استفاده از روش‌های ژئوالکتریک در بررسی وضعیت نشت آب از محدوده سد رسوب‌گیر معدن مس میدوک

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

دانشکده معدن و متالورژی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

با توجه به اثرات سوء زیست‌محیطی سدهای باطله و ناپایداری مکانیکی آن‌ها به دلیل فرسایش داخلی ناشی از نشت‌های احتمالی، دید‌بانی عملکرد این سدها بسیار ضروری است و عاملی برای مدیریت بهتر فعالیت‌های معدنی به حساب می‌آید. در این پژوهش به منظور بررسی وضعیت نشت آب از سد رسوب‌گیر معدن مس میدوک و شناسایی عامل نشت، از روش‌های ژئوفیزیکی توموگرافی مقاومت‌ویژۀ الکتریکی و پتانسیل خودزا استفاده شده است. برداشت توموگرافی مقاومت‌ویژۀ الکتریکی بر روی 3 پروفیل 200 متری با فاصلۀ الکترودی 10 متر و 1 پروفیل 400 متری با فاصلۀ الکترودی 20 متر و برداشت پتانسیل خودزا با اندازه‌گیری 208 نقطه بر روی 7 پروفیل با فاصلۀ الکترودی 10 متر، در پایین‌دست سد رسوب‌گیر انجام گرفت. لازم به ذکر است به‌علت ساختار سنگی سد و پوشش تاج آن با مصالح سنگی درشت‌دانه، برداشت‌های ژئوفیزیکی بر روی تاج امکان‌پذیر نبود. نتایج برداشت توموگرافی مقاومت‌ویژۀ الکتریکی در پایین‌دست سد رسوب‌گیر، دو زون رسانا، یکی در یال شرقی و دیگری در یال اصلی سد رسوب‌گیر را نشان می‌دهد که بیانگر خردشدگی بستر سد در این محل‌هاست. در یال شرقی در حال حاضر، نشت از روی بستر سد قابل مشاهده است. پیش‌بینی می‌شود با افزایش سطح آب و رسوبات در پشت سد، نشت از بستر یال اصلی نیز اتفاق بیفتد. نتایج نشان می‌دهد عوامل زمین‌شناسی و وجود زون خرد شده در بستر سد، عامل اصلی نشت است. همچنین در نتایج برداشت پتانسیل خودزا، وجود آنومالی مثبت پتانسیل خودزا در پایین‌دست سد، دو مسیر نشت زیر سطحی را نشان می‌دهد که تأییدی بر نتایج توموگرافی است. انطباق نتایج حاصل از دو روش، نشان‌دهندۀ وجود نشت از بستر سد در یال شرقی و اصلی آن است. با افزایش سطح آب و رسوبات در پشت سد، امکان افزایش دبی نشت از زون‌های مشاهده شده و ایجاد مسیرهای جدید وجود دارد. این موضوع علاوه بر کاهش مقدار آب برگشتی به کارخانه فرآوری، مخاطرات زیست‌محیطی نیز در پی خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Geoelectrical investigation of seepage beneath the tailing dam areas of Miduk Copper Mine

نویسندگان [English]

  • Sahar Yahyaabadi
  • Ahmad Ghorbani
  • Abdolhamid Ansari
  • Elham Saeinia
Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

