce those colors. Normally barite is not blue, but many specimens of blue barite are often misidentified as celestite. The nice crystals, good luster and attractive blue color make fine specimens of celestite an outstanding mineral for someone's cabinet or display case. PHYSICAL CHARACTERISTICS: Color is usually blue but can also be colorless, yellow and tints of red, green and brown. Luster is vitreous. Transparency crystals are transparent to translucent. Crystal System is orthorhombic; 2/m 2/m 2/m Crystal Habits include the bladed crystals that are dominated by two large pinacoid faces top and bottom and small prism faces forming a jutting angle on every side. There are many variations of these faces but the flattened blades and tabular crystals are the most common. If the pinacoid faces become diminished or are absent, the resulting prismatic crystal has a rhombic cross section. This habit is rather common in specimens from Madagascar. Also nodular, fibrous or granular. Cleavage is perfect in one direction, less so in another direction. Fracture is conchoidal. Hardness is 3 - 3.5 Specific Gravity is approximately 3.9+ (above average for translucent minerals) Streak is white. Associated Minerals are calcite, gypsum, strontianite, sulfur and fluorite. Other Characteristics: red color in flame test (see above), some specimens fluoresce under UV light. Notable Occurances include Lake Erie region of Ohio, Michigan and New York USA; Madagascar; Sicily and Germany. Best Field Indicators are crystal habit, color and flame test.    سلستيت به دو روش روباز و زيرزميني استخراج مي شود ذخاير سلستيت دنيا حداقل 8 6 ميليون تن مي باشند    در ايران ذخاير قابل توجهي از سلستيت وجود دارد سلستيت هاي ايران در مناطق زير تمركز يافته اند:    1- ناحيه جنوب ورامين    2- ناحيه انارك    3- ناحيه گرمسار    4- شمال استان خوزستان در سنگهاي ائوسن بويژه در استانهاي خوزستان و بوشهر       در ايران تاكنون بيش از دو ميليون تن سلستيت كشف شده است و در سال 1367 ايران چهارمين كشور صادر كننده اين ماده معدني بود ولي امروزه با توجه به كاهش تقاضا ميزان استخراج و توليد اين ماده معدني كاهش يافته است

ژيلسونيت هيدرو کربن رزينی و طبيعی است. اين ماده بسيار شبيه به آسفالت سخت شده نفتی می باشد و معمولا به اسم آسفالت طبيعی شناخته شده است. اسامی ديگری چون آسفالتيت، يوناتيت و آسفالتوم نيز برای اين ماده مرسوم است. ژيلسونيت به مانند آسفالت طبيعی در حلالهای آسفالتيک و آروماتيک محلول است. به خاطر سازگاری بسيار بالا، ژيلسونيت معمولاً جهت سخت کردن مشتقات نفتی نرمتر به کار می رود. ژيلسونيت در حالت گوده ماده ای براق، مشکی و بسيار شبيه ابسيدين (obsidian) است. بسيار ترد است و به راحتی به پودر قهوه ای تيره تبديل می شود.
ژيلسونيت در زير سطح زمين در لايه های عمودی يافت می شود. بنظر می رسد معمولا بين دو تا شش فوت عرض داشته باشد اما با عرض 28 فوت نيز تا به حال ديده شده است. لايه ها کاملاً با هم موازی هستند و در جهت شمال غربی به جنوب شرقی کشيده شده اند لايه ها مايلها طول و عمقی برابر 1500 فوت دارند. لايه ها به صورتی هستند که هر چه از سطح به عمق پيش برويم عرض لايه ها به صورتی هستند که هر چه از سطح به عمق پيش برويم عرض لايه بيشتر می شود. به خاطر جبهه معدنکاری باريک، ژيلسونيت امروزه با استفاده ازبلدوزر و لودر و چکشها و ديگر ابزار مکانيکی جديد استخراج می گردد.

کاربردهای ژيلسونيت
بخش نفتی: ژيلسونيت در حفاری چاههای نفت به عنوان گل حفاری استفاده ميشود.
بخش آسفالت و پياده رو: ژيلسونيت به عنوان افزايش دهنده کيفيت اجرائی مخلوط آسفالت عمل می کند. آسفالت اصلاح شده با ژيلسونيت از PG بالاتری برخوردار است و به راحتی با مخلوط آسفالت بدون نياز به نيروی غلطکی بالا، بر خلاف ديگر اصلاح کننده ها، مخلوط می شود. آسفالت اصلاح شده با ژيلسونيت دارای مقاومت بالاتر، تغيير شکل کمتر، نقطه نرمی بالاتر مقاومت به آب بالاتر از ديگر آسفالتهای اصلاح شده با ديگر اصلاح کننده ها می باشد. ژيلسونيت همچنين جهت ساختن پايه محلولها و امولسيون های آسفالت و عايقهای مختلف با ظاهر بهتر و مقاومت به فرسايش بالاتر کاربرد دارد.

بخش ريخته گری
ژيلسونيت پس از ترکيب با ذغال سنگ و ديگر مواد می تواند به عنوان يک ماده افزودنی به ماسه ريخته گری جهت حصول اطمينان از کيفيت مناسب و بهبود سياليت مذاب و سطح نهائی بهتر مورد استفاده قرار گيرد.

بخش محصولات شيميايی
ژيلسونيت با بسياری از مواد شيميايی ديگر ترکيب می شود تا از خواص منحصر بفرد آن استفاده شود. کاربردهای پوششی در پروسه های متالورژيکی، محصولات چوبی، صنايع نسوز و ديگر صنايع، تائيد ديگری بر موارد استفاده اين ماده کمياب ميباشد.

بخش رنگ و جوهر
رزين ژيلسونيتی ايران به طور گسترده ای به عنوان کربن سياه جهت توليد جوهر سياه و جوهر گراور استفاده می شود. رزين ژيلسونيتی ايران با رزين های هيدرو کربنی پايه نفتی، رزين های فنوليک و رزين های فلزی رقابت بسيار خوبی می کند که به بهای تمام موارد نام برده با غلظتهای مختلف می تواند استفاده شود. غلظتهای مختلفی از اين ماده جهت توليد جوهرهای مخصوص، با درخشندگی بالا استفاده می شود. نوع خاصی از ژيلسونيت با عنوان select نيز در ساخت رنگهای مشکی آسفالتی و روغن های جلا نيز استفاده می شود.

 

علاوه بر سایت پایگاه داده های علوم زمین شما میتوانید به سایت فدک دات کام (fadack.com)مراجعه و به صفحه مهندسی معدن بروید.

http://www.ngdir.com/plants/PPlantsAccess.asp

با تشکر از جناب اقای واحدی

می توانید با عضویت در این سایت عضو خبری مجله کدالیست باشید و از اخرین اخبار و تازه های دنیای جی ای اس با خبر شوید .

چكيده
      پيچيدگي، تنوع وحجم انبوه اطلاعات جغرافيايي ازيك سو و توانايي‌هاي رايانه درعرصه اطلاعات ازسوي ديگر، فلسفه وجودي سيستم‌‌هاي اطلاعات جغرافيايي(جي‌آي‌اس) را تبيين مي‌كند.
 ازآنجاكه بخش عمده اطلاعات علوم زمين موجود در پايگاه‌هاي مركز اطلاعات و مدارك علمي ايران، شامل اطلاعات مكاني وتشريحي است، مناسب ورود به سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي مي‌باشد و مي‌توان اين اطلاعات را آماده استفاده در اين سيستم‌ها نمود. پژوهش حاضر با اين ديدگاه و با هدف بررسي كاربرد جي‌آي‌اس در ساماندهي مدارك علوم زمين موجود در مركز انجام شده است. در راستاي رسيدن به اين هدف، پس ازگردآوري كليه اطلاعات توصيفي و مكاني مورد نياز مرتبط با علوم زمين از پايگاه‌هاي مركز،كار تفكيك،كنترل، دسته‌بندي وكدگذاري آن‌ها براي ورود به سيستم اطلاعات جغرافيايي انجام شد. به منظور ايجاد پايگاهي از اطلاعات فوق، با مجموعه داده‌ها، لايه‌هاي اطلاعاتي مربوطه تشكيل شد و به منظور نمايش، تشريح و انجام تحليل‌هاي لازم بر روي داده‌ها، مورد استفاده واقع گرديد.
   بدين وسيله علاوه بر دسترسي صحيح و سريع به داده‌هاي مورد نياز در يك حجم وسيع، امكان ارائه و به تصويركشيدن اطلاعات مكاني و موضوعي در قالب نقشه، جدول و نمودار، ويرايش و بهنگام نمودن داده‌ها ونيز امكان استفاده از داده‌هاي موجود در جهت اهداف مختلف و براساس نيازهاي گوناگون كاربران فراهم مي‌گردد. همچنين زمينه‌اي براي شناساندن و معرفي قابليت‌ها و پتانسيل‌هاي متعدد و در عين حال، تشخيص خلأ‌هاي مطالعاتي مناطق مختلف جغرافيايي ايجاد خواهد شد. نهايتاً به‌منظور تعميم كاربرد اين سيستم در ارتباط با ديگر اطلاعات موجود در پايگاه‌هاي مركز (كه به نحوي با موقعيت مكاني در ارتباط‌اند)، مدلي از فرايند انجام اين طرح ارائه شده است.
 
كليدواژه‌ها: سيستم اطلاعات جغرافيايي (جي‌آي‌اس) / پايگاه‌هاي اطلاعاتي/ اطلاعات توصيفي / اطلاعات مكاني
 
مقدمه
(جي‌آي‌اس) يك سيستم اطلاعاتي است كه پردازش آن بر روي اطلاعات مكان مرجع يا اطلاعات جغرافيايي است و به كسب اطلاعات در رابطه با پديده‌هايي مي‌پردازد كه به‌نحوي با موقعيت مكاني در ارتباط‌اند. به‌كارگيري اين ابزار با امكان استفاده در شبكه‌هاي اطلاع‌رساني جهاني، يكي از زمينه‌هاي مناسب و مساعد در جهت معرفي توان‌ها و استعدادهاي كشور در سطح جهاني است.گسترش روزافزون شبكه كاربران اين سيستم‌ها از جمله نكات اساسي است كه مي تواند به قابليت‌ها و توانايي‌هاي اين سيستم بيفزايد.
در حال حاضر از اين سيستم‌ها بسته به نيازهاي هر منطقه يا كشور در بخش‌هاي مختلف (مانند مطالعات زيست‌محيطي، برنامه‌ريزي شهري و شهرداري، خدمات ايمني شهري، مديريت حمل و نقل و ترافيك شهري، تهيه نقشه‌هاي پايه، مديريت كاربري اراضي، خدمات بانكي، خدمات پستي، مطالعات جمعيتي و مديريت تأسيسات شهري مثل برق، آب،گاز، و..) استفاده مي‌شود و با گذشت زمان و توسعه سيستم‌ها، كاربرد جي‌آي‌اس به كليه بخش‌هاي مرتبط با زمين گسترش يافته است.
  مطالعه حاضر نيز با در نظرگرفتن مسائل فوق درصدد است ضمن معرفي بخشي از توان‌ها و مزاياي اين سيستم در دسترسي سريع به اطلاعات، تحليل اطلاعات به طور يكجا و با هم، بهنگام‌سازي، دقت و سرعت بالاي عمل، و ....، كاربرد و نحوه استفاده از آن را در ارتباط با مجموعه اطلاعات علوم زمين موجود در پايگاه‌هاي اطلاعاتي مركز اطلاعات و مدارك علمي ايران مورد بررسي قرار دهد و ارزيابي نمايد.

تاريخچه ايجاد جي‌آي‌اس (مروري بر مطالعات انجام شده)
اولين نمونه از يك جي‌آي‌اس ملّي، جي‌آي‌اس كانادا[2] است كه از اواخر1960 به اين طرف ‌به صورت پيوسته مورد استفاده قرار گرفته است. در دهه‌هاي 1970 و1980 ميلادي پيشرفت‌هاي قابل ملاحظه‌اي در فناوري جي‌آي‌اس به وجود آمد، به طوري كه عبارت «سيستم اطلاعات جغرافيايي» در مورد مجموعه ابزارهايي براي تحليل و نمايش نقشه‌ها و ادغام فنون و شيوه‌هاي آماري و نقشه‌اي و كاربرد فراگيرتر آن، بويژه براي تحليل تأثيرات وخط مشي‌هاي دولتي به كارگرفته شد. در حالي‌كه سابقه فناوري جي‌آي‌اس دركشورهاي غربي ازجمله كانادا وآمريكا به بيش از40 سال مي‌رسد، فناوري جي‌آي‌اس در اغلب كشورهاي جهان سوم بسيار جوان مي‌باشد. از ويژگي‌هاي جي‌آي‌اس در كشورهاي غربي هماهنگي بين فناوري و آموزش وكاربرد آن است، درحالي كه دركشورهاي جهان سوم، ورود فناوري قبل از آموزش و مهارت‌اندوزي مربوط به آن صورت مي‌گيرد.
در ايران، اولين مركزي كه به طور رسمي استفاده از سيستم اطلاعات جغرافيايي را در كشور آغاز كرد سازمان نقشه‌برداري كشور بود كه در سال 1369 براساس مصوبه مجلس شوراي اسلامي، عهده‌دار طرح به كارگيري اين سيستم شد. اين سازمان در حال حاضر مشغول تهيه نقشه‌هاي توپوگرافي 1:25000 از عكس‌هاي هوايي با مقياس 1:40000 مي‌باشد و اين فرصتي است براي تبديل اين نقشه‌ها به ساختارهاي رقومي و تأسيس پايگاه توپوگرافي ملي[3] كه نيازهاي كاربران را در زمينه جي‌آي‌اس  برآورده مي‌كند.
در همين راستا «شوراي ملي كاربران سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي»[4] به منظور سياست‌گذاري، برنامه‌ريزي و هماهنگ‌سازي فعاليت‌ها در زمينه جي‌آي‌اس، تحليل نيازمندي‌ها و همچنين بهره‌برداري شايسته از كليه ظرفيت‌هاي علمي، فني و نيروي انساني در راستاي ايجاد و به كار‌گيري جي‌آي‌اس و با توجه به وظايف سازمان نقشه‌برداري كشور در خصوص تدوين و ايجاد سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي ملي، در دي ماه 1372 تأسيس گرديده است.
  فعاليت‌هاي اجرايي پروژه ايجاد سيستم اطلاعات جغرافيايي در وزارت صنايع و معادن، از فروردين 1371 آغاز گرديد و هم‌اكنون از اين سيستم به طور گسترده در ارتباط با فعاليت‌هاي آن استفاده مي‌گردد.
از ديگر مؤسساتي كه در زمينه اين سيستم فعاليت مي‌كنند مي‌توان شهرداري تهران، وزارت مسكن و شهرسازي، وزارت جهاد كشاورزي، مؤسسه بين‌المللي زلزله‌شناسي و مهندسي زلزله، و سازمان جنگل‌ها و مراتع را نام برد. در دانشگاه‌هاي كشور تاكنون از اين سيستم، چنان كه بايد، به عنوان يك فناوري با قابليت بسيار بالا براي در اختيار قراردادن طراحي پروژه‌ها و كاربرد آن در رشته‌هاي مختلف استفاده نگرديده است.
در زير به نتايج برخي از مطالعات انجام شده در اين زمينه اشاره مي‌گردد:
«پرهيزكار» (1376) در پايان‌نامه دكتري خود با عنوان «ارائه الگوي مناسب مكان‌گزيني مراكز خدمات شهري با تحقيق در مدل‌ها و جي‌آي‌اس شهري» مشخص نموده است كه جي‌آي‌اس، توانمندي‌ها و قابليت‌هاي فوق‌العاده‌اي در جمع‌آوري، ذخيره، بازيابي، به روزكردن، كنترل، ادغام، تحليل، مدلسازي و نمايش داده‌هاي جغرافيايي به صور گوناگون دارد و مي‌تواند متغيرهاي كمي و كيفي متعدد و با ابعاد گسترده را در تصميم‌گيري‌ها و مديريت شهري دخالت دهد.
«علي گلي» (1378) در تحقيقي ديگر با عنوان «طراحي سيستم اطلاعات منطقه‌اي با به كارگيري سيستم اطلاعات جغرافيايي در محيط شبكه اطلاع‌رساني جهاني»، بدين نتيجه رسيده است كه بهره‌گيري از داده‌هاي فناوري‌هاي جديد مانند سنجش از دور، سيستم اطلاعات جغرافيايي و سيستم موقعيت‌يابي جهاني در سيستم اطلاعات منطقه‌اي، بستر و زمينه مناسب‌تري را در جهت شناسايي مشكلات و توان‌هاي مناطق فراهم مي‌آورد.
«بهبودي» (1380) در پايان‌نامه خودكه با طرح مسئله «كاربرد جي‌آي‌اس در تحليل شهرهاي باستاني» تدوين شده است، به بررسي مباني نظري سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي و جنبه‌هاي كاربردي اين فناوري در باستان‌شناسي مي‌پردازد و نهايتاً با در نظرگرفتن توانايي و قابليت‌هاي جي‌آي‌اس كه در محيط نرم‌افزارهاي «آرك اينفو»[5]،  «آرك ويو»[6] و «آيديريسي دبليو»[7] مهيا بوده است، ويژگي‌‌هاي طبيعي و جزئيات ساختماني محوطه باستاني بسطام را مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌دهد و سپس به صورت سه بعدي به معرض نمايش در مي‌آورد.
«رنجبران» (1380) در پايان‌نامه خود با هدف «ارائه يك ساختار مناسب براي پشتيباني در تصميم‌گيري و برنامه‌ريزي شهر» ضمن مقايسه سيستم‌هاي اطلاعاتي به صورت ريشه‌اي، توانايي‌هاي جي‌آي‌اس را به عنوان سيستم فضايي پشتيبان تصميم‌گيري مشخص نموده است.

تعاريف جي‌آي‌اس
   از ابتداي شكل‌گيري سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي، با توجه به گستردگي اطلاعات و تنوع كاربردهاي آن در رشته‌هاي مختلف، تعاريف متفاوتي از اين سيستم‌ها ارائه شده است كه به نمونه‌هايي از آن‌ها اشاره مي‌گردد:
- سيستم اطلاعات جغرافيايي، مجموعه‌اي از ابزار قدرتمند براي ذخيره و بازيابي اطلاعات در آينده، تبديل و نمايش داده‌هاي فضايي از جهان واقعي است (بارو، 1986).
- سيستم اطلاعات جغرافيايي يك سيستم سخت‌افزاري و نرم‌افزاري رايانه‌اي است كه به منظور دسترسي، نگهداري و استفاده از داده‌هاي كارتوگرافي طراحي گرديده است (تاملين،1990).
- سيستم اطلاعات جغرافيايي، سيستمي است براساس رايانه براي جمع‌آوري، ذخيره‌سازي، كنترل، بازيابي، به روزكردن، ادغام، پردازش، تحليل، مدلسازي و نمايش داده‌هاي جغرافيايي به صور گوناگون (پرهيزكار، 1376).
- سيستم اطلاعات جغرافيايي يك سيستم پايگاه داده‌ها داراي مشخصات فضايي (x,y) است و مجموعه‌اي از روش‌ها براي پاسخگويي به سؤالات در آن قابل اجرا مي‌باشد (عليمحمدي، 1376).
- سيستم اطلاعات جغرافيايي، يك سيستم مديريت پايگاه اطلاعات براي واردكردن، ذخيره، بازيافت، تحليل و نمايش اطلاعات فضايي (بعد مكاني) مي باشد (بنياد ملي علوم).

عناصراصلي تشكيل دهنده سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي
جي‌آي‌اس بر روي هرمي با چهار طبقه زيربنايي ساخته شده است:
- سخت‌افزار: با توجه به مرحله‌اي كه مطالعات در آن قرار دارد، كاربران مي‌توانند از سخت‌افزارهاي موجود در دسته‌بندي زير استفاده نمايند:
٭ سخت‌افزارهاي مرتبط با ورود اطلاعات (صفحه كليد، رقومي‌كننده، اسكنر، و ...)،
٭ سخت افزارهاي مرتبط با مديريت اطلاعات (سخت‌افزارهاي جانبي رايانه‌ها مانند ماوس، ...)،
٭ سخت‌افزارهاي مرتبط با خروج نتايج (چاپگرها، رسام‌ها، و ...).
- نرم افزار: براي راه اندازي جي‌آي‌اس برنامه رايانه‌اي لازم است. از معروف‌ترين آن‌ها مي‌توان به «آرك اينفو»، «آرك ويو»، «اسپانز[8]»، «مپ اينفو[9]» اشاره نمود كه داراي توابع عملياتي متعدد در جهت تجزيه و تحليل مسائل و محاسبات آماري هستند و عمدتاً توسط شركت‌هاي بزرگ رايانه‌اي توليد مي‌گردند. هر يك از اين نرم‌افزارها براي مطالعات خاصي برنامه‌ريزي شده و داراي محدوديت‌ها و محاسن خاص خود مي‌باشند. در اين پژوهش از دو نمونه از نرم‌افزارهاي رايج اين سيستم (يعني‌«آرك اينفو» و «آرك ويو» استفاده شده است.
- اطلاعات: بدون اطلاعات نه هدفي وجود دارد و نه پيشنهادي. تمركز توجه روي اطلاعات است. در واقع اكثر فعاليت‌ها براي اطلاعات انجام مي‌شود، زيرا اطلاعات قلب جي‌آي‌اس را تشكيل مي‌دهد. كيفيت اطلاعات يكي از مهم‌ترين موضوعات قابل توجه و اساسي مي‌باشد. كيفيت اطلاعات در ارتباط مستقيم با دقت، صراحت، مباني علمي، تركيب اطلاعات، و تحليل و مدلسازي است.
- سازمان و نيروي انساني: مهم‌ترين بخش تشكيل‌دهنده جي‌آي‌اس مي‌باشد، زيرا سازمان و نيروي انساني است كه عمليات جي‌آي‌اس را كنترل مي‌كند. سخت‌افزارها و نرم‌افزارهاي بسيار قوي جي‌آي‌اس بدون پشتيباتي كادر متبحر، به كارآيي مناسب نخواهند رسيد.  براي اجراي موفق سيستم، سازماندهي نيروهاي متخصص و كارآمد كه در جهت اجرا، بهينه نمودن و نهايتاً راهبري سيستم‌ها نقش‌هاي گوناگوني را ايفا مي‌نمايند، الزامي است.

