A Comparison of Morphometry and the Effects of Formation Mechanisms on the Morphometry of Gypsum and Limestone Sinkholes

Document Type : Research Paper

Authors

1 PhD Candidate Natural geograpghy department, Geography and planning Faculty, university of Isfahan, Isfahan, Iran

2 Associate Professor, Natural geograpghy department, Geography and planning Faculty, university of Isfahan, Isfahan, Iran

Abstract

Abstract:
The presence of soluble formations promotes the formation of karstic forms. Among the most important types of these forms are sinkholes. Since the Gachsaran Formation in Jaber and Maroon plains comprise the gypsum layers, the gypsum sinkholes have occurred inside them and the karst zones of Parau and Shahou heights in Kermanshah Province have also formed on the carbonate layers. The field studies confirm that there are major differences in the morphometry and formation mechanism of gypsum and calcareous sinkholes. The present study aimed to investigate the effect of the formation mechanism of these phenomena on their morphometry and the differences and similarities of the two phenomena (gypsum and Calcareous sinkholes). In this study, the parameters of the sinkholes, including the general shape of the sinkholes, diameter, depth, slope, perimeter, and the area of ​​each sinkhole were collected. According to the Basu method, the gypsum sinkholes are categorized as elongated and bowl-shaped types, and on the basis of the Switch method, they are classified as bowl-shaped, pit-like, and funnel-shaped sinkholes. While another investigation conducted on the calcareous sinkholes indicates that these phenomena are mainly categorized in the form of oval and elongated sinkholes, and some of them are formed in the bowl-shaped types (based on the Basu Method). Besides, according to the Switch method, they are classified as bowl-shaped forms as well. Then, the relationship between these components was evaluated by using the multivariate linear regression statistical method and stepwise multiple linear regression analysis. One of the important results in this study was the direct relationship between the morphometry of the shapes and their mechanism of formation. The plastic property of the Gachsaran Formation is the cause of the placement of this formation in synclines. It causes variation in the position of gypsum layers. So, gypsum layers had different places and different positions. The relationship between gypsum layers and effective water flows and the very high rate of dissolution of gypsum (compared to lime) causes gypsum sinkholes to have different mechanisms of formation and variation in form, even in a specific study area. As a result, modeling for gypsum sinkholes is more complex than limestone sinkholes.
 
Introduction:
Karst is a geomorphic and hydrological system that is formed by the dissolution of soluble rocks such as limestone, dolomite, and gypsum (Eziot et al., 2014). Gypsum and anhydrite are among the rock types which can be karstified easily and quickly (White, 1988). There is a close relationship between karst geomorphology and its evolution so that karst morphology phenomena are abundant and developed in the area (Ghobadi 2009, Karimi 2010). Generally, four different mechanisms are characterized for the formation of sinkholes. The mechanisms are solutions from above, collapse from the bottom, soil transport, and removal of buoyant support. Sometimes the formation of the sinkholes is due to a combination of different mechanisms. It seems that the above-mentioned mechanisms can also be applied to gypsum sinkholes; the only difference is the formation speed of the landform (Gunay, 2002). This research attempted to investigate the structural and morphometric differences and similarities between the gypsum and calcareous sinkholes and to compare their mechanisms of formation.
 
Methodology:
Due to the considerable difference between the dimensions of the gypsum and calcareous sinkholes in this study, two methods were applied to study and extract the sinkhole forms. In a study carried out by Zamanzadehh et al. (2019), the sinkholes of the study areas were extracted based on DEM10 and CCLs methods. Given the much smaller size of gypsum karstic sinkholes in comparison to the calcareous sinkholes, the CCLs method cannot be used to investigate the morphometric features of the gypsum sinkholes in the study areas of Maroon and Jaber plains. Thus, field studies are the only way to identify these sinkholes. After the field investigation and measuring the characteristics of sinkholes in both study areas, the required parameters were prepared by SPSS software.
 
Results:
In this research, Basu and Switch methods were used to determine the morphology of the sinkholes. According to the calculations, most of the sinkholes of the Maroon plain are categorized in elongated forms, and the most frequent sinkholes of the Jaber plain are of the circular category, while in Zamanzadehh et al. (2019), based on the Basu method, the least and the most frequent sinkholes are of circular and oval types, respectively. Also, some of the sinkholes are classified as elongated ones. Using the Switch method, in the Maroon and Jaber plains, 14% of the sinkholes are of pit-like type, 13% of them are funnel-shaped, and 73% of them are categorized as bowl-shaped, while in the case of calcareous sinkholes (Zamanzadehh et al., 2019), all of them are bowl-shaped. However, based on the studies and observations, it should be noted that the vicinity of marl and gypsum, and marl collapse within the gypsum sinkholes can cause major changes in the morphometry of the sinkholes and disrupt these assumptions.
 
Conclusion:
According to the results of the conducted research on the gypsum sinkholes, the components of the area with large diameter, the area with small diameter, a deep area, and a large diameter demonstrate the most significant correlation. The results of Zamanzadehh et al. (2019) confirm that the components of the perimeter with large diameter, small diameter with perimeter, large diameter with the area, an area with perimeter, and small diameter with an area have the most significant correlation.
The results of simple regression analysis of second and third-degree equations between morphometric parameters of gypsum sinkholes show that there is the highest correlation rate among some parameters such as perimeter and area, small diameter and large diameter of gypsum sinkholes, while the obtained results of Zamanzadehh et al. (2019) confirms that the maximum significant relationship is between the area and perimeter components. The results of stepwise multiple linear regression analysis among the morphometric components of the sinkholes show that the highest quantity of the coefficient of determination is related to the area, small diameter and large diameter, and depth, and the lowest quantity of the coefficient of determination is related to the slope with depth, and large and small diameters. However, according to Zamanzadehh et al. (2019), the maximum quantity of significant relationship is related to perimeter parameter with the parameters of large and small diameters, and the least quantity of significant relationship is related to the components of the slope with depth, small diameter, and large diameter.
The reason for the difference between the dimensions of calcareous and gypsum sinkholes can be owing to the thickness of gypsum and calcareous layers. The presence of the limestone on the crest of the elevations and the existence of gypsum sinkholes in the synclines, as well as the thickness of calcareous layers, compared to the gypsum layers, and the difference in dissolution rate of these two layers are the main factors behind the differences in the formation mechanism of these features. The presence of the creeks on the formations and gypsum layers of the Maroon plain form the elongated sinkholes. In the Jaber plain, where most of the sinkholes are formed on the knick line, the intersection point of a hillside concentrated flow and the gypsum layer has created circular sinkholes. However, it should be noted that the presence of gypsum layers with marl layers and their vicinity changes the appearance of these sinkholes rapidly (due to the collapse of marl) and basically influences their morphometry. The dissolution is the most important factor for the formation of calcareous sinkholes, and the fault factor is the only parameter that has caused a high proportion of oval and elongated sinkholes in comparison with circular sinkholes. However, due to the plasticity and thickness of the gypsum layers in the Gachsaran Formation, the effects of tectonic activities on these layers are damping, and the faults do not affect the formation of the sinkholes. One of the most significant reasons that have led to the higher correlations of calcareous sinkholes to gypsum sinkholes stems from the formation type of them.
 
Keywords: Modeling, Elongation Coefficient, Regression Analysis, Maroon Plane, Jaber Plane.
 
