برنامه نویسی ،کتب.مقالات ،نرم افزار

زمین شناسی اقتصادی

زمین شناسی اقتصادی شاخه‌ای از علم زمین شناسی است که پیرامون شرایط تشکیل مواد معدنی ، مورفولوژی و ریخت شناسی آنها ، بافت و ساخت آنها ، عوامل کنترل کننده پراکندگی مواد معدنی ، توجیه فنی و اقتصادی آنها و بلاخره تقسیم بندی ژنتیکی مواد معدنی بحث می‌کند. در رسیدن به اهداف فوق ، روشهای مختلف تجزیه مواد معدنی ، روشهای ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی و فرآوری مواد انجام می‌گیرد. همچنین در انجام پروژه‌های مختلف اکتشافی باید به مسائل زیست محیطی نیز دقت لازم را مبذول داشت.

مواد معدنی ، زیربنای اقتصاد و صنعت هر جامعه را تشکیل می‌دهند. بشر از همان آغاز آفرینش خود و در طول تاریخ ، بر حسب نیازمندیها و شناخت ، از مواد معدنی استفاده کرده است. اکنون نیز انسان ، از تمامی مواد معدنی به حالتها و شیوه‌های گوناگون ، بهره‌برداری می‌نماید. به عبارت دیگر ، همین مواد معدنی هستند که پاپه و اساس تمدن را تشکیل می‌دهند. زمین شناسی اقتصادی ، پایه و شالوده اکتشافات معدنی و کاربرد مواد حاصل از آن را تشکیل می‌دهد.

تاریخچه

از آغاز آفرینش ، انسان همواره از مواد پوسته زمین در جهت رفع نیازمندی‌های زندگی و دسترسی به رفاه بیشتر استفاده کرده است. سنگها و کانیهای غیر فلزی اولین موادی هستند که انسان اولیه آنها را به کار برده است. آثار بدست آمده از کاوشهای باستان شناسی حاکی از آن است که انسانهای اولیه از فلینت ، چرت و دیگر سنگهای سخت برای ساختن اسلحه و کندن غارها استفاده نموده‌اند و همچنین خاک رس و سنگ را برای ساختن ظروف گلی و اهرام شگفت انگیز مورد استفاده قرار داده‌اند.

ظهور انسان و اشیای دست ساز بشری در عصر پارینه سنگی (Paleolithic old stone age) در 750 هزار سال پیش از میلاد آغاز گشته است. بر اساس مطالعات باستان شناسی ، طلا Au نخستین فلزی بوده که بشر به صورت خالص از رودخانه‌ها جمع آوری نموده و مس نیز نخستین فلزی است که انسان قادر به ذوب آن شده است. در مورد تاریخ استفاده از مس نظرات ضد و نقیضی دیده می‌شود. گروهی استفاده از آن را در حدود 20 هزار سال پیش از میلاد ، و عده‌ای تاریخ استفاده آن را به حدود 12 هزار سال پیش از میلاد و به کشور مصر نسبت می‌دهند.

سر تحولی و رشد

    * بر طبق نوشته‌های هرودت ، یونانیان در سالهای 420 تا 384 قبل از میلاد از رگه‌های کوارتزی برای کشف ذخایر طلا استفاده نموده‌اند.

    * ابو علی سینا ، فیلسوف و دانشمند ایرانی ( 1037 ـ 980 میلادی ) اولین کسی به شمار می‌رود که مواد معدنی را تقسیم نموده است. این رده بندی شامل سنگها ، فلزات ، سولفورها ، نمکها و ترکیبات دیگر می‌باشد.

    * اولین نظریه در مورد منشأ مواد معدنی توسط جورج اگزیکولا در سال 1556 ارائه شد. این دانشمند به کمک مطالعات دقیق انجام شده روی ناحیه معدنی ارزبرگ آلمان ، چگونگی تشکیل این ذخیره را به طور سیستماتیک بیان نمود. در قرن هیجدهم مجددا پژوهشهایی در زمینه چگونگی تشکیل مواد معدنی به خصوص در منطقه ارزبرگ آلمان توسط دلیاس ( 1770 ) ، هنگل (1725) ، زیرمن ( 1746) انجام شد.