 فرآيند تحليل اطلاعات در سيستم اطلاعات جغرافيايي
     جي‌آي‌اس يك سيستم رايانه‌اي است كه چهار قابليت اساسي را در رابطه با داده‌هاي زمين مرجع فراهم مي‌آورد.
1.       ورودي داده‌ها،
2.       مديريت داده‌ها،
3.       پردازش و تحليل داده‌ها،
4.       خروجي داده‌ها.
              
    شكل زير نحوه ارتباط اين اجزا را در كل سيستم نشان مي‌دهد. 

 

            
  نمايش كلي اجزاي سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي
 (مديري، خواجه (1376) .ص44)

 

كاربردها و توانايي‌هاي سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي
بطور اجمال قابليت‌هاي جي‌آي‌اس نسبت به سيستم‌هاي اطلاعاتي مشابه و روش‌هاي دستي را مي‌توان به شرح زير بيان داشت:
●  قابليت جمع‌آوري، ذخيره، بازيابي و تجزيه و تحليل اطلاعات با حجم زياد؛
● قابليت برقراري ارتباط بين اطلاعات جغرافيايي (نقشه) و اطلاعات غيرجغرافيايي(جداول اطلاعاتي) و ايجاد امكانات تجزيه و تحليل اطلاعات جغرافيايي با استفاده از اطلاعات غيرجغرافيايي و بالعكس؛
●  توانايي انجام طيف وسيعي از تحليل‌ها مانند: روي هم قراردادن لايه‌ها، پيداكردن اشياي مختلف با استفاده از خاصيت نزديكي آن‌ها به يك شي‌ء خاص، شبيه‌سازي، محاسبه تعداد دفعات وقوع يك حادثه در فاصله مشخص از نقطه يا نقاط معين، و ...؛
● داشتن دقت، كارآيي، سرعت عمل زياد و سهولت در بهنگام‌سازي داده‌ها؛
●  توانايي انجام محاسبات آماري مانند محاسبه مساحت و محيط پديده‌هاي مشخص شده؛
●  قابليت رديابي و بررسي تغييرات مكان‌هاي جغرافيايي در طول زمان؛
● قابليت استفاده براي مكان‌يابي پروژه‌هاي مختلف.

روش و مدل پژوهش
اين پژوهش از نوع توصيفي ـ تحليلي است و بطور خلاصه شامل مراحل زير مي‌گردد:
1. جمع‌آوري اطلاعات و داده‌هاي مناسب و مورد نياز، شامل اطلاعات توصيفي و اطلاعات مكاني؛
2. پيش‌پردازش اطلاعات؛
3. مديريت داده‌ها و تجزيه و تحليل آن‌ها؛
4. توليد خروجي‌ها.

گردآوري اطلاعات
داده‌هايي كه بايد در يك جي‌آي‌اس وارد شوند دو نوع هستند:
 1. داده‌هاي توصيفي كه بيانگر ويژگي‌ها و خصوصيات عوارض هستند،
2. داده‌هاي مكاني كه نشان‌دهنده موقعيت و شكل عوارض مي‌باشند.

1. داده‌هاي توصيفي
در اين پژوهش، با توجه به نوع مدارك مورد بررسي، اطلاعات مورد نياز جهت ورود به سيستم عبارت‌اند از:
شماره مدرك- نويسنده (نام و نام خانوادگي)- موضوع تحقيق- مختصات جغرافيايي- سال انجام تحقيق- دانشگاه يا سازمان انجام‌دهنده تحقيق- كد مدرك.
به منظور دسترسي به اطلاعات فوق، ابتدا با جستجو در پايگاه‌هاي اطلاعاتي مركز، كليه اطلاعات مربوط به علوم زمين (به ترتيب در پايگاه‌هاي اطلاعاتي پايان‌نامه‌هاي فارسي و لاتين، مقالات سمينارها، مقالات مجلات، گزارش، طرح‌هاي پژوهشي، اطلاعات سازمان مديريت، اطلاعات خزر و اطلاعات جديد) مورد بازنگري قرارگرفت.
پس از تفكيك،كنترل و دسته‌بندي مجموعه اطلاعات موجود، مجموعاً تعداد 739 مدرك (شامل464 پايان‌نامه فارسي، 33 پايان‌نامه لاتين، 170 مقاله سمينار، 55 مقاله مجله، 9 طرح پژوهشي، 3 گزارش و 5 مدرك خزر)، براي استخراج اطلاعات و ورود به سيستم، مناسب تشخيص داده شد.
ديگر مدارك علوم زمين موجود، به دلايل زير امكان استفاده و نمايش در سيستم را نداشتند:
1. نبود اطلاعات مكان‌دار در برخي از مدارك،
2. عدم دسترسي به اصل بخش قابل توجهي از مدارك نظير طرح‌هاي تحقيقاتي، گزارش‌ها، اطلاعات خزر، سازمان مديريت، و...،
3. نبود اطلاعات دقيق جغرافيايي (مكاني) در برخي متون،
4. تكراري بودن برخي از مدارك.

2. داده‌هاي مكاني
داده‌هاي مكاني به اطلاعاتي گفته مي‌شود كه درباره مكان، شكل، و روابط ميان عوارض جغرافيايي در سطحي از زمين و بر روي نقشه هستند و معمولاً به صورت مختصات ذخيره مي‌‌گردند. كيفيت اين داده‌ها تأثير بسزايي در تجزيه و تحليل داده‌هاي به كار رفته در تشكيل بانك اطلاعاتي خواهد داشت.
در اين پژوهش، اطلاعات مكاني لازم براي ورود به سيستم عبارت‌اند از:
 الف. مختصات (طول و عرض جغرافيايي) مناطق مورد مطالعه (ثبت‌شده در مدارك)، كه توسط صفحه کليد به سيستم منتقل گرديدند؛
 ب. نقشه‌هاي جغرافيايي پيوست شده به برخي از مدارك، كه  اسکن شدند و توسط يک کد شناسايی10 كاراكتري که به هر يک از مدارک تخصيص داده شده و با مسيردهي لازم به داده‌های توصيفی مربوط به خود، متصل گرديدند؛
ج. لايه‌هاي اطلاعاتي شامل نقشه‌هاي استان‌ها، شهرستان‌ها، شهرها، درياچه‌ها، مراكز استان‌ها و نقشه زمين‌شناسي ايران، كه همگي داراي مقياس 1:250000، و به شكل استاندارد موجود مي‌باشند و مي‌توانند براي اهداف مختلف، مورد استفاده كاربران قرار گيرند. با هماهنگي‌هاي به عمل‌آمده، لايه‌هاي اطلاعاتي فوق از طريق وزارت صنايع و معادن (كه تجارب متعددي در امر جي‌آي‌اس دارد، تهيه گرديده و براي انجام عمليات لازم به سيستم وارد گرديدند.

ايجاد پايگاه اطلاعات توصيفی
    در اين پژوهش، به منظور ايجاد پايگاهی از داده‌های توصيفی، كليه داده‌هاي موجود (اعم از پايان نامه‌های فارسی و لاتين، مقالات سمينارها، مقالات مجلات، گزارش‌ها و ...)، که در مرحله قبل گزينش و تفکيک شده بودند، به کمک نرم‌افزار «اكسس[10]» به محيط اين نرم‌افزار وارد شد و به فرمت«دي‌بي‌اف[11]» و در قالب 3 گروه جداول[12] ، گزارش‌ها[13] و فرم‌‌ها[14] سازماندهی گرديدند.
    همانگونه كه اشاره شد، برای مرتبط ساختن اين داده‌ها با نقشه‌های اسکن‌شده آن‌ها، هر يک از داده‌ها در فايل مربوطه مسيردهی شد و با نقشه مربوط به خود مرتبط گرديد. بدين ترتيب در اين پايگاه اطلاعاتی، کاربران می‌توانند ضمن مشاهده اطلاعات توصيفی مدارک، با کليک‌کردن بر روي شناسه (کد) مورد نظر خود، نقشه‌ای از منطقه مورد مطالعه را نيز دريافت نمايند.

 خلاصه اقدامات انجام‌شده به کمک نرم‌افزارهای موجود
   همانگونه که قبلاً ذکر شد در نخستين مرحله  با استفاده از نرم‌افزار «آرك اينفو» 7 لايه اطلاعاتی شامل انواع مدارک مورد مطالعه (يعنی پايان‌نامه‌های فارسی، پايان‌نامه‌های لاتين، مقالات سمينارها، مقالات مجلات، طرح‌های پژوهشی، و اطلاعات خزر) ايجاد گرديد. مختصات جغرافيايی مدارک فوق نيز توسط همين نرم‌افزار وارد سيستم گرديد.
    مرحله بعد ورود جداول اطلاعاتی مربوط به لايه‌های فوق  (که قبلاً با استفاده از نرم‌افزار «اكسس» تهيه شده بود)، به محيط «آرك اينفو»  می‌باشد. نظر به اين که اطلاعات توصيفی مربوط به اين پژوهش به زبان فارسی می‌باشند و در نرم‌افزار «آرك اينفو (نگارش 2/3)» برای اطلاعات متنی و اتصال آن‌ها به محيط گرافيک به زبان فارسی، تدبيری اتخاذ نشده است، به ناچار اين قسمت از اطلاعات با استفاده از نرم‌افزار «فاكس پرو[15]» ابتدا به زبان فارسی تبديل گرديد و سپس به محيط «آرك اينفو» وارد شد.
  با توجه به نوع داده‌هاي مورد بررسي، پايگاه فوق شامل 7 فيلد مي‌باشدكه عبارت‌اند از:
شماره مدرك، نويسنده (نام و نام‌خانوادگي)، موضوع تحقيق، مختصات جغرافيايي، سال انجام تحقيق، دانشگاه يا سازمان انجام‌دهنده تحقيق، كد مدرك.
  به استثناي فيلد «مختصات جغرافيايي» كه ورود اطلاعات آن به صورت دستي انجام مي‌گيرد، امكان انجام عمليات بر روي همه فيلدهاي فوق وجود دارد. در حال حاضر با نرم‌افزارهاي موجود، واردكردن مختصات جغرافيايي به صورت مكانيزه ممكن نيست، ولي با برنامه‌نويسي اين امر ميّسرخواهدگرديد.
لايه‌های اطلاعاتی پس از انجام سازماندهی‌های لازم، به محيط «آرك ويو» منتقل گرديدند. در اين مرحله لايه‌های فوق برای تجزيه و تحليل از طريق اجرای عمليات و توابع تحليلی جي‌آي‌اس و نيز برای استخراج جهت کاربردهای مختلف، آماده می‌باشند.

توابع تحليلی برروی اطلاعات
    اصولاً آنچه يک جي‌آي‌اس را از ديگر سيستم‌های اطلاعاتی متمايز می‌سازد، وجود توابع تحليل مکانی در اين سيستم است. با به کاربردن توابع و اعمال مختلف و منطقی ديگر (مديريت داده‌ها، انتخاب مدل‌های مناسب، و...)، پايگاه اطلاعاتی آماده جوابگويی به پرسش‌ها و نيازهای استفاده‌کنندگان مي‌گردد. اصولاً بعضی توابع تحليلی (نظير ويرايش‌ها، تبديلات هندسی، فرمت، و...) برای ايجاد پايگاه داده‌ها لازم است و داده‌ها را آماده برای تجزيه و تحليل‌های کاربردی بعدی می‌سازد. توابع تحليلی از لحاظ نوع عمليات خاص بر روی انواع مختلف داده‌ها در سه بخش مورد بررسی قرار می‌گيرند:
1.       توابع تحليلی داده‌های مكاني،
2.       توابع تحليلی داده‌های توصيفی،
3.       توابع تحليلی داده‌های مكاني و توصيفی،
   نظر به اينکه خروجی داده‌ها در يک جي‌آي‌اس جدای از نمايش و ذخيره اطلاعات است و نياز به آماده‌سازی‌های خاص خود دارد، به اين سه بخش، يک نوع ديگر از توابع به نام «توابع آماده‌سازی داده‌ها برای اخذ خروجی‌های مختلف» را اضافه می‌نمايند. در اين پژوهش به تناسب نوع داده‌های مورد بررسی، از برخی از توابع تحليلی استفاده شده است که در زير شرح داده مي‌شوند.
1.  توابع تحليلی برروی داده‌های مكاني 
اين توابع معمولاً برای انتقال داده‌های مكاني، ويرايش آن‌ها و توانايی تبديل ساختار داده‌ها به ساختار مورد استفاده در سيستم به کار می‌روند. اين توابع اصولاً با داده‌های مكاني ارتباط دارند و ممکن است در بعضی موارد به داده‌های توصيفی و غيرمكاني نيز رجوع داشته باشند. در جي‌آي‌اس‌های مختلف راه‌های فراهم کردن اين توابع متفاوت است، ولی در تمام آن‌ها توانايی تبديل ساختار داده‌های اصلی به ساختار داده‌های مورد استفاده در سيستم و ويرايش آن فايل‌ها و امکان ايجاد ارتباط (فرمت‌های ورودی و خروجی) با ساير جي‌آي‌اس‌ها وجود دارد.
2. توابع تحليلی بر روی داده‌های توصيفی
اين گروه از توابع به منظور ويرايش و بررسی و تجزيه و تحليل داده‌های توصيفی و غيرمکانی مورد استفاده قرار می‌گيرند. بسياری از تجزيه و تحليل‌ها را می‌توان به کمک اين توابع با سرعت بالايی انجام داد. برخی از اين دسته توابع عبارت‌اند از:
2-1. توابع ويرايش داده‌های توصيفی: اين توابع امكان می‌دهند كه مشخصات توصيفی را بازيابی و بررسی كنيم و تغيير دهيم. اضافه کردن آيتم‌ها و رکوردهای جداول يا اضافه کردن جداول تشريحی جديد يا اتصال فايل‌ها به وسيله فرامين مختلف، در سيستم‌های نرم‌افزاری قابل اجرا خواهند بود. اتصال فايل‌ها[16] از قابليت‌های مهم اين توابع است.
2-2. توابع پرسشی در مورد اطلاعات توصيفی: اين توابع، اطلاعات موجود در پايگاه داده‌های توصيفی را به وسيله فرد استفاده کننده براساس شرايط انتخاب شده، بازيابی می‌کنند. جستجوهای انتخابی را می‌توان در يک تا چند لايه از اطلاعات انجام داد و نتايج، به صورت گزارشی از جداول باشدكه اين جداول را می‌توان ذخيره كرد و بعداً مورد استفاده قرار داد.
دو نوع کلی جستجو به وسيله جي‌آي‌اس صورت می‌گيرد که عبارت‌اند از جستجوی مکانی و جستجوی غيرمکانی. جستجوهای غيرمکانی، سؤالاتی در مورد توصيف‌های عوارض به شمار می‌آيند. مثلاً اين سؤال که «تعداد پايان‌نامه‌های مرتبط با موضوع پترولوژی چقدراست؟»  يک جستجوی غيرمکانی است؛ زيرا نه سؤال و نه جواب، مستلزم تحليل مؤلفه مکانی داده‌ها نيستند. اين جستجو به تنهايی به وسيله نرم‌افزار پايگاه داده‌ها انجام می‌گيرد. در مقابل، اين سؤال که  «نحوه توزيع مکانی پايان‌نامه‌های پترولوژی در سطح کشور چگونه است؟»، چون نيازمند اطلاعاتی درباره مکان است يك جستجوی مکانی به شمار می‌آيد (شکل شماره 1).

 

 شكل شماره 1. توزيع مكاني (منطقه تحقيق) پايان‌نامه‌هاي پترولوژي

براي بزرگنمايي روي نقشه كليك كنيد

  شيوه تعيين جستجو در جي‌آي‌اس ممكن است كاملاً تعاملی باشد. کاربران می‌توانند بر روی صفحه رايانه، نقشه را بررسی کنند يا به وسيله يادآورها و سازنده‌های جستجو، در پايگاه‌های داده‌ها به تفحص بپردازند. کاربر می‌تواند عارضه‌ای را بر روی صفحه رايانه انتخاب کند و جواب «مشخصات اين عارضه چيست؟» را به دست آورد. جستجوهای منفرد با هم تلفيق می‌شوند و عوارضی را در پايگاه داده‌ها نشان می‌دهند که با دو يا چند معيار مکانی و غيرمکانی در مطابقت‌اند. مثلاً برای پاسخگويی به اين سؤال که «نحوه توزيع منطقه تحقيق پايان‌نامه‌های پترولوژی مربوط به  دانشگاه تهران چگونه است؟» «اغلب از عملگرهای بولی براي تلفيق جستجوهايي با اين ماهيت استفاده می‌شود. اين عملگرها از عمليات AND ،NOT، OR،XOR استفاده می‌کنند که برای تلفيق مجموعه داده‌های متفاوت در همپوشی نيز به کار می‌روند (شکل شماره 2). از عملگرهای بولی بايد با دقٌت استفاده كرد، زيرا اين سؤال که «نحوه توزيع منطقه تحقيق  پايان‌نامه‌های
A: مجموعه پايان‌نامه‌های رشته پترولوژی
B: مجموعه پايان‌نامه‌هاي دانشگاه تهران

       

 

شكل شماره 2. نمايش نحوه كار عملگرهای بولی با استفاده از نمودارهای ون

پترولوژي AND مربوط به دانشگاه تهران چگونه است؟» جوابي متفاوت از اين سؤال كه «نحوة‌ توزيع منطقة‌ تحقيق پايان نامه هاي پترولوژي OR مربوط به دانشگاه تهران چگونه است؟» خواهد داشت. بديهي است دومين جستجو، مناطق بيشتري را معرفي خواهد كرد.
3. توابع تحليلی برروی داده‌های مكاني وتوصيفی
   قدرت يک جي‌آي‌اس در ادغام توابع تحليلی توصيفی با توابع تحليلی مكاني است، يعنی اين كه مثلاً با استفاده از توابع تحليلی توصيفی و استفاده از توابع تحليلی مكاني، بتوانيم منطقه‌ای را در محيط گرافيکي که دارای مشخصات مورد نظر است مشخص کنيم. اين قابليت، سيستم‌های جي‌آي‌اس را از سيستم‌های خودكار تهيه نقشه[17] که فقط برای کار بر روی داده‌های مكاني اختصاص يافته‌اند، متمايز می‌سازد. اين توابع به زير گروه‌هايی به شرح زير تقسيم می‌گردند:
 3-1 .بازيابی، طبقه‌بندی و اندازه‌گيری: با اين توابع، داده‌های توصيفی و مكاني بازيابی می‌شوند، اما فقط داده‌های توصيفی طبقه‌بندی می‌شوند يا ايجاد می‌گردند. تغييری در موقعيت عناصر فضايی پيش نمی‌آيد و هيچ عنصر فضايی جديدی ايجاد نخواهد شد:
   - توابع بازيابی: عمليات بازيابی بر روی داده‌های توصيفی و مكاني، شامل همان توابع پرسشی در داده‌های توصيفی مي‌شود که در صفحات قبل مورد بحث قرار گرفت، به انضمام آنکه اطلاعات گرافيکی نيز به همراه انتخاب‌هايمان بر روی صفحه نمايشگر ظاهر خواهند شد. ايجاد نقشه‌های منطقه و خروجی گرفتن از داده‌ها جزو اعمال اين توابع محسوب می شوند .
- توابع طبقه‌بندی: طبقه‌بندی يکی از ساده‌ترين توابع به کارگرفته شده در پايگاه داده‌ها است. اين عمل را می‌توان در روی يک لايه منفرد از داده‌ها صورت داد، که در اين حالت فرآيند طبقه‌بندی شامل پيداکردن مشخصات توصيفی لايه داده‌ها و نسبت‌دادن عوارض به هر مشخصه است. طبقه‌بندی را می‌توان در حالت پيچيده‌تر، در روی چند لايه‌ای که بر روی هم قرار داده شده‌اند، انجام داد.
مثلاً در اين پژوهش می‌توان مجموعه مدارک موجود را به تفکيک برحسب موضوع، محل يا سال تحقيق، طبقه‌بندی نمود و نمايش داد. شكل شماره 3 نحوه توزيع منطقه تحقيق پايان‌نامه‌هاي فارسي علوم زمين را برحسب موضوع نشان مي‌دهد.