References:
- Basso, A., Bruno, E., Parise, M., & Pepe, M. (2012). Morphometric Analysis of Sinkholes in a Karst Coastal Area of Southern Apulia (Italy). Journal of Environmental Earth Sciences, 70(6), 1-16.
- Bondesan, A., Meneghel, M., & Sauro, U. (1992). Morphometric Analysis of Dolines. International Journal of Speleology, 21(1), 1-55.
- Bruno, E., Calcaterra, D., & Parise, M. (2008). Development and Morphometry of Sinkholes in Coastal Plains of Apulia, Southern Italy. Preliminary Sinkhole Susceptibility Assessment. Journal of Engineering Geology, 99(3-4), 198-209.
- Chen, H., Oguchi, T., & Wu, P. (2018). Morphometric Analysis of Sinkholes Using a Semi-Automatic Approach in Zhijin County, China. Arabian Journal of Geoscience, 11(15), 1-14.
- Cvijić, J. (1893). Das Karstphänomen: Versuch Einer Morphologischen Monographie. Stuttgart.
- Ford, D., & Williams, P. D. (2013). Karst Hydrogeology and Geomorphology. London: John Wiley & Sons.
- Ghobadi, M. (2009). Karst Engineering Geology. Hamedan: Bu Ali Sina University Publications.
- Gutiérrez, F., Parise, M., De Waele, J., & Jourde, H. (2014). A Review on Natural and Human-Induced Geohazards and Impacts in Karst. Journal of Earth-Science Reviews, 138, 61-88.
- Jahanfar, A., Bhrami, Sh., & Zangene Asadi, M. (2018). Morphometric and Morphological Analysis in the Calcareous Mass of Perav and Bistoon. Journal of Geographic Space, 18(63), 165-180.
- Karimi, H. (2010). Relationship Between Construction System and Karsting. The Second International Symposium on Karstic Water Resources in Tehran, Iran.
- Montjane, A. K., Tshibubuze, A., Woldai, T., & Heath, L. (2020). The Influence of Geological Fractures on Karstic Sinkhole Development in Eastern Areas of Centurion, South Africa.  Journal of Environmental Earth Sciences, 79(21), 1-19.
- Ozdemir, A. (2015). Sinkhole Susceptibility Mapping Using a Frequency Ratio Method and GIS Technology near Karapınar, Konya-Turkey. Procedia Earth and Planetary Science, 15, 502-506.
- Ozyurt, N. N., Lutz, H. O., Hunjak, T., Mance, D., & Roller-Lutz, Z. (2014). Characterization of the Gacka River Basin Karst Aquifer (Croatia): Hydrochemistry, Stable Isotopes and Tritium-Based Mean Residence Times. Journal of Science of the Total Environment, 487, 245-254.
- Panno, S. V., & Luman, D. E. (2018). Characterization of Cover-Collapse Sinkhole Morphology on a Groundwater Basin-Wide Scale Using Lidar Elevation Data: A New Conceptual Model for Sinkhole Evolution. Journal of Geomorphology, 318, 1-17.
- Rezaeemoghadam, M., & Ghadri, M. (2011). A Quantitative Analysis of Sinkholes in Karstic Areas (Case Study: Takht Soleiman Area). Journal of Geography & Planning, 35, 113-135.
- Waltham, T., Bell, F. G., & Culshaw, M. (2007). Sinkholes and Subsidence: Karst and Cavernous Rocks in Engineering and Construction. Environmental and Engineering Geoscience, 13(1), 83-84.
- Zaman Zade, M., Parizi, E., & Amini, M. (2018). Modelling of the Morphometric Parameters of the Sinkholes and Presenting Fractal Indices in Study of Karstic Zone Faults, (Case Studies: Karstic Zones Between Perav and Shahou). Journal of Quantitative Geomorphology Studies, 6(4), 1-16.

Keywords

Main Subjects

Full Text

مقدمه

واژة کارست به مجموعه‌ای از فرایندهای زمین‌شناسی و پدیده‌های حاصل از انحلال سنگ‌های انحلال‌پذیر گفته می‌شود که با تجزیه و انحلال ساختمان این سنگ‌ها، رژیم آب‌شناختی بی‌همتایی شکل می‌گیرد و به تشکیل لندفرم‌های ویژه‌ای می‌انجامد (وزارت نیرو- تماب، 1373). کارست یک سیستم ژئومورفیک و هیدرولوژیک است که با انحلال سنگ‌های انحلال‌پذیر مانند سنگ آهک، دولومیت و ژیپس شکل می‌گیرد (Ozyurt et al., 2014: 30)؛ به بیانی کارست نوعی چشم‌انداز است که در سنگ‌های کربناته (آهک، دولومیت و مرمر) یا تبخیری (ژیپس، انیدریت و سنگ نمک) تشکیل می‌شود (Ford and Williams, 2013: 2).

باید دانست که توسعة یک سیستم کارستی به عوامل متعددی مانند اقلیم، لیتولوژی و عوامل ساختمانی (چین، گسل و درزه) بستگی دارد (زمان‌زاده و همکاران، 1397: 2). جریان آب و ساختارهای تکتونیکی از مهم‌ترین عوامل کارستی‌شدن سنگ‌های انحلال‌پذیر هستند (قبادی، 1388: 45). شش نوع فروچاله ازنظر نحوة تشکیل و چهار مکانیسم مختلف برای تشکیل این فروچاله‌ها را نیز والتام و فوکس[1] (2005) معرفی کرده‌اند. این شش نوع فروچاله، فروچاله‌های انحلالی[2]، رمبشی[3]، ریزشی[4]، دفن‌شده[5]، پوش‌سنگی[6] و بلعشی[7] و چهار مکانیسم تشکیل آنها، انحلال از بالا[8]، ریزش از زیر[9]، انتقال خاک‌های رویین[10] و برداشته‌شدن نیروی نگهدارنده[11] هستند. براساس بررسی‌های انجام‌شده روی فروچاله‌ها می‌توان گفت میان ژئومورفولوژی کارست و تکامل آن ارتباط نزدیکی وجود دارد (کریمی، 1389: 2)؛ به بیانی فرم فروچاله‌ها ارتباط مستقیمی با نحوة تشکیل آنها دارد؛ اما باید به این نکته نیز توجه داشت که گاهی مکانیسم‌های تشکیل فروچاله‌ها، ترکیبی از مکانیسم‌های مختلف است که این تداخل مکانیسم تشکیل بر مورفومتری فروچاله‌ها نیز تأثیر خواهد داشت. مطالعة مورفومتریک فروچاله‌ها امکان یک تحلیل کمی از محیط‌های کارستی را فراهم می‌کند و مقایسة پارامترهای متنوع فروچاله‌ها نیز ممکن است نتایج غیرمنتظره داشته باشد و به ارائة فرضیاتی دربارة نحوة تکامل و دینامیک ژئواکوسیستمی کارستی منجر شود (Bondesan et al., 1992: 1).

مطالعات گوناگون با اهداف مختلفی دربارة فروچاله‌ها انجام شده است که در اینجا به تعدادی از مطالعات مرتبط با این پژوهش اشاره می‌شود.

در بررسی مورفومتریک فروچاله‌های بخش جنوبی آفولیا که در جنوب غربی ایتالیا واقع شده، مشخص شده است وجود گسل‌ها بر میزان تکامل و شکل‌گیری فروچاله‌ها و همچنین شکل ظاهری آنها تأثیر دارد (Basso et al., 2012).

همچنین می‌توان به پژوهشی اشاره کرد که در فلات اوبروک دربارة فروچاله‌ها انجام شده است. در این مطالعه اینگونه استنباط شده است که در شکل‌گیری و توزیع فروچاله‌ها عوامل زمین‌شناسی، ارتفاع، جهت شیب، تراکم گسل، فاصله از گسل و شیب و سطح آب زیرزمینی نقش عمده‌ای ایفا می‌کنند (Ozdemir, 2015: 502).

در یک مطالعه پژوهشگران فروچاله‌های منطقة گازورخانی کرمانشاه را بررسی و مورفومتری فروچاله‌ها را مطالعه کردند و این پدیده را در دسته‌های ساده، مرکب و پیچیده قرار دادند. بررسی‌ها نشان داد این پدیده در شیب بالاتر از 20 درجه تشکیل نخواهد شد (ثروتی و همکاران، 1393: 194).

در مطالعه‌ای دیگر دربارة مناطق کارستی جنوب غربی چین با استفاده از یک روش شناسایی و اندازه‌گیری به‌وسیلة DEMهای مشتق‌شده از تصاویر ASTER و STRM و نقشه‌های توپوگرافی، بر این مسئله تأکید شده که شکل کلی فروچاله‌ها تابع خطوط گسل است (Hao Chen et al., 2018: 412).

در پژوهشی که در بررسی و تکامل فروچاله‌ها با تصاویر لیدار انجام شده، الگویی ارائه شده است که براساس آن از ابتدای شکل‌گیری فروچاله‌ها به‌واسطة وجود شکاف در بستر سنگ تا فروریزش آن را شبیه‌سازی کرده‌اند (Panno and Luman, 2018: 1).

پژوهشگران در خط ساحلی آپولیا در جنوب ایتالیا، اشکال کارستی را براساس تحول و تکامل و مورفومتری با استفاده از پارامترهای عمق، طول و عرض بررسی کردند. مسئله‌ای که در این پژوهش بر آن تأکید شده، تعامل بین محیط‌زیست انسانی و این اشکال کارستی و آثار منفی این پدیده‌ها بر سازه‌های انسان‌ساخت است. در این پژوهش به اهمیت مطالعة دقیق زمین‌شناسی و ژئومکانیکی پیش از ساخت‌وساز و تعمیر و پرکردن حفره‌ها در صورت مجاورت با سازه‌ها اشاره شده است (Bruno et al., 2019: 198).