    * در اواخر قرن هیجدهم ، ورنر از آلمان و جیمز هاتن از اسکاتلند ، دو نظریه متفاوت در مورد منشا مواد معدنی ارائه دادند و بحثهای زیادی در این باره آغاز گردید. ورنر در سال 1775 نظریه نپتونیست را ارائه نمود. بر طبق این نظریه سنگهای رسوبی و سنگهای آذرین و حتی رگه‌ها از طریق ته‌نشینی در اقیانوس به وجود آمده‌اند. هاتن نیز در سال 1778 نظریه پلوتونیست را پیشنهاد کرد. وی ضمن رد کردن نظریه ورنر ، معتقد بود که سنگهای آذرین و مواد معدنی مذاب از اعماق زمین منشا گرفته‌اند.

    * در اواخر قرن نوزدهم ، دانشمندان آمریکایی و اروپایی در مورد نحوه تشکیل مواد معدنی نظریه‌های مختلف دیگری ارائه داده‌اند. مطالعه و پژوهشهایی که تا کنون در زمینه منشا و چگونگی تکشیل کانیها توسط دانشمندان انجام شده موجب ارائه تئوریهای جدید شده که اکتشاف مواد معدنی را در تمامی مراحل کم هزینه‌تر ، آسانتر و با موفقیت آمیزتر نموده است.

زمین شناسی تاریخی از دو کلمه Historical به معنی تاریخی و Geology به معنی زمین شناسی گرفته شده است.

دید کلی

زمین شناسی تاریخی ، شاخه مهمی از علم زمین شناسی است که از تاریخ تحولات و تکامل تدریجی زمین و حیات وجود در آن از ابتدای تشکیل تا به امروز بحث می‌نماید. از این رو زمین شناسی تاریخی ارتباط بسیار نزدیکی با چینه شناسی ، فسیل شناسی و ژئوکرونولوژی دارد. سیر تحولات پوسته زمین اعم از قاره‌ای و اقیانوسی ، منشا و موقیت قبلی و اولیه قاره‌ها ، زمان جدایش آنها ، تشکیل اقیانوس ، منشا حیات و سیر تکاملی آنها در زمان‌های مختلف زمین شناسی ، همچنین کوهزایی‌ها و زمان آنها ، از جمله فرآیند‌هایی هستند که در طول تاریخ زمین رخ داده‌اند و در تقسیم بندی عمر زمین به دوره‌های زمین شناسی نقش اساسی دارند.

روش زمین شناسی تاریخی آن است که از طریق مطالعه ساختمان کنونی ، اثرات و شواهد پدیده‌های مختلف به چگونگی وقوع و شکل گرفتن آنها پی برده می‌شود. اطلاعات حاصل از یادگیری تاریخ زمین بسیار با ارزش است. برای مثال امروزه زمین شناسان دریافته‌اند که نفت و گاز اغلب بر روی گنبدهای نمکی تجمع پیدا می‌کنند و یا ذغال سنگ‌ها معمولا در آب و هوای گرم و مرطوب و محیط‌های مردابی بوجود می‌آیند، از طریق مطالعه گذشته زمین می‌توان به چنین محیط‌های رسوبی و یا آب و هوای دیرینه پی برده و در نتیجه راه را برای اکتشاف منابع مذکور هموار نمود.

تاریخچه زمین شناسی تاریخی

* انسان از بدو خلقت می‌کوشیده که محیط خود را بشناسد، انسان اولیه از مشاهده پدیده‌هایی مانند : زلزله ، آتشفشان و باد و باران به تفکر پرداخته و برای بقای زندگی تلاش نموده تا محیط خود را بهتر بشناسد. زمین شناسی تاریخی یکی از شاخه‌های متنوع زمین شناسی است که همزمان با پیشرفت این علم بر اهمیت آن افزوده شده است.

* ویلیام اسمیت (1839-1769) مهندس معدن طی تجربیات 24 ساله خود علم چینه شناسی و زمین شناسی تاریخی را بنیانگذاری نمود. وی به پدر چینه شناسی معروف شده است.