 

شكل شماره 3. توزيع مكاني (منطقه تحقيق) پايان نامه‌هاي فارسي علوم زمين برحسب موضوع

براي بزرگنمايي روي نقشه كليك كنيد

 

 - توابع اندازه‌گيری: هر جي‌آي‌اس توابعی براي اندازه‌گيری فراهم می‌کند. اندازه‌گيری‌ها شامل فاصله بين نقاط، طول خطوط، محيط و مساحت پلی‌گون‌ها می‌باشد.
3-2. عمليات قراردادن لايه‌ها بر روی يکديگر: اين عمليات برای ادغام وترکيب اطلاعات لايه‌های مختلف و به‌وجودآوردن لايه‌ها و اطلاعات جديد، امری ضروری است. عمليات انطباق لايه‌های اطلاعاتی به دو صورت منطقی يا حسابی به کارگرفته می‌شود. عمليات حسابی (عمليات‌هايی نظير جمع، ضرب، تفريق و تقسيم مقادير) در يک لايه از داده‌ها هستند و عمليات منطقی شامل انطباق يافتن آن مناطقي است که در آن‌ها، مجموعه‌ای مشخص از شرايط مورد نياز کاربران يا عوارض ديگر وجود داشته باشد. ضرورت استفاده از انطباق لايه‌های اطلاعاتی، در مورد انتخاب‌ها و پرسش‌هايی از مناطق يا لايه‌های مختلف صورت می‌گيرد که وجوه مشترک خاصی را دارا می‌باشند. در اين صورت سيستم ابتدا بايد در جداول عوارض لايه‌ها، جستجو را انجام دهد، سپس نقاط خواسته شده را از چند لايه انتخاب كند و با روی هم انداختن آن‌ها، آن‌ها را به نمايش بگذارد. وجه مشترک اصولاً مي‌تواند مکان قرارگرفتن لايه‌ها باشد. با داشتن لايه‌های منطبق شده بر يکديگر، پايگاه اطلاعاتی تا حد زيادی تکميل شده است و اطلاعات بسيار زيادی از لايه‌های انتخاب شده را می‌توان استخراج کرد.
همانگونه که در صفحات پيشين اشاره شد، با توجه به نوع داده‌ها و لايه‌های اطلاعاتی در اين پژوهش، از برخی از توابع فوق استفاده نشده است. در صورت لزوم و به تناسب نيازهای موجود، می‌توان با اضافه نمودن لايه‌های اطلاعاتی ديگر و به کمک توابع فوق، تجزيه و تحليل‌های بسياری را در ارتباط با مدارک انجام داد. مثلاً با اضافه نمودن انواع نقشه‌هاي زمين‌شناسی به مجموعه فوق، می‌توان تحليل‌های مفيدی از (قبيل بررسی مطالعات انجام شده در مناطق حادثه‌خيز (زلزله، سيل و ...) يا تحقيقات در مناطق معدنی و دارای پتانسيل اقتصادی، و نظاير آن‌ها) را به انجام رساند.

محصولات خروجي
  يك سيستم اطلاعات جغرافيايي بايد شامل نرم‌افزار لازم براي نمايش نقشه‌ها، نمودارها و جداول مختلف به صورت‌‌هاي گوناگون باشد. فنون نقشه نگاشتي بايد اين زمينه را فراهم كنند تا بتوان انواع نقشه‌هايي را كه مبين توزيع فضايي پديده‌هاي مختلف هستند، به سادگي توليد كرد. انتخاب نوع نمايش اين خروجي‌ها به عوامل مختلفي وابسته است كه عبارت‌اند از: طبيعت خود داده‌ها، توان تفكيك و مقياس مورد نياز، محدوديت‌هاي سخت‌افزاري و نرم‌افزاري و همچنين تعداد متقاضيان محصولات خروجي. علاوه بر اين ما بايد قادر باشيم محصولات غيرگرافيكي را نيز در خروجي يك سيستم اطلاعات جغرافيايي توليد كنيم. چنين خروجي‌هايي براي انتقال اطلاعات بين سيستم‌هاي مختلف پردازشگر و همچنين براي نگهداري اطلاعات به مدت طولاني به كار مي‌روند. در حالت كلي، خروجي‌ها به دو دسته تقسيم مي‌شوند:
1. خروجي‌هاي كاغذي از قبيل نقشه‌هاي موضوعي، نمودارها، جداول و گزارش‌هاي آماري كه از طريق چاپگر يا پلاتر تهيه مي‌شوند،
2. خروجي‌هاي غيركاغذي كه در آن، اطلاعات توليدشده بر روي صفحه نمايش ديده مي‌شود. اين نوع خروجي براي استفاده از آخرين پردازش‌ها و تحليل‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
در تحقيق حاضر، پس از انجام تحليل‌هاي لازم بر روي داده‌ها، از نقشه‌هاي ايجاد شده در محيط «آرك ويو»، خروجي تهيه شد كه در اين مرحله جدول راهنما، عنوان نقشه، علامت شمال جغرافيايي و همچنين مقياس براي نقشه‌ها تعريف گرديد و در مرحله آخر از آن‌ها چاپ گرفته شد.
1. نقشه‌هاي موضوعي
  در نقشه‌هاي موضوعي ساختار يك توزيع داده كه ويژگي داده‌ها را به عنوان تشكيل‌دهنده روابط دروني بين قسمت‌هاي مختلف آن‌ها نشان مي‌دهد، ترسيم مي‌شود. نقشه‌هاي موضوعي را مي‌توان براي توصيف محدوده وسيعي از پديده‌هاي مختلف مورد استفاده قرار داد. از جمله نقشه‌هاي موضوعي، مي‌توان به نقشه‌هايي كه پراكندگي نوع خاصي از داده‌ها را  نشان مي‌دهند، اشاره نمود.
   در اين پژوهش، توزيع پراكندگي جغرافيايي انواع مدارك مرتبط با علوم زمين برحسب پارامترهاي مختلف را مي‌توان به صورت همزمان در كليه استان‌هاي كشور يا به تفكيك در هر يك از استان‌ها نمايش داد. مثلاً شكل شماره 4 توزيع پراكندگي پايان‌نامه‌هاي فارسي علوم زمين برحسب موضوع را در استان خراسان نشان مي‌دهد. در شكل شماره 5 نحوه  پراكندگي مدارك (پايان‌نامه‌هاي فارسي) برحسب سال انجام تحقيق در استان اصفهان نشان داده شده است.  در شكل شماره 6 نحوه پراكندگي مطالعات انجام شده درباره برخي آيتم‌هاي مهم زمين‌شناسي (استخراج شده از مدارك) نظير زلزله، و وجود عناصر فلزي همچون مس و طلا نشان داده شده است.  شكل شماره 7 نشان دهنده موقعيت مكاني مطالعات زمين‌شناسي با توجه به نوع سنگ‌هاي منطقه در استان سمنان مي‌باشد.

 

شكل شماره 4. توزيع مكاني (منطقه تحقيق) پايان‌نامه‌هاي فارسي علوم زمين بر حسب موضوع در استان خراسان

براي بزرگنمايي روي نقشه كليك كنيد

 شكل شماره 5. توزيع مكاني (منطقه تحقيق) پايان‌نامه‌هاي فارسي علوم زمين
 برحسب سال تحقيق در استان اصفهان

براي بزرگنمايي روي نقشه كليك كنيد

 

شكل شماره 6. توزيع مكاني (منطقه تحقيق) مطالعات انجام شده درباره برخي
آيتم‌هاي مهم در حوزه علوم زمين

براي بزرگنمايي روي نقشه كليك كنيد

 

شكل شماره 7. موقعيت مكاني مطالعات زمين شناسي با توجه به نوع سنگ‌هاي
منطقه در استان سمنان

براي بزرگنمايي روي نقشه كليك كنيد

 2. نمودارها
   نتايج تجزيه و تحليل‌هاي يك سيستم اطلاعات جغرافيايي را مي‌توان به نحو مؤثرتري به وسيله گرافيك‌هاي غيرنقشه‌اي نشان داد. هدف كلي گرافيك، ايجاد رابطه‌اي است كه اطلاعات را به صورت ساده‌تري براي مخاطبان به تصوير بكشد.
  اطلاعات كم‍ّي (عددي) كه در بانك اطلاعاتي موجود است را مي‌توان به گراف‌هاي متفاوت و متنوعي تبديل نمود. از انواع نمودارهاي اين سيستم مي‌توان به نمودارهاي ميله‌اي و دايره‌اي اشاره كرد. از نمودار ميله‌اي براي نمايش اختلافات موجود در يك مشخصه در بين گروه‌هاي مختلف استفاده مي‌شود. اين نمودار را مي‌توان هم به صورت عمودي و هم افقي رسم نمود. نمودار دايره‌اي، اطلاعات را با تقسيم يك دايره به قطاع‌هاي مختلف نشان مي‌دهد و با اين روش، نسبت آن‌ها را به كل مشخص مي‌كند. علاوه بر اين مي‌توان يك قسمت دلخواه را از بقيه قسمت‌ها جداكرد و برجسته نمود.
 درشكل شماره 8 نمودار ميله‌اي فراواني مقالات كنفرانس‌هاي علوم زمين در سال‌هاي مختلف نشان داده شده است.

 

شكل شماره 8. نمودار ميله‌اي فراواني مقالات كنفرانس‌هاي زمين‌شناسي برحسب سال

براي بزرگنمايي روي نقشه كليك كنيد

3. جداول
تهيه جداول از هر يك از مشخصه‌ها و داده‌هاي توصيفي، يا جداولي از كليه اطلاعات توصيفي، از ديگر خروجي‌هاي يك سيستم اطلاعات جغرافيايي است. همچنين مي‌توان با استفاده از تابع جستجو، داده‌هايي خاص را انتخاب و جداول مختلفي را براي نمايش يا تهيه خروجي، ايجاد نمود.
4. خروجي‌هاي ديگر
همانگونه كه قبلاً عنوان گرديد، ديگر داده‌هاي خروجي ممكن است به صورت پردازش تصويري و نمايش بر روي نمايشگرهاي رنگي نيز ارائه گردند. نوع اخير خروجي براي كاربراني كه به صورت روزمره از سيستم استفاده مي‌كنند، بسيار مناسب مي‌باشد. همچنين اطلاعات در محيط‌هاي مختلفي همچون ديسك، سي دي، و... هم قابل عرضه مي‌باشد.
 نمودار خلاصه شده‌اي از فرآيند انجام اين طرح كه مي‌تواند به عنوان مدلي براي ساماندهي ديگر اطلاعات مكان‌دار موجود در پايگاه‌هاي مركز، مورد استفاده قرار گيرد، در شكل شماره 9 ارائه شده است.

 
 شكل شماره 9. نمودار فرآيند و مراحل انجام پژوهش

براي بزرگنمايي روي نقشه كليك كنيد

 نتايج
 بعد از انجام مراحل مختلف جمع‌آوري داده‌ها، ورود اطلاعات به سيستم اطلاعات جغرافيايي و مديريت سيستم و در نهايت توليد خروجي‌ها، اين نتايج حاصل گرديد:
1. با توجه به قابليت‌هاي سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي براي ذخيره، نمايش و تحليل اطلاعات مكاني و توصيفي، مي‌توان بانك اطلاعاتي جامع و كاملي از داده‌هاي علوم زمين ايجاد نمود. اين پايگاه‌هاي اطلاعاتي قادر هستند مقدار نامحدودي اطلاعات مكاني (اعم از نقشه‌ها و تصاوير) و اطلاعات توصيفي (شامل شرح مشخصات كتابشناختي مدارك) را در خود جاي دهند و كاربران مي‌توانند در هر زمان، داده‌هاي مورد نظرشان را از پايگاه اطلاعاتي انتخاب، حذف، اضافه و ويرايش نمايند و مورد تجزيه و تحليل قرار دهند، و در نهايت خروجي‌هاي دلخواه را تهيه و ارائه نمايند.
2. در اين سيستم، انواع داده‌هاي موجود در پايگاه‌هاي مختلف مركز (در حوزه علوم زمين)، به صورت همزمان قابل نمايش، بررسي و تحليل مي‌باشند. بدين ترتيب امكان مقايسه اين داده‌ها با يكديگر از ابعاد مختلف (موضوع، سال تحقيق، محل تحقيق، و ....) وجود خواهد داشت.
3. به سهولت مي‌توان پراكندگي جغرافيايي انواع داده‌ها را بررسي نمود و موقعيت‌ها و مناطق جغرافيايي را كه از نقطه‌نظر زمين‌شناسي و شاخه‌هاي مرتبط با آن كمتر مورد بررسي و مطالعه قرارگرفته‌اند، شناسايي و براي انجام تحقيقات لازم، به كاربران معرفي نمود.
4. با به کاربردن توابع تجزيه و تحليل اين سيستم و اعمال مختلف و منطقی ديگر (مديريت داده‌ها، انتخاب مدل‌های مناسب، و ...)، پايگاه اطلاعاتی آماده جوابگويی به پرسش‌ها و نيازهای استفاده‌کنندگان قرار مي‌گردد و به تناسب نيازهاي موجود، مي‌توان تجزيه و تحليل‌های بسياری را در ارتباط با مدارک انجام داد. مثلاً با اضافه‌نمودن انواع نقشه‌هاي زمين‌شناسی به مجموعه فوق، می‌توان تحليل‌های مفيدی از قبيل بررسی مطالعات انجام شده در مناطق حادثه‌خيز (زلزله، سيل، و ...) يا تحقيقات در مناطق معدنی و دارای پتانسيل اقتصادی و نظاير آن را به انجام رساند.
5. الگوي مورد استفاده در اين پژوهش كه در آن فرآيند انجام كار نشان داده شده است، مي‌تواند به عنوان مدلي براي ديگر اطلاعات مكان‌دار موجود در پايگاه‌هاي مركز اطلاعات و مدارك علمي ايران به كار رود.
 زمينه‌هاي گسترش و تقويت موضوع پژوهش
- انجام كامل فرآيند كاربرد جي‌آي‌اس در ارتباط با ساماندهي اطلاعات مكان‌دار موجود در پايگاه‌هاي مركز اطلاعات، با استفاده از الگوي پيشنهادي براي بررسي قابليت و ميزان كارآيي اين الگو؛
- اضافه‌كردن فيلد «مختصات جغرافيايي» به مجموعه فيلدهاي هر يك از پايگاه‌هاي مركز و الزام به تكميل آن با توجه به اطلاعات مندرج در مدارك مربوطه؛
- برقراري ارتباط بين پايگاه‌هاي اطلاعاتي مركز و سيستم اطلاعات جغرافيايي از طريق ايجاد يك فيلد مشترك؛
- ماشيني‌‌كردن فرآيند ورود اطلاعات رقومي (نظير مختصات جغرافيايي ثبت شده در پايگاه‌هاي اطلاعات) به سيستم اطلاعات جغرافيايي، با برنامه‌نويسي مناسب؛
- برقراري يك دوره آموزش مقدماتي و عملي  جي‌آي‌اس در مركز براي آشنايي با قابليت‌هاي اين سيستم و به كارگيري آن درحوزه‌هاي مورد نياز.
پيشنهادهاي اجرايي در خصوص پژوهش‌هاي مرتبط با جي‌آي‌اس
درخاتمه به برخي زمينه‌هاي عملي كه  در پژوهش‌هاي مرتبط با جي‌آي‌اس مؤثر خواهند بود اشاره مي‌كنيم:
- تدوين استانداردهاي قابل قبول براي توليد اطلاعات و نقشه،
- تخصيص بودجه لازم براي تشكيل جي‌آي‌اس در سازمان‌ها و ارگان‌ها،
- تقويت تخصص رايانه و فناوري سخت‌افزار،
- اقدام به تهيه و توسعه نرم‌افزارهاي فارسي به منظور كاهش هزينه‌ها و راحتي كاربران،
- اشاعه فرهنگ استفاده صحيح و كارآمد از نرم‌افزارهاي موجود و رعايت حق تأليف، كه اين امر خود به توسعه نرم‌افزارهاي فارسي كمك مي‌نمايد،
- ايجاد يا تقويت رشته جي‌آي‌اس در دانشگاه‌ها و استفاده از متخصصان با تجربه در اين زمينه،
- انتشار مجلات و خبرنامه در زمينه جي‌آي‌اس،
- برقراري سمينار و كنفرانس براي آشنايي هر چه بيشتر با گرايش‌هاي مختلف،
- آموزش بموقع نيروي متخصص قبل از خريد و راه‌اندازي فناوري جي‌آي‌اس.

 

مطالعات برآورد هزينه يکي از بخشهاي مهم بررسيهاي امکان‌سنجي پروژه‌هاي معدني مي‌باشد و نقش عمده‌اي در اقتصادي و يا غير‌اقتصادي معرفي کردن پروژه ها ايفا مي‌کند. بدين ترتيب برآوردهاي مستند و قابل اعتماد هزينه‌ها و در کنار آن تخمين درآمدهاي پروژه شالوده تحليل اقتصادي و تصميم بر سرمايه‌گذاري را شکل مي‌دهند.
  
   در مطالعات امکان سنجي اوليه، با توجه به تعدد و تنوع گزينه‌هاي فني پروژه، مطالعات برآورد هزينه به صورت مکرر صورت گرفته تا از ديدگاه هزينه نيز گزينه‌هاي فني تجزيه و تحليل شوند. اين موضوع در عمل نسبتا پيچيده و وقت گير مي‌باشد. با اين ديدگاه استفاده از روشهاي آماري يا اقتصادسنجي برآورد هزينه که از جمله روشهاي متعدد برآورد هزينه است، نسبتا رايج مي‌باشد. مدلهاي اقتصادسنجي باعث سهولت زيادي در تخمين هزينه‌ها شده است. عدم شناخت کافي از اين مدلها به ويژه شيوه تقسيم‌بندي هزينه‌ها، چگونگي تخمين‌ها، مشکل بودن انطباق هزينه‌ها با شرايطي متفاوت با شرايطي که مدل در آن تهيه شده باعث شده که اين مدلها کمتر در داخل كشور رايج گردد.  
   در اين نوشتار گستره اين مدلها و فرآيندهاي تخمين مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج اين تحقيق امکان شناخت بهتر رفتار مدلها را فراهم نموده و زمينه را براي پژوهش در دست اقدام ديگري به منظور انطباق آنها با شرايط ايران و ارائه ضرائب تصحيح فراهم مي نمايد.

 

متن اصلي:

  2- ارزيابي هزينه در معادن
   در کليه پروژه‌هاي معدني اعم از روباز يا زيرزميني پيش‌بيني هزينه از مسايل مهم، پيچيده و زمان‌بر در جهت اجراي عمليات و يا سرمايه‌گذاري در بخشهاي مختلف مي‌باشد. در معادن، هزينه در سه بخش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و هزينه‌هاي عملياتي و هزينه‌هاي عمومي برآورد مي‌شود. هر کدام از اين هزينه‌ها نيز مرتبط با مقوله روباز، زيرزميني و کارخانه کانه‌آرايي تقسيم‌بندي مي‌شود. در روش تخمين اقتصاد‌سنجي هزينه‌ها، مدلهاي زير هر يک به روش خاصي هزينه را برآورد نموده که نحوه استفاده از آنها بطور خلاصه در زير آورده مي‌شود.
    
   3-1- مدل Gentry & Neil (1984)
   اين مدل تخمين چگونگي ارزيابي هزينه پروژه‌هاي معدني را در دو قسمت هزينه‌هاي سرمايه‌اي و هزينه‌هاي عملياتي، ارائه مي‌کند.
  
   الف) روشهاي ارزيابي هزينه سرمايه‌اي ثابت عبارتند از:
  
   روش کنفرانسي، روش هزينه واحد، روش نسبت فروش کل، روش تعديل- ظرفيت نمايي، روش نسبت هزينه، روش نسبت هزينه جزء (تشکيل دهنده)، روش مدول و روش تخمين جزئي‌شده[1].
  
   در روش تعديل- ظرفيت نمايي از فرمول نمايي « = a (X) b هزينه » استفاده مي‌شود. a وb ضرائب ثابت بوده و براي اقلام مختلف هزينه تعيين شده اند. جدول 1 به عنوان نمونه مقادير اين ضرائب را براي برخي تجهيزات فرآوري نشان مي دهد.
  
   ب) روشهاي ارزيابي هزينه‌هاي عملياتي عبارتند از:
  
   روش پروژه‌هاي مشابه، روابط هزينه ظرفيت، هزينه جزء، خرد کردن هزينه‌ها که به عنوان نمونه در روش پروژه‌هاي مشابه در مورد معادن زيرزميني هزينه‌ها بصورت زير برآورد شده است[1]:
  
   - هزينه دستمزد: 55-50 درصد هزينه عملياتي کل پروژه مشابه؛
  
   - هزينه تعميرو نگهداري: 40 – 30 درصد هزينه عملياتي کل پروژه مشابه؛
  
   - هزينه‌هاي متفرقه: 20 – 5 درصد هزينه عملياتي کل پروژه مشابه.

     3-2- مدل AusIMM
  
   اين مدل بر اساس اطلاعات معادن استراليا ارائه شده است. تخمين با در نظر گرفتن فاکتورهايي همچون زمين‌شناسي کانسار، توپوگرافي، محدوده پيت، ويژگيهاي مواد، نرخ‌هاي توليد، موقعيت‌هاي باطله، تامين انرژي و آب و نياز‌هاي بازاريابي انجام مي‌گيرد[2] و هرچه مقادير فوق بخوبي شناخته شوند، تخمين بهتري انجام خواهد گرفت.
  