در مطالعه‌ای دربارة پهنة دولومیتی واقع در منطقة مطالعاتی سنتوریون در آفریقای جنوبی، عامل اصلی شکل‌گیری و تکامل فروچاله‌های منطقه، وجود شکستگی‌ها و درزهای ناشی از فعالیت‌های تکتونیکی و تسریع حرکت سیالات در این شکاف‌ها معرفی شده است (Montjane et al., 2020: 1).

برای شناخت عوامل مؤثر بر پراکندگی و وقوع فروچاله‌های دشت کرمانشاه از روش‌های کمی Curvature, RTP استفاده شده و نتایج نشان داده است که متأثر از گسل فروچاله‌های مرکبی شکل گرفته‌اند که 89 درصد کل فروچاله‌های منطقه را شامل می‌شود. بنا بر نتایج این پژوهش عامل اصلی شکل‌گیری فروچاله‌های این منطقه، وجود گسل و میزان گسلش است (حیدری و همکاران، 1399: 215)

در پژوهش حاضر با توجه به موقعیت قرارگیری فروچاله‌های گچی و تأثیر مستقیم آنها بر سازه‌ها، تأسیسات و سکونتگاهها و با در نظر گرفتن این مسئله که فروچاله‌های گچی به دلیل ابعاد کوچک قابلیت بررسی با روش‌های سنجش از دور را ندارند، سعی شده است مناسب‌ترین پارامترها برای مدل‌سازی تعیین شوند؛ به این وسیله می‌توان این پدیده‌ها را که فقط از راه بازدیدهای میدانی قابلیت بررسی دارند، براساس مدل ارائه‌شده بررسی کرد تا درنهایت تفاوت‌ها و شباهت‌های موجود در مورفومتری فروچاله‌های گچی و آهکی و میزان تأثیر نقش مکانیسم تشکیل فروچاله‌ها در مورفومتری این دو نوع فروچاله بررسی شود.

منطقة پژوهش

در این پژوهش دو منطقة دشت مارون و دشت جابر در محدودة سازند گچساران برای بررسی فروچاله‌های گچی مطالعه شده‌اند. دشت مارون واقع در حوضة مارون، در بخش چین‌خوردة سادة رشته‌کوه زاگرس در استان‌های خوزستان و کهگیلویه و بویراحمد، در طول شرقی 50 درجه و 29 دقیقه تا 50 درجه و 48 دقیقه و عرض شمالی 30 درجه و 30 دقیقه و 31 درجه و 20 دقیقه و در نقشة زمین‌شناسی 1:100000 بهبهان قرار دارد (مؤمنی‌پور، 1395: 35).

دشت جابر بدره واقع در طول جغرافیایی 46 درجه و 6 دقیقه تا 47 درجه و 17 دقیقه شمالی و عرض جغرافیایی 33 درجه و 16 دقیقه شمالی تا 33 درجه و 38 دقیقه شرقی در شمال غربی استان ایلام قرار گرفته است (شکل 1).

 

شکل1. محدوده‌های مطالعه‌شدة گچ (دشت‌های مارون و جابر)

Fig. 1. Study areas (Gypsum), (Maroon and Jaber planes)

 

منطقة سوم (پرآو) با وسعت 34/72 کیلومترمربع و موقعیت ʹ13 °47 تا ʹ20 °47 طول شرقی و ʹ24 °34 تا ʹ28 °34 عرض شمالی، منطقة چهارم (خالک) با مساحت 59/102 کیلومترمربع و موقعیت ʹ05 °47 تا ʹ13 °47 طول شرقی و ʹ28 °34 تا ʹ33 °34 عرض شمالی و منطقة پنجم (کندوله) با مساحت 36 کیلومترمربع و موقعیت ʹ01 °47 تا ʹ06 °47 طول شرقی و ʹ33 °34 تا ʹ36 °34 عرض شمالی به ترتیب در شرق، شمال شرق و شمال شهرستان کرمانشاه واقع شده‌اند. منطقة ششم (بخش شمالی شاهو) نیز با وسعت 81/245 کیلومترمربع و موقعیت ʹ25 °46 تا ʹ36 °46 طول شرقی و ʹ55 °34 تا ʹ03 °35 عرض شمالی در شمال شهرستان جوانرود قرار دارد (شکل 2).

 

شکل 2. محدوده‌های مطالعه‌شده (آهکی) (زمان‌زاده و همکاران، 1397: 4)

Fig. 2. Location of study areas (lime) (Zamanzadeh et al., 2018)

روش‌شناسی پژوهش

با توجه به تفاوت بسیار زیادی که بین ابعاد فروچاله‌های گچی و آهکی در این مطالعه وجود دارد، از دو روش متفاوت برای بررسی و استخراج شکل و فرم فروچاله‌ها استفاده شده است. در پژوهش زمان‌زاده و همکاران (1397)، فروچاله‌های مناطق مطالعه‌شده براساس DEM ده متر و روش CCLs[12] استخراج شد. استخراج اتوماتیک فروچاله‌ها با استفاده از روش CCLs را نخستین‌بار لیانگ و دیو[13] (2013) ابداع کردند. در این روش برای استخراج فروچاله‌ها، نخست خطوط کانتور بسته‌ای که دست‌کم یک منحنی میزان دیگر را دربرمی‌گیرد و ارتفاع آن بیش از منحنی یا منحنی‌های داخلی است، به‌مثابة فروچاله و بیرونی‌ترین خط منحنی میزان را به‌مثابة مرز آن در نظر می‌گیرند (شکل 3).

 

شکل 3. نمایش فروچاله‌های منفرد و خوشه‌ای روی خطوط کنتور بسته (Liang et al., 2014: 1075)

Fig. 3. Single and clustered sinkholes on the contour lines (Liang et al., 2014: 1075)

 

این در حالی است که برای بررسی مورفومتری فروچاله‌های گچی دو محدودة مطالعاتی دشت مارون و جابر، با توجه به ابعاد بسیار کوچک‌تری که این عوارض کارستی نسبت به فروچاله‌های آهکی دارند، نمی‌توان از روش CCLs بهره گرفت؛ زیرا عوارضی با ابعاد فروچاله‌های گچی در DEM نمایش داده نمی‌شوند و استفاده از خطوط کانتور برای این فروچاله‌ها مؤثر واقع نمی‌شود؛ بنابراین تنها راه شناسایی این فروچاله‌ها، بررسی‌های میدانی است. پس از بررسی‌های میدانی انجام‌شده، مشخصات ظاهری فروچاله‌ها ازجمله قطر، عمق، شیب دهانه، مساحت دهانه و محیط دهانة فروچاله‌های دو منطقة مطالعاتی برای انجام تحلیل‌های مورد نیاز با نرم‌افزار SPSS تحلیل شد. در ابتدا با استفاده از داده‌های برداشت‌شده، فروچاله‌های دو محدودة مطالعاتی با روش‌های باسو و سویچ[14] دسته‌بندی شد. تعیین شکل در روش باسو به‌صورت دوبعدی انجام می‌شود؛ بدین صورت که براساس ضریب کشیدگی[15] (R)، فروچاله‌ها به سه طبقة دایره‌ای (ضریب کشیدگی 1 یا نزدیک به 1)، بیضی‌شکل (ضریب کشیدگی 21/1 تا 65/1) و کشیده (بیش از 8/1) تقسیم‌بندی می‌شوند (Basso et al., 2012: 8)؛ سپس در نرم‌افزار SPSS تحلیل رگرسیونی پارامترهای مورفومتری فروچاله‌ها انجام شد. برای این منظور از روش‌های خطی تک‌متغیره، درجه 2، درجه 3 و چندمتغیره استفاده شد و مناسب‌ترین مدل‌ها که ارزش رجحانی بیشتری داشتند، ارائه شدند. در ادامه داده‌های به‌دست‌آمده در هر مرحله با نتایج حاصل از مطالعه‌ای مقایسه شدند که زمان‌زاده و همکاران (1397) انجام دادند.

یافته‌های پژوهش

جدول 1 نتیجة آنالیز توصیفی مؤلفه‌های برداشت‌شده از فروچاله‌ها ازجمله محیط، مساحت، عمق، شیب، قطر بزرگ و قطر کوچک است که در بازدید میدانی برداشت شده‌اند و در نرم‌افزار SPSS دامنه، حداقل، حداکثر، چولگی، میانگین و انحراف معیار محاسبه شد تا به این وسیله ضریب کشیدگی فروچاله‌های گچی به دست آید.