A tailing dam or confining embankment is constructed to enable the deposited tailings to settle and retain processed water. Tailing dams are susceptible to different kinds of pressures such as water pressure and the load of the tailings themselves. Miduk tailing dam was originally constructed with a fine silty sand layer to retain water covered by coarse grains. It was constructed in stages according to the downstream method, filter and support fill.
Tailing dams and downstream areas must be monitored as they undergo internal erosion, during which, the fine grains in the core of a dam are flushed away by seeping water and, as a consequence, the hydraulic conductivity in the remaining material increases. High velocity flows through the dam embankment can cause progressive erosion and piping. Moreover, the saturation of embankment soils, abutments, differential settlements in foundations, local stress relaxation in the soil and locally increased hydraulic gradient generally reduce soil strengths. The seepage issue in a tailing dam is the cause of reservoir loss to groundwater . Furthermore, it causes environmental problems such as the diffusion of heavy metals, acid drainage and so forth. Reversed water from the tailing dam is particularly important in desert areas.
Resistivity and self-potential (SP) monitoring has been widely applied for solving environmental and engineering problems of embankment dams by studying the changes in the subsurface properties with time. SP changes are caused by water movements through (or under) the dam and resistivity changes reflect the changes in the electrical properties of the dam materials.
Self-potential (SP) is a method where naturally occurring electrical potentials are measured. There are a number of different electro-chemical processes that can create such potentials. The type that is of interest in dam investigations is the so-called streaming potential which is the voltage difference parallel to the direction of flow. The streaming potential is manifested by a shearing of the diffuse layer caused by the hydraulic gradient. The field equipment for SP measurements is simple and inexpensive. It requires a pair of non-polarized electrodes, a high impedance voltmeter and t cables to connect them. Electrode drifts were controlled during SP measurements. Electrode drift is primarily caused by variations in temperature or soil moisture or by contamination of the electrolyte by ions introduced from the soil. Changes in the telluric currents induce substantial changes in the potential distribution in the subsurface, an effect accounted for by making regular measurements of the SP difference between the reference point and the base point within the survey area.
The Resistivity method involves the measurement of the apparent resistivity of soil and rocks as a function of depth or position. The resistivity of the ground is measured by injecting a current with two electrodes and measuring the resulting potential difference with two other electrodes. The readings are usually converted into an apparent resistivity of the sub-surface. From these measurements, the true resistivity of the subsurface can be estimated. The investigated volume can be changed by moving the electrodes. The data are usually inverted to a vertical resistivity section, assuming a 2D geometry perpendicular to the profile. Most commonly, the local variability is minimized, resulting in smooth models compatible with the measured data, meaning that sharp resistivity borders such as the ground water surface is visualized as a smooth transition in such inverted sections.
The principle objective of the present study was to evaluate the electrical resistivity and the self-potential methods used to detect anomalous seepage through mine tailing dams. In this regard, field measurements of resistivity and self-potential were carried out on the downstream grounds of tailing dam so as to identify the SP-responses related to seepage. The hydro-stratigraphy was mapped with the resistivity data (4 profiles of ERT) and groundwater flow patterns were specified with self-potential data (208 SP measurement points). The groundwater flow pattern was controlled by the geological and tectonic history of bedrock and the preferential flow pathway existing beneath the dam.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seepage
  • Tailing dam
  • electrical resistivity tomography (ERT)
  • self-potential (SP)
  • monitoring
  • Miduk Copper Mine

تلفورد، دبلیو ام.، جلدارت، ال پی.، شریف، آر ای.، و کیز، دی ای.، 1989، ژئوفیزیک کاربردی، ترجمه حاجب‌حسینیه، ح.، و زمردیان، ح.، انتشارات ‫دانشگاه تهران.

قربانی، ا.، بمانی، م.، انصاری، ع.، و قاری، ح.، 1393، کاربرد مقاومت‌ویژه الکتریکی دو بعدی در شناسایی هندسه زمین لغزش نقل سمیرم، مجله انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران، 6 (4-3)، 32-17.

نوروزی، غ.، ۱۳۹۲، روش‌های الکتریکی در ژئوفیزیک اکتشافی، انتشارات دانشگاه تهران.

واحد زمین‌شناسی و امور اکتشافات شرکت ملی صنایع مس ایران، 1370، گزارش مطالعات اکتشافی در محدودۀ معدن مس میدوک توسط شرکت اتوکمپو فنلاند، آرشیو فنی معدن مس میدوک.