   تقسيم‌بندي هزينه در اين مدل بصورت زير مي‌باشد:
  
   1- هزينه‌هاي سرمايه‌اي شامل معدنکاري سطحي، معدنکاري زيرزميني سنگ سخت، معدنکاري زيرزميني سنگ نرم و زغال سنگ، فرآوري، استخراج انحلالي و امور زير‌بنايي و ...[2].
  
   2- هزينه‌هاي عملياتي شامل آماده‌سازي مقدماتي، تجهيزات معدنکاري سطحي، معدنکاري زيرزميني سنگ‌سخت، معدنکاري زيرزميني سنگ نرم و زغال‌سنگ، فرآوري، اداري و سرپرستي و ... .
  
   به عنوان نمونه در بخش هزينه‌هاي عملياتي مربوط به معدنکاري زيرزميني سنگ سخت هزينه‌هاي زير پيش‌بيني شده است[2]:
  
   1- چالزني و آتشباري كارگاه استخراج؛ 2-تميز نمودن كارگاه استخراج؛ 3- نگهداري كارگاه استخراج؛ 4- آماده‌سازي كارگاه استخراج؛ 5- ترابري در كارگاه استخراج؛ 6- بالابري؛ 7-سرويسهاي معدني؛ 8- نظارت و كنترل
  
  
  
   3-3- مدل MULAR (1982,1998 
   اين مدل شامل راه کار‌هايي به شکل نمودار ها، جدولها و معادلات براي تخمين سريع هزينه تجهيزات اصلي است، كه در صنعت معدنكاري و كانه آرايي از آنها استفاده مي شود. داده ها از منابع مختلف جمع آوري شده است. تخمين هزينه توسط معادلاتي به شکل، a(X)b = هزينه، انجام مي گيرد. X يك پارامتر مناسب و a و b ثابتهاي عددي مي باشند. اين داده‌هاي هزينه‌اي براي اهداف مختلفي بكار مي روند (همانند تخمين مقدماتي هزينه سرمايه‌اي ثابت ماشين آلات كانه آرايي). براي به روز كردن اقلام هزينه، از شاخص مارشال و سوئيفت M&S (كارخانه / معدن) استفاده مي شود [3].اين مدل براي تخمين هزينه معادن روباز، معادن زيرزميني و براي ماشين آلات كانه آرايي بكار برده مي شود.
  
   براي تخمين هزينه سرمايه اي كل كارخانه و معدن، از مدل O'Hara الگو گرفته شده و علاوه بر آن يك بخش خلاصه شده و كوتاه در مورد تخمين درآمد پيشنهاد شده است [3].
  
   در اين مدل در حالت كلي هزينه ها در دو بخش زير مورد بررسي قرار گرفته‌اند:
  
   - هزينه‌هاي معدن: هزينه‌هاي كلي معادن روباز و زيرزميني به صورت هزينه‌هاي سرمايه‌اي ثابت و هزينه‌هاي سرمايه‌اي متغير آورده شده است.
  
   - هزينه‌هاي كارخانه: با ارائه توضيحات بيشتر، جزئيات بيشتري در مقايسه با بخش معدن بررسي شده است. همچون بخش هزينه‌هاي معدن، در بخش كارخانه نيز هزينه‌هاي عملياتي به طور خاص و مشخص برآورد نشده است.
  
   به عنوان نمونه پارامترهاي تابع هزينه براي سنگ شکن فکي در بخش تجهيزات کانه‌آرايي طبق جدول 2 و3 مي‌باشد. aوb ضرائب ثابت و X ميزان دهانه گلوگاه سنگ شکن مي باشد.
  
   1- هزينه‌هاي تجهيزات معدنکاري
  
   2- موارد منظور نشده
  
  
   3-4- مدل CANMET (1986) (مرکز تکنولوژي مواد معدني و انرژي کانادا)
  
   اين مدل ويژه معادن کوچک زيرزميني با توليد زير 500 تن در روز است. تخمين هزينه ها طي چهار مرحله صورت مي گيرد[4]:
  
   مرحله 1- شناخت اساسي طرح مشتمل بر سنجش موقعيت، شرايط محلي، اندازه، شكل و عمق كانسار، شرايط آب، زمين و سنگ. اين اطلاعات به عنوان اطلاعات پايه در مدل لحاظ مي شود.
  
   مرحله 2- با داشتن اطلاعات پايه از مرحله 1، ساير بحث‌هاي كليدي اعم از نرخ توليد، راه دسترسي معدن،
  
  روش معدنكاري، ترتيب استخراج انجام مي شود.
  
   مرحله 3- استفاده كننده اكنون مي تواند تخمين‌هاي هزينه‌هاي سرمايه‌اي و عملياتي را تكميل كند. اين مرحله با استفاده از بخش‌هاي تخمين هزينه‌هاي سرمايه‌اي و عملياتي كه مي آيد، انجام مي شود.
  
   مرحله 4- كل هزينه‌هاي سرمايه‌اي و عملياتي به کمک يك فاكتور هزينه ناحيه‌اي (منطقه‌اي)، تصحيح مي‌گردد.
  
   بعنـوان نمـونه منحني هزينه آمـاده سازي ساختـگاه در شکل 1 آورده شده است. هزينـه تـابع مساحت ساختگاه مـي باشد.
  
   3-5- مدل O’Hara
  
   در سال 1980، O'Hara مقاله‌اي با عنوان «راهنمايي سريع براي ارزيابي كانسار ها» منتشر كرد. او بعد ها يك مجموعه توابع محاسبه هزينه را با توجه به اين مقاله بصورت كامل تر ارائه كرد. در مدل O’Hara تخمين‌هاي هزينه در قالب توابع نمايي آورده شده است[7]. در اين مدل حدود هزينه‌ها با تقريب خوبي نشان داده مي‌شود. پارامتر‌هاي مورد نياز در اين مدل شامل تناژ روزانه و تعداد نيروي انساني و موارد مرتبط با اين دو مورد مي باشند. برآورد به کمک تناژ روزانه از محاسن آن محسوب مي شود که نسبت به تغيير توليد روزانه قابل انعطاف مي‌باشد.
  
   در اين مدل هزينه‌ها بصورت زير دسته‌بندي شده است:
  
   هزينه‌هاي سرمايه‌اي مرتبط با معدن، تجهيزات معدن، خدمات کاواک، سرمايه کارخانه، هزينه‌هاي مربوط به فرآيندهاي مختلف فرآوري کانسنگ، خدمات عمومي کارخانه، بالاسري پروژه معدني و عملياتي روزانه که به عنوان نمونه در بخش هزينه‌هاي فرآوري يکي از هزينه‌ها مربوط به آسيا و سيلو مي‌شود که طبق جدول شماره 4 برآورد مي‌شود.
  
  
  
   3-6- مدل USBM (1987) (دفتر معادن ايالات متحده )
  
   اين مدل تخمين هزينه، براي استفاده كننده‌اي تهيه شده است كه دانش و تجربه در هر دو زمينه معدنكاري و روشهاي تخمين داشته باشد. تخمينها به کمک منحني ها، جداول و فاكتور‌ي انجام شده و مقادير ميانگيني را ارائه مي كنند. تخمين گر بايد قادر باشد تخمين‌هاي انجام گرفته با فاكتور متفاوت را با هم وفق دهد. اگر کاربر قادر به تشخيص اختلافهايي بين تخمين كانسار فرضي و واقعي باشد، با استفاده از شاخص‌ه هزينه مي تواند بجاي مقادير اساسي از مقادير معمولي منحني ها بهره گيرد[5].
  
   روش تخمين واقعي بر منحني ها و معادلاتي كه وابستگي‌هاي ويژه‌اي را نشان مي دهند، بنا نهاده شده است. تخمين گر، هم با منحني‌ها و هم با معادلات تهيه شده مي تواند كار كند. شكل 2 روش تخمين هزينه را براي چالزني و آتشباري مواد روباره بيان مي كند. مقدار X بر روي محور افقي و مقدار Y بر روي محور قائم، به دلار هستند. انديسهاي Y كهE, S, L هستند به ترتيب مولفه هاي دستمزد، لوازم و تجهيزات را براي جزء هزينه نشان مي دهند[1].
  
   شايد مزيت قابل توجه اين مدل تخمين هزينه اين حقيقت است كه با مسئله برآورد هزينه بر اساس يک سيستم كلي رفتار مي كند. جزئيات بيشتري از هزينه در اين مدل بكار رفته و فاكتورهاي متعدد براي نشان دادن ارتباط بيشتر طرحي كه مورد مطالعه است، بکار مي روند[6].
  
  
  
   3-7- مدل WMEI (2002)
  
   اين مدل يکي از جديد ترين مدلها بوده و بعنوان راهنماي برآورد هزينه‌هاي ماشين‌آلات معدن و کارخانه فرآوري توسط شرکت Aventurine وابسته به موسسه Western Mine Engineering Inc. منتشر شده است [13]. اين مدل همه ساله به‌صورت به روز شده‌ ارائه مي‌شود. اين شرکت علاوه بر مدل فوق، نرم‌افزار Sherpa را نيز به کمک مدل فوق ارائه نموده است. اين نرم‌افزار در دو بخش معادن زيرزميني و سطحي به تخمين و ارزيابي پروژه‌هاي معدني مي‌پردازد[12].
  
   نرم افزار Sherpa، نرم افزاري براي تخمين هزينه‌هاي معدنکاري مي‌باشد. اين نرم‌افزار هم براي معادن روباز و هم زير زميني قابل استفاده مي‌باشد. Sherpa بطور اتوماتيک نياز‌هاي تجهيزات، نيروي انساني، مواد و منابع را محاسبه مي‌کند و تمامي هزينه‌ها را براي انجام مطالعات پيش‌امکان‌سنجي معدنکاري تعيين مي‌کند. هزينه‌هايي که تخمين زدن آنها هفته‌ها بطول مي‌انجامد، با استفاده از نرم‌افزار Sherpa در مدت چند دقيقه تخمين زده مي‌شود [8]و[12].
  
   در اين نرم‌افزار تقسيم بندي هزينه در دو قسمت عملياتي و سرمايه‌اي بصورت زير انجام مي‌شود[8]و[9]:
  هزينه‌هاي عملياتي:
  
   1- هزينه‌هاي مربوط به لوازم مصرفي؛ 2- هزينه‌هاي مربوط به پرسنل روز مزد؛ 3- هزينه‌هاي مربوط به دستمزد و کارکنان؛ 4- هزينه‌هاي مربوط به مخارج روزمره ماشين‌آلات؛ 5- ساير هزينه‌ها
  
   هزينه‌هاي سرمايه‌اي:
  
   1- هزينه‌هاي لازم جهت خريداري تجهيزات لازم؛ 2- هزينه‌هاي لازم جهت آماده‌سازي پيش از توليد؛ 3- هزينه‌هاي لازم جهت احداث تسهيلات سطحي؛ 4- هزينه لازم جهت سرمايه در گردش؛ 5- هزينه‌هاي لازم براي مهندسي و مديريتي که براي طراحي و اجراي معدن لازم است.؛ 6- هزينه‌هاي پيش‌بيني‌نشده.
  
  
  
   4- مقايسه مدلهاي برآورد هزينه
  
   مدلهاي برآورد هزينه هاي پيش‌گفته را مي توان از جنبه پارامتر‌ها و اطلاعات مورد نياز، روند محاسبه تفکيک انواع هزينه، نوع نتايج ارائه شده و روزآمد بودن مقايسه نمود. براي ارائه يک مقايسه کمي مدلها، از نتايج يک تحقيق قبلي انجام شده در خصوص چگونگي برآورد هزينه عمليات چالزني استفاده شده، که در اينجا آورده مي‌شود[11].
  
   مدل WMEI ، پارامترهاي ورودي متنوع‌تري نسبت به ديگر مدلها جهت تخمين هزينه مي‌طلبد که مبين برآورد تفصيلي‌تر است. از طرف ديگر اين مدل تنها هزينه‌هاي مربوط به يک دستگاه چالزني را ارائه مي‌کند در صورتيکه اغلب مدلها ظرفيت توليد (تناژ) را لحاظ نموده و مستقيما هزينه‌هاي کل پروژه را بدست مي‌دهند. شايان ذکر است که در اين مدل، هزيه دستمزد فقط منحصر به دستمزد تعمير و نگهداري بوده و دستمزد پرسنل توليدي را در بر نمي‌گيرد. مدل O’Hara، نوع دستگاه چالزني را در برآورد هزينه در نظر نگرفته ولي قابليت چالخوري سنگ لحاظ شده است. در مدل مولار کمتر به پارامتر قطر چال توجه شده و ساير مشخصات دستگاه بررسي مي‌شود. برآورد هزينه عملياتي در مدلUSBM حالت تفصيلي داشته و اقلام هزينه دستمزد، مواد مصرفي و لوازم را به تفکيک بيان مي‌کند. مدلهاي USBM و O’Hara هزينه عملياتي را بطور روزانه اما مدل WMEI هزينه را بر حسب ساعت ارائه مي‌کند. مدل مولار نيز همانند WMEI هزينه را به ازاء يک ماشين گزارش مي‌دهد. مدلهاي AusIMM و مولار تنها هزينه سرمايه‌اي و مدل USBM تنها هزينه عملياتي را برآورد کرده، ولي ساير مدلها، برآورد هر دو نوع هزينه را در بر مي گيرند. مدل استرالياييAusIMM علاوه بر کمک به برآورد هزينه، راهنمايي براي تعيين نوع و تعداد دستگاه چالزني نيز ارئه مي‌کند. مدل WMEI بطور روزآمد منتشر شده و از همه جديدتر بوده، در صورتيکه ساير مدلها قدمت بيشتري داشته و براي به روز کردن آنها مي‌بايست از شاخص‌هاي هزينه استفاده کرد که موجب خطاي تخمين مي‌شود.
  
   با هدف مقايسه کمي روشهاي برآورد هزينه پيش‌گفته، از داده‌هاي يک معدن فرضي روباز استفاده نموده و نتايج مربوطه محاسبه گرديد

 

نتيجه گيري:
  بررسي‌هاي برآورد هزينه استخراج و فرآوري در پروژه‌هاي معدني از جمله بخش‌هاي مهم مطالعات امکان سنجي محسوب مي شود. در مرحله مطالعات پيش امکان سنجي، به منظور تخمين هزينه ها از مدلهاي اقتصاد‌سنجي مربوطه استفاده مي شود. عدم شناخت کافي از رفتار مدلها و مشکلات مربوط به امکان پذيري انطباق آنها با شرايطي متفاوت با شرايط کشورهاي ارائه دهنده مدلها باعث شده که کمتر در مطالعات فني و اقتصادي پروژه‌هاي معدني کشور به کار گرفته شوند. بررسي گستره مدلها و مقايسه کمي و کيفي آنها مي تواند شرايط را براي بکارگيري آنها در کشور هموار کرده و ضمنا امکان تطبيق آنها را از طريق پژوهشهاي آتي در تعيين مجموعه‌اي از ضرائب تصحيح و تطبيق فراهم نمايد. همچنين نتايج اين تحقيق زمينه را براي تهيه نرم افزار‌هاي برآورد هزينه مساعد مي نمايد.
  
   به منظور تسهيل در تخمين هزينه‌هاي پروژه‌هاي معدني، چندين مدل اقتصادسنجي تاکنون توسعه يافته و ارائه شده اند. کاربري اين مدلها بسته به نوع و شرايط پروژه، داده‌هاي قابل دسترس متفاوت بوده و نتايج کم و بيش متنوعي بدست مي دهد.
  
   مدل Gentry&Neil روشهاي گوناگوني براي تخمين ارائه مي‌کند. مدل CANMET خاص ارزيابي معادن کوچک زيرزميني است. مدل Mular توجه بيشتري به تخمين هزينه‌هاي سرمايه‌اي کاخانه فرآوري دارد. مدل USBM حالت تفصيلي‌تر داشته و کار با آن تا حدي مشکل و حوصله‌بر است ولي تخمين مطلوبي ارائه مي‌کند. مدل WMEI و نرم‌افزار Sherpa نياز به داده‌هاي متنوع تر نسبت به ساير مدلها دارد و روزآمد‌ترين مدل تلقي مي‌شود و مطلوبترين پاسخ را بدست مي‌دهد

به كانيهائي كه داراي بافت اليافي هستند ، اصطلاحا آسبست مي گويند . آسبستها به دو گروه تقسيم مي شوند

1- خانواده سرپانتينها :كه كاني مهم اين گروه كريزوتيل است .

2-خانواده آمفيبولها كه داراي پنج كاني : آنتوفيليت كروسيدروليت اكتينوليت و اموسيت و ترموليت مي باشد.

 

موارد مصرف :آسبستها را بر اساس طول الياف ، انعطاف پذيري و رنگ به درجات مختلف تقسيم مي كنند 65 تا 70  درصد آسبستها در ساخت انواع محصولات آسبست سيماني به مصرف مي رسد .

كريزوتيل به راحتي به الياف بسيار ظريف ابريشمي قابل جدايش است . بيش از 95 درصد مصرف آسبستها به كريزوتيل اختصاص دارد . از كريزوتيل هاي طويل و مرغوب جهت بافت لباسهاي نسوز ، نمدها و ديگر محصولات نسوز استفاده مي شود .ارزش اقتصادي كريزوتيل به طول الياف آن بستگي دارد . آنتوفيليت ، اكتينوليت و ترموليت بعلت انعطاف ناپذيري و خاصيت شكنندگي مصارف محدود دارند.

آموسيت داراي الياف طويل و مقاوم در مقابل واكنش هاي شيميائي است بهمين دليل در ساخت ظروف شيميائي كاربرد دارد . همچنين در پوششهاي سبك حرارتي ، پوشش لوله ها ، بلوكهاي منيزيتي و سيمان نيز استفاده مي شود .

الياف كروسيدوليت بخوبي آموسيت نيست اما بدليل مقاومت در برابر واكنش هاي شيميائي از آن در ساخت ظروف استفاده مي شود همچنين در بافت پارچه هاي نسوز كاربرد دارد.

مهمترين محصولات اسبستي عبارتند از:

محصولات آسبست سيماني شامل لوله هاي اسبست سيماني ، ناوداني و صفحات ايرانيت

جامه هاي نسوز

كاغذهاي اسبستي كه بعنوان پوشش لوله ها و عايق هاي الكتريكي استفاده مي شود .

مواد مالشي و حرارتي :صفحه كلاج ، لنت ترمز انواع واشر

پركننده در آسفالت ، رنگ ، كاشي و پلاستيك

پرليت نوعي سنگ آتشفشاني با تركيب اسيدي تا حدواسط است كه در محيط آب و يا مرطوب تشكيل مي شود . پرليت داراي بافت شيشه اي است و به سبب همراه داشتن آب ، اشكال كروي در آن ايجاد شده است . ميزلن اب همراه با پرليت در حدود 2 تا 5 درصد است . بعضي از دانشمندان معتقدند پرليت از هيدراسيون ابسدين حاصل گرديده است و آب موجود در آن بصورت مولكولي و هيدروكسيل است .نسبت مقدار اين دو نوع آب در پرليت به فراواني اكسيد كلسيم و منيزيم بستگي دارد . پرليت ها ناپايدارند و با گذشت زمان شروع به تبلور مي كنند و سپس خاصيت اصلي خود را از دست مي دهند . بيشتر پرليت هاي مرغوب به دوران سوم و چهارم زمين شناسي تعلق دارند . چنانچه پرليت آلتره شود ، به مونتموريلونيت ، اوپال و كلسدوني تبديل مي شود.

موارد مصرف:مصارف مهم پرليت منبسط شده عبارت است از : تهيه بتون سبك وزن ، پركننده ، عايق صوتي و حرارتي ، كشاورزي و بعنوان صافي و ساينده است . پرليت را مي توان به نسبتهاي مختلف با سيمان مخلوط كرد و از آن قطعه هاي سبك وزن تهيه كرد . ملات پرليت از ملات از ملات سيمان سبكتر ، هدايت گرمائي آن كم و جذب صداي آن بيشتر است . در رنگ سازي ،‌پلاستيك ، لاستيك و عايق بندي فضاي خالي ديوارهاي دوجداره نيز به كار مي رود . صفحات پرليتي را به كمك پرليت و يك ماده چسباننده نظير گچ مي توان تهيه نمود . اين صفحات وزن كم دارند و بعنوان عايقهاي خوب حرارتي و صوتي به كار مي روند . صفحات جذب صدا، از مخلوط پرليت و آسبست پرس شده تهيه مي گردند.

عايق حرارتي :مخلوط پرليت ، آسبست و يك ماده چسباننده نظير گچ بصورت عايق حرارتي بسيار خوبي به مصرف مي رسد كه از آن به منظور عايق بندي مخازن و لوله ها تا دماي 1000 درجه سانتي گراد استفاده مي شود.

  مصارف باغباني : اضافه كردن پرليت به خاك مزاياي مهمي دارد از جمله : ميزان جذب و نگهداري اب آن زياد است كه اين موضوع سبب مي گردد تا از تبخير آب جلوگيري شود و آب به مدت طولاني در خاك باقي بماند . مرطوب بودن خاك باعث مي شود تا نياز خاك به آب كمتر باشد و بدين ترتيب از شسته شدن مواد غذائي خاك جلوگيري مي كند.

وجود خلل و فرج در پرليت همراه با خاك ، تبادل هوا و خاك را فزوني مي بخشد و ريشه گياهان به راحتي در خاك رشد مي كند.