جدول 1. آنالیز توصیفی مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌های گچی

Table 1. Descriptive analysis of morphometric components of gypsum sinkholes

ضریب کشیدگی (قطر بزرگ / قطر کوچک) (متر)

قطر کوچک

(متر)

قطر بزرگ (متر)

شیب (درصد)

عمق (متر)

محیط (متر)

مساحت (مترمربع)

شاخص‌های آماری

منطقه

3/3

79

196

260

14

647

2823/43

دامنه

مارون

1

1

4

40

1

3

4

حداقل

3/4

80

200

300

15

650

43/2827

حداکثر

47/1

4/16

65/24

8/83

471935/4

12/125

3642/565

میانگین

953411/0

5889/15

87778/32

 

98317/34

2/3

7241/43

339/1652

انحراف معیار

963834/1

187288/2

372341/3

694973/3

1/3

518675/6

720301/6

چولگی

57/2

99

5/88

130

29/5

66/331

7852/2

دامنه

جابر

1

1

5/1

10

5

5/2

1/77

حداقل

57/3

100

100

140

30

16/314

7853/98

حداکثر

1/1

35/18

96809/18

21429/58

5/3

3/67

184/630

میانگین

497606/0

 

95974/21

 

75941/21

45925/39

 

67333/5

0500/74

235/1476

انحراف معیار

707929/4

155631/2

14394/2

555166/2

584313/2

920559/1

563941/3

چولگی

 

جدول 2 شامل نتیجة آنالیز توصیفی مؤلفه‌های برداشت‌شده از فروچاله‌های آهکی است که زمان‌زاده و همکاران (1397) این مشخصات را با استفاده از DEM در محیط Arc Map استخراج کرده‌اند. درنهایت نگارندگان با استفاده از این مشخصات، دامنه، حداقل و حداکثر، چولگی، میانگین و انحراف معیار را محاسبه کرده‌اند.

جدول 2. آنالیز توصیفی مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌های آهکی (زمان‌زاده و همکاران، 1397: 5)

Table 2. Descriptive analysis of morphometric components of Calcareous sinkholes (Zamanzadeh et al., 2018: 5)

ضریب کشیدگی

(قطر بزرگ/ قطر کوچک)

قطر کوچک

(متر)

قطر بزرگ

(متر)

شیب

(درصد)

عمق

(متر)

محیط

(متر)

مساحت

(مترمربع)

شاخص‌های آماری

منطقه

83/1

948

1826

31/42

87

9/5898

9/902660

دامنه

 

 

پرآو

 

 

1

26

40

63/9

7

124

31/844

حداقل

83/2

974

1866

94/51

94

9/6022

2/903505

حداکثر

53/1

8/235

5/367

7/29

8/30

5/1219

1/90689

میانگین

42/0

9/193

2/353

4/9

3/20

2/1175

7/172951

انحراف معیار

1

2/2

7/2

23/0-

5/1

6/2

8/3

چولگی

47/1

987

2031

29/39

76

3/6419

9/1258896

دامنه

 

 

خالک

06/1

78

112

07/11

8

8/305

2/6474

حداقل

53/2

1065

2143

36/50

84

2/6725

2/1265371

حداکثر

6/1

6/256

2/437

9/22

3/22

7/1353

6/114225

میانگین

40/0

6/197

416

6/8

1/16

3/1310

7/260846

انحراف معیار

53/0

4/3

5/3

4/1

8/2

5/3

4/4

چولگی

36/1

521

1059

51/27

50

6/3286

5/368267

دامنه

 

 

کندوله

1

92

133

1/7

7

401

10406

حداقل

36/2

613

1192

61/34

57

6/3687

378674

حداکثر

49/1

5/230

6/357

6/22

4/25

4/1152

9/77776

میانگین

35/0

4/151

4/285

9/6

3/14

5/930

4/101972

انحراف معیار

72/0

19/1

5/1

42/0-

71/0

53/1

7/1

چولگی

79/4

907

2281

6/24

129

2/5888

1/1408440

دامنه

 

 

شاهو

02/1

61

90

26/7

8

3/259

4655

حداقل

8/5

968

2371

92/31

137

5/6147

1/1413095

حداکثر

75/1

1/261

2/474

2/20

2/22

3/1396

8/120715

میانگین

87/0

05/183

6/459

1/6

9/20

9/1293

7/232883

انحراف معیار

8/2

8/1

6/2

0

9/3

2

2/4

چولگی

 

براساس محاسبات انجام‌شده براساس روش باسو، عمدة فروچاله‌های گچی دشت مارون در دستة فروچاله‌های کشیده و بیشترین تعداد فروچاله‌های گچی دشت جابر در دستة فروچاله‌های دایره‌ای‌شکل قرار می‌گیرند؛ این در حالی است که در مطالعة زمان‌زاده و همکاران (1397) براساس روش باسو، کمترین و بیشترین نوع فروچاله مربوط به فروچاله‌های دایره‌ای‌شکل و بیضی‌شکل است که البته تعداد کمی از این فروچاله‌ها نیز در دستة فروچاله‌های کشیده قرار گرفته‌اند. شکل 4 انواع مورفولوژی فروچاله‌ها به روش باسو و همکاران (2012) را نشان می‌دهد. در روش سویچ نیز با استفاده از نسبت‌های عمق به قطر، فروچاله‌های گچی دشت مارون و جابر در سه طبقة فروچاله‌های کم‌عمق یا حوضچه‌های کاسه‌ای‌شکل با کف پهن (قطر/ عمق بیش از 2)، فروچاله‌های عمیق‌تر و پرشیب‌تر قیفی‌شکل (قطر/ عمق بین 5/1 تا 2) و فروچاله‌های چاهک‌مانند (قطر/ عمق کمتر از 5/1) معمولاً با پهنای کمتر از عمق، قرار می‌گیرند (Cvijić, 1893: 70; Bondesan et al., 1992: 5; Ford and Williams, 2013: 321). براساس محاسبات انجام‌شده (جدول 3) در مناطق مطالعاتی دشت مارون و جابر، 14 درصد از فروچاله‌ها در دستة فروچاله‌های چاهک‌مانند، 13 درصد در دستة فروچاله‌های قیفی‌شکل و 73 درصد در دستة فروچاله‌های کاسه‌ای قرار دارند؛ اما در مطالعة فروچاله‌های آهکی (زمان‌زاده و همکاران، 1397) تمامی فروچاله‌ها در دستة کاسه‌ای‌شکل قرار گرفتند (جدول 4). جدول‌های 3 و 4 شامل نتایجی هستند که به روش‌های سویچ و باسو تهیه شده‌اند.

جدول 3. شکل‌شناسی فروچاله‌های گچی مناطق مطالعه‌شده

Table 3. Morphology of gypsum sinkholes

 

منطقه

روش باسو

روش سویچ

دایره‌ای

بیضی‌شکل

کشیده

کاسه‌ای‌شکل

قیفی‌شکل

چاهک‌مانند

تعداد

درصد

تعداد

درصد

تعداد

درصد

تعداد

درصد

تعداد

درصد

تعداد

درصد

دشت مارون

38

63

-

-

22

37

6

6

7

11

47

78

دشت جابر

43

90

-

-

5

10

10

21

7

15

31

64

 

جدول 4. شکل‌شناسی فروچاله‌های آهکی مناطق مطالعه‌شده (زمان‌زاده و همکاران، 1397: 8)

Tabe 4. Morphology of Calcareous sinkholes (Zamanzadeh et al., 2018: 8)

 

منطقه

روش باسو

روش سویچ

دایره‌ای

بیضی‌شکل

کشیده

کاسه‌ای‌شکل

قیفی‌شکل

چاهک‌مانند

پرآو

8

15

9

32

-

-

خالک

2

11

9

22

-

-

کندوله

7

9

7

23

-

-

شاهو

7

22

18

47

-

-

 

 

شکل 4. انواع مورفولوژی فروچاله‌ها (Basso et al., 2012: 8- با کمی تغییر)

Fig. 4. Types of sink morphology (Modified after Basso et al., 2012: 8)