* انتشار کتاب تئوری زمین) توسط جیمز هاتن توجه مردم را به اهمیت مطالعه زمین و تاریخ آن جلب نمود. هاتن نشان داد که فسیلها بقایای حیات گذشته بوده و برای تعیین سن نسبی زمین می‌توان از آنها استفاده نمود.

* بعد از کشف مواد رادیواکتیو در اوایل قرن جدید برای تعیین سن زمینی و تنظیم جدول زمانی آن از این مواد استفاده شد. تئوری تکتونیک صفحه‌ای وگنر (1915) به حل مسائل مهم زمین شناسی کمک زیادی نمود.

زمین شناسی مهندسی از دو کلمه Engineering به معنی مهندسی و Geology به معنی زمین شناسی گرفته شده است.

دید کلی

زمین شناسی مهندسی ضمن بررسی تاثیر «محیط زمین شناسی» بر سازه‌های مهندسی یا زمین شناسی مهندسی ، راه‌حلهای مناسبی جهت کاهش یا برطرف نمودن خطرات احتمالی ارائه می‌دهد. باید توجه داشت که محیط زمین شناسی اطراف یک سازه به دو صورت با آن در ارتباط است. یکی توسط مصالح زمین شناسی ، یعنی سنگ ، خاک و آب ، دیگری فرآیندها و مخاطرات زمین شناسی مثل سیل ، زمین لرزه ، حرکات دامنه‌ای و مانند آن. برخی از مولفین زمین شناسی مهندسی را سهوا به جای «ژئوتکنیک» به کار می‌برند. بطور کلی زمین شناسی مهندسی به توسط روشهای اکتشافی متنوع تاثیر محیط زمین شناسی اطراف را بر سازه مهندسی یا پروژه عمرانی تعیین می کند. همچنین نقش احداث سازه را در تحریک و تغییر رفتار زمین مشخص می سازد.

تاریخچه و سیر تحولی

* از قرنها پیش معماران و سازندگان بناها بر این نکته معترف بودند که برای جلوگیری از نشست، کج شدن یا فرو ریختن ساختمانشان محتاج آگاهی از شرایط زمین هستند. البته ساختمانهای قدیمی همواره با توجه به تجربیات سازنده بنا و اغلب به روش آزمون و خطا احداث می‌شد. در سال 1776 و زمانی که «کولن» برای اولین بار تئوریهای مربوط به فشار زمین را ارائه داد، استفاده از روشهای تحلیلی در بررسی زمین آغاز شد.

بررسی‌های کولن بر روی دیواره‌های حائل نشان داد که وقتی دیوار حائلی کج می‌شود، گوه‌ای از خاک ناپایدار در پشت آن ایجاد می‌گردد که یک طرف آن ، دیوار و سمت دیگر آن یک سطح گسیختگی است. کولن فشار اولیه وارده به دیوار را به وزن گوه و مقاومت برشی در امتداد سطح برش ، که برحسب اصطکاک داخلی بیان نمود، مربوط کرد. در سال 1871 «اتو مور» فرضیه‌ای عمودی برای مقاومت مصالح زمین شناسی در برابر گسیختگی ارائه داد.

* سالها گذشت تا آنکه «ترزاقی» مکانیک خاک را به صورت شاخه‌ای از مهندسی عمران مطرح نمود. دانش مکانیک خاک با اولین کنفرانس بین المللی در مورد مکانیک خاک و مهندسی پی که در سال 1936 میلادی در دانشگاه هاروارد آمریکا برگزار شد، در سطح جهانی تثبیت گردید.

* از سالهای دور مهندسان و زمین شناسان مفاهیم مربوط به رفتار مکانیکی سنگها را در معدن‌کاری و صنعت نفت به کار می‌گرفتند، ولی این رشته تا اوایل دهه 60 میلادی مخصوصا تا سال 1996 که اولین کنفرانس بین المللی مکانیک سنگ در شهر لیسبون پرتغال برگزار شد، هنوز به طور رسمی به عنوان شاخه‌ای از دانش مهندسی به حساب نمی‌آمد.