تهيه سيمان پوزولان و بتون

ماده اوليه مناسب براي تهيه انواع زئوليتها با استفاده از محلولهاي گرمابي

ساينده ها : به دليل داشتن سختي بالا 6-5

متالوژي : پرليت خام اگر بصورت يك لايه روي مواد مذاب قرار گيرد مانع اكسيده شدن ماده مذاب ، كاهش افت دما و جمع آوري سرباره مي شود .بنابراين آن را بصورت لايه نازك روي آسفالت مي ريزند تا باعث محافظت آن قبل ار استفاده شود.

سراميك: براي تهيه عناصر سيليس ، آلكالي و آلومينيوم مورد نياز براي سراميكها مي توان آن را جايگزين كوارتز و فلدسپات كرد.

آلونيت به فرمول شيميائي KAl (SO­₄)₂ (OH)₆   سولفات پتاسيم و الومينيوم آبدار است .آلونيت به صورت رگه اي و به حالت جانشيني در سنگهاي آذرين اسيدي بويژه در توفهاي اسيدي يافت مي شود . هرگاه سنگهاي غني از آلومينيوم ، تحت تاثير محلول هاي غني از سولفات آلتره شوند ،آلونيت بوجود خواهد آمد . در كانسارهاي گرمابي كه آلتراسيون آلونيت تشكيل گرديده ، زون بندي منظمي مشاهده مي شود ؛ بطوري كه زون سيليسي در بالاي زون آلونيت و در زير آن ، زون هاي آرژيليك و سريسيتيك قرار مي گيرند.

موارد مصرف : پيش از اين از آلونيت براي تهيه سولفاتهاي آلومين و سولفات پتاسيم استفاده مي شده است .سولفات آلومين در صنايع كاغذ سازي و پارچه بافي و سولفات پتاسيم در تهيه كودهاي شيميائي مصرف مي شود .در حال حاضر از آلونيت در تهيه آلومينيوم و نيز سولفات پتاسيم و اسيد سولفوريك استفاده مي شود.

ورميكوليت نام عمومی گروهی از سيليكاتهای آلومينيوم فرومنيزيم دار بوده كه از نظر شيميائی مشابه اسمكتيت های تری اكتائدر و از نظر ساختمان مشابه تالك ميباشد.ورميكوليت ها از نظر بار الكتريكی و خاصيت تورم پذيری در حد واسط ميكاها و اسمكتيت ها قراردارند. ورميكوليت تحت تاثير شوك حرارتی (حدود 800 درجه سانتی گراد) حدود 20 تا 40 برابر حجم اوليه افزيش حجم يافته و ورقه ورقه ميشود و تا نزديكی نقطه ذوب يعنی 1350 درجه سانتيگراد خاصيت نسوزندگی بسيارخوبی از خود نشان ميدهد.ماده معدنی ورميكوليت بعد از استخراج از معدن واقع در منطقه كليبر به كارخانه فراوری جهت پرعيارسازی ،انبساط و دانه بندی واقع در نزديكی معدن حمل ميشود.مشخصات فيزيكی و شيميائی ورميكوليت خام و فراوری شده درجداول زير ارائه گرديده است:

 

تركيب شيميائی ورميكوليت خام

.:: مقادير عددی برحسب درصد است.

 

مشخصات فيزيكی ورميكوليت خام و منبسط

كاربرد ورميكوليت منبسط بدليل سه خصوصيت مهم آن يعنی جرم حجمی پائين تر ، عيق بودن آن در مقابل حرارت و صدا و قابليت تعويض كاتيونی بالا ميباشد. از اين رو عمدتا" در توليد مصالح ساختمانی ، صنايع عايق كاری و در تهيه كودها و سموم و كشاورزی مورد استفاده قرار ميگيرد. توليد جهانی ورميكوليت منبسط در سال 1995 ميلادی معادل 606 هزار تن بوده است. ايالات متحده آمريكا و افريقای جنوبی بزرگترين توليد كننده ورميكوليت منبسط هستند. همچنين در ايران هيچ واحد توليدی ورميكوليت منبسط وجود نداشته و كليه نياز كشور به اين ماده ، از خارج تهيه ميگردد.

 

 

دياتوميت سنگی رسوبی و متخلخل با رنگ روشن بوده و حاصل تجمع پوسته سيليسی دياتومه هاست. تركيب شيميايی اين سنگ مشابه اپال(Sio2nH2o ) همراه با ناخالصی هايی از قبيلFe و Al می باشد.

  مشخصات دياتوميت خام:

الف ) تجزيه شيميايی:

 

SiO2 %	MgO %	Al203 %	H20 %
73 - 81	0.2 - 1.3	3.4 - 5.5	8 - 13

ب ) مشخصات فيزيكی:

سفيد رنگ، نرم، قابليت پودر آسان ـ وزن مخصوص متغير بين7/0 تا 15/1

ج ) موارد استفاده:

دياتوميت امروزه بر اساس خصوصيات فيزيكی (شكل ظاهری دياتومه ها تخلل و غيره) خود، موارد استفاده متعددی در صنعت يافته است. از جمله ميتوان به كمك فيلتر (Filter Aid ) در صنايع غذايی و شيميايی، پر كننده (Filler) در صنايع رنگ، داروسازی و غيره، جاذب آب و كاتاليزور در صنايع شيميايی، ساينده ملايم در صنايع فلزی و عايق حرارتی در صنايع مختلف اشاره كرد.

طبق پيگيريهاي به عمل آمده به دليل كيفيت پايين محصولات توليدي و دست نيافتن به استانداردهاي لازم، فرآوري دياتوميت در ايران با شكست روبرو بوده است.

دياتوميت در ايران

ميزان توليد دياتوميت و روند آن در ايران
توليد دياتوميت در ايران در اين دوره (1369-1379) از 2152 تن در سال 1369 به 4250 تن در سال 1378 افزايش يافته وليکن در سال 1379 اين مقدار کاهش يافته و به 2000 تن در سال رسيده است (جدول40 ).
همان گونه كه مشاهده مي شود، توليد در ايران روند خاصي را نشان نمي دهد و امكان اينكه بتوان مقدار توليد را در سالهاي آينده پيش بيني كرد عملاً ممكن نيست. از توليد كنندگان عمده دياتوميت در ايران مي توان به شركت منطقه اي معادن آذربايجان اشاره كرد كه عمليات استخراج از معدن كامل آباد را بر عهده دارد. 

توليد دياتوميت در ايران در اين دوره ( 1997-2003) از 0 در سال 1997 به 5200 تن در سال 2000 و 9500 تن در سال 2003 افزايش يافته است (جدول41 ).
ايران در سال 2000 تا 2002 از نظر ميزان توليد دياتوميت هيچ مقامي را در جهان کسب ننموده است وليکن در سال 2003 مقام 14 جهان (93/0% توليد جهان) را به خود اختصاص داده است.

مهمترين كشورهاي توليدكننده آنتيموان چين ، بوليوي و آفريقاي جنوبي هستند . مهمترين كاني آنتيموان استيبنيت است كه بعنوان محصول جانبي از كاني تتراهدريت و جامسونيت بدست مي آيد .

 

كاربرد: مهمترين مصارف آنتيموان شامل : استفاده از آلياژ آنتيموان و سرب در باتري سازي ، لوله هاي سربي و ورقه هاي مخصوص پشت بام ، لحيم كاري و لوازم مخابراتي همچنين در آتشبازي و مهمات سازي نيز از آن استفاده مي شود .از اكسيدهاي آنتيموان در پلاستيك سازي استفاده مي شود.

Ministry of housing and urban development (وزارت مسكن و شهرسازي) Iran Construction Information Center مركز اطلاعات ساختمان و مسكن پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله مركز مطالعاتي و تحقيقاتي شهرسازي و معماري شوراي عالي شهرسازي

در این قسمت به معرفی یکی از ماشین های حفر تونل که تونل را به صورت تمام مقطع حفر می کند
می پردازم.
این ماشین هاتمام مقطعهای دایره ای را یک جا حفر می کنند و معمولا آنها را به نام ماشین های تونل حفر کن می نامند و با علامت اختصاری t.b.m که حروف اول نام انگلیسی دستگاه است از آنها نام می برند .
تکامل و گسترش این دستگاه ها سبب شده است که آهنگ پیشروی تونل ها در حد قابل توجهی افزایش یابد.
امروزه در سنگ های نسبتا سخت نیز برای حفر تونل از این ماشین ها استفاده می کنند.
بعد از سال ها تلا ش و ساخت انواعی از این نوع ماشین ها کوشش های بعدی به منظور ساخت ماشین های تمام مقطعی بود که شرایط سخت زمبن شناختی قادر به حفر تونل باشد که آهنگ پیشرفت و تکامل در این زمینه در مقایسه با پیشرفت های اولیه این ماشین ها محدود تر است.در واقع شروع این تحقیقات کوشش های رابینز در سال 1957 میلادی برای ساخت ماشین هایی بود که بتواند در سنگ های خیلی سخت نیز با راندمان معقول تونل حفر کند.
در آن زمان به تدریج این دستگاه ها سنگینتر و محکم تر شد ند و توان آنها نیز افزایش یافت اما پیشرفت آنها در زمینه حفر سنگ های محکم کند است.به عنوان مثال عملکرد نوعی از این دستگاه ها که مجهز به هر دو سیستم برش ناخنی و دسکی بود برای حفر در سنگهای آهکی سیلیتی که در بین آنها لایه هایی با مقاومت
140mpa وجود داشت راضی کننده نبود. سر انجام ناخن ها به طور کلی حذف شد و حفر تونل تنها با استفاده
از دیسک های حفار ادامه یافت.
تقسیم بندی ماشین های t.b.m) tunnel boring machine ) به صورت زیر است :
1. open t.b.m
2. single t.b.m
3. d.s t.b.m
قسمت های اصلی این نوع ماشین ها به شرح زیر است:
1. بد نه 2.صفحه حفار 3.ابزار برش 4.چنگ زنها
5.جک های رانش صفحه حفار

نحوه تخلیه مواد حفر شده توسط ماشین :
مواد حفر شده به وسیله سیستم ویزه ای که معمولا مرکب از سطل های تعبیه شده پیرامون صفحه حفار است از جلوی جبحه کار جمع آوری شده و به داخل نوار نقاله ای که از داخل دستگاه می گذرد به پشت ماشین هدایت می شود گرچه معمولا محدودیتی برای ابعاد مواد حفر شده و انتقال آنها وجود ندارد اما اگر ابعاد حفر شده خیلی زیاد باشد ممکن است گیر کنند وعمل اتقال را متوقف سازند.
از طرفی مواد خیلی نرم نیز علاوه بر مشکل تهویه ممکن است مخلوتی را تولید کنند که به شدت ساینده باشند. در بعضی از این نوع ماشین ها در مجاورت صفحه حفار پرده هائی تعبیه می شود که گرد و غبار را می گیرند این ذرات در اثر اسپری آب جدا می شوند.
قیمت این ماشین ها :
قیمت tbm گران است و بیشتر به نوع سفارش داده شده به کارخانه سازنده و نوع سنگ های حفر شونده بستگی دارد . ولی در کل قیمت آنها را می توان در حدود 7 یا 8 میلیارد تومان در نظر گرفت باید دوباره بگویم که حدود قیمت این است و بسته به شرایط قیمت آنها ممکن است کمتر یا بیشتر باشد.
از مهم ترین سازند گان این نوع ماشین ها می توان از شرکت ویرث نام برد.

 

مکانیک سیالات یا شاره‌ها دانشی است که به بررسی شاره‌های ساکن و متحرک و برهمکنش میان آنها و اجسام ساکن یا متحرک واقع در داخل یا پیرامون آنها می‌‌پردازد.

مقدمه

با توجه به این که استاتیک و تحرک شاره‌ها در طبیعت ، صنعت و زندگی روزمره انسان کاربرد فراوان دارد، لذا دانشمندان آزمایشهای گسترده و اغلب مبتکرانه را در این زمینه ترتیب می‌‌دهند. این آزمایشها بیشتر کاربرد صنعتی دارند و همین امر سبب ایجاد علمی ‌به نام مکانیک سیالات شده است. لازم به ذکر است که مکانیک سیالات محاسباتی ، در صنایع هوایی و ساخت سفینه‌های فضایی کاربرد دارد، به همین دلیل نیاز به تحقیقات و پژوهشهای علمی ‌و عملی در مکانیک سیالات وجود دارد.

تاریخچه

تا اوایل قرن بیستم مطالعه سیالات را اساسا دو گروه هیدرولیک‌دانان و ریاضیدانان، انجام می‌‌دادند. هیدرولیک‌دانان به صورت تجربی کار می‌‌کردند، در حالی که ریاضیدانان توجه خود را بر روشهای تحلیلی متمرکز کرده بودند. آزمایشهای وسیع و اغلب مبتکرانه گروه اول اطلاعات زیاد و ارزشمندی را در اختیار مهندس کاربردی آن روز قرار می‌‌داد. البته به علت عدم تعمیم یک نظریه کارآمد این نتایج دارای ارزش محدودی بودند. ریاضیدانان نیز با غفلت از اطلاعات تجربی مفروضات آن چنان ساده‌ای را در نظر می‌‌گرفتند که نتایج آنها گاه بطور کامل با واقعیت مغایرت داشت.

محققان برجسته‌ای مانند رینولدز ، فرود ، پرانتل و فن کارمان پی بردند که مطالعه سیالات باید آمیزه‌ای از نظریه و آزمایش باشد. این مطالعات سرآغازی برای رسیدن علم مکانیک سیالات به مرحله کنونی آن بوده است. تسهیلات جدید پژوهش و آزمون که ریاضیدانان و فیزیکدانان ، مهندسان و تکنیسین‌های ماهر در کار جمعی از آن استفاده می‌‌کنند، هر دو دیدگاه را به هم نزدیک می‌‌کند.

سیالات

سیال را ماده‌ای تعریف می‌کنند که وقتی تنش برشی هر چند کوچکی وجود داشته باشد، شکل آن بطور پیوسته تغییر کند. جسم جامد وقتی تحت تاثیر تنش برشی قرار بگیرد، تغییر مکان معینی می‌‌دهد، یا کاملا می‌‌شکند. مثلا قطعه جامد وقتی تحت تاثیر تنش برشی τ قرار بگیرد، تغییر شکلی می‌‌دهد که آن را با زاویه Δα مشخص کرده‌ایم. اگر به جای آن یک ذره سیال قرار داشت، Δα ثابتی وجود نداشت، حتی اگر تنش بینهایت کوچک می‌‌بود. در عوض تا وقتی که تنش برشی τ اعمال شود، یک تعییر شکل پیوسته ادامه دارد.

در موادی مانند پارافین که گاهی آنها را پلاستیک می‌‌نامیم، هر دو نوع تغییر شکل برشی را می‌‌توان یافت که اگر به مقدار معینی کمتر باشد، تغییر مکانهایی مشابه تغییر مکان جسم جامد بوجود می‌‌آید و اگر مقدار تنش برشی بیش از این مقدار باشد، به تغییر شکل پیوسته‌ای مشابه تغییر شکل سیال می‌‌انجامد. مقدار این تنش برشی حد فاصل ، به نوع و حالت ماده بستگی دارد.

استاتیک سیالات

اگر تمام ذرات یک سیال یا بی حرکت باشند، یا نسبت به یک دستگاه مختصات لخت بطور همسان سرعت ثابت داشته باشند، آن سیال را استاتیک در نظر می‌‌گیرند. در سیال ساکن یا سیال در حال حرکت یکنواخت ، از آنجا که سیال نمی‌‌تواند بدون حرکت در برابر تنش برشی مقاومت کند، سیال ساکن لزوما باید بطور کامل از تنش برشی فارغ باشد. سیالی که حرکت یکنواخت دارد، یعنی جریانی که در آن سرعت تمام اجزا یکسان است، نیز فارغ از تنش برشی است، زیرا تغییرات سرعت در تمام جهتها در جریان یکنواخت باید صفر باشد.

جریان با سطح آزاد

جریان با سطح آزاد معمولا به جریانی از مایع گفته می‌‌شود که در آن قسمتی از مرز جریان که سطح آزاد نامیده می‌‌شود، فقط تحت تاثیر شرایط معینی از فشار قرار داشته باشد. حرکت آب در اقیانوسها ، در رودخانه‌ها و همچنین جریان مایعات در لوله‌های نیمه پر ، جریانهایی با سطح آزاد به شمار می‌‌آیند که در آنها فشار جو روی سطح مرز اعمال می‌‌شود. در تحلیل جریان با سطح آزاد ، وضعیت هندسی سطح آزاد از قبل معلوم نیست.

تعیین شکل هندسی مربوطه یک قسمت از جواب است، یعنی با یک شرط مرزی بسیار دشوار مواجهیم. به همین دلیل تحلیلهایی کلی بسیار پیچیده هستند و خارج حوزه این مقاله قرار می‌‌گیرند. اگرچه قسمت اعظم مبحثی که باید بررسی شود، در آغاز فقط برای متخصصان هیدرولیک و مهندسان ساختمان جالب به نظر می‌‌رسد، ولی بعدا خواهید دید که امواج آب و پرش هیدرولیکی ، به ترتیب با موج فشاری و موج شوکی که در جریان تراکم پذیر بررسی می‌‌شوند، قابل قیاس‌اند.

مکانیک سیالات محاسباتی

با ورود کامپیوتر به صحنه ، روش سومی ‌به نام مکانیک سیالات محاسباتی پدید آ‌مده است. وقتی با استفاده از کامپیوتر پارامترهای مختلف مورد نظر را که در برنامه هستند، به اختیار تغییر می‌‌دهیم، با شبیه سازی عددی دینامیک سیالات سر و کار پیدا می‌‌کنیم. به کمک این شیوه پدیده‌های جدید کشف شده‌اند، قبل از آن که به کمک آزمایش و در عمل یافت شده باشند. به این ترتیب می‌‌توان مکانیک سیالات محاسباتی را به عنوان رشته علمی ‌جداگانه‌ای تلقی کرد که مکمل دینامیک سیالات نظری و آزمایشی به شمار می‌‌آید.

صنایع بطور روزمره از کامپیوتر بهره می‌‌گیرند تا از آن برای حل کردن مسائلی مربوط به جریان سیال که برای طراحی وسیله‌هایی چون پمپها ،‍ کمپرسورها و موتورها مورد نیازند، کمک بگیرند. مهندسان هواپیما جریان سه بعدی پیرامون کل هواپیما را در کامپیوتر شبیه سازی می‌‌کنند تا مشخصه‌های پرواز را پیش بینی کنند. در حقیقت قسمت قابل توجهی از بودجه طرح و توسعه غالبا به بررسیهای مبحث دینامیک سیالات محاسباتی اختصاص داده می‌‌شود.

آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح زمین ، درزه‌ها و فضاهای حفره‌ای را در صخره‌ها و رسوبات پر می‌کند. اکثر آبهای زیرزمینی بطور طبیعی خالص هستند. اکثر اوقات ، آبهای زیرزمینی سالها حتی قرنها قبل از مصرف دست نخورده باقی می‌مانند. بیش از 90% آب آشامیدنی کل جهان از آب زیرزمینی است.

وضعیت آب در کره زمین

مردم ما هر روز 1700 میلیارد لیتر آب مصرف می کنند. 97% آبهای کره زمین درون اقیانوسها است و 2% آن یخ زده است. ما آب مورد نیاز خود را از 1% باقیمانده تهیه می‌کنیم که از یکی از دو منبع زیر بدست می آید: سطح زمین (رودخانه‌ها ، دریاچه‌ها و نهرها) و یا از آبهای زیرزمینی. امروز حدود 117 میلیون نفر ، یعنی بیش از نیمی از جمعیت آمریکا متکی به آبهای زیرزمینی به عنوان منبع آب آشامیدنی هستند. جای تعجب نیست که کشف آلودگی آبهای زیرزمینی در تمام دنیا موجب بروز نگرانیهای شدیدی شده است.

سفره آب زیرزمینی

سفره آب به لایه یا منطقه قابل نفوذی در زیر سطح زمین گفته می‌شود که آب در آن می‌تواند جریان یابد. سفره آب همچنین باید قابلیت آبدهی خوبی داشته‌باشد. سطح فوقانی سفره آب ، یا سطح ایستایی همواره افقی نیست و به‌طور طبیعی از منطقه تغذیه آن ، یعنی محل و منطقه‌ای که آب زیرزمینی را تامین می‌کند، به طرف محل تخلیه دارای شیب است. بطور کلی شکل سطح استیابی غالبا از شکل سطح زمین پیروی می‌کند. ولی برآمدگیهای آن هموارتر است. بنابراین ایستایی در نواحی پست در نزدیک سطح زمین و در تپه‌ها و کوه‌ها در عمق زیادتر قرار دارد.

بطور معمول در مناطق پرباران و در دشتها سطح ایستایی بالا و در مناطق خشک و کوهستانی پایین است. در مناطق مرطوب سطح ایستایی ممکن است تا نزدیک سطح زمین بالا بیاید. در گودیهای چنین نقاطی ، ممکن است «آبگیر» و در صورت وجود پوشش گیاهی ، «باتلاق» بوجود آید. تغییرات ارتفاع سطح ایستایی را بر حسب زمان به صورت نمودارهایی به نام هیدروگراف نشان می‌دهند.