 نکتة مهم این است که براساس اظهارات فورد و ویلیامز (2013)، فروچاله‌های انحلالی معمولاً کاسه‌ای‌شکل هستند و فرم کاسه‌ای‌شکل آنها بر این دلالت دارد که از مرکز فروچاله‌ها تودة بزرگ‌تری از سنگ نسبت به اطرافشان جابه‌جا شده است؛ بنابراین می‌توان بیان کرد که احتمالاً آن دسته از فروچاله‌های مناطق مطالعاتی که جزو فروچاله‌های کاسه‌ای محسوب می‌شوند، در اثر پدیدة انحلال شکل گرفته‌اند و فروچاله‌هایی که شیب زیادی در دیواره و مساحت کمتری در دهانه دارند، فروچاله‌های ریزشی هستند (Ford and Williams, 2013: 322). هرچند که با استناد به مطالعات و مشاهدات انجام‌شده باید به این نکته اشاره کرد که مجاورت مارن و گچ و ریزش مارن در درون فروچاله‌های گچی، تغییرات اساسی در مورفولوژی فروچاله‌ها ایجاد می‌کند و این معادلات را به هم می‌ریزد. در این ارتباط می‌توان گفت که آنچه در دشت جابر می‌بینیم، فرایندی از تغییرات فروچاله در گذر زمان در مجاورت مارن است. فروچالة بزرگ دشت جابر، نمونه‌ای از فروچالة ریزشی است که در ابتدا لایه‌های زیرین دچار انحلال شده و سپس لایه‌های فوقانی ریزش کرده و فروچاله شکل گرفته است (شکل‌های 5 و 6). در ادامه، مجاورت این فروچاله‌ها با مارن باعث پرشدن فروچاله‌ها شده است و به مرور زمان، شکل 7 نمایان می‌شود؛ بنابراین شکل ظاهری فروچاله‌های کنونی بیشتر فرمی اصلاح‌شده به‌واسطة مارن در گذر زمان است.

 

شکل 5. نمونه‌ای از فروچالة دشت جابر در مرحلة اولیة تشکیل

Fig. 5. A sinkhole in Jaber plain at the early stages of formation

 

 

شکل6. نمونه‌ای از فروچاله‌های دشت جابر که در مراحل اولیة پرشدن به‌وسیلة مارن است

Fig. 6. A sinkhole in Jaber plain at the early stages of filling by marl

 

شکل 7. نمونه‌ای از فروچاله‌های دشت جابر که با مارن مدفون شده است

Fig. 7. A sinkhole in the Jaber Plain, buried by Marne

 

شکل 8 شامل انواع فروچاله‌هاست که والتام و فوکس (2005) دسته‌بندی کرده‌اند. در این شکل سازوکار و مورفولوژی انواع فروچاله‌ها به نمایش درآمده است.

 

شکل 8. دسته‌بندی انواع فروچاله‌ها و سازوکار تشکیل آنها (Waltham and Fookes, 2005: 106)

Fig. 8. Classification of types of sinkholes and their formation mechanism (Waltham and Fookes, 2005: 106)

 

نمونه‌های عینی آنچه والتام و فوکس (2005) در دسته‌بندی خود ارائه کرده‌اند، در دشت مارون و جابر دیده می‌شود که در اشکال 9 تا 13 ارائه شده‌اند؛ شکل 9، فروچاله‌ای کشیده در دشت مارون است که به نظر می‌رسد حاصل سازوکار شکل‌گیری انحلال در شیب دامنه‌ای باشد که علت کشیده‌بودن آن صرفاً شکل‌گیری فروچاله در شیب دامنه است. شکل 10، نمونه‌ای از فروچاله‌های قیفی‌شکل است که در دسته‌بندی والتام و فوکس با عنوان فروچاله‌های ریزشی[16] شناخته می‌شود. شکل 11، نمونه‌ای از فروچالة کاسه‌ای‌شکل است که با عنوان فروچالة انحلالی[17] در دسته‌بندی قرار می‌گیرد. شکل 12، نمونة عینی رومبشی[18] است و شکل 13، نمونه‌ای از فروچالة انحلالی است که در سازند آهکی شکل گرفته است.

 

شکل 9. نمونه‌ای از فروچاله‌های کشیده

Fig. 9. Oval sinkhole

 

 

شکل 10. نمونه‌ای از فروچاله‌های قیفی‌شکل (دشت مارون)

Fig. 10. Funnel-shaped collapses

 

 

شکل 11. نمونه‌ای از فروچاله‌های کاسه‌ای‌شکل

Fig. 11. Bowl-shaped sinkholes

 

شکل 12. نمونه‌ای از فروچاله‌های چاهک‌مانند (دشت جابر)

Fig. 12. Well-shaped sinkholes

 

 

شکل 13. نمونه‌ای از فروچاله‌های آهکی در منطقة شاهو (عکس از حسام ملکی، 1392)

Fig. 13. Limestone sinkholes in Shahu area (Maleki, 2013)

 

تحلیل رگرسیون مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌ها

به‌منظور بررسی و تعیین ضریب تبیین، تک‌تک پارامترهای برداشت‌شده در بازدید میدانی بررسی و رگرسیون و ضریب همبستگی تمامی پارامترها دوبه‌دو محاسبه شده‌اند (شکل 14). هدف از این محاسبات، تعیین بیشترین ضریب تبیین بین هریک از پارامترهای فروچاله‌ها با پارامتر دیگر است. این محاسبات نشان داد مؤلفه‌های مساحت با قطر بزرگ، مساحت با قطر کوچک، عمق با مساحت و عمق با قطر بزرگ به ترتیب با ضرایب تبیین 922/0، 873/0، 699/0 و 581/0 از بیشترین میزان همبستگی معنا‌دار برخوردارند (شکل 14).

زمان‌زاده و همکاران (1397) نیز با استفاده از داده‌های موجود این مراحل را به انجام رسانده‌اند که درنتیجه مؤلفه‌های محیط با قطر بزرگ، قطر کوچک با محیط، قطر بزرگ با مساحت، مساحت با محیط و قطر کوچک با مساحت به‌ترتیب با ضرایب تبیین 93/0، 86/0، 85/0، 83/0 و 77/0 از بیشترین میزان همبستگی معنا‌دار برخوردارند (شکل 15).

   
   
   
   
   
   
   

 

 

 

 
       

 

شکل 14. نتایج تحلیل رگرسیون سادة خطی بین پارامترهای مورفومتری فروچاله‌های گچی

Fig. 14. Results of simple linear regression analysis between morphometric parameters of gypsum sinkholes

 
 
 
 
 

شکل 15. نتایج تحلیل رگرسیون سادة خطی بین پارامترهای مورفومتری فروچاله‌های آهکی

(زمان‌زاده و همکاران، 1397: 9)

Fig. 15. Results of simple linear regression analysis between morphometric parameters of calcareous sinkholes (Zamanzadeh et al., 2018: 9)

پس از بررسی میزان همبستگی بین پارامترهای فروچاله‌های گچی و آهکی، آنالیز رگرسیون سادة روابط درجه 2 و 3 بین پارامترهای فروچاله‌های گچی را نگارندگان و فروچاله‌های آهکی را زمان‌زاده و همکاران (1397) انجام داده‌اند. براساس نتایج جدول 5، بین پارامترهایی مانند محیط و مساحت و قطر کوچک و قطر بزرگ فروچاله‌های گچی بیشترین میزان همبستگی وجود دارد. نتایج این محاسبات نشان‌دهندة آن است که حداکثر ارتباط معنا‌دار در سطح احتمال خطای کمتر از 1/0 بین مؤلفه‌های مساحت و قطر بزرگ برای روابط درجه 2 و 3 با ضرایب تبیین 997/0 و 998/0 و خطای برآورد 07/0 و 08/0 است. این نتایج همچنین نشان می‌دهد کمترین ارتباط معنا‌دار درجه 2 و 3، بین محیط و شیب با ضرایب تبیین 025/0 و 081/0 و خطای برآورد 022/0 و 022/0 است. نتایج به‌دست‌آمده در بررسی‌های زمان‌زاده و همکاران (1397) مؤید این مسئله است که حداکثر ارتباط معنا‌دار در سطح احتمال خطای کمتر از 01/0، بین مؤلفه‌های مساحت و محیط برای روابط درجه 2 و 3 با ضرایب تبیین 940/0 و 945/0 و خطای برآورد 05/0 و 04/0 است. این نتایج همچنین نشان می‌دهد کمترین ارتباط معنا‌دار درجه 2 و 3، بین مساحت و شیب با ضرایب تبیین 007/0 و 009/0 و خطای برآورد 205/0 و 206/0 است (جدول 6).

جدول 5. نتایجآنالیزرگرسیونسادةروابطدرجه2و3بینپارامترهایمورفومتریفروچاله‌های گچی

Table 5. Results of simple regression analysis of 2nd and 3rd degree relationships between morphometric parameters of gypsum sinkholes

پارامتر

نوع مدل

ضریب همبستگی

ضریب تبیین

خطای برآورد

مقدارF

معنی‌داری

ضرایب مدل

b

b

b

b

مساحت و محیط

درجه 2

595/0

435/0

008/0

595/15

000/0

001/0

063/0

39/0-

-

درجه 3

597/0

358/0

008/0

311/10

000/0

001/0

043/0

063/0

116/0-

مساحت و عمق

درجه 2

987/0

974/0

026/0

379/675

000/0

080/0

731/0-

634/1

 

درجه 3

995/0

990/0

017/0

1109

000/0

031/0-

505/0

84/1-

364/2

مساحت و شیب

درجه 2

596/0

355/0

131/0

927/9

000/0

209/1

920/4

921/4-

-

درجه 3

667/0

459/0

1

980/9

000/0

598/2-

703/16

551/34-

180/23

مساحت و قطر بزرگ

درجه 2

999/0

997/0

008/0

4/7104

000/0

007/0-

83/0

924/0

-

درجه 3

999/0

998/0

007/0

4/6375

000/0

02/0

463/0-

55/3

1/2-

مساحت و قطر کوچک

درجه 2

866/0

384/0

128/0

173/0

000/0

173/0

379/7-

808/68

-

درجه 3

705/0

479/0

117/0

53/11

000/0

104/0-

362/9

4/202

1248

محیط و عمق

درجه 2

604/0

365/0

0.018

34/10

000/0

006/0

225/0

219/0-

-

درجه 3

612/0

374/0

0.018

968/6

000/0

0.018

095/0

146/0

249/0-

محیط و شیب

درجه 2

157/0

025/0

022/0

455/0

000/0

0.018-

240/0

220/0-

-

درجه 3

284/0

081/0

022/0

023/1

000/0

368/0

957/1-

785/3

352/2-

 

محیط و قطر بزرگ

درجه 2

776/0

602/0

014/0

26/27

000/0

000/0

457/0

447/0-

-

درجه 3

811/0

657/0

013/0

38/22

000/0

033/0

12/1

659/3-

578/2-

محیط و قطر کوچک

درجه 2

746/0

556/0

015/0

53/22

000/0

004/0-

14/1

606/4-

-

درجه 3

774/0

599/0

014/0

443/13

000/0

020/0

290/0-

469/18

6/106-

شیب و عمق

درجه 2

552/0

305/0

092/0

891/7

001/0

442/0

569/0

223/0-

-

درجه 3

557/0

310/0

093/0

244/5

004/0

398/0

061/1

605/1-

941/0-

شیب و قطر بزرگ

درجه 2

361/0

0.130

103/0

694/2

081/0

535/0

267/0

006/0-

 

درجه 3

398/0

0.158

103/0

191/2

107/0

635/0

080/2

227/11

056/9-

شیب و قطر کوچک

درجه 2

3/0

09/0

106/0

774/1

184/0

576/0

996/0-

7/13

-

درجه 3

407/0

166/0

105/0

322/1

092/0

412/0

367/8

4/137

98/679-

قطر کوچک و قطر بزرگ

درجه 2

717/0

514/0

107/0

19

000/0

203/0

7/5-

556/60

-

درجه 3

767/0

589/0

099/0

7/16

000/0

10/0-

13/7

15/147-

3/959-

 

جدول 6. نتایجآنالیزرگرسیونسادةروابطدرجه2و3بینپارامترهایمورفومتریفروچاله‌های آهکی

(زمان‌زاده و همکاران، 1397: 10)

Table 6. Results of simple regression analysis of 2nd and 3rd degree relationships between morphometric parameters of calcareous sinkholes (Zamanzadeh et al., 2018: 10)

پارامتر

نوع مدل

ضریب همبستگی

ضریب تبیین

خطای برآورد

مقدار  F

معناداری

ضرایب مدل

b

b

b

b

مساحت و محیط

درجه 2

969/0

940/0

05/0

3/943

000/0

01/0

005/0

02/0

-

درجه 3

972/0

945/0

04/0

9/692

000/0

02/0-

08/0

009/0-

004/0

مساحت و عمق

درجه 2

867/0

751/0

103/0

6/182

000/0

004/0-

001/0

000/0

-

درجه 3

873/0

763/0

101/0

6/128

000/0

06/0

005/0-

000/0

000/0

مساحت و شیب

درجه 2

082/0

007/0

205/0

41/0

665/0

134/0

001/0-

000/0

-

درجه 3

094/0

009/0

206/0

35/0

783/0

246/0

016/0-

001/0

000/0

مساحت و قطر بزرگ

درجه 2

951/0

905/0

063/0

6/577

000/0

02/0-

173/0

156/0

-

درجه 3

951/0

905/0

064/0

9/381

000/0

02/0-

171/0

158/0

001/0-

مساحت و قطر کوچک

درجه 2

954/0

910/0

062/0

2/614

000/0

02/0

151/0-

29/1

-

درجه 3

955/0

912/0

061/0

3/412

000/0

007/0-

141/0

514/0

522/0

محیط و عمق

درجه 2

787/0

619/0

745/0

15/98

000/0

092/0

047/0

000/0

-

درجه 3

794/0

630/0

737/0

16/68

000/0

500/0

008/0

001/0

000/0

محیط و شیب

درجه 2

120/0

014/0

19/1

889/0

414/0

43/1

005/0

000/0

-

درجه 3

134/0

018/0

20/1

730/0

536/0

26/2

107/0-

004/0

000/0

 

محیط و قطر بزرگ

درجه 2

969/0

939/0

297/0

1/936

000/0

112/0-

68/3

396/0-

-

درجه 3

971/0

942/0

292/0

2/650

000/0

047/0

64/2

05/1

466/0-

محیط و قطر کوچک

درجه 2

934/0

873/0

430/0

2/416

000/0

037/0-

80/4

51/1

-

درجه 3

934/0

873/0

431/0

6/275

000/0

94/0-

43/5

157/0-

11/1

شیب و عمق

درجه 2

277/0

077/0

47/18

02/5

008/0

05/3

28/1

013/0-

-

درجه 3

314/0

099/0

32/18

38/4

006/0

57/36

24/3-

165/0

002/0-

شیب و قطر بزرگ

درجه 2

138/0

019/0

396/0

17/1

312/0

496/0

000/0

000/0

-

درجه 3

144/0

021/0

397/0

850/0

469/0

690/0

026/0-

001/0

000/0

شیب و قطر کوچک

درجه 2

107/0

012/0

182/0

704/0

497/0

243/0

003/0

000/0

-

درجه 3

128/0

016/0

182/0

663/0

576/0

391/0

018/0-

001/0

000/0

قطر کوچک و قطر بزرگ

درجه 2

885/0

783/0

085/0

8/217

000/0

033/0

594/0

101/0-

-

درجه 3

886/0

784/0

085/0

6/145

000/0

013/0

724/0

283/0-

059/0

نتایج تحلیل رگرسیون خطی چندگانة قدم‌به‌قدم [19]بین مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌های گچی به شرح جدول 7 است. در این محاسبات برخلاف محاسباتی که تاکنون انجام و هر متغیر با متغیر دیگر سنجیده شده، چهار مؤلفة عمق، مساحت، محیط و شیب متغیر وابسته در نظر گرفته و به‌ازای هر متغیر سایر متغیرها متغیر مستقل تعریف شده و درنهایت سطح معناداری آنها محاسبه شده است تا این روش نیز برای تعیین ارتباط بین متغیرها استفاده شود و مکمل و تأییدکنندة سایر روش‌ها باشد. براساس محاسبات انجام‌شده در جدول یادشده، بیشترین ضریب تبیین مربوط به مساحت، قطر کوچک و قطر بزرگ و عمق با مقدار عددی ضریب تبیین 997/0 با خطای برآورد 024/0 و کمترین میزان ضریب تبیین مربوط به شیب با عمق و قطر بزرگ و کوچک است که میزان ضریب تبیین آن، 584/0 و میزان خطای برآورد، 091/0 است.

جدول 7. خلاصة مدل‌های خطی چندمتغیرة مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌های گچی در مناطق مطالعاتی

Table 7. Summary of multivariate linear models of morphometric components of gypsum sinkholes in study areas

متغیر وابسته

ضریب همبستگی

ضریب تبیین

ضریب تعدیلی

خطای برآورد

متغیر مستقل

ضرایب غیراستاندارد

مقدار Beta

سطح

معناداری

مقدار B

خطای استاندارد

 

 

عمق

901/0

813/0

797/0

720/0

مساحت

548/0

085/0

543/0

000/0

قطر کوچک

949/1

415/0

380/0

000/0

شیب

363/0

117/0

244/0

004/0

مقدار ثابت

089/0-

068/0

-

201/0

 

 

مساحت

989/0

997/0

957/0

024/0

قطر بزرگ

172/1

052/0

102/1

000/0

قطر کوچک

014/1-

174/0

200/0-

000/0

عمق

018/0-

050/0

010/0-

742/0

مقدار ثابت

051/1-

010/0

-

000/0

 

محیط

878/0

771/0

758/0

011/0

قطر بزرگ

092/0-

014/0

627/0-

000/0

قطر کوچک

755/0

068/0

064/1-

000/0

مقدار ثابت

011/0

004/0

-

010/0

 

شیب

584/0

342/0

285/0

091/0

عمق

645/0

195/0

657/0

002/0

قطر بزرگ

257/0-

189/0

356/0-

181/0

قطر کوچک

597/0-

636/0

173/0-

355/0

مقدار ثابت

475/0

039/0-

 

000/0

 

یافته‌های حاصل از مدل‌سازی مؤلفه‌های فروچاله‌های آهکی در مطالعة زمان‌زاده و همکاران (1397) که در جدول 8 ارائه شده است نیز نشان می‌دهد حداکثر ارتباط معنا‌داری به پارامتر محیط با پارامترهای قطر بزرگ و قطر کوچک با ضریب تبیین 965/0 و خطای برآورد 22/0 و حداقل ارتباط معنا‌داری به مؤلفة شیب با عمق، قطر کوچک و قطر بزرگ با ضریب تبیین 426/0 و خطای برآورد 5/6 مربوط است.

جدول 8. خلاصة مدل‌های خطی چندمتغیرة مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌های آهکی در مناطق مطالعاتی

(زمان‌زاده و همکاران، 1397: 11)

Table 8. Summary of Multivariate Linear Models of Morphometric Components of Calcareous Depressions in Study Areas (Zamanzadeh et al., 2018: 11)

متغیر وابسته

ضریب همبستگی

ضریب تبیین

ضریب تعدیلی

خطای برآورد

 

متغیر مستقل

ضرایب غیراستاندارد

مقدار Beta

سطح

معناداری

مقدار B

خطای استاندارد

 

 

عمق

 

913/0

 

834/0

 

 

830/0

 

85/7

مساحت

39/38

31/7

411/0

000/0

قطر کوچک

88/51

22/8

494/0

000/0

شیب

773/0

084/0

345/0

000/0

مقدار ثابت

02/10-

60/2

-

000/0

 

 

مساحت

 

943/0

 

890/0

 

887/0

 

068/0

قطر بزرگ

316/0

032/0

614/0

000/0

قطر کوچک

218/0

079/0

194/0

007/0

عمق

002/0

001/0

185/0

000/0

مقدار ثابت

132/0-

011/0

-

000/0

 

محیط

 

983/0

 

965/0

 

965/0

 

22/0

قطر بزرگ

91/1

104/0

633/0

000/0

قطر کوچک

51/2

226/0

381/0

000/0

مقدار ثابت

125/0-

035/0

-

000/0

 

شیب

 

653/0

 

426/0

 

412/0

 

5/6

عمق

511/0

056/0

14/1

000/0

قطر بزرگ

19/10-

07/3

474/0-

001/0

قطر کوچک

21/29-

53/7

623/0-

000/0

مقدار ثابت

31/22

036/1

-

000/0

 

نتیجه‌گیری و پیشنهادها

یکی از تفاوت‌های عمدة موجود بین فروچاله‌های آهکی و گچی، ابعاد این فروچاله‌هاست. میانگین قطر فروچاله‌های گچی در محاسبات انجام‌شده، 22 متر و میانگین عمق این فروچاله‌ها، 5 متر و همچنین میانگین قطر فروچاله‌های آهکی، 409 متر و میانگین عمق آنها، 25 متر به دست آمده است. براساس نتایج حاصل‌شده در این مطالعه، وجود فروچاله‌های آهکی روی ستیغ ارتفاعات و قرارگیری فروچاله‌های گچی در ناودیس‌ها و همچنین ضخامت لایه‌های آهکی نسبت به لایه‌های گچی و تفاوت در سرعت انحلال این دو لایه، عوامل اصلی وجود تفاوت در سازوکار تشکیل این عوارض و اندازة فروچاله‌هاست.

براساس آنالیزهای توصیفی انجام‌شده روی مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌های گچی و آهکی و روش باسو و سویچ در دو منطقة مطالعاتی گچی و 4 منطقة مطالعاتی آهکی این نتیجه حاصل شد که در ارتباط با فروچاله‌های گچی، هر منطقه شرایط و مشخصات خاص خود را دارد؛ اما در ارتباط با چهار منطقة آهکی نتایج حاصل‌شده مشابه است. وجود آبراهه‌ها روی سازندها و لایه‌های گچی دشت مارون باعث ایجاد فروچاله‌های کشیده شده و در دشت جابر نیز که عمدة فروچاله‌ها روی خط کنیک شکل گرفته‌اند، محل تلاقی یک جریان متمرکز دامنه‌ای و لایة گچی موجب ایجاد فروچاله‌های دایره‌ای‌شکل شده است؛ در حالی که از ملزومات شکل‌گیری فروچاله‌های آهکی، قرارگیری آنها در مناطق کم‌شیب و مسطح است؛ بنابراین تنوع مکانیسم کمتری نسبت به گچ دارند.

نتایج حاصل‌شده از مطالعات میدانی مؤید این مسئله است که عمق فروچاله‌های دشت جابر بیشتر بوده که علت آن، ضخیم‌بودن لایه‌های گچ دشت جابر نسبت به دشت مارون و از آن مهم‌تر، قرارگیری این لایه‌ها در خط کنیک و در معرض یک جریان متمرکز قدرتمند دامنه‌ای است؛ اما فروچاله‌های دشت مارون شیب بیشتری دارند و ازلحاظ پارامتر مساحت نیز، فروچاله‌های دشت جابر مساحت بیشتری دارند. با توجه به فرم کنونی فروچاله‌ها، 73 درصد از فروچاله‌های منطقه در اثر پدیدة انحلال، 14 درصد از فروچاله‌ها با توجه به اینکه دهانة فروچاله‌ها شیب بسیار زیاد و مساحت کمتری دارند، در اثر ریزش و 13 درصد با ترکیبی از این دو مکانیسم شکل گرفته است. این فروچاله‌ها فرم کلی قیفی دارند.

دربارة فروچاله‌های آهکی با توجه به مورفومتری متفاوت آنها می‌توان اینگونه بیان کرد که مهم‌ترین عامل ایجاد آنها، انحلال است و عامل گسل تنها پارامتری است که سبب شده است فروچاله‌های بیضی‌شکل و کشیده درصد زیادی از فرم فروچاله‌ها را نسبت به فروچاله‌های دایره‌ای به خود اختصاص دهند. علت وجود این اختلاف مهم، خاصیت پلاستیکی سازند گچساران و قرارگیری این سازند در ناودیس‌هاست. تنوع در موقعیت قرارگیری لایه‌های گچ و همچنین میزان بسیار زیاد انحلال گچ نسبت به آهک سبب می‌شود فروچاله‌های گچی سازوکار مختلف شکل‌گیری و تنوع در فرم داشته باشند. در مطالعة ویسی و همکاران (1398) دربارة فروچاله‌های آهکی نیز این نتیجه حاصل شده است که فروچاله‌های منطقة شاهو از نوع انحلالی و کشیده‌اند و کشیدگی آنها به سبب وجود گسل در این منطقه است؛ همچنین وجود درزها، شکاف‌ها و گسل‌های منطقه سبب توسعه‌یافتگی سیستم کارستی شده است.

 نتایج کمّی حاصل از تحلیل رگرسیون خطی تک‌متغیره، روابط درجه 2 و 3 و تحلیل رگرسیون خطی چندگانة گام‌به‌گام بین مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌های گچی و آهکی نشان می‌دهد پارامترهای مساحت، قطرهای بزرگ و کوچک و عمق، فاکتورهای مناسبی برای مدل‌سازی فروچاله‌های گچی، و مساحت، محیط، عمق، شیب، قطر بزرگ، قطر کوچک و ضریب کشیدگی فروچاله‌ها، پارامترهای مناسبی برای مدل‌سازی فروچاله‌های آهکی هستند. همان‌طور که گفته شد فرایند انحلال و تأثیر گسل، عامل اصلی تنوع در مورفومتری فروچاله‌های آهکی و عوامل متعددی چون ریزش، انحلال و ترکیبی از ریزش و انحلال علت شکل‌گیری و مورفومتری متنوع فروچاله‌های گچی است؛ بنابراین یکی از مهم‌ترین دلایلی که باعث شده است پارامترهای بیشتری از فروچاله‌های آهکی نسبت به فروچاله‌های گچی همبستگی زیاد داشته باشند، نحوة شکل‌گیری این فروچاله‌هاست. پیشنهاد می‌شود برای بررسی فروچاله‌های گچی علاوه بر بررسی مورفومتری فروچاله‌ها، به شرایط و وضعیت لایه‌های گچی نسبت به جریان‌های مؤثر آب، میزان ضخامت لایه‌ها و میزان تأثیرپذیری فروچاله‌ها از لایه‌های مارن نیز در مدل‌سازی توجه شود؛ زیرا این پارامترها سبب تغییر معادلات مدل‌سازی حتی در یک منطقة مطالعاتی خاص می‌شود؛ این در حالی است که فرایند شکل‌گیری فروچاله‌های آهکی فاقد این حجم از پیچیدگی است.

براساس پژوهش کمّی رضایی مقدم و قدری (1390) روی فروچاله‌های آهکی منطقة تخت سلیمان، عمق فروچاله‌ها رابطة معناداری با ارتفاع آنها و عامل ارتفاع نقش مؤثری در مساحت فروچاله‌ها دارد؛ اما فعالیت‌های زمین‌ساخت در محدودة مطالعه‌شده سبب شده است ارتفاع فروچاله‌ها رابطة معناداری با مساحت آنها نداشته باشد. گفتنی است دربارة مدل‌سازی و مورفومتری فروچاله‌های گچی مطالعه‌ای یافت نشد.


[1]. Waltham & Fookes

[2]. Solution sinkholes

[3]. Collaps sinkholes

[4]. Dropout sinkholes

[5]. Buried sinkholes

[6]. Caprock sinkholes

[7]. Suffosion sinkholes

[8]. Solution from above

[9]. Collaps from below

[10]. Soil transport

[11]. Removal of buoyant support

[12]. Closed contour lines

[13]. Liang and Du

[14]. Basso and Cvijić

[15]. Elongation ratio

[16]. Collapes sinkhole

[17]. Solution Sinkhole

[18]. Caprock sinkhole

[19]. Stepwise

 

References

منابع
ثروتی، محمدرضا، رستمی، مژگان، نصرتی، کاظم، احمدی، محمود، (1393). شناخت عوامل مؤثر بر پراکنش و رخداد فروچاله‌ها در منطقة گازورخانی کرمانشاه با استفاده از رگرسیون لجستیک، جغرافیا و توسعه، دورة 6، شمارة 36، 181– 194.
حیدری، زهرا، قدیمی، مهرنوش، رضایی عارفی، مرتضی، حیدری، زینب، (1399). شناخت عوامل مؤثر بر پراکندگی و وقوع فروچاله‌ها با استفاده از شاخص‌های کمّی مورفومتریک؛ مطالعة موردی (دشت کرمانشاه)، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، سال 9، شمارة 2، 215- 226.
رضایی مقدم، محمدحسین، قدری، محمدرضا، (1390). تحلیل کمّی فروچاله‌ها در زمین‌های کارستی؛ مطالعة موردی: منطقة تخت سلیمان، نشریة جغرافیا و برنامه‌ریزی، دورة 16، شمارة 35، 113– 135.
زمان‌زاده، سید محمد، پاریزی، اسماعیل، امینی، مهدی، (1397). مدل‌سازی مؤلفه‌های مورفومتری فروچاله‌ها و ارائة شاخص بعد فرکتال در مطالعة گسل‌های مناطق کارستی؛ مطالعة موردی: مناطق کارستی بین پرآو و شاهو، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، سال 6، شمارة 4، 1- 16.
قبادی، محمدحسین، (1388). زمین‌شناسی مهندسی کارست، چاپ دوم، همدان، انتشارات دانشگاه بوعلی سینا.
کریمی، حاجی، (1389). ارتباط سیستم ساختمانی و کارست‌شدگی، مجموعه‌مقالات دومین سمپوزیوم بین‌المللی منابع آب کارست در ایران، تهران.
مؤمنی‌پور، مهدی، (1395)، مطالعة نئوتکتونیک و فرسایش حوضة مارون با تکنیک ژئومورفومتری، پژوهش‌های فرسایش محیطی، سال 6، شمارة 3، 33- 51.
ویسی، عبدالکریم، مقیمی، ابراهیم، مقصودی، مهران، یمانی، مجتبی، حسینی، سید موسی، (1398). ارزیابی توسعه‌یافتگی آبخوان‌های کارستی در ارتباط با ژئومورفولوژی دولین‌ها و ویژگی‌های هیدرودینامیکی؛ مطالعة موردی: توسعة کارستی شاهو، هیدروژئومورفولوژی، سال 5، شمارة 19، 101- 123.
وزارت نیرو (تماب)، (1373). فرهنگچندزبانة واژه‌هایکارست، سازمان تحقیقات منابع آب.
Bondesan, A., Meneghel, M., Sauro, U., (1992). Morphometric analysis of dolines, International Journal of Speleology, 21 (1), pp 1-55.
Basso, A., Bruno, E., Parise, M., Pepe, M., (2012). Morphometric analysis of sinkholes in a karst coastal area of southern Apulia (Italy), Environmental Earth Sciences, 70 (6), pp 1-16.
Bruno, E., Domenico Calcaterra, M., (2008), Development and morphometry of sinkholes in coastal plains of Apulia, southern Italy, Preliminary sinkhole susceptibility assessment, Engineering Geology, 99 (3): 198-209.
Ford, D., Williams, P.D., (2013). Karst hydrogeology and geomorphology, London, 562 p.
Gutiérrez, F., Parise, M., De Waele, J., Jourde, H., (2014). A review on natural and human-induced geohazards and impacts in karst, Earth-Science Reviews, 138, pp 61–88.
Chen, H., Oguchi, T., Wu, P., (2018). Morphometric analysis of sinkholes using a semi – automatic approach in Zhijin County, China, Arabian journal of Geoscience, 11: 412.
Liang, F., Du, Y., (2013). An automated method to extract typical karst landform entities from contour lines on topographic maps, Proceedings of Geomorphometry, 112, pp 46– 49.
Liang, F., Du, Y., (2013). An automated method to extract typical karst landform entities from contour lines on topographic maps, Proceedings of Geomorphometry, 112, pp 46– 49.
Montjane, A., Tshibubuze, A., Woldai, T., Heath, L., (2020). The influence of geological fractures on karstic sinkhole development in eastern areas of Centurion, South Africa, Enviromental Earth Sciences, 1-15.
Ozdemir, A., (2015). Sinkhole Susceptibility Mapping Using a Frequency Ratio Method and GIS Technology Near Karapınar, Konya-Turkey, Procedia Earth and Planetary Science, 15, pp 502–506.
Ozyurt, N.N., Lutz, H.O., Hunjak, T., Mance, D., Roller-Lutz, Z., (2014). Characterization of the Gacka River basin karst aquifer (Croatia): Hydrochemistry, stable isotopes and tritium-based mean residence times, Science of The Total Environment, 487, pp 245–254.
Panno, S., Luman, D., (2018). Characterization of cover-collapse sinkhole morphology on a groundwater basin-wide scale using lidar elevation data: A new conceptual model for sinkhole evolution, Geoorphology, DOI: 10.1016/j.geomorph.2018.05.013.
Cvijić, J., (1893). Das Karstphänomen: Versuch einer morphologischen Monographie. Stuttgart.
Whaltham, a.c., fookes, p.g., (2005). Abstract Engineering classification of karst ground conditions, Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 36, 101–118.
Waltham, T., Bell, F.G., Culshaw, M., (2007). Sinkholes and subsidence: karst and cavernous rocks in engineering and construction, Environmental and Engineering Geoscience, 13 (1), pp 83-84.

Files

History

  • Receive Date: 28 December 2020
  • Revise Date: 01 February 2021
  • Accept Date: 14 February 2021

Share

How to cite

Statistics