* واژه «ژئوتکنیک» اولین بار در سال 1948 میلادی توسط انستیتوی مهندسان ساختمان بریتانیا به کار گرفته شد و به تدریج مفهوم آن غنای بیشتری یافت، تا اینکه در سال 1974 «مهندسی ژئوتکنیک» به عنوان رشته‌ای خاص توسط انجمن مهندسان ساختمان ایالات متحده امریکا نیز به رسمیت شناخته شد. امروزه واژه ژئوتکنیک به مفهوم مجموعه‌ای مشتمل بر سه دانش مکانیک خاک ، مکانیک سنگ و زمین شناسی مهندسی به کار گرفته می‌شود.

مفاهیم کلیدی زمین شناسی مهندسی

زمین و سازه‌های مهندسی :

سازه‌های مهندسی صرفنظر از آن که ما آن را مجموعا «محیط شناسی» می‌نامیم ، تاثیر می‌پذیرند. شاید بتوان عناصر تشکیل دهنده محیط زمین شناسی را به نحو زیر به چهار جز مختلف تقسیم کرد:

* «فرآیندهای زمین شناسی» ، چون فرسایش ، رسوب گذاری ، زمین لرزه و آتشفشان

* «ساختمانهای زمین شناسی» ، چون لایه بندی ، گسلها ، کوه یا دره یک رود

* «مواد زمین شناسی» ، چون سنگ و خاک و آب و هوا

* «زمان» ، که همه چیز در ارتباط با آن در تغییر دائم است.

مواد و مصالح زمین شناسی از دیدگاه مهندسی

زمین شناسی ساختمانی از واژه Structral به معنی ساختاری یا ساختمانی و Geologg به معنی زمین شناسی گرفته شده است.

دید کلی

هر کسی که با زمین شناسی سر و کار داشته باشد، تشخیص می‌دهد که پوسته زمین در طی تاریخ زمین شناسی یک واحد ثابت و غیر متغیری نبوده است بلکه به کرات در برابر عوامل داخلی و خارجی در آن تغییر شکل ایجاد شده است. شاهد این مدعی وجود نواحی عظیم چین خورده یعنی سلسله کوههاست که در آن رسوبات و سنگهای دیگر فشرده شده و فرم آنها تغییر کرده است.

عامل دیگر رسوبات دریایی است که اینک در قلل مرتفع کوهها دیده می‌شود و در برخی موارد هزاران متر از سطح دریا بالاتر قرار گرفته است و این خود ناپایداری قشر زمین را نشان می‌دهد. بطور کلی می‌توان گفت که زمین شناسی ساختمانی و تکتونیک ، درباره ساختهای مختلف سنگهای تشکیل دهنده پوسته زمین، چگونگی تشکیل و ارتباط آنها با عوامل داخلی زمین بحث می‌کند.

اهمیت و کاربرد زمین شناسی ساختمانی

* زمین شناسی ساختمانی در بین سایر علوم زمین شناسی ، موقعیت خاصی را داراست. مثلا تهیه نقشه زمین شناسی محل ، بدون آگاهی به نوع ساختمانهای منطقه ، غیر ممکن است. زیرا بدون توجه به ساختمانهای موجود ، ارتباط واحدهای مختلف زمین شناسی امکان پذیر نیست. از سوی دیگر مواد معدنی ، در ساختمانهای خاص زمین شناسی متمرکز می‌شوند.

مثلا نفت و گاز طبیعی بیشتر در قسمتهای بالای تاقدیسها جمع می‌شوند و با شناسایی این ساختمانهاست که می‌توان امکان وجود آنها را بررسی کرد. همچنین بسیاری از موارد معدنی بصورت رگه تشکیل می‌شوند که این رگه‌ها ، معمولا در امتداد گسلهای موجود در منطقه تشکیل می‌شوند. در بسیاری موارد ، در اثر وجود گسلها و شکستگیها ، گسترش ماده معدنی در یک منطقه قطع می‌شود و برای پیدا کردن مجدد آن ، آگاهی به مشخصات تکتونیکی منطقه ، ضروری است.

* آشنایی به وضعیت ساختمانی منطقه ، کمک موثری در مطالعه آبهای زیرزمینی است. زیرا گسلها و شکستگیها ، مجراهای مناسب جهت عبور آبهای زیرزمینی می‌باشد. شناسایی دره ها و گسلهای ناحیه ، یکی از بهترین مراحل مقدماتی حفر تونلها و احداث سدها به شمار می‌آید.

انواع بررسی‌های زمین شناسی ساختمانی

* بررسی بر اساس وضعیت هندسی:

در این نوع تقسیم‌بندی ، ساختمانهای مختلف زمین از نظر شکل هندسی مورد توجه قرار گرفته و به انواع چین‌ها ، گسل ، درزه‌ها و … تقسیم می‌شوند.

* بررسی از نقطه نظر سینماتیکی:

در این بررسی ، اشکال مختلف زمین‌شناسی ، از نقطه نظر نحوه حرکات پوسته زمین ، که منجر به ایجاد ساختمان مذبور شده است، مورد بررسی قرار می‌گیرند. در حقیقت در این حالت چگونگی تشکیل ساختمانهای مختلف ، مطالعه می‌شود.

* بررسی تاریخی:

مقصود از این بررسیها ، مطالعه چگونگی تشکیل ساختمانهای مختلف ، در دوره‌های خاص زمین‌شناسی است. زیرا بطوری که می‌دانیم، در دوره‌های مختلف دوران زمین شناسی ، حرکات تکتونیکی مختلفی وجود داشته است.

* بررسی از نظر دینامیکی:

در این بررسی ، رابطه نیروهای موثر بر سنگهای زمین و ساختمانهای حاصله ناشی از آنها مورد بررسی قرار می‌گیرد.

زمین شناسی ساختمانی و سایر علوم زمین شناسی

* پترولوژی:

این شاخه از علوم زمین از منشا پیدایش و شرایط تشکیل سنگها و همچنین رابطه موجود این سنگها گفتگو می نماید و ارتباط نزدیکی با زمین شناسی ساختمانی دارد، مخصوصا تغییر شکلهایی که در اعماق با تبلور مجدد یا دگرگونی سنگها همراه است.

* رسوب شناسی:

رسوب شناسی و رسوب گذاری از رخدادهای تکتونیکی ، شواهد و مدارک زیادی ارائه می‌نمایند، زیرا تغییر شرایط ته نشینی و انباشته شدن رسوبات با تغییر شکل حوضه‌های رسوبی همراه است.

* چینه شناسی:

اغلب اوقات وضع چینه شناسی به موقعیت ساختمانی طبقات وابسته است که بدون دانستن سرگذشت تکتونیک منطقه ، امکان بررسی ترتیب چینه شناسی وجود ندارد.

* ژئومورفولوژی:

ژئومورفولوژی در نواحی که تحت تاثیر تکتونیک جدید قرار گرفته است، دارای اهمیت زیادی است.

* زمین شناسی کاربردی:

نیروهای عمل کننده بر زمین باعث ایجاد تغییر در پوسته زمین و تاثیر گذاری بر روی سازه‌های احداث شده بر روی آن می‌شود. بنابراین شناخت پدیده‌های ساختمانی و تکتونیکی کمک موثری به برنامه ریزی در این گونه تشکیلات می‌نماید.

* زمین شناسی اقتصادی:

بسیاری از مواد معدنی به صورت رگه در امتداد گسلها و شکستگیهای موجود در منطقه تشکیل می‌گردد و یا نفت و گاز طبیعی بیشتر در ساختهای خاص زمین شناسی ( تاقدیس ) جمع می‌شوند که برای شناخت این ساختها و استفاده بهینه از مخازن موجود آگاهی از مشخصات تکتونیکی و ساختمانی منطقه لازم است.

* هیدروژئولوژی:

آشنایی به وضعیت ساختمانی منطقه کمک موثری در مطالعه مخازن زیرزمینی است، چون گسلها و شکستگیها علاوه بر جابجایی لایه‌های آبدار ، مجرای مناسبی جهت عبور آبهای زیرزمینی هستند.

* فتوژئولوژی:

امروزه بررسیهای زمین شناسی ساختمانی با استفاده از عکسهای هوایی و مطالعه مستقیم در روی زمین ( زمین شناسی صحرایی ) صورت می‌گیرد و اصولا این دو علم لازم و ملزوم یکدیگرند.