اشتق اسم الميكروكلين من كلمتين إغريقيتين ومعناهما قليل ومائل إشارة إلى أن زاوية تشققه تختلف قليلاً عن 90°.
وهذا المعدن عبارة عن فلسبار غني في البوتاسيوم يتركب كيميائياً من (KAlSi3O8) النقي تقريباً.
ويتبلور المعدن في فصيلة ثلاثي الميل وتختلف أطوال محاوره وزواياه عن تلك الموجودة في معدن الأورثوكليز، وأبعاد الخلية بالانجستروم هي أ = 8.58، ب = 12.97، ج = 7.22
ويتتوأم الميكروكلين حسب قانون كارلسباد وكذلك حسب قانون الالبيت حيث يكون المسطح الجانبي هو مستوى التوأمة، وأيضاً حسب قانون البيركلين حيث يكون المحور البلوري هو محور التوأمة.
ويوجد الميكروكلين في كمتل منفصمة وفي بلوراتوفي حبيبات غير منتظمة عندما يكونبلورة معدن الميكروكلين من نوع أمازونيت – كلورادو مكوناً للصخور.
ولعل أكبر البلورات في العالم هي بلورات الميكروكلين حيث وجد في الاتحاد السوفيتي (سابقاً) بلورة منفردة لمعدن الميروكلين تزن أكثر من ألفي طن.
لون المعدن أبيض إلى أصفر وإلى أحمر وردي وإلى أخضر البريق زجاجي والمدن نصف شفاف إلى شفاف، المخدش ابيض والصلادة حوالي 6.
وينفصم المعدن في اتجاهين واضحين [001] و [010] يصنعان مع بعضهما زاوية 30 – 89°. أما الوزن النوعي فيتراوح بين 2.54 – 2.57، ويعرف الميكروكلين الأخضر بحجر الأمازون وتبلغ نسبة الأكاسيد في الميكروكلين.
أكسيد بوتاسيوم 16.9%، ألومنيا 18.4%، وسيليكا 64.7، ويمكن للصوديوم أن يحل محل البوتاسيوم حيث ينتج عن هذا الإحلا الصودا – ميكروكلين. وإذا أصبحت كمية الصوديوم أكثر من البوتاسيوم، فإنه يطلق على المعدن انورثوكليز.
وتوجد التوأمية في اتجاهين، اتجاه حسب قانون الألبيت [010] والاتجاه الآخر حسب قانون بيركلين لتعطي شكل التوأمية المتصالبة، مما يدل على أن الميكروكلين ينمو ثابتاً أو ظاهر الثبات على شكل معدن الساندين (أحادي الميل).
ويتغير بعد ذلك خلال الزمن إلى نظام ثلاثي الميل، وذلك بالمرور خلال حالة تسمى الأورثوكليز العادي، ويمكن أن يتحول الميكروكلين إلى الساندين تحت معاملة حرارية طويلة عند درجات حرارة عالية.
ومع ذلك فقد فشلت جميع المحاولات التي بذلت من أجل تغيير الساندين إلى ميكروكلين. ويمكن تفسير ذلك بتميز الميكروكلين بتوزيع منتظم بين نسبة الألومنيوم والسيليكون، وعلى النقيض من التوزيع غير المنتظم في معدن الساندين.
ويوجد الميكروكلين في نفس الصخور التي يوجد فيها الأرثوكليز، حيث يوجد في صخور الجرانيت والسيانيت التي تبرد ببطء عند أعماق كبيرة، وكذلك في صخور البجماتيت وفي الصخور الرسوبية مثل صخور الأركوز، وفي الصخور المتحولة مثل صخور النيس.
ويستخدم الميكروكلين لصناعة البورسلين ولصناعة المواد الخزفية ويستخدم حجر الأمازون بعد تلميعه كمادة للزينة.
يختص هذا العلم بتطبيق المبادئ الأساسية لعلم الميكانيكا والجيولوجيا لتقييم تجاوب الصخر عندما يتأثر بقوى بيئية، أي تغير في القوى الأصلية المحيطية بتأثير عوامل تسبب فيها البشر خاصة.
وميكانيكا الصخر أحد العلوم الهندسية التي يتطلب تفاعلاً بين كل من الفيزياء والرياضيات والجيولوجيا من جهة، وبين الهندسة المدنية وهندسة المناجم والبترول من جهة أخرى جدول (1).
وتسمح درجة المعرفة الحالية بمقارنات محدودة بين التكهنات النظرية والنتائج التجريبية – ولذلك فإن أكثر أساسيات علم ميكانيكا الصخر فائدة، هي تلك التي بنيت على معلومات مستمدة من تجارب معملية وقياسات وسلوك ونماذج أصلية (الطراز البدئي Prototype) (أي دراسة سلوك نماذج بنيات هندسية كاملة الحجم).
وقد استخدمت منذ القدم العديد من المبادئ التجريبية المستعملة حالياً في علم ميكانيكا الصخور في حل مشاكل متعلقة بصخور القشرة الأرضية.
وعلى سبيل المثال، استطاع إنسان العصر الحجري استخدام المبدأ التجريبي في اختيار وتوظيف الحجر لصنع أكثر رؤوس الحراب تحملاً ومتانة.
هكذا فعل قدماء المصريين عندما اختاروا ونحتوا أحجاراً لتشييد الأهرامات والمعابد الضخمة، وأيضاً الرومان الذي نحتوا أحجاراً لرصف الطرق وإنشاء المباني والقنوات وحفر الأنفاق الصخرية، لاستعمالها لنقل أو كسر أديب للموتى.
وكان المؤتمر المهني «ندوة ميكانيكا الصخر» الذي عقد في مدرسة كلورادو للمناجم (Clorado school of Mines) سنة 1956 أول اعتراف بميكانيكا الصخر كعلم حديث قائم بذاته بالولايات المتحدة الأمريكية.
وقد أنشئت سنة 1963 بسالزبورج بالنمسا جمعية دولية لميكانيكا الصخر وهي الجهة المسؤولية حالياً عن إصدار مقاييس موحدة للاختبارات.
ويبدو أن تركيز الاهتمام على دراسات ميكانيكا الصخر بدأ بعد كارثة انهيار سد ملباست (Malpasset Dam) بفرنسا سنة 1959، والتي يعتقد أن سبب حدوثها كان ضعف صخور الدعامات، وما حدث كذلك لسد فايونت بإيطاليا سنة 1963، حيث يبدو أن المياه المخزونة قد تسببت في انهيارات ضخمة أدت إلى فيضان الماء فوق السد.