واحد زمین‌شناسی و امور اکتشافات شرکت ملی صنایع مس ایران، 1387، گزارش نقشۀ زمین‌شناسی- معدنی 1:1000 بخش‌های غربی و شرقی معدن مس پورفیری میدوک توسط شرکت پارس اولنگ، آرشیو فنی معدن مس میدوک.

Abdelrahman, E. M., and El-Araby, T. M., 1997, An iterative approach to depth determination from moving average residual self-potential anomalies: King Abdulaziz Univ, Earth Science, 9(3), 26–97.

Al-Saigha, N. H., Mohammed, Z. S., and Dahham, M. S., 1994, Detection of water leakage from dams by self-potential method: Engineering Geology, 37(2), 115-121.

Grangeia, C., Avila, P., Matias, M., Ferreira, D., and Silva, E., 2011, An integrated investigation of the Rio tailings Panasqueria mine (central Portugal): Engineering Geology, 123(4), 359-372.

Ikard, S. J., Revil, A., Schmutz, M., Karaoulis, M., Jardani, A., and Mooney, M., 2014, Characterization of focused seepage through an earthfill dam using geoelectrical methods: Groundwater, 52(6), 952–965.

Ikard, S. J., Rittgers, J., Revil, A., and Mooney, M. A., 2015, Geophysical investigation of seepage beneath an earthen dam: Groundwater, 53(2), 238–250.

Lapenna, V., Lorenzo, P., Perrone, A., Piscitelli, S., Rizzo, E., and Sdao, F., 2005, Case history: 2D electrical resistivity imaging of some complex landslides in Lucanian Apennine (Southern Italy): Geophysics, 70(3), B11-B18.

Loke, M.H., 2001, Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys: Geotomo Software: Penang, Malaysia. http://www.geoelectrical.com.

Loke, M. H., and Barker, R. D., 1996, Practical techniques for 3D resistivity surveys and data inversion: Geophysical Prospecting 44, 499–523.

Mainaly, G., 2006, Monitoring of tailings dams with geophysical methods: Patent 7, Lulea University of Technology, 93 pp.

Moore, J. R., Boleve, A., Sanders, J. W., and Glaser, S. D., 2011, Self-potential investigation of moraine dam seepage: Journal of Applied Geophysics, 74, 277–286.

Murthy, S. B. V., and Haricharan, P., 1985, Nomogram for the spontaneous potential profile over sheet-like and cylindrical two-dimensional sources: Geophysics, 50, 1127–1135.

Ogilvy, R. D., Kuras, O., Palumbo-Roe, B., Meldrum, P. I., Wilkinson, P. B., Chambers, J. E., and Klinck, B. A., 2009, The detection and tracking of mine-water pollution from abandoned mine using electrical tomography: International Mine Water Conference, 917-925.

Panthulu, T. V., Krishnaiah, C., and Shirke, J. M., 2001, Detection of seepage paths in earth dams using self-potential and electrical resistivity methods: Engineering Geology, 59(3), 281-295.

Reynolds, J. M., 2000, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics: John Wiley and Sons Ltd.

Rucker, D. F., Schindler, A., Levitt, M. T., and Glaser, D. R., 2009, Three-dimensional electrical resistivity imaging of a gold heap: Hydrometallurgy 98(3-4), 267-275.

Telford, W. M., Geldart, L. P., and Sheriff, R. E., 2004, Applied geophysics: Digital Printing, Published by Press Syndicate of the University of Combridge.

Vanhala, H., Raisanen, M. L., Suppala, I., Huotari, T., Valjus, T., and Lehtimaki, J., 2005, Geophysical characterizing of tailings impoundment – a case from the closed Hammaslahti Cu-Zn mine, Eastern Finland: Geological Survey of Finland, 49-60.

Werkema, D., Atekwana, Jr. E., Sauck, W., and Asumadu, J.A., 2000, A generic automated/semiautomated digital multi-electrode instrument for field resistivity measurements: IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 49(6), 1249-1253.