سفره‌های دارای بازدهی قابل توجه اغلب در رسوبات ناپیوسته شنی و ماسه‌ای تشکیل می‌شوند. آبرفتها ، یعنی رسوباتی که توسط رودها در دره‌ها و دشتها برجای گذارده می‌شوند، معمولا سفره‌های آب زیرزمینی خوبی تشکیل می‌دهند. رسوبات رسی گرچه از تخلخل زیادی برخوردارند، ولی چون قابلیت نفوذ کمی دارند، با وجود حجم آب زیادی که ممکن است در خود ذخیره کرده‌باشند، سفره آب زیرزمینی تشکیل نمی‌دهند و به عنوان مواد غیر قابل نفوذ در نظر گرفته می‌شوند. در سنگهای متراکم نیز آب معمولا در نمونه‌هایی ایجاد می‌شود که از تخلخل ثانوی قابل توجه برخوردار باشند. در این میان بهترین سفره آبها معمولا در سنگهای آهکی درز و شکافدار ایجاد می‌شود.

تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمینی

سفره‌های آزاد

در سفره‌های آزاد سطح ایستایی ، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار در سطح ایستایی سفره‌های آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ایستایی بسته به‌مقدار تغذیه یا تخلیه آن ، آزادانه نوسان می‌کند، زیرا لایه غیر قابل نفوذی در بالای ان قرار ندارد. حالت خاصی از سفره‌های آزاد «سفره‌های معلق» هستند. این سفره‌ها معمولا در داخل منطقه تهویه یا منطقه اشباع نشده خاک و در روی لایه‌های نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیل می‌شوند. از این سفره‌های مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت می‌توان بدست آورد.

سفره‌های تحت فشار

سفره‌های تحت فشار یا محصور یا آرتزین در محلی تشکیل می‌شود که آب زیرزمینی بوسیله لایه‌ای نسبتا نفوذناپذیر از بالا محدود شود و در نتیجه تحت فشاری بیش از اتمسفر است. علت آنکه در سفره‌های تحت فشار آب از محل خود بالاتر می‌آید آن است که محل تغذیه سفره ، یعنی منطقه‌ای که از طریق آن آب سفره تامین می‌شود، در ارتفاعی بالاتر از سطح فوقانی منطقه اشباع در محل حفر چاه قرار دارد.

در سفره‌های تحت فشار به‌جای سطح ایستایی سطح پیرومتریک را در نظر می‌گیرند و آن عبارت از سطحی فرضی است که در هر منطقه با ارتفاع فشار هیدروستاتیک آب در سفره تحت فشار مطابقت دارد. به زبان ساده‌تر منظور سطحی است که اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنیم ارتفاع صعود یا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان می‌دهد.

مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی

به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی ، سهل‌انگاری های زیادی صورت گرفته است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفره‌های آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها ، از محل‌های دفن زباله یا سیستم های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده‌اند، به داخل آن تراوش می‌‌کنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی ، آلوده می‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین ، آبهای زیرزمینی را آلوده می‌کنند.

آشنایی

تاریخچه حفر گمانه بسیار قدیمی است و پیشینیان برای جستجوی آب در دشتها و دره‌ها به حفر گمانه می‌پرداخته‌اند و چون تلمبه اختراع نشده بود، در اغلب موارد آب از چاه (گمانه) به صورت آرتزین خارج شده و یا چهارپایان کار آبکشی را انجام می‌دادند. تا آنجا که تاریخ نشان می‌دهد قدیمیترین گمانه‌ها در چین حفر شده و سیستم حفاری ضربه‌ای که امروزه در حفر گمانه مورد استفاده قرار می‌گیرد، همان طریقه قدیمی است که در چین متداول بوده است. برای حفر گمانه به اعماق مختلف ، اقطار و در سنگهای گوناگون ، وسایل و تجهیزات و ماشین آلات حفاری در انواع و استانداردهای مختف با تکنولوژیهای گوناگون متداول است.

انواع روشها و تکنیکهای حفاری

 

حفاری شوئیدنی (Wash boring)

 

این حفاری برای بدست آوردن نمونه‌های خاک ، حفاری اکتشافی برای بررسیهای اولیه ، حفر گمانه برای برخی آزمونهای برجا از جمله آزمایش SPT بکار می‌رود.

• روش حفاری :
  بالا و پایین رفتن سر مته باعث سست شدن مواد زیر لوله تزریق آب می‌شود. آب با فشار زیاد از سوراخ سر مته خارج و خرده‌ها را به خارج هدایت می‌کند.
  
  
• مزایا :
  نیاز به کارگری با مهارت کم دارد. در همه نقاطی که برای وسایل سبک قابل دسترس باشند، قابل اجرا است.
  
  
• محدودیتها :
  اجرای عملیات ، مخصوصا در عمق بیش از 10 متر کند است. نفوذ در خاک مقاوم مشکل و در سنگ غیر ممکن است. خارج کردن گراول از لوله جدار مشکل است و منجر به کاهش کیفیت نمونه‌ها می‌شود. گرفتن نمونه دست نخورده مشکل است.

مته دورانی (Ratary drill)

این روش هم نمونه‌های خاک و سنگ را بدست می‌دهد و هم نمونه‌هایی برای انواع آزمایشهای برجا ایجاد می‌کند. این روش در حفر گمانه‌های غیر قائم برای زهکشی افقی یا ایجاد مهار کاربرد دارد.

• روش حفاری :
  پیشروی توسط سر مته برنده که در انتهای لوله حفاری قرار دارد و تحت فشار هیدرولیکی است، انجام می‌شود. دیواره چاه را معمولا گل نگاه می‌دارد.
  
  
• مزایا :
  روشی نسبتا سریع است و می‌تواند در همه نوع مواد نفوذ کند. برای همه نوع نمونه گیری مناسب است.
  
  
• محدودیتها : جابجا کردن وسایل در زمینهای ناهموار و باتلاقی مشکل است و محتاج راه مناسب است. همچنین محتاج سکوی تسطیح شده است. کارآیی حفاری با توجه به اندازه دستگاه متغیر است.

اوگر مارپیچی ممتد

این دستگاه سوراخهایی به قطر کوچک تا متوسط حفر می‌کند و بطور پیوسته نمونه‌های دست خورده می‌گیرد. معمولا در خاکهای دارای چسبندگی ، که چاه بدون لوله جدار ریزش نمی کند، انجام می‌شود.

• روش حفاری :
  حفاری با چرخاندن رشته ممتد اوگرمارپیچی صورت می‌گیرد.
  
  
• مزایا :
  روش سریع در خاکهای مقاوم و سنگ نرم است. پس از خروج اوگر ، اگر چاه باز باقی بماند، امکان نمونه گیری SPT وجود دارد.
  
  
• محدودیتها : پس از خروج اوگر در مواد با چسبندگی کم یا دانه‌ای و یا بدون چسبندگی ، چاه ریزش می‌کند و لذا عمق حفاری تا نزدیکی سیستم ایستابی محدود می‌شود. روشهای نمونه گیری محدود و نمونه‌های بدست آمده دست خورده‌اند.

اوگر میان تهی

این دستگاه سوراخهایی با قطر کم تا متوسط برای نمونه گیری از خاک حفر می‌کند.

• روش حفاری :
  روش حفاری مشابه حالت قبل است با این تفاوت که ساقه مجوف به داخل زمین پیچانده می‌شود تا نقش یک لوله جدا را بازی کند.
  
  
• مزایا :
  روش سریع خاکهای ضعیف تا نسبتا مقاوم است. گرفتن نمونه‌های SPT و UD امکانپذیر است. در خاکهای مقاوم حاوی لایه‌های شنی ، نفوذ به اعماق زیاد مشکل و به داخل قطعات سنگ غیر ممکن است. دست خوردگی قابل ملاحظه‌ای ممکن است بر اثر مته اوگر در خاک بوجود آید.

اوگرهای با قطر زیاد

این روش برای حفر سوراخهای با قطر زیاد (تا 10 سانتیمتر) برای کسب نمونه‌های دست خورده و بررسی لایه‌ها در خاکهای دارای چسبندگی که گمانه نیاز به حایل ندارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• روش حفاری :
  با چرخاندن اوگر دارای قطر زیاد خاک بریده شده و گمانه حفر می‌شود.
  
  
• مزایا :
  روشی سریع بوده و بررسی شرایط خاک در زیر زمین از نزدیک را امکانپذیر می‌سازد.
  
  
• محدودیتها :
  عمق حفاری توسط سطح ایستابی و شرایط سنگ محدود می‌شود. ماشینهای بزرگتر محتاج راه دسترسی مناسب هستند. برای خاکهای بدون چسبندگی ، رسهای نرم و خاکهای آلی مناسب نیست. نمونه‌ها دست خورده است.

حفاری ضربه‌ای

تنها در حفاری چاههای آب بکار می‌رود. نمونه‌های شسته شده توسط گل‌کش ‌خارج می‌شود. عمق تا سنگ بستر را مشخص می‌کند.

• روش حفاری :
  سر مته سنگین بالا آورده شده و رها می‌شود تا مواد شکسته شده و یک مخلوطی از خرده‌ها و آب ایجاد شود که توسط گل‌کش با پمپهای ماسه کش خارج می‌شود. دیواره چاه توسط لوله جدار ، پابرجا نگاه داشته می‌شود.
  
  
• مزایا :
  روشی نسبتا اقتصادی جهت تعبیه گمانه‌های با قطر زیاد (تا 60 سانتیمتر) در انواع مواد است.
  
  
• محدودیتها : ابزارها بزرگ و پر زحمت است. در خاکهای قوی و سنگ به کندی انجام می‌شود. اغتشاشات اطراف سر مته که ناشی از ضربات پر انرژی سر مته است، به شدت بر مقادیر SPT تاثیر می‌گذارد. مغزه گیری و نمونه UD سنگ امکانپذیر نیست.

مته چکشی

برای حفر چاه آب و چاههای اکتشافی در داخل قطعه سنگها مناسب است.

• روش حفاری :
  مشابه حفاری ضربه‌ای است. شمعی که توسط نیروی دیزل رانده می‌شود برای راندن لوله جدار مضاعف استفاده می‌شود. در حالی که جریان هوا تراشه‌ها را از لوله داخلی خارج می‌کند.
  
  
• مزایا :
  نفوذ نسبتا سریع در قطع سنگها و قلوه سنگها است.
  
  
• محدودیتها :
  مشابه حفاری ضربه‌ای است، با این تفاوت که پیشروی به مراتب سریعتر است.

مته ضربه‌ای بادی

این روش برای حفر گمانه برای آتشباری ، دوغاب زنی و مهار سنگ است. روش سریع برای حفر چالهای با قطر کم در سنگ سخت است. بهترین کاربرد را در سنگهای سخت توده‌ای دارد. نمونه‌ها منحصرا به ذرات و تراشه‌های کوچک است. برای نمونه گیری بکار نمی‌رود. در سنگهای سست دارای شکستگی با لایه‌های رس یا شیل مرطوب ممکن است تمام لوله حفاری در سوراخ باقی بماند.

• روش حفاری :
  ضربات و چرخیدن سر مته ، سنگ را خرد می‌کند و تراشه‌ها توسط فشار هوا خارج می‌شود.

دیدکلی

بررسیهای زمین شناسی با وجود تمام دقتی که می‌شود، تنها امکان وجود مخازن را پیش بینی می‌کند. برای اطمینان از وجود نفت تنها وسیله حفر چاه است. حفر چاه همچنین برای استخراج آبهای زیزمینی نیز استفاده می‌شود.

تاریخچه و سیر تحولی و رشد

بشر به علت احتیاج به آب که یک مایع حیاتی پرارزش است، در هر شرایطی به جستجوی آن اقدام نموده و به آن دسترسی پیدا کرده است. بدون شک ایرانیان باستان اولین کسانی بوده‌اند که در حفر چاه و قنات پیشقدم بوده‌اند. علاوه بر حفر چاه به روش دستی که هم اکنون نیز در بسیاری از جاها رایج است، فنون حفر چاههای مکانیکی نیز به وفور استفاده می‌شود. حفاریهای مکانیکی که معمولا به دو صورت انجام می‌گیرد، شامل حفاری ضربه‌ای و دورانی می‌باشد. مته‌های ضربه‌ای که تا اواسط قرن نوزدهم برای حفر چاههای نفت مورد استفاده قرار می‌گرفت و به متد کانادایی معروف بود، به دیلم بلند و قطوری شباهت داشت که قادر بود تا چندین صد متر به درون زمین رخنه نماید.

گرچه اکنون اکثر چاههای نفت با روش دورانی حفر می‌گردد، لکن هنوز در برخی کشورهای نفت خیز مخصوصا ایالات متحده آمریکا هنوز از روش ضربه‌ای استفاده می‌شود و حدس می‌زنند نزدیک به 25 تا 30 درصد چاههای نفت آمریکا با روش ضربه‌ای حفر می‌گردد. حفاری دورانی اولین بار در سال 1901 در میدان نفتی Spindletop ، نزدیک تگزاس مورد استفاده قرار گرفت و به سبب مزایایی که نسبت به ضربه‌ای داشت، دامنه کاربرد آن به زودی گسترش یافت. بطوری که در دهه 1920 اکثر حفاریهایی که برای استخراج نفت در سراسر جهان صورت می‌گرفت با این روش بود.

حفاری ضربه‌ای

دستگاههای حفاری ضربه‌ای و یا سوندوزهای ضربه‌ای ، دستگاههای ساده‌ای هستند که برای پژوهشهای آب یابی بسیار مناسب هستند. از این دستگاهها بیشتر برای چاههایی که در داخل سنگهای مقاوم حفر می‌شود، استفاده می‌کنند. اصول کار سوندوزهای ضربه‌ای خردکردن سنگهاست که این عمل بوسیله مته‌ای به نام مته حفاری یا ترپان انجام می‌گیرد. مته‌ها بطور منظم از ارتفاع ثابتی روی سنگ فرود می‌آیند. دستگاه مجهز به یک خرک چهار قطبی و یا یک دکل است که مته‌های حفاری بوسیله یک قرقره برگشت روی آن آویزان می‌گردند.

این مته‌ها دارای حرکت رفت و آمدی می‌باشند و به منظور اجرای مانورهای پائین و بالا رفتن ، از دستگاه رفت و برگشت جدا گردیده و به یک وسیله‌ای به نام چرخ قرقره که برای جاگذاری لوله‌ها نیز بکار می‌رود، مربوط می‌باشند. خرکهای جدا شونده ، چوبی و یا فلزی هستند. پایه‌ها روی دالهای سیمانی که قبل از مونتاژ دستگاه تهیه می‌شوند، قرار می‌گیرند. دکل‌های خم شونده یا تلسکوپی ، سوندوزهای دستگاههای حفاری خود کار قابل حمل را مجهز می‌نمایند. ممکن است که این دکلها به صورت دائمی در پشت یک کامیون ثابت شده باشند. دکلها باید بوسیله کابلهای محکم روی بلوکهای سیمانی ثابت گردند.

عمیق ترین چاه با روش ضربه ای

عمیق ترین چاه با این روش در ایالت نیویورک توسط شرکت گاز طبیعی ایالت نیویورک در سال 1948 تا 1953 تا عمق 11145 فوت حفر گردید که به نفت نرسید.

حفاری چرخشی

امروزه کاربرد دستگاههای حفاری چرخشی بسیار متداول شده است. این دستگاهها را می‌توان در هر نوع زمین بکار برد. ولی برتری کاربرد آنها در زمینهای نرم بیشتر است. پیشروی این دستگاهها در داخل سنگهای سخت به کندی صورت می‌گیرد. در این روش سر مته فولادی که متصل به انتهای لوله فولادی است، از سر چاه به کمک موتور ، حرکت دورانی می‌نماید. گل حفاری از داخل لوله به درون چاه تزریق شده و از اطراف لوله به سر چاه بر می‌گردد.

گل حفاری ضمن خنک کردن سر مته اعمال حمل خرده سنگهایی که بوسیله سر مته از ته چاه تراشیده شده است، به سر چاه و جلوگیری از فشار طبقات سست و ریزش آنها به داخل چاه را نیز انجام می‌دهد. با روش حفاری دورانی چاههای بسیار عمیق حفر می‌گردد. عمیق ترین چاه جهان که با این روش حفر گردیده در سال 1956 در لوئیزیانا (آمریکا) به عمق 21535 فوت بود که به نفت نرسید.

روش توربینی

بر حسب گزارشی که به چهارمین کنگره جهانی نفت در سال 1955 در رم داده شد، شوروی سابق نوعی حفاری دورانی ابداع کرده بود که در آن سر مته به جای آنکه به کمک لوله فولادی دوران نماید، بوسیله توربینی که به عنوان نیروی محرکه از گل حفاری و یا الکتریسیته استفاده می‌نماید، حرکت می‌کند. در این روش قسمت متحرک تنها سر مته در عمق چاه خواهد بود. بنابراین می‌تواند سرعت دورانی به مراتب بیشتری داشته باشد. از نظر سرعت عملی که این روش دارد، دارای برتری اقتصادی زیادی است. بر حسب گزارش فوق 65 درصد کل حفاریهای نفتی شوروی سابق با این روش بوده است. این روش اکنون در اروپا و آمریکا نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دیدکلی

به منظور آگاهی از شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی اعماق بیشتر زمین ، معمولا گمانه‌هایی حفر می‌شود. گمانه در واقع چاه قائمی است که توسط وسایل مکانیکی در خاک یا سنگ حفر می‌شود. گمانه‌های کم عمق گاه توسط دستگاه ساده‌ای به نام اوگر (auger) که طرز کار آن مانند مته بخاری است، حفر می‌شوند.

حفاری گمانه‌ها به صورتهای مختلف انجام می‌شود. در روش حفاری ضربه‌ای پیشروی توسط ضربات پی در پی به سر مته تیغه‌ای شکل انجام می‌شود و مدار کنده شده و خرد شده هر چند مدت یکبار بوسیله ابزار مخصوصی به نام گل کش از چاه خارج می‌شود. حفاری ضربه‌ای بیشتر در آبرفتها و رسوبات ناپیوسته ، مخصوصا اکتشاف زیر زمینی بکار می‌روند. نمونه‌هایی که به این ترتیب بدست می‌آید، کاملا دست خورده است.

وسایل حفر گمانه

اجزا اصلی یک حفاری آزمایشی یا مغزه گیری عبارت است از یک آزمایش حفاری ، لوله‌های جدار چاه ، لوله‌های حفاری ، سرمته‌های حفاری و ابزارهای نمونه گیر.

ماشین حفاری

ماشین حفاری متشکل از یک منبع تولید نیرو ، یک دکل برای بلند کردن وسایل ، یک پمپ برای جریان انداختن آب و گل (یا یک کمپرسور برای حفاری با هوا) است. وظیفه ماشین حفاری پایین بردن ، چرخاندن و بالا آوردن وسایل حفاری و گرفتن نمونه است. انواع متنوعی از ماشینهای حفاری و وسایل حفر چاه وجود دارد.

لوله‌های جدار

لوله‌های جدار چاه جهت نگاهداشتن گمانه در حالت عادی ، در آغاز حفاری و جلوگیری از ریزش دیواره آن ، که قبلا اشاره شد، بکار می‌رود. مخارج حفر یک گمانه بطور مستقیم بستگی به لوله جدار و قطر گمانه دارد. در صورتی که نیاز به قرار دادن لوله جدار در اعماق مختلف باشد، چاه شکلی تلسکوپی به خود می‌گیرد.

لوله‌های حفاری

لوله‌های حفاری ، ماشین حفاری را به مته حفاری یا نمونه گیرها وصل می‌کند. انتخاب لوله مناسب به عواملی مثل عمق پیش بینی شده برای گمانه نوع نمونه گیر انتخاب شده و قطر مغزه حفاری و از همه مهمتر قدرت ماشین بستگی دارد.

مته حفاری

مته برای بریدن خاک و سنگ بکار می‌رود. سر مته از انواع مختلفی برخور دارند. مانند مته‌های خرد کننده ، مته‌های تیغه‌ای ، مته‌های سنگی و مته‌های مغزه گیر.

روش حفر گمانه

مراحل مختلف حفر یک گمانه اکتشافی را به نحو زیر می‌توان خلاصه نمود.

1. نمونه سطحی گرفته می‌شود.
   
   
2. لوله جدار آغازین تا عمق 1 متری رانده می‌شود.
   
   
3. خاکهای داخل لوله جدار تا 10 سانتیمتری پایین تر از لبه خارج می‌شود (از همین مواد می‌توان جهت حلقه بندی مصالح استفاده کرد).
   
   
4. نمونه گرفته می‌شود.
   
   
5. حفاری چاه برای یک متر بعد ادامه می‌یابد. پیشروی با راندن لوله جدار و برداشتن خاکهای داخل آن (مثل مرحله 3) یا با استفاده از گل روان (جهت تثبیت دیواره چاه و بالا آوردن نمونه‌ها) انجام می‌شود.
   
   
6. چرخه فوق آن اندازه ادمه می‌یابد تا به عمق دلخواه برسیم (در حفاری یا برنامه‌های حفاری تکمیلی فواصل نمونه گیری به 3 تا 6 متر افزایش می‌یابد).
   
   
7. در برخورد با سنگ لبه لوله جدار را در سطح سنگ قرار داده تا بتوان مغره گیری را با آب تمیز داد. آب سر مته را خنک و تمیز نگهداشته ، از کند شدن آن جلوگیری می‌کند.
   
   
8. موقعیت لوله جدار ، لوله حفاری و سر مته یا لوله حفاری و ابزارهای نمونه گیری ، در شروع هر مرحله پیشروی به دقت اندازه گیری و یادداشت می‌شود. باید دقت شود که چاه ریزش نکرده باشد و سر مته درست در ته چاه قرار گرفته باشد. همچنین نمونه گیری باید در 10 سانتیمتری زیر لوله جدار یا در عمق نهایی حفاری قبل از آغاز نمونه گیری باشد.
   
   

برنامه ریزی عملیات حفاری

هرگونه برنامه ریزی باید با توجه به هدفهای حفاریها و مغره گیری ، یعنی دستیابی به نمونه‌هایی از مصالح زمین شناسی برای بررسی ، طبقه بندی و انجام آزمونهای آزمایشگاهی ، اندازه گیری مشخصات فیزیکی و مهندسی مصالح برجا و دستیابی به اطلاعاتی در مورد آب زیر زمینی صورت گیرد. نحوه تکوین یک برنامه ریزی را به نحو زیر می‌توان خلاصه کرد.

انتخاب وسایل

در انتخاب وسایل باید مرحله مطالعات ، شکل سطح زمین و قابلیت دسترسی آن ، شرایط زمین شناسی ، عمق حفاری و نوع نمونه‌های مورد نیاز مورد توجه قرار گیرد.

فاصله بین گمانه‌ها

در مراحل شناسایی مقدماتی و توجیهی ، گمانه‌ها در جایی حفر می‌شود که بتواند همبریها را ، آنگونه که در نقشه زمین شناسی مهندسی رسم شده ، مشخص نماید. در شرایط یکنواخت طراحی شبکه‌ای از گمانه‌ها که فاصله آنها با توجه به وسعت ناحیه مورد بررسی ممکن است از 30 تا 100 متر باشد، واقع می‌شود.

عمق گمانه

عمق گمانه‌ها در محل گود برداریهای روباز برای ساختمانها ، بزرگراهها ، مترو و مانند آن ، و حفاریهای بسته مثل تونلها و در شرایط نامناسب تا اعماق باز هم بیشتری نفوذ کند. علاوه بر آن باید بتواند وضعیت سطح پیرو متریک را مشخص سازد. در مورد اخیر گمانه باید تا مقدار قابل ملاحظه‌ای در زیر گودبرداری پایین برود.

جهت یابی گمانه

گمانه‌های اکتشافی معمولا به صورت قائم حفر می‌شوند. از حفاری زاویه دار اغلب در توده‌های سنگی و برای اکتشاف درزها ، گسلها و حفرات انحلالی یا قرار دادن مهار در سنگ و خاک استفاده می‌شود. استفاده از حفاری افقی معمولا برای اکتشاف مسیر تونلها (گمانه پیشاهنگ) تعبیه میل مهار در سنگ و قرار دادن ابزارهای اندازه گیری یا انجام زهکشی افقی است.

باید توجه داشت که دستیابی به گمانه کاملا افقی با اغلب روشهای موجود امکان پذیر نیست. زیرا معمولا در آغاز حفاری ، گرانش زمین سر مته را به سمت پایین می‌کشد. سپس با افزایش پیشروی ، نیرو گرانش به روی وزن زیاد لوله‌های حفاری عمل می‌کند که ممکن است حرکت به سمت بالای سر مته را باعث شود. تغییرات در کیفیت سنگ نیز ممکن است در تغییر راستای گمانه تاثیر بگذارد.

مقدمه

رسوبات آبرفتی جوان مهمترین منابع تامین شن و ماسه ساختمانی‌اند. این رسوبات از یک طرف به دلیل رخنمون وسیعشان در سطح و از طرفی به دلیل ناچیز بودن پیوند ذراتشان به یکدیگر به سادگی قابل بهره‌برداری‌اند. حدود نیمی از سطح کشور ما را رسوبات جوان متعلق به کواترنر با سنی کمتر از 2 میلیون سال پوشانده است. منشا این رسوبات متفاوت است و تنها گروههای بخصوصی از آنها می توانند منبع تامین شن و ماسه ساختمانی باشند.

مهمترین منابع شن و ماسه

 

دید کلی

خاک‌ها مخلوطی از مواد معدنی و آلی می‌باشند که از تجزیه و تخریب سنگ‌ها در نتیجه هوازدگی بوجود می‌آیند که البته نوع و ترکیب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرایط ناحیه فرق می‌کند. مقدار آبی که خاک‌ها می‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزی و همچنین در کارخانه‌های راه‌سازی و ساختمانی دارای اهمیت بسیاری است که البته این مقدار در درجه اول بستگی به اندازه دانه‌های خاک دارد.

هرچه دانه خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب می‌کند که این خصوصیت برای کارهای ساختمان‌سازی مناسب نیست. بطور کلی خاک خوب و حد واسط از دانه‌های ریز و درشت تشکیل یافته است. تشکیل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اولیه یا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعالیت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافی ناحیه‌ای که خاک در آن تشکیل می‌شود بستگی دارد.

عوامل موثر در تشکیل خاک

• سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر :
  کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف اعم از سنگهای آذرین ، رسوبی و دگرگونی به کانی‌های تشکیل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل دیگر بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم و همچنین سنگهای فسفاتی از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد. در صورتیکه خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های دارای کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز و غیره) در اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند و غالبا شنی و ماسه‌ای می‌باشند فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.
  
  
• ارگانیسم :
  تمایز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزی به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در آن بستگی دارد. نیتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نمی‌باشد. بلکه ترکیبات نیتروژن‌دار لازم برای رشد گیاهان باید به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که این عمل در خاک‌ها بوسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. خاک‌ها معمولا دارای یک نوع مواد آلی کربن‌دار تیره رنگی هستند که هوموس نامیده می‌شوند و از بقایای گیاهان بوجود می‌آید.
  
  
• زمان :
  هر قدر مدت عمل تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام می‌گیرد. زمان تخریب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها متفاوت می‌باشد ولی بطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتیکه سنگهای آذرین مدت زمان بیشتری لازم دارند تا تجزیه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبدیل گردند.
  
  
• آب و هوا :
  وفور آب‌های نفوذی و عوامل آب و هوا از قبیل حرارت ، رطوبت و غیره در کیفیت خاک‌ها اثر بسزایی دارند. جریان آبهای جاری بخصوص در زمین‌های شیب‌دار موجب شستشوی خاک‌ها می‌شوند و با تکرار این عمل مقدار مواد معدنی و آلی بتدریج تقلیل می‌یابد. اثر تخریبی اتمسفر همانطور که قبلا بیان گردید روی برخی از کانی‌ها موثر و عمیق می‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زیادتر باشد شدت تخریب نیز بیشتر می‌گردد.
  
  
• توپوگرافی محل تشکیل خاک :
  اگر محلی که خاک‌ها تشکیل می‌شوند دارای شیب تند باشد در نتیجه مواد تخریب شده ممکن است بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری باعث تقلیل مواد معدنی و آلی خاک‌ها شود در نتیجه این منطقه خاک‌های خوب تشکیل نخواهند شد. ولی برعکس در محل‌های صاف و مسطح که مواد تخریب شده بسادگی نمی‌توانند به جای دیگری حمل شوند فرصت کافی وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام می‌پذیرد.

مواد تشکیل دهنده خاک‌ها

موادی که خاک‌ها را تشکیل می‌دهند به چهار قسمت تقسیم می‌شوند :

• مواد سخت : مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می‌دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک‌ها می‌باشند.
  
  
• موجودات زنده در خاک‌ها : تغییراتی که در خاک‌ها انجام می‌پذیرد بوسیله موجودات زنده در خاک انجام می‌گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان ، باکتری‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در این تغییرات شرکت دارند.
  
  
• آب موجود در خاک‌ها : آبی که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته این مواد حمل شده برای رشد و نمو گیاهان به مصرف می‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهای نفوذی ، آب جذب شده و بالاخره آبهای زیرزمینی تشکیل شده که در مواقع خشکی از محل خود خارج شده و بمصرف می‌رسد.
  
  
• هوای موجود در خاک : هوا همراه با آب در خوه‌های خاک‌ها وجود دارد که البته این هوا از ضروریات رشد و نمو گیاهان و ادامه حیات حیوانات می‌باشد. مقدار اکسیژنی که در این هوا وجود دارد از دی اکسید کربن کمتر است و این بدان علت است که ریشه گیاهان برای رشد و نمو اکسیژن مصرف کرده و دی اکسید کربن پس می‌دهند.
  
  

تقسیم‌بندی خاک‌ها از لحاظ سنگ‌های تشکیل دهنده

بر حسب دانه‌های تشکیل دهنده خاک و هم‌چنین شرایط میزالوژی و پتروگرافی زمین خاک‌های مختلفی وجود دارد که عبارتند از :

• خاک رسی : ذرات رس (Clay) دارای قطری کوچکتر از 0.002 میلی‌متر می‌باشند و در حدود 50% خاک را تشکیل می‌دهند.

خاک‌های رسی چون دارای دانه‌های بسیار ریزی هستند به خاک سرد معروفند و در مقابل رشد گیاهان مقاومت نشان داده و رشد آنها را محدود می‌کنند.

• خاک‌های سیلتی :
  50% این نوع خاک‌ها را ذرات سلیت تشکیل داده است که دارای قطری بین 0.05 تا 0.002 میلی‌متر می‌باشند و بر حسب اینکه ناخالصی مثل ماسه ، رس و غیره بهمراه دارند به نام خاک‌های سیلتی ماسه‌ای و یا سیلتی رسی معروفند.
  
  
• خاک‌های ماسه‌ای :
  این خاک‌ها از 75% ماسه تشکیل شده‌اند. قطر دانه‌ها از 0.06 تا 2 میلیمتر است و بر حسب اندازه دانه‌های ماسه به خاک‌های ماسه‌ای درشت ، متوسط و ریز تقسیم می‌گردند. مقدار کمی رس خاصیت خاک‌های ماسه‌ای را تغییر می‌دهد و این نع خاک آب را بیشتر در خود جذب می‌کند تا خاک‌های ماسه‌ای که فاقد رس هستند.
  
  
• خاک‌های اسکلتی :
  خاکهای اسکلتی به خاکهایی اطلاق می‌گردد ک در حدود 75% آن را دانه‌هایی بزرگتر از 2 میلی‌متر از قبیل قلوه سنگ ، دیگ و شن تشکیل می‌دهند. این خاک‌ها ، آب را به مقدار زیاد از خود عبور می‌دهند و لذا همیشه خشک می‌باشند.

نیم‌رخ عمومی خاک‌ها

نیم‌رخ خاک‌ها معمولا از 3 افق A,B,C تشکیل شده است.

• افق A : که به نام خاک بالایی نامیده می‌شود، فوقاتی‌ترین منطقه خاک است و این همان افقی است که رشد و نمو گیاهان در آن نفوذ می‌کنند. این افق از مواد خاکی نرم (رس) که غنی از مواد آلی و موجودات زنده میکروسکوپی است تشکیل یافته است که وجود این مواد آلی باعث رنگ خاکستری تا سیاه این افق می‌گردد. البته این زمین غالبا برای کشاورزی مناسب می‌باشند. اکسیدهای آهن و همچنین بعضی از مواد محلول ممکن است از این منطقه به افق B برده شوند و در آنجا رسوب کنند.
  
  
• افق B : قشر بین افق A و C را یک قشر دیگر تشکیل می‌دهد که به نام افق B یا خاک میانی نامیده می‌گردد. در این افق عمل تخریب و تجزیه به مراتب بیشتر از افق C پیشرفت و اثر کرده است و از کانی‌های سنگ مادر فقط آن دسته دیده می‌شوند. که بسیار مقاومند (مثل کوارتز) ولی سایر کانی‌ها به شدت تجزیه شده‌اند. این افق معمولا از مواد رسی ، ماسه و شن‌های ریز و درشت و گاه مقادیر کمی بقایای نباتی تشکیل شده است. در این افق علاوه بر مواد رسی ، در آب و هوای مرطوب ، اکسیدهای آهن و همچنین مواد محلول‌تر که بوسیله آب‌های نفوذی از افق A به آنجا آورده شده‌اند دیده می‌شوند.
  
  
• افق C : که به آن خاک زیرین نیز گفته می‌شود، افقی است که مواد سنگی به میزان خیلی کم تخریب و تجزیه شده‌اند و در نتیجه سنگ‌های اولیه زیاد تغییر نکرده بلکه بصورت قطعات خرد شده می‌باشند. زیر این منطقه سنگ‌های تخریب نشده یعنی سنگ اولیه قرار دارد که هیچگونه تخریب و یا تجزیه‌ای در آن صورت نگرفته است.

مکانیک خاک از دو کلمه Soil به معنی خاک و Mechanics به معنی مکانیک گرفته شده است.

دید کلی

در علوم مهندسی ، خاک مخلوط غیر یکپارچه‌ای از دانه‌های کانیها و مواد آلی فاسد شده می‌باشد که فضای خالی بین آنها توسط آب و هوا (گازها) اشغال شده است. خاک به عنوان مصالح ساختمانی در طرح‌های مهمی در مهندسی عمران بکار گرفته می‌شود و همچنین شالوده اکثر سازه‌ها بر روی آن متکی است.

بنابراین مهندسان عمران باید بخوبی خواص خاک از قبیل مبدا پیدایش ، دانه بندی ، قابلیت زهکشی آب ، نشست ، مقاومت برشی ، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نمایند. مکانیک خاک شاخه‌ای از علوم مهندسی است که به مطالعه مشخصات فیزیکی و رفتار توده خاکی تحت بارهای وارده می‌پردازد. مهندسی پی ، کاربرد اصول مکانیک خاک در مسائل عملی است.

تاریخچه

تاریخچه عملیات خاکی را می‌توان به دوره‌های دور تاریخ بشری نسبت داد و آن را با قدمت پیدایش شهرنشینی یکی دانست. حفر قناتها ، کانالهای آبرسانی ، ایجاد پلها و سدهای محکم و سایر بناهایی که آثار آنها در کشورهای دنیا از ده‌ها قرن قبل تا کنون به یادگار مانده است، همه از مواردی است که به نحوی با عملیات خاکی ارتباط دارد.

سیر تحولی و رشد

توجه به بررسی و مطالعه خاک با یک دیدگاه مهندسی و به منظور تحلیل ریاضی خواص آن ، از قرن 18 میلادی آغاز شد و در واقع اولین بار در عین حال مهمترین رابطه ساده در زمینه مکانیک خاک ، در سال 1773 توسط کولمب یک مهندس ارتشی فرانسه ارائه گردید. این رابطه ساده ، که یک رابطه اساسی در بررسی مقاومت یا عدم مقاومت خاک است عبارت است از:

کارهای بوسینسک در مورد تئوری اجسام الاستیک که در سال 1885 انتشار یافت به ارائه راه حل‌های دقیق در محاسبه تنش‌ها و تغییر شکل‌های درون محیط خاکی منجر گردید و توانست در تحلیل بخش مهمی از مبحث مکانیک خاک ، پاسخگو باشد. دانش مکانیک خاک به صورت مدرن ، در ابتدای قرن حاضر گسترش روز افزونی یافت و مانند سایر علوم مهندسی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت بطوری که در سال 1925 کارل ترزاگی ، استاد دانشگاه هاروارد ، نتیجه تحقیقات خود را به صورت مقاله‌ای ارائه داد و در سال 1943 کتاب «اصول نظری مکانیک خاک» را تدوین و منتشر کرد.

کارل ترازگی (1963-1883) را به حق بنیانگذار دانش مکانیک خاک نامیده‌اند. در اینجا شایسته است از سهم محققین روسی نیز یادآور گردد، چه پژوهشگرانی چون سیتوویچ در کشور روسیه به موازات دانشمندان غربی در توسعه دادن مبحث مکانیک خاک کارهای زیادی ارائه دادند. نامبرده نیز در سال 1934 کتاب اصول علم مکانیک خاک را منتشر نمود.

امروزه اهمیت دانش مکانیک خاک مانند علوم دیگر روز به روز رو به فزونی است و این بویژه به این علت است که تجربه‌های گذشته در این زمینه بدون گسترش تئوری‌های مطمئن‌تر و راه حل‌های اقتصادی‌تر تکافوی حل مسائل جدید را در عمل نمی‌نماید. به علاوه ، بسط مسائل مبحث مکانیک خاک همراه با توسعه روش‌ها و دیدگاههای جدید در زمینه مکانیک محیط دانه‌ای ، گسترش و افزایش دقت در تحلیل‌های ریاضی و مدل سازی‌ها را در هر دو زمینه الزامی نموده و نیز به نتیجه رسانده است.

مباحث کلی مکانیک خاک

• طرح تئوریهایی که نشان دهنده رفتار توده خاکی در برابر عوامل بیرونی ، مثل نیروهای مختلف ، باشد.
  
• کاربرد معلومات تئوری و تجربی در موارد و مسائل اجرایی

خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی خاکها

• خواص فیزیکی و شیمیایی خاک : شناخت خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی خاکها در بسیاری از بررسی‌ها و مطالعات و تصمیم گیری‌ها در عملیات خاکی نقش مهمی دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی خاکها را باید عمدتا در عوامل زیر جستجو کرده و مربوط به آنها دانست.
  
  
• ترکیب کانی شناسی دانه‌ها : از آنجایی که خاکها از تجزیه و هوازدگی سنگهای پوسته زمین پدید آمده است‌، لذا کانی‌های تشکیل دهنده خاکها باید همان کانی‌های تشکیل دهنده سنگ مادر باشد.
  
  
• طبیعت سطح ذرات خاک (سطح مخصوص) : سطح خارجی دانه‌های خاک ، یعنی فصل مشترک محیط جامد با محیط مجاور آن که ممکن است، آب یا هوا باشد. محل پدید آمدن بعضی پدیده‌های فیزیکی یا شیمیایی است که این پدیده‌ها برخواص دیگر خاک مثل؛ مقاومت و نفوذپذیری و ... تاثیر می‌گذارد.
  
  
• پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی در سطح مشترک خاک و آب :ذرات جسم جامد از شبکه‌ای از یون‌های مختلف تشکیل شده است که از اینرو بین سطح خارجی ذره و محیط اطراف آن کنش و واکنش‌هایی پدیدار می‌گردد.
  
  
• خاصیت مویینگی : خاصیت بالا رفتن آب در لوله‌های مویین و در حفره‌های بین ذرات خاک را خاصیت مویینگی گویند.
  
  
• نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات : نیروهای بین ذره‌ای در خاک به دو گونه‌اند. نیروهای جاذبه مولکولی بین دانه‌ها (وان در والس) و نیروهای دافعه که از نوع نیروی الکتروکینیماتیکی است.

خواص مکانیکی خاکها

• اصطکاک : مقاومت جسم در برابر حرکت به علت وجود اصطکاک بین دو سطح تماس است.
  
  
• چسبندگی: مقاومت خاکی به علت چسبندگی دانه‌ها حاصل از مقاومت مولکولی (یعنی نیروی جاذیه الکتروشیمیایی) بین ذرات ریز است.
  
  
• گسیختگی توده خاک : گسیختگی توده خاک عبارتست از پایان شرایط مقاومت و آغاز برش در خاک است.
  
  
• تحکیم: تحکیم عبارتست از کاهش حجم حفره‌های آب‌دار درون خاک به علت افزایش فشارهای جانبی.

کاربرد مکانیک خاک

خاک از یک طرف به عنوان مصالح مورد توجه مهندسین و طراحان قرار می‌گیرد و از سوی دیگر به عنوان یک محیط طبیعی که در اختیار آدمی قرار گرفته است مورد توجه و استفاده است. جایی که به عنوان مصالح مورد نظر است مانند خاکریزها ، سرای خاکی ، روسازی راه و فرودگاه ، پشت دیوار حایل ، زهکش‌ها ، و به عنوان بخشی از بتن ، ماده اصلی تهیه آجر و سرامیک ، ماده اصلی تهیه چینی و کاشی ، و... حالت انتخابی و اختیاری دارد، و در جایی که به عنوان محیط مورد توجه است.

مانند زیر پی‌ها ، زیر پایه پل‌ها و زیربنای جاده‌ها و محل حفر تونل‌ها و محل قرار دادن لوله‌ها و تاسیسات مکانیکی و الکتریکی (کابل های تلفن و برق و لوله کشی گاز و فاضلاب و محل احداث قناتها و محل حفر چاهها و کانال‌ها و ... همه حالت غیر انتخابی (یعنی اجباری) دارد. به هر حال در تمام موارد ذکر شده ، شناخت خواص فیزیکی و مکانیکی خاک ضرورت غیر قابل اجتناب دارد. مثلا در یک پروژه راه سازی ، چه نوع خاکی با چه نوع دانه بندی باید انتخاب شود و لایه‌های آن با چه ضخامتی و با چه رطوبتی و تا چه حد باید کوبیده شود تا جایی حاصل بتواند در برابر نیروهای وارد بر آن مقاوم باشد و وجود آبهای سطحی و بارندگی بر دوام آن اثر مخرب نداشته باشد و در برابر یخ‌زدگی و فرسایش و تغییرات جوی نیز پایدار بماند.

در ایجاد یک سد خاکی ، شیب‌ها چه مقدار باشد که هم پایدار باشد و هم اقتصادی ، در صورتی که سد همگن با زهکشی است، لایه‌های زهکشی با چه ابعادی و با چه دانه بندی و چه مقدار نفوذپذیری باید باشد؟ سرعت حرکت آب و .... زه چه مقدار است؟ تورم یا نشست خاک چه مقدار باشد؟ میزان تراکم و درصد رطوبت و ضخامت لایه‌ها برای کمپاکت کردن خاک چه مقدار باید باشد؟ روش‌های حفاظت دامنه‌ها و تاج سر به چه عواملی بستگی دارد؟ و بسیاری پرسش‌های دیگر که مهندس طراح باید برای آنها جواب دقیق داشته باشد. به این ترتیب درمورد هرگونه پروژه ساختمانی و راه سازی و سد سازی مسائل متعددی از فیزیک و مکانیک خاک باید پاسخ داده شود. اهمیت دقت بیشتر و نیاز به تئوریهای دقیق‌تر هنگامی بیشتر می‌شود که حجم کارها و اهمیت پروژه بیشتر باشد.

رابطه مکانیک خاک با سایر علوم

مبحث مکانیک خاک دانشی است که در آن خواص فیزیکی و مکانیکی خاکها ، ارتباط این خواص با عوامل بیرونی ، مقاومت خاک در برابر نیروها ، تغییر شکل خاک در اثر نیروها ، مسایل مربوط به حرکت یا سکون آب در خاک ، چگونگی و مقدار فشرده شدن خاکها و چگونگی و مقدار تنش‌ها و تغییر شکل‌های هر نقطه از محیط خاکی در اثر عملکرد یک نیروی خارجی و ... بحث می‌شود.

در این راستا گاهی نیاز به مطالعه خواص شیمیایی و کانی شناسی دانه‌های خاک است و گاهی نیاز به بررسی پیدایش و منشا خاکها و گاهی نیاز به استفاده از دانش هیدرولیک و دانش‌های دیگر است. از اینرو ارتباط این مبحث با دیگر مباحث علمی چون فیزیک ، شیمی ، زمین شناسی ، کانی شناسی ، هیدرولیک و مکانیک سیالات را نباید از نظر دور داشت.

آشنایی

لایه بندی یا چینه بندی یکی از مهمترین خصوصیات سنگهای رسوبی است. طبقه یا لایه را می توان به صورت جسم ورقه مانندی تعریف کرد که دو بعدش در مقایسه با بعد سوم (ضخامت) زیاد است. ضخامت لایه از چندین متر تغییر می کند. از نظر ابعاد نیز طبقات متفاوت‌اند و ممکن است تا چندین کیلومتر نیز گسترش داشته باشند. هر طبقه از طبقات مجاور خود توسط یک سری خصوصیات مشخص می‌شود. این خصوصیات ممکن است اختلاف در اندازه ذرات (شیل ، ماسه سنگ و کنگلومرا و غیره) باشد و یا اینکه اختلاف در ترکیب (ذغال ، شیل و آهک ، سختی ، رنگ و مشخصاتی نظیر آنها سبب مشخص شدن لایه شود. در بعضی موارد نیز ممکن است دو طبقه با مشخصات مشابه ، بوسیله یک طبقه نازک از یکدیگر جدا شوند.

هرچند که طبقه ممکن است از یک منطقه وسیع به حالت مستوی و مسطح دیده شود ، ولی غالبا در نتیجه تاثیر نیروهای تکتونیکی ، از حالت مستوی خارج شده و در حالت کلی بایستی آنرا بصورت یک سطح در نظر گرفت. وضعیت اولیه طبقات هنگام تشکیل معمولا به حالت شیب‌دار در خواهند آمد. در بعضی موارد ، شرایط اولیه رسوبگذاری طوری است که طبقه تشکیل شده ، از همان ابتدا به حالت غیر افقی است. مثلا هنگامی که رسوبگذاری در دامنه دره‌ها ، قسمت های شیب‌دار کف دریاها ، روی جزایر مرجانی و در محیطهای نظیر آن انجام می شود، طبقات در حالت تشکیل نیز به صورت شیب‌دار خواهند بود.

مشخصات طبقه

در حالت کلی می‌توان طبقه را قسمتی از سنگهای رسوبی دانست که بین دو صفحه موازی محدود است. سطح بالایی به نام سقف یا کمر بالا و سطح پایین لایه خوانده می شود. شیب و امتداد این صفحه به نام شیب و امتداد سطح لایه بندی معروف است. رخنمون لایه محلی است که طبقه در سطح زمین مشاهده می شود و به عبارت دیگر ، فصل مشترک طبقه با سطح زمین را رخنمون آن می گویند.

لایه بندی مجازی

در بسیاری موارد ، به ویژه در مورد سنگهای دگرگونی ، پدیده هایی مشاهده می شود که شبیه لایه بندی است. ولی بایستی آنها را از لایه بندی حقیقی تشخیص داد. کلیواژهای قوی و سیستم درزهای موازی در ماسه سنگ و آهک بخصوص هنگامی که تحت تاثیر هوازدگی نیز قرار گرفته باشد ، حالت لایه بندی را دارد. در چنین مواردی بایستی با مطالعه دقیق ، سطح لایه بندی واقعی لایه را با استفاده از نحوه قرار گرفتن اجزا ، فسیل‌ها ، وجود لایه های نازک و عواملی نظیر آنها مشخص کرد.

در مورد سنگهای دگرگونی نظیر شیست‌ها و گنایس‌ها ، لایه بندی اولیه سنگ معمولا در اثر پدیده های ثانوی مثل شیستوزیته و تورق ، به کلی از بین می رود و تشخیص آن فوق العاده مشکل است. در بعضی موارد ، وجود باندهای رنگین و ردیف کنکرسیون‌ها در سنگهای رسوبی نیز ممکن است شبیه لایه بندی واقعی باشد. در این حالت نیز با توجه دقیق بایستی ، آنها را از لایه بندی واقعی تشخیص داد.

ساختمان داخلی لایه

ساختمان داخلی لایه ، به شرایط فیزیکی و جغرافیایی محیط رسوبگذاری بستگی دارد و با توجه به تنوع این شرایط ، در حد وسیعی تغییر می کند. در حقیقت ، ساختمان داخلی لایه تابع نحوه قرار گرفتن ذرات تشکیل دهنده آن است. بدیهی است ساختمان داخلی لایه ، در مورد سنگهایی مثل کنگلومرا و ماسه سنگ که دارای ذرات درشتند، واضح تر مشاهده می‌شود. فسیل‌های حیوانی نظیر گراپتولیت‌ها و نیز بقایای گیاهی ، غالبا در سطح طبقه بندی قرار دارند. ذرات پهن سنگهای رسوبی نیز (مثل قطعات میکا) اکثرا موازی سطح لایه بندی است.

بعضی از سنگهای رسوبی ، مثل شیل و نیز برخی از ذغالها ، به صورت ورقه های نازکی در امتداد لایه بندی جدا می شوند. این خاصیت ، ناشی از نحوه قرار گرفتن ذرات میکا و رس موجود در این سنگها است، ذرات میکا و سایر کانی‌های پهن ، در اثر جریان آب ، به موازات جریان قرار می‌گیرند. در بعضی موارد ، در اثر فشار ناشی از وزن طبقات رویی ، بعدها این قطعات به موازات سطح لایه بندی (افقی) قرار خواهند گرفت. ذرات کنگلومرایی که در نزدیکی سواحل تشکیل می شوند ، در امتدادهای خاصی قرار می‌گیرند ، زاویه تمایل این ذرات به سوی دریا است و امتداد محور بزرگ آنها ، غالبا موازی خط ساحل می باشد.

قلوه سنگ‌|قلوه سنگ‌هایی که بوسیله رودخانه‌ها عمل می‌شوند ، طوری در برابر جریان قرار می گیرند که حداقل مقاومت را داشته باشند. و بدین ترتیب ، زاویه تمایل آنها در خلاف جهت جریان می باشد. نحوه قرار گرفتن فسیل‌ها نیز تابع جریان آب است. مثلا صدفهای طویل اغلب به موازات جریان آب رودخانه‌ها قرار می‌گیرند. صدفهایی که به شکل مخروط‌اند ، به طریقی قرار می گیرند که نوک مخروط ، در جهت جریان باشد. علاوه بر مطالب یاد شده ، نحوه قرار گرفتن اجزا تشکیل دهنده سنگ ، ساختمانهای داخلی مختلفی به وجود می آورد که برخی از آنها را در زیر می‌آوریم.

لایه بندی چلیپایی یا مورب

در بعضی موارد ، در داخل لایه ، یک نوع چینه بندی با مقیاس کوچکتر مشاهده می شود که غالبا ضخامت آنها کم است و نسبت به طبقه بندی اصلی به حالت متقاطع قرار گرفته‌اند. این نوع لایه بندی ، به نام لایه بندی چلیپایی یا متقاطع نامیده می شود. این گونه لایه بندی ، در سنگهایی مثل کنگلومرا ، ماسه سنگ ، سنگهای رسی و به ندرت در سنگ آهک مشاهده می شود. لایه بندی چلیپایی ، غالبا در رودخانه‌ها و به خصوص در رسوبات دلتایی و رسوبات کنار رودخانه دیده می شود. هنگام ورود رودخانه به آب ساکن ، ذرات سنگین آن ، بطور ناگهانی سقوط کرده و لایه بندی چلیپایی را بوجود می آورند. چینه بندی متقاطع در لایه‌ای رسوبات بادی نیز بوجود می‌آید. زیرا هنگام حرکت تلماسه‌ها (تپه‌های ماسه‌ای) ، ماسه‌های ریز از بالای تپه سرازیر شده و طبقات متقاطع را بوجود می‌آورد.

اثر شکنجی یا ریپل مارک

این ساخت در رسوباتی مثل رسوبات ماسه ای که ذرات آن مجزا بوده و قادرند آزادانه در آب یا هوا حرکت کنند ، به وجود آید. تشکیل اثر شکنجی ممکن است در اثر جریان (آب و یا باد) و یا در نتیجه امواج در قسمت های کم عمق دریا باشد. بدین ترتیب ، این گونه اشکال را می توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:

• ریپل مارکهای جریانی :
  ریپل مارکهای جریانی نسبت به سطح افق نامتقارن اند و نوک آنها نیز تیز نیست. بلکه به حالت گرد می باشد. این گونه آثار شکنجی را می توان در رسوبات بادی و نیز بعضیرسوبات رودخانه‌ای مشاهده کرد.
  
  
• ریپل مارکهای موجی :
  اثرات شکنجی در قسمت های ساحلی کم عمق و در نتیجه حرکت قرینه آب به وجود می آید و به همین دلیل ، به حالت قرینه است. با توجه به اینکه امواج دریا فقط در اعماق کم موثر است، بنابراین ، آثارریپل مارک را فقط در رسوبات ساحلی می‌توان مشاهده کرد و برعکس ، وجود این آثار ، نشانه عمق کم رسوبگذاری است.
  
  
• لایه بندی دانه ترتیبی:
  تغییرات تدریجی در ابعاد ذرات تشکیل دهنده لایه ، به این نام خوانده می شود. در حالت کلی ، ذرات درشت معمولا در کف طبقه قرار دارند و هرچه از پایین به بالای طبقه نزدیک شویم ، ابعاد ذرات کاهش می یابد. بدین ترتیب در حالت کلی ، یک تغییر ناگهانی در ابعاد ذرات دو طبقه مجاور وجود خواهد داشت.

طرز تشخیص بالا و پایین طبقه

اگر وضعیت کلی چینه شناسی ناحیه مشخص باشد ، می توان انتظار داشت که بالا و پایین طبقات ، از این وضعیت کلی تبعیت می کند ولی اگر منطقه نا آشنا و وضعیت کلی چینه شناسی آن روشن نباشد، برای تشخیص بالا و پایین لایه بایستی از بعضی نشانه ها کمک گرفت که اینک به شرح آنها می پردازیم:

• ترکهای گلی:
  هنگامی که رسوبات رسی در مجاورت هوا خنک شوند ، در اثر انقباض ناشی از خشک شدن ، ترک‌هایی در سطح آنها بوجود می‌آید. بعدها ممکن است این ترکها ، بوسیله رسوبات ماسه‌ای و یا رسوبات رسی با ترکیب های متفاوت پر شود. بدین ترتیب به کمک این ترکهای پر شده ، می‌توان بالا و پایین طبقه را مشخص کرد.
  
  

• اثر قطرات باران:
  برخورد قطرات باران با سطح رسوبات رسی نرم ، باعث ایجاد حفره‌های کوچک در آن می‌گردد. اگر ریزش باران ادامه یابد ، این حفره ها محو می شوند ولی ممکن است اثرات قطرات مجزای باران در اینگونه رسوبات حفظ شود و در اثر پوشش بوسیله سایر رسوبات ، برای مدتها محفوظ بماند. وجود چنین آثاری نمایشگر سطح لایه خواهد بود.
  
  
• اثرات شکنجی:
  در ریپل مارکهای موجی ، قسمت تیزی به طرف بالا (طبقات جوان) و قسمت منحنی به طرف پایین (طبقات قدیمی) متوجه است.
  
  
• لایه بندی چلیپایی:
  طبقات متقاطع ، تقریبا بر قسمت پایین طبقه مماس‌اند و طی زاویه تندی به قسمت بالای آن وصل می شوند. با استفاده از این خاصیت ، در بسیاری موارد می توان وضعیت اصلی طبقات را توجیه کرد.
  
  
• لایه بندی دانه ترتیبی:
  در لایه بندی دانه ترتیبی ، ذرات درشت کف طبقه رسوب می کنند و هرچه به بالای آن نزدیک شویم ، ابعاد ذرات کوچکتر می شود. به کمک همین مشخصه می‌توان زیر و روی طبقه را تعیین کرد.
  
  
• استفاده از فسیل ها:
  در بعضی از رسوبات آواری دانه ریز ، اثرات حرکت کرمها به صورت مجراهایی حفظ شده که تماما به سطح طبقه سوراخ شده اند. صدف بعضی ازفسیل‌ها مثل در کفه‌ای‌ها نیز اغلب به حالتی قرار می گیرد که قسمت محدب آن به طرف بالای طبقه باشد.
  
  
• ساخت بالشی:
  در بعضی از گدازه‌های زیردریایی بویژه گدازه‌های بازی یک نوع ساخت بالشی بوجود می آید. نحوه قرار گرفتن آماری این قطعات طوری است که قسمت محدب آنها به طرف بالا می‌باشد.

هوازدگی به زبان ساده عبارت است از پاسخی که مواد سطح زمین در مقابل تغییر محیط از خود بروز می‌دهند و شامل از هم پاشیدن سنگها و تجزیه آنها در سطح زمین و یا نزدیک به سطح زمین است. بعد از میلیونها سال ، بالا آمدگی و فرسایش ، سنگهای موجود در سقف توده‌های نفوذی از بین رفته و توده در سطح زمین رهنمون پیدا می‌کند. این توده متبلور که در دما و فشار زیاد و احتمالا در چند کیلومتری زیر زمین تشکیل شده بود، اکنون در سطح زمین و در معرض شرایطی کاملا متفاوت قرار دارد.

در چنین وضعیتی ، توده سنگ به تدریج تغییر می‌کند تا جایی که دوباره با شرایط جدید به حالت تعادل برسد به چنین تغییراتی در سنگ ، هوازدگی می‌گویند. هوازدگی معمولا به دو صورت مکانیکی و شیمیایی بررسی می‌شود ولی در طبیعت این دو همزمان عمل می‌کنند.

انواع هوازدگی

هوازدگی را با توجه به نوع تغییراتی که در سنگ صورت می‌گیرد به انواع مکانیکی و شیمیایی تقسیم می‌کنند.

هوازدگی مکانیکی

در هوازدگی مکانیکی هیچ تغییری در ترکیب شیمیایی سنگ صورت نمی‌گیرد بلکه سنگها تحت تاثیر یک سری از عوامل فیزیکی به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند. بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبی قطعات زیادتر شده و در نتیجه برای این عوامل عبارتند از : یخبندان ، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی ، انبساط حرارتی و فعالیت موجودات زنده.

هوازدگی شیمیایی

در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانیها بر اثر افزایش یا کاهش عناصر تغییر می‌کند. در واقع در این نوع هوازدگی ترکیب شیمیایی سنگها تغییر می‌کند. در هوازدگی شیمیایی آب مهمترین عامل به شمار می‌رود. ولی لازم به ذکر است که آب خالص غیرفعال بوده و نمی‌تواند هیچ تغییری در سنگها ایجاد کند. افزایش مقدار کمی از مواد محلول می‌تواند آب را فعال سازد. اکسیژن و دی‌اکسید کربن محلول در آب باعث ایجاد تغییرات اساسی در سنگها می‌شوند.

سرعت هوازدگی

سرعت هوازدگی سنگها به عوامل زیادی بستگی دارد از جمله این عوامل می‌توان به اندازه ذرات کانیهای سازنده سنگ و عوامل آب و هوای محیط را نام برد. هر چقدر اندازه کانی کوچکتر باشد سطح موثر آنها زیادتر بوده و در نتیجه سریعتر تحت تاثیر عوامل هوازدگی ، تجزیه می‌شوند. جنس کانیهای سازنده سنگ اثر بسیار مهمی در هوازدگی دارد به عنوان مثال سنگهای گرانیتی بسیار مقاوم تر از سنگ مرمر هستند، زیرا مرمر از کلسیت ساخته شده که به آسانی حتی در محلول اسیدی ضعیفی نیز حل می‌شود.

ترتیب هوازدگی کانیهای سیلیکاته مطابق ترتیب تبلور آنهاست. کانیهایی که زودتر از همه تبلور می‌نمایند یعنی در درجه حرارت و فشارهای زیادتری بوجود می‌آیند، نسبت به کانیهایی که بعدا متبلور می‌شوند در سطح زمین پایداری کمتری دارند. زیرا شرایط تشکیل آنها با شرایط سطح زمین بسیار متفاوت است.

عوامل آب و هوایی ، بویژه رطوبت اهمیت ویژه‌ای در سرعت هوازدگی سنگها دارد. بهترین محیط برای هوازدگی شیمیایی آب و هوای گرم و فراوانی رطوبت است. در نواحی قطبی و در عرضهای جغرافیایی بالا چون برودت هوا ، رطوبت مورد نیاز برای هوازدگی را به صورت یخ در می‌آورد لذا هوازدگی شیمیایی در این نواحی بی‌تاثیر است. در نواحی خشک نیز به علت وجود رطوبت کافی هوازدگی شیمیایی نقش نداد.

هوازدگی و نهشته‌های معدنی

هوازدگی در ایجاد بعضی از نهشته‌های معدنی مهم نقش دارد، زیرا عناصر فلزی پراکنده در سنگ مادر را در یک جا جمع می‌کند. به چنین نقل و انتقالی غالبا غنی شدگی اطلاق می‌شود. غنی شدگی به دو طریق انجام می‌شود. در روش اول هوازدگی شیمیایی به همراه آب نفوذی موادی را که مناسب نیستند از سنگ در حال تجزیه جدا می‌کنند. لذا این عناصر مطلوبی که تراکم آنها در افق نزدیک سطح زمین کم می‌باشد به اعماق برده شده و با رسوب مجدد تمرکز آنها افزایش می‌یابد.

بوکسیت

بوکسیت که کانی اصلی آلومینیوم می‌باشد یکی از کانسارهایی است که به روش غنی شدگی طی فرآیندهای هوازدگی بوجود آمده است. بوکسیت در آب و هوای گرمسیری بارانی همراه با لاتریت تشکیل می‌شود. وقتی سنگ منشا غنی از آلومینیوم در معرض هوازدگی شدید و طولانی قرار بگیرد بیشتر عناصر اصلی آن نظیر کلسیم و سدیم و سیلیس در نتیجه شستشو از محیط خارج می‌شود و بر میزان آلومینیوم آن افزاوده می‌شود. با گذشت زمان خاکی غنی از آلومینیوم به نام بوکسیت حاصل می‌شود که می‌توان از آن آلومینیوم استخراج کرد.

نهشته‌های مس و نقره

بسیاری از نهشته‌های مس و نقره زمانی حاصل شده‌اند که فرآیند هوازدگی عناصری را که در کانسار اولیه با عیار پایین پراکنده بودند در یک جا متمرکز کرده است. معمولا چنین غنی شدگی در نهشته‌های پیریت‌دار (FeS) و کانیهای سولفوری معمول انجام می‌شود. پیریت به دلیل اینکه از نظر شیمیایی به اسید سولفوریک تغییر می‌یابد، می‌تواند در آبهای نفوذی فلزات معدنی را حل کند.

با انحلال کانیها مورد نظر فلزات به تدریج از خلال توده کانسار اولیه به سمت پایین مهاجرت می‌کنند تا سرانجام ته نشین شوند. ته نشینی هنگامی اتفاق می‌افتد که محلولهای مزبور به منطقه آبدار زیرزمینی نزدیک می‌شود. در این محل تغییرات شیمیایی ته نشینی عنصر فلزی می‌شود.

صفحه نخست
پست الكترونيك
آرشيو مطالب

هفته چهارم شهریور 1387
هفته چهارم شهریور 1386
هفته سوم آبان 1385
هفته دوم آبان 1385
هفته اوّل آبان 1385
هفته دوم اردیبهشت 1385
آرشيو

علمی و پژوهشی
آوا نگاري گيتار
انجمن مهندسي معدن
فعالیت های انجمن زمین شناسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر
انجمن زمین شناسی دانشگاه پیام نوراردبیل
مهندسی معدن دانشگاه ارومیه
 

طراح قالب حجت پارسا
 Powered By  BLOGFA.COM