ومن الواضح أن الأسباب الحقيقية لهذه الكوارث ما زال محل جدل، إلا أن البعض يرى أن الصفات الجوهرية للصخور قد لعبت دوراً بارزاً في هذه الكوارث.
التعريفات:
نظراً للحداثة النسبية لعلم ميكانيكا الصخر، وكذلك تشعب اهتماماته فإنه لا يوجد للمسميات المستعملة تعريفات موجدة متفق عليها.
ولكن تتوافر قوائم بالرموز والوحدات «القياسية» بمنشورات جمعية ميكانيكا الصخور الدولية بلشبونة، ولتجنب أكبر قدر من البلبلة فإن المسميات التالية وتعريفاتها هي التي ستستعمل في هذا المقال.
– عوامل بيئية: Environmental Factors
هناك العديد من العوامل الطبيعية والتأثيرات البشرية، التي لا مفر من أخذها في الاعتبار عند بحث المشاكل الهندسية في ميكانيكا الصخر.
والجزء الأكبر من العوامل الطبيعية يتعلق بالجيولوجيا والهيدرولوجيا (علم الأرض وعلم المياه) والجهود المحيطة.
أما التأثيرات البشرية فمصدرها استخدام الطاقات الكيميائية والكهربائية والميكانيكية أو الحرارية في اثناء عمليات البناء (أو الهدم).
– مجال الجهد المحيط: Ambient stress field
يعني ذلك توزيع الجهود وقيمتها العددية في البيئة قبل تأثرها بالعوامل البشرية، ويطلق على هذه الجهود أيضاً الجهود الأولية أو المتخلفة أو اللامكانية، وتنسب إلى حركات قديمة بانية للجبال.
– نظام الصخر: Rock system
يتضمن ذلك إجمالي العوامل البيئية الطبيعية التي تتحكم في سلوك جزء من القشرة الأرضية سيصبح لها دور في البنية الهندسية.
– عنصر الصخر: Rock element
يقصد بذلك قطعة الصخر الكاملة المتماسكة التي تمثل المكون الأساسي لنظام الصخر (Rock system).
ويمكن وصف صفاتها الطبيعية والميكانيكية والبتروجرافية أو قياسها كل على حدة بالاختبارات المعملية، ولا يوجد اتفاق على تعريق الصخر الذي يستعمل في الأغراض الهندسية، وبتحليل أكثر من 70 تعريفاً تبين أنه بالنسبة للمهندس.
تعني كلمة (صخر) أنه جزء طبيعي من القشرة الأرضية تتكون من معدن أو أكثر، وتعني كذلك قطعة من مادة متماسكة لها درجة من الصلادة.
ويحدث «عجز أو انهيار الصخر» (rock failure) عندما لا يتمكن الصخر من تأدية وظيفته الهندسية المطلوبة، وتمثل التشققات والتشوهات في الشكل والنقص في العزم أدلة على عجز الصخر.
– تحليل سلوك الصخر:
يتطلب التحليل الأمثل لمشاكل الصخر فهم كل العوامل الميكانيكية التي تتحكم في سلوك نظام الصخر، وأول الحلول يكمن في العلاقات الذرية الجزيئية في عنصر الصخر، بمعنى أن صفات كالعزم وغيرها في عنصر الصخر تعتمد جزئياً على نوع وكيفية ترتيب الروابط الكيميائية بين الذرات.
وعلى سبيل المثال يرجع الاختلاف الكبير في عزم معدني الكربون (الجرافيت والماس)، إلى تباين الروابط في كل المعدنين.
ففي الماس ترتبط المجموعات برابطة تساهمية في حين قيم الربط في الجرافيت بواسطة قوى فاندرفال الضعيفة مما يسبب ظهور تشقق في مستوى عمودي على المحول البلوري (حـ).
وتشمل خطوط التحليل التالية انتقالاً من دراسة التشققات الدقيقة في عنصر الصخر إلى دراسة تأثير أوجه الضعف الضخمة في نظام الصخر، كالفواصل المنظورة والكسور والتطبق، ويوضح شكل (1) مدى تأثير هذه الشقوق على علاقات الإجهاد والانفعال في الصخر.
ومن الواضح أن سلوك الصخر المشقق يتراوح بين العجز نتيجة التهشم إلى الانزلاق الكاذب. كما أن للعوامل الهيدرولوجية أهمية كبيرة لتسببها في الطفو أو الضغط الهيدروستاتي أو الانسيابي في الفواصل، أو خفض معامل الاحتكاك في عنصر الصخر، أو على التماس بين عنصري صخر، وكذلك تأثيرها على الجهود المحيطة.
أما اضطراب نظام الصخر الذي ينشأ عن عوامل النشاط البشري فيمكن أن يؤدي إلى:
1- تعديل مجال الجهد المحيط إما بإزالة (بحفر) جزء من نظام الصخر، أو بأمواج صدمة انفجار حفرة أرضية.
2- إدخال مؤثرات كيميائية تغير عناصر الصخر، أو ينتج عنها عناصر صخر جديدة.
3- إحداث تأثيرات حرارية.
ويمكن أن تؤدي التغيرات في مجال الجهد المحيط إلى تركيز عال للجهد حول الحفر الأرضية، قد يهدمها أو يحرف دعاماتها بشدة أو تفجر صخورها، ومن أمثلة التأثيرات الكيميائية غير المرغوب فيها ترسبات الجبس في الشقوق من مياه بها نسبة عالية من الجبس.
حيث يؤدي جفافه وإعادة تبلله بالمطر إلى قوى تمدد تتسبب في شقوق جديدة، كذلك تحلل صخور كالطين الصفحي نتيجة تشربها بالماء والهواء في أثناء شق الأنفاق أو الحفر لبناء الأساس.
ومن الصفات المهمة الأخرى للصخور ميلها للتمدد والاتساع تحت ظروف ثقيلة قد تؤدي إلى تقوسها.
وللصخور معدلات منخفضة في نقل وتوصيل الحرارة، كما أن الخواص الحرارية للصخور لها دور في العديد من المجالات منها: تطوير الطاقة الحرارية الأرضية، والتنبؤ بالزلازل.
ودراسة تأثيرات الانفجارات النووية، واستعمال نظام الصخر في التخلص من حرارة الخزانات الأرضية اللازمة في تبريد محطات توليد الطاقة تحت السطحية، وتصميم أنظمة التهوية في المناجم العميقة، وفي تكسير الصخور الذي يحدث أحياناً بمواد مبردة محفوظة تحت الأرض.
وقد تجمعت المعلومات القليلة المتاحة عن الخواص الكهرومغناطيسية لأنظمة الصخر من مصادر عدة منها: استعمال نظام الصخر كأرضية لمحطات القوى الكهربية والبحوث التي أجريت عن استعمال نظام الصخر كحامل للإشارات الكهرومغناطيسية أو السيزمية في أنظمة الاتصال.
ومن الأضرار الشديدة التي تصيب أنظمة الكهرباء من جراء الانفجارات النووية (النبض الكهرومغناطيسي Electromagnetic pulse)
ويختص علم الصوتيات الأرضية (geoacoustics) ببحوث الخواص الصوتية للصخور التي يمكن أن تمدنا بمعلومات عن ظروف الإجهاد وعن الخواص الميكانيكية لنظام الصخر.
تحتاج التعريفات الكمية لخواص عناصر الصخر أو أنظمته إلى قياسات مباشرة في المعمل أو في الموقع. وإنجاز هذه القياسات له اعتبارات هامة منها:
1- لا يعول كثيراً على مقارنة النتائج المعملية بسلوك النموذج الأصلي الذي يحتاج إلى عوامل أمان عالية، وبالتالي تكاليف تصميم مكلفة.
2- الصخور غير متجانسة التركيب ونادراً ما تكون متجانسة أو مرنة في تجاوبها مع الأحمال شكل (1) ، (2).
3- الافتقار إلى نهج منظم لاختبارات موحدة يزيد من تكرار الخطأ في الاختبارات.
الاختبارات المعملية:
تشمل الصفات الفيزيوكيميائية للصخور والتي تعين بالاختبارات المعملية الوزن النوعي والنفاذية وعزم الضغط مقدراً بأحمال وحيدة المحور وثلاثية المحاور.
ومعامل يونج للمرونة ونسبة بويسون، واختبار عزم الضغط ثلاثي المحاور للصخور (يعرف كذلك باختبار الجزء ثلاثي المحاور) شكل (3) ، لا يتناول أحمالاً حقيقية في المحاول الثلاثة لأن اثنين فقط من الجهود المطبقة يمكن تغييرها أثناء الاختبار.
بمعنى أنه افترض عامة أن حيث الجهد المحوري الجهد الشعاعي ويوضح شكل (3) رسماً تخطيطياً لنموذج شائع الاستعمال للاختبار الثلاثي المحاور، وفيه يولد الجهد المحوري بالكبس الهيدروليكي على ظرف العينة.
أما الجهد الشعاعي فيتم بوساطة ضغط هيدروليكي على السائل (ماء أو زيت) المحيط بالعينة من كل جهة ما عدا طرفيها، وتغلف العينة والمجسات بأكمام من المطاط أو النيوبرين أو البلاستيك وذلك لمنع السوائل المحيطة من النفاذ إلى العينة أو المجسات.
أما باقي اختبارات الصفات الفيزيائية التي أشير إليها آنفاً، فهي مشابهة عموماً لاختبارات الخرسانة، وهناك صعوبة في الاختبارات التقليلدية لعزم الضغط غير الحابس (غير الحاصر) تكمن في أن نظام التحميل الصلب يخزن الجهد مع كبس العينة بالحمولة.
وإذا ما كانت صلابة (أو تَيَبُس) هذا النظام أقل من الصخر، ربما إنهار هذا الصخر وانفجر، وبذلك لا نحصل على تقييم كامل لعزم الصخر الكلي.
ويمكن تخطي ذلك باستعمال آلة اختبار أكثر صلابة. وقد صممت هذه الآلة بحيث يمكن التحكم في انهيار العينة حتى إلى ما بعد نقطة انهياراها الحقيقية.
كما هو مبين في شكل (4)، وقد دلت التحاليل الإحصائية لآلاف من نتائج الاختبارات على خطورة وضع قيمة معممة
لأي من الصفات النوعية الفيزيائية، فعلى سبيل المثال إن متوسط 1801 قيمة لنسبة بويسون تحت ظروف حمولة مختلفة يساوي 0.15 لمدى قيم يتراوح من أقل من الصفر إلى 0.94 (من الواضح أن هذه القيم الأخيرة تعتبر مستحيلة كما يدل تعريف نسبة بويسون ولكنها سجلت في اختبارات معملية).
ومثال آخر، متوسط اختبارات عزم الضغط اللاحابس (اللاحاصر) على 1151 عينة جرانيت وجد أنه 16.200 Psi (رطل على البوصة المربعة) ولكن المدى يتراوح من 100 إلى 900، 99Psi ، (I Psi = 6895 N/M2).
وتوجد 11000 مجموعة لصفات الصخور الميكانيكية والحرارية الفيزيائية في صيغ مبرمجة متاحة في مركز معلومات الاستكشاف الأرضي وصفات الصخور بجامعة بوردو (Undrground Exploration and Rock Properties Infor-mation Center of Purdue University)
القياسات الحقلية:
يمكن تلخيص الأهداف الموضوعية الكبرى للقياسات الحقلية في التقديرات الآتية:
1- معامل التحرف (Deformation Modulus) وعزم الجز (Shear strength) لنظام الصخر، لأهميتها في تصميم قناطر السدود.
2- مجال الجهد المحيط (وعزم الجز) لأهميتها في تصميم الفتحات تحت السطحية شكل (5). ويتطلب معامل التحرف اختبار أكبر شريحة ممكنة من نظام الصخر بقدر ما تسمح الإمكانات الاقتصادية، بهدف الاقتراب من محاكاة حمولة النموذج الأصلي في النظام.
وتستخدم الاختبارات الشائعة لمعامل التحرف نظام الروافع الهيدروليكية (حجرة مكيفة الضغط) شكل (6أ) أو نظام روافع شعاعية منبسطة شكل(6ب) ، ويجري الاختبار في نفق شق في جزء من نظام الصخر.
يعتقد أن له نفس صفات نظام الصخر الذي سيحمل بنية النموذج الأصلي، وعند استعمال اختبار نظام الروافع الشعاعية تركب سلسلة مستمرة من الروافع حول حافة نفق الاختبار.
ومع استمرار الضغط فإن التأثير يقع على دعامة حلقية من الصلب، أو أضلع دعامية من الألومنيوم، وتقاس التحرفات بمقياس أو التقلص أو الالتواء (extensometer) حيث يوضع عدد منها في حفر اختبارية حول المقطع المختبر.
ولبيان كيفية عمل مقياس التمدد والتقلص والالتواء تجهز فتحة المقياس بسلسلة من المرتكزات بفواصل محددة، تتصل هذه المرتكزات بسلك يصلها بزنبرك كابولي مثبت في رأس المقياس على سطح الصخر.
وعندما ينزاح المرتكز من مكانه بفعل تيغرات الإجهاد حول فتحة القياس، يحرف بالتالية سلك الاتصال الكابولي وتحسب كمية الانحراف الناتجة من الانفعال على مجس انفعال كهربائية مثبت على الكابولي.
ويصور شكل (7) أقصى قيمة للإزاحات في ثلاثة مقاييس مثبتة في مقطع نفق وايومينج (Wayoming) بالولايات المتحدة الأمريكية.
وبالنسبة لاختبار حجرة الضغط، فعادة ما تتصل بنفق له نسبة طول إلى العرض 2 أو 3: 1 ويبطن النفق بمادة مرنة ذات معامل منخفض وغير منفذة للماء كالمطاط، أو ترش بمركب ايبوكسي (epoxy compound).
أما مجسات الانفعال فتثبت في شبكة أو أكثر من قضبان مقاييس التمدد والتقلص والالتواء، موضوعة عمودية على محور النفق الطولي، أو على جدران حجرة الضغط أو كليهما.
ويركب حاجز محكم على النهاية المفتوحة للنفق، ثم يكيف الضغط في الحجرة بعد ذلك بالماء، ويقاس التحرف في محيط النفق بأجهزة قراءة كهربائية خارجية ومتصلة بمجسات الانفعال.
ومن أهم حسنات اختبارات حجرة الضغط ونظام الروافع الشعاعية، إمكانية الحصول على قراءات عن محيط النفق كافية لبناء خريطة قطبية (Polar plot) للتحرف، تكشف عن عدم التجانس في نظام الصخر شكل (8).
ويمكن الحصول على معامل يونج للمرونة بإدخال آلات رافعة في فتحات صغيرة قطرها حوالي 4 بوصات (10.16 سم)، ولهذه الآلات ألواح صغيرة جداً أو رؤوس مدببة من الصلب تضغط على جدران الفتحة بقوة هيدروميكانيكية محسوبة من داخل الآلة.
وتقوم مجسات الانفعال في الآلة بقياس التحرف في الصخر في المناطق الملامسة للألواح أو الرؤوس المدببة.
عامل الوقت:
يتطلب تطور النظريات والتجارب التي تقيس وتتكهن بسلوك الصخر أخذ عامل الوقت في الاعتبار ومدى تأثيره على هذا السلوك.
ويوضح شكل (9) نماذج ريولوجية تحاكي سلوك الصخر، ومدمج بها معدل زمني لعامل الجهد، عندما يصل معدل الحمولة إلى قيم المفجرات العالية أو الآلات النووية، فإنه يمكن تمثيلها تقريباً بنماذج هيدروديناميكية.
وذلك بالتغير التدريجي حتى نموذج المرونة اللزجة، ثم إلى نموذج المرونة كلما بعدت المسافة عن مصدر الانفجار.
وفي النطاق الهيدروديناميكي يمثل السلوك بمنحنيات هوجونيت (Hugoniot curves) الذي يوضح شكل إحداها وهو خاص بصخر الجرانيت.
وتطبق المنحنيات الريولوجية عموماً على عنصر الصخر، ولكنها لا تطبق بالدقة نفسها على أنظمة الصخور لما تتصف به الأخيرة من عدم استمرارية في الخواص وعدم التجانس.
ولذلك فإنه لزيادة دقة الاختبارات التي تجري سواء في المعامل أو في المواقع إلى أقصى حد ممكن، يجب أن يكون معدل الأحمال المستعملة محاكياً قدر الأمكان لنوعية الأحمال المتوقع أن تؤثر على النموذج الأصلي جدول (2).
وعلى سبيل المثال عند تقرير معامل المرونة لعنصر صخر، من موقع مقترح، أن يقام عليه سد، لا بد من تطبيق عدة دورات من الحمولة على هذا العنصر.
وبذلك نضمن محاكاة للمتوقع أن يحدث على النموذج الأصلي من تذبذبات في منسوب الماء في الخزان خلف السد، وأيضاً في درجات الحرارة المؤثرة على الأقواس الخرسانية للسد.
تقسيم الصخور:
نظراً لاتساع مجال علم ميكانيكا الصخور، فإنه لا يوجد نظام مقبول لتقسيم الصخور يتفق عليه كل المشتغلين بهذا العلم.
وتتراوح النظم المستعملة حالياً بين الوصف البتروجرافي التقليلدي للصخور، الذي يعتمد على طريقة نشأتها وأنسجتها إلى نظم تعتمد على واحدة أو أكثر من الصفات الفيزيائية لأنظمة أو عناصر الصخور كتلك الموضحة في جدول (3).
ويطلق تعبير دلالة سمة الصخر (Rock Quality Designation) RQD على أحد أنظمة التقسيمات الأخرى الذي يعتمد على إجمالي طول القطع اللبابية التي يزيد طولها عن 4 بوصات (10.16 سم) في عملية حفر لبابية واحدة.
وعلى سبيل المثال إذا افترضنا أنه في عملية حفر لبابية استمرت لمسافة 60 بوصة، بلغ إجمالي أطوال قطع اللباب المستخرجة، والتي يزيد طولها عن 4 بوصات، 25 بوصة فإن دلالة سمة الصخر (RQD) ستصبح وتعتبر القيم الأخيرة ذات دلالة عن سمة الصخر كما هو مبين في جدول (4).
وهناك تقسيم آخر يخص الحفر تحت السطحية كما هو مبين في جدول (5)، ويفترض هذا القسيم أن ما يسمى بكفاءة (competency) الصخور تتغير بالعمق، نظراً لتأثير الأحمال الكبيرة التي تنشأ من حمل الصخر لما يعلوه من صخور.
ويمكن كذلك لفتحة في الأرض أن تسبب تغيرات في تصنيف الصخر من الكلتي إلى الرقائقي ومن المرونة إلى اللامرونة، مع الأخذ في الاعتبار عمقها وحجمها.
لعل الاختلافات البينة في أنظمة تقسيمات فيما سبق عرضه، تبين أهمية الحاجة إلى توصيف وتخصيص أنظمة التقسيمات، لكي يتسعمل في كل تصميم هندسي التقسيم المناسب له.
تنتمي مجموعة معادن الميكا إلى السليكات الصفائحية (الفيلوسليكات).
ويشترك أعضاء هذه المجموعة في أن بلوراتها تتبع نظام أحادي الميل، وهي صفائحية أو شرائحية نظراً لوجود تشقق قاعدي {100} تام، يعرف بالتشقق الميكائي ومن أهم أنواع الميكا:
1- سلسلة المسكوفيت – ليبيدوليت.
2- سلسلة الفلوجوبيت – بيوتيت (يحتوي على المغنسيوم والحديد الثنائي).
3- مانجانوفيليت (يحتوي على منجنيز).
4- باراجونيت (يحتوي على صوديوم).
5- زنفالديت (يحتوي على ليثيوم وحديد).
ومن الميكا الأقل انتشاراً:
1- روسكوليت (تحتوي على فاناديوم)
2- ناينيوليت (تحتوي على ليثيوم وماغنسيوم).
شرائح الميكا عادة ما تكون معينية أو سداسية الشكل بزوايا قدرها 120° و 60° تقريباً، ولذلك تعطي إنطباعاً بالانتماء إما للنظام المعين القائم أو السداسي (تماثل كاذب) وعند طرق سطح شريحة ميكا بدقة فإنه يتكون إشعاع سداسي في المركز3
ويتوازى خطان منهما مع حواف المنشور، ويتوازى الثالث مع مستوى التماثل {010} (أنظر شكل 2،1 ) وتتميز الشرائح التشققية للميكا بقابليتها لإنثناء ومرونتها.
وعند تسخين الميكا لدرجة حرارة مرتفعة فإنه يتكون ماء متكثفاً على جدار الأنبوبة المغلقة نظراً لاحتواء الميكا في تركيبها على الماء. ويتراوح الوزن النوعي للميكا بين 2.8 – 3.2 والصلادة بين 2- 3.
أكثر معادن الميكا شيوعاً هي المسكوفيت والبيوتيت والفلوجوبيت (شكل 2) وتعتبر من المعادن المكونة للكثير من الصخور. وتوجد الميكا في كل أنواع الصخور تقريباً.
ففي الصخور النارية يظهر البيوتيت في الصخور الفلسية والقلوية والمافية وخصوصاً الجوفية منها. ويوجد الفلوجوبيت في بعض صخور البيريدوتيت.
ويظهر المسكوفيت في بعض أنواع الصخور الجرانيتية، كما يتوافر المسكوفيت والبيوتيت في صخور البجماتيت، وعادة تصل شرائح الميكا إلى أقدام عديدة.
وتعرف مجموعة الشرائح عندما تكون مرتبة ومتلاصقة باسم الصفائح الميكائية. وتعتبر البجماتيت المصدر الرئيسي للمسكوفيت التجاري.
وفي الصخور المتحولة يوجد المسكوفيت والبيوتيت أساساً في صخور الشيست والنيس مصاحبين معادن مثل الكلوريت، الجارنيت، الكيانيت، الشتوروليت، الكوارتز والفلسبار.
وفي الرسوبيات يقاوم المسكوفيت التحلل أكثر من البيوتيت، ولذا يسود المسكوفيت في الصخور الرملية. وتعتبر الميكا الموجودة في الرسوبيات مكانية النشأة وهي ميكا مائية.
يعرف النوع دقيق الحبيبات من المسكوفيت عادة باسم اليريسيت ويوجد هذا النوع مصاحباً لخامات تكونت بالمحاليل الحرمائية وفي الصخور التي تأثرت بهذه المحاليل.
ويوجد السيريسيت كذلك مصاحباً للخامات الاستبدالية، تحت ظروف درجات حرارة منخفضة مكوناً أشكالاً كاذبة على حساب معادن أولية، مثل السيليمانيت، الاندالوسيت، الكليمانيت، الكوروديوريت، الاشتوروليت، البيريل، الفلسبار البوتاسي، البلاجيوكليز، التورمالين والتوباز.
وتستخدم الميكا إما على شكل شرائح أو على شكل قطع صغيرة. تدخل شرائح الميكا من النوعية الممتازة في صناعة دوتئر التكثف للراديو والرادار، وكذلك المكثف المغناطيسي والملفات والعوازل في أنانيب الراديو، وأصابع الاحتراق في الطائرات.
وتستخدم النوعيات الأقل جودة في صناعة المواد العازلة للمعدات الكهربائية المنزلية، وبين الأجزاء النحاسية في المولدات والموتورات.
وتجد الميكا كذلك استخدامات في صناعة الأصباغ والأحبار والمطاط والأنسجة المقاومة للماء وغيرها يأتي الإنتاج الرئيسي للميكا من الولايات الأمريكية والبرازيل والهند.
وهي صخور عرفت أصلاً بأنها ذات صفة مهجنة بسبب امتزاج صخور أقدم (شيست ونيس) مع الصهير الجرانيتي.
وعلى ذلك فإن معظم الصخور الجوفية التي تكونت من هذا الخليط، بصرف النظر عن كيفية تكون المرحلة الجرانيتية تسمى ميجماتيت. وتظهر هذه الصخور عادة على هيئة عروق نيس.
وهناك احتمالات عديدة عن كيفية تكونها منها:
1- أن الصهير الجرانيتي تداخلت بينه طبقات رقيقة من الشيست (حقنت طبقة بعد طبقة) لتكون الصخر المخطط الذي يسمى المحقون.
2- ربما تكون الصهير الجرانيتي في نفس المكان بانصهار بعض مكونات الصخر.
3- ربما تكونت الطبقات الجرانيتية تدريجياً بإعادة توزيع المعادن في الصخر الصلب عند إعادة تبلوره.
4- ربما تمثل الطبقات الجرانيتية أجزاءاً معينة متدلة أو نتيجة إحلال ميتاسوماتي (كيميائياً ونسيجياً) من الصخر.
ويحتوي صخر النيس ذو العروق على نوعين من الصخور:
الصخور الوريدية، وهي التي حقنت مادة التعريق فيها، والصخور المعرقة، وهي التي أفرزت مادة العروق.
وهناك أنواع كثيرة من الميجماتيت تكون بعضها من كتل كالقوالب بأشكال مختلفة داخل الصخر الجرانيتي، تشابه أجراء من صخر البريشياز
وتوجد صخور الميجماتيت على حواف مناطق الصخور الجرانيتية المتداخلة، وفي المناطق العميقة نتيجة للتحول المفرط.
مياه ذات محتوى معدني متعدد، توجد مرافقة للبترول والغاز الطبيعي وقد يعثر عليها أثناء عمليات البحث عن النفط والغاز، وهي تسمى أيضاً «المياه الملحية للحقول النفطية» وتتضمن هذه المياه مجموعة مختلفة من المياه الجوفية التي تكون عميقة عادة.
كما تحتوي على كمية كبيرة نسبياً من المواد المعدنية الذائبة فيها، وقد تكون هذه المياه موجودة في الفراغات المسامية لصخور المكامن النفطية مع النفط أو الغاز.
وقد تكون منفصلة عنها بفعل الجاذبية ومتجمعة تحتها، كما أنها قد توجد عند حواف التراكمات النفطية والغازية، أو في التكوينات الصخرية الخالية من النفط والغاز.
وتعرف المياه الملحية عادة بأنها المياه التي تحتوي على تركيزات عالية من الأملاح الذائبة، أما مياه الشرب أو المياه العذبة فإنها لا تعد مياهها ملحية نفطية.
على الرغم من أنه يمكن العثور عليها في المناطق العليا من القشرة الأرضية، في الأماكن التي قد توجد بها مكامن نفطية أو غازية.
وتختلف مياه حقول النفط اختلافاً كبيراً في تركيبها وتركيزها، وهي تختلف من إقليم جيولوجي إلى آخر، ومن تكوين إلى آخر في الإقليم الواحد.
ويتراوح تركيزها بين المحاليل الملحية الخفيفة التي تصل نسبة المواد الذائبة فيها من 1000 إلى 3000 جزء في المليون.
وبين المحاليل المشبعة تقريباً التي يصل تركيز المواد المعدنية الذابئة فيها إلى أكثر من 270.000 جزء في المليون.
ويعتبر ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) من أكثر المعادن انتشاراً وشيوعاً في المياه الملحية النفطية، ويليه في ذلك كلوريد الكالسيوم، أما كربونات وبيكربونات وكبريتات وكلوريدات الماغنسيوم والبوتاسيوم فتوجد بنسب أقل.
وبالإضافة إلى الأملاح السابقة توجد أملاح البروم واليوم أيضاً، وكذلك توجد آثار قليلة من عناصر الاسترونشيوم والبورون والنحاس والمنجنيز والفضة والقصدير والفاناديوم والحديد.
وقد تم العثور في بعض الأحيان على الباريوم في المياه الملحية التي تعود لحقب الحياة القديمة لمنطقة الابلاش.
وتتوقف القيمة التجارية للمياه الملحية على تركيزات الأملاح ونقاوة المواد التي يمكن استخلاصها منها، وبالنسبة للتركيزات التي تقل عن 200.000 جزء في المليون فإنها نادراً ما تكون لها قيمة تجارية.
وعلى الرغم من عدم صلاحية المياه قليلة الملوحة لاستهلاك الإنسان، إلا أنه يمكن استخدامها في بعض العمليات الصناعية أو الاستفادة منها في المناطق التي تفتقر إلى المياه العذبة.
ومن الناحية التركيبية تعتبر مياه حقول النفط مياهاً متزامنة (مياه كامنة – Connate waters) بمعنى أنها هي المياه البحرية التي ملأت مسام الصخور ثم حبست فيها.
ولقد دلت بعض التحاليل التي أجريت على هذه المياه، أنها تشابه في تركيبها الكيميائي التركيب الحالي لمياه البحر، غير أن معظم هذه المياه القديمة قد تعرض لبعض التغيرات التي طرأت على المياه منذ احتباسها في مسام الصخور الرسوبية الحاوية لها.
وفي الحالة التي تكون فيها هذه المياه عبارة عن محاليل مخففة، فإن سبب ذلك يعود إلى تخلل مياه الأمطار عبر الصخور من خلال الكسور والصدوع وغير ذلك من المناطق الأخرى ذات النفاذية العالية. ويدل وجود الكربونات والبيكربونات والكبريتات في مياه حقول النفط على أن بعض هذه المياه ليست بحرية، وإنما هي مياه أمطار متجددة.
وتشير زيادة تركيز المواد الصلبة الذائبة في مياه حقول النفط إلى تركيز مياه البحر الحالية، أو إلى حدوث تبخر جزئي للمياه، أو حدوث إذابة لأملاح إضافية من الصخور المجاورة للصخور الحاوية لهذه المياه.
ويزيد التركيز المعدني في أغلب الصخور الرسوبية بازدياد العمق، فنظراً لعظم كثافة مياه البحر بالمقارنة بكثافة المياه العذبة، لذلك يحتل المحلول الأكثر كثافة المستوى الأسفل من الخزان الجوفي.
وهناك عامل آخر يساعد على زيادة التركيز المعدن للمياه مع زيادة العمق، وهو ملامسة هذه المياه لصخور ذات محتوى عال من المعادن في الطبقات الجيولوجية الأعمق.
وهناك بعض الاستثناءات لذلك تمت ملاحظتها ويعزى سبب ذلك إلى زيادة كمية الأملاح القابلة للذوبان في الماء في بعض التكوينات الجيولوجية عن نظائرها الموجودة في تكوينات أخرى أسفل منها.
ولعل من أهم الاستنتاجات الجيولوجية للتحاليل التي تجري لمياه حقول النفط: استعمال هذه التحاليل في التفسير الكمي لبيانات التسجيلات الكهربائية والنيوترونية، التي تجري للآبار النفطية، وحتى يمكن حساب درجة تشبع تكوين جيولوجي معين – بصورة كمية من بيانات التسجيلات الكهربائية، يكون من الضروري عندئذ معرفة مقاومة المياه المتزامنة (مياه كامنة) بكل دقة.
والمياه المعدنية هي الوحيدة التي تستخدم في عمليات حقن المياه (Water flooding) لآبار النفط، وتفيد الدراسات التحليلية للمياه في التنبؤ بأثر المياه على المعادن الموجودة في الصخور الحاملة لها، وأثرها على الآلات الميكانيكية المستخدمة لحقن المياه.
فالمياه التي تؤدي إلى تآكل المواسير والمضخات، أو تلك التي تؤدي إلى انسداد المنطقة المنتجة للنفط (Pay zone) لا تصلح للإستخدام في عمليات الحقن التي تجري لزيادة انتاجية آبار النفط.
ويعتبر تركيب مياه حقول النفط عاملاً هاماً لتحديد مصدر المياه في الآبار النفطية، التي يحدث فيها تسرب من خلال مواسير التبطين (القيسون) Casing، أو من خلال معدات التكملة (Well Completion).
كما يعتبر التركيب الكيميائي لهذه المياه مهماً أيضاً في تحديد ومضاهاة الطبقات الصخرية للمكامن النفطية، الموجودة في مناطق تتميز باحتوائها على أكثر من طبقة منتجة وبخاصة تلك التي تحتوي على تكوينات عدسية من الرمل.
يطلق اسم المياه الأرتوازية الحبيسة على المياه التي تملأ الطبقة الحاوية للماء بكل سماكتها، والتي تحدها من الأعلى ومن الأسفل طبقتان وغير منفذتان.
وإذا تمكنا بواسطة حفر بئر من كشف الطبقة الحاوية للمياه الحبيسة، فإن مستوى الماء في البئر يرتفع إلى أعلى من منسوب الطبقة الحاوية للماء أو مستوى الماء الجوفي.
وفي مصر واليونان القديمتين كانت آبار المياه الارتوازية معروفة منذ 4000 سنة مضت، أما في أوروبا فقد اكتشفت المياه المتدفة في فرنسا في إقليم أرتوا (الاسم القديم – ارتوازيا) في عام 1126 حيث سميت بالمياه الارتوازية.
وهذه التسمية تستعمل في الوقت الحاضر لجميع أشكال المياه الحبيسة (المحصورة) بغض النظر عن كونها متدفقة أم لا، أو كون مستوى المياه الباطنية يستقر على هذا العمق أو ذاك من سطح الأرض.
وتجدر الإشارة إلى أن بنية الطبقات الحاوية للمياه الجوفية إما أن تكون وحيدة الميل أو على شكل حوض.
ويطلق على الطبقة الحاوية للماء المستودع الجوفي أو الطبقة المقيدة (confined aquifer)، ويعرف السطح النظري الذي يرتفع إليه منسوب الماء عندما يتحرر من الضغط بالسطح البيزومتري (Pie-zometic surface)، ومن ثم فإنه إذا حفر بئر في التكوينات الحاملة للمياه، فإن الماء سيرتفع في فتحة البئر على شكل تدفق ارتوازي.
ويمكن أيضاً للينابيع الارتوازية أن تنبثق عند النقاط التي تتحلل من الضغط الطبيعي، ولذا فإن معظم مراكز العمران في الواحات المصرية على سبيل المثال قد قامت ونمت عند هذه الأماكن.
والماء يعتبر مذيباً فريداً من نوعه حتى إنه يوصف بأنه مذيب عام. وحينما يتكثف الماء ويسقط على هيئة أمطار وثلوج، فهو يمتص كميات قليلة من المواد المعدنية والعضوية من الهواء، وبعد جريانه على الأرض فإنه يذيب بعض مواد التربة والصخور التي يمر بها، ولذلك فإنه يمكن القول إن الماء الأرضي ليس نقياً كيميائياً.
وغالباً ما تكون مكوناته المعدنية الشائعة هي بيكربونات وكلوريدات وكبريتات الكلسيوم والمغنيسيوم والصوديوم والبوتاسيوم.
توجد هذه المكونات إما ذائبة أو في صورة متأينة. والسيليكا كذلك تمثل مكوناً هاماً في الماء الأرضي، وكذلك توجد بعض التركيزات القليلة من الحديد والمنجنيز والفلوريدات والنترات.
وبطبيعة الحال فإن تركيز مثل هذه المواد الذائبة يختلف اختلافاً بيناً من مكان لآخر حسب نوع التربة والصخور التي يمر فيها الماء.
وإذا احتوى الماء على ذائبات أكثر من 1000 جزء في المليون (ppm) فإنه يكون غير مناسب للاستهلاك الآدمي.
1- ترشح المياه من السطح في الصخر أو التربة التي توجد أسفل السطح مباشرة.
2- حركة المياه لا تحتجزها القوى الجزيئية إلى أسفل خلال منطقة التهوية.
3- دخول هذه المياه في نطاق التشبع حيث تصبح جزءاً من المياه الجوفية، وتتحرك بصفة رئيسية حركة جانبية تجاه نقطة تخرج منها المياه الجوفية إلى السطح. ويرتبط معدل التسرب بصفة رئيسية بنفاذية التربة.
وهناك تنوع لا حدود له في هذه النفاذية، ففي حالة حركة المياه في ظروف عدم التشبع كما هو الحال في منطقة التهوية، فإنها تختلف تبعاً لمحتوى الرطوبة واتساع المسام.
كما أن الظروف الجيولوجية الأخرى لها تأثيرها. فعلى سبيل المثال نجد في الأراضي الرديئة في داكوتا الجنوبية في الولايات المتحدة حيث تتميز التربة والصخور بانخفاض النفاذية، أن الطاقة الترشيحية للتربة منخفضة.
وتبلغ أقصاها بسرعة بعد بدء سقوط المطر أو ذوبان الثلج، ومن ثم سرعان ما يحدث جريان سطحي، وقد تحدث فيضانات.
وعلى العكس من ذلك فإن التربات الرملية ذات نفاذية عالية بحيث أنها تمتص مياه أشد العواصف المطرية ولا يتبقى شيء للجريان السطحي.
تتحرك المياه في الصخور النفاذة تحت تأثير الجاذبية من المناطق ذات مستوى الماء الجوفي المرتفع، إلى المناطق ذات مستوى الماء الجوفي المنخفض، أي من مناطق تجميع المياه الجوفية – إلى مناطق تصريفها كمناطق الآبار والينابيع.
ويتأثر الماء المار خلال الصخور أيضاً بفعل الاحتكاك ويقوى التلاصق الجزيئية. والقوى الجزيئية هي جذب الأسطح الصخرية لجزئيات الماء، والتجاذب بين جزئيات الماء ذاتها.
وفي الصخور الدقيقة الحبيبات جداً مثل الصلصال والطين الناعم قد تكون الفجوات صغيرة جداً لدرجة أن الجذب الجزيئي يمتد من جزء من الفجوة إلى الجزء المقابل له، ثم بعد ذلك تسود قوة الجذب الجزيئي ويتحرك الماء خلال الصخر ببطء شديد بالانحدارات التي تميز الظروف الطبيعية.
وتسمى المياه التي تنصرف من صخر مشبع تحت تأثير الجاذبية بالانتاج النوعي، ويعبر عنه كنسبة مئوية من حجم الصخر الكلي. أما النسبة المئوية التي يحتفظ بها الصخر فتسمى بالاحتفاظ النوعي.
مصادر المياه الجوفية:
أصبح من الثابت أن المصدر الرئيسي للمياه الجوفية هو ما يتسرب إليها من سطح الأرض سواء مما يتسرب بصفة مباشرة من ماء المطر أو الثلج الذائب.
وهناك بعض المياه الجوفية التي تنشأ من العمليات الكيماوية والطبيعية على أعماق كبيرة (المياه الصهيرية).
وتشير الأدلة المتوافرة إلى أن هذه المياه تحتوي على نسبة عالية من المعادن. وهناك بعض المياه المختزنة في الصخور الرسوبية العميقة تمثل بقايا لمياه البحار القديمة التي أرسبت فيها الصخور.
ولا تساهم المياه التي تنتج عن العمليات الكيميائية والطبيعية، والمياه المختزنة من بقايا البحار القديمة بنسبة هامة في الدورة المائية، إذا ما قورنت بالمياه التي ترجع في أصلها إلى التساقط.
ويقصد بها المياه التي توجد في نطاق الصخور والتربة المشبعة بالماء، ويسمى سطحه العلوي مستوى الماء الجوفي.
وهذا النطاق المشبع بالماء هو من أهم مصادر مياه الآبار والمياه التي تخرج على هيئة ينابيع، أو في صورة نزز (Seeps) يوفر استمراية الجريان أثناء الطقس الجاف بالنسبة للمجاري دائمة الجريان.
ويشكل النطاق المشبع بالمياه خزاناً طبيعياً هائلاً يمتص ويخزن مياه الأمطار الساقطة في الأوقات الرطبة، ويصرفها ببطء أثناء الأوقات الجافة، وهو لهذا منظم طبيعي يخفف من شدة الفيضانات وشدة الجفاف في العالم.
ويقدر أن المياه الأرضية المخزونة في صخور الولايات المتحدة على سبيل المثال تبلغ عدة مرات قدر ما هو موجود في كل البحيرات وخزانات السدود في العالم، بما في ذلك البحيرات العظمى.
ويمكن تقسيم المياه الموجودة أسفل سطح الأرض إلى قسمين: المياه التي توجد في منطقة التهوية (airation zone) فوق مستوى الماء الجوفي، والمياه التي توجد في نطاق التشبع أسفل منسوب الماء الجوفي.
وينقسم كذلك الماء الموجود في منطقة التهوية الذي يسمى أيضاً مياه الفادور (Vadose water) إلى قسمين: مياه التربة ومياه نطاق الخاصة الشعرية (يطلق اسم مياه الفادوز على كافة المياه الواصلة إلى القشرة الأرضية من طبقات الجو المرتبطة فيها بدورة ثابتة، وذلك لتمييزها عن المياه الصهيرية).
وتتصل المياه الموجودة في نطاق الخاصة الشعرية بنطاق التشبع، وهي تعلو ذلك النطاق بفعل القوى الشعرية.
وربما بتشبع الجزء السفلي من نطاق الخاصة الشعرية، ولكن لا يعد هذا الجزء ضمن نطاق التشبع ولا تظهر مياه هذا الجزء في الآبار مع أن جدران البئر قد تكون رطبة.
وعندما يصل البئر إلى نطاق التشبع، فإن المياه تبدأ في الدخول إليه، ويتوقف صعود المياه في البئر عند مستوى الماء الجوفي.
ويطلق على الصخور التي تستطيع احتواء كميات كبيرة من المياه مصطلح الخزان الجوفي. وتتصف بعض الآبار بأنها ارتوازية حين يرتفع الماء أعلى من سطح الطبقة الحاوية للمياه.
ويوجد الماء الجوفي في ظروف جيولوجية معينة، ومن ثم فإن الإلماء بالجوانب الجيولوجية يعتبر ضرورياً لفهم توزيع المياه الجوفية.
ولهذا السبب فإن دراسة المياه الجوفية يسمى أحياناً هيدروجيولوجيا (هيدروجيولوجي – Hydrogeology).
وأهم الظروف الجيولوجية التي يجب أن تؤخذ في الاعتبار ما يلي:
1- الفتحات الصخرية:
يهتم الهيدروجي بصفة خاصة بالفتحات التي توجد بالصخر والتربة وحجمها، والكيفية التي تتصل بها هذه الفراغات.
وهناك اختلافات كبيرة بين الصخور في هذا الأمر، ففي بعض الصخور النارية لا توجد فتحات تقريباً، على حين أن الفتحات وفيرة في الصلصال ولكن على مستوى ميكرسكوبي، وهي كبيرة ومتصلة في كثير من الرمال والحصى، وهناك كثير من الفراغات الأسطوانية في كثيرة من الحجر الجيري واللابات.
وهناك نوعان رئيسيان لهذه الفتحات: الأول هو تلك الفتحات التي وجدت أثناء تكون الصخر، ثم هناك الفتحات الثانوية التي تكونت نتيجة للعوامل الكيميائية أو الطبيعية بعد تكون الصخر.
وتوجد فتحات الصنف الأول في الصخور الرسوبية مثل الرمال والصلصال وبعض أصناف الحجر الجيري الذي يتكون من المفتتات الصدفية.
وتتكون بعض الفتحات في اللابات خلال المرحلة التي يتحول فيها من السيولة إلى الحالة الصلبة ومعظم الصخور التي تحتوي على الفتحات الأولية هي صخور أحدث نسبياً.
وتلك الصخور الحاوية للفتحات الأولية الواسعة بالقدر الذي يحمل كميات كبيرة من المياه، تتمثل تلك الطبقات المائلة تجاه المحيط الأطلسي وخليج المكسيك.
أما النوع الثاني فهو أكثر شيوعاً في الصخور الأقدم، وهناك قليل من فتحات هذا النوع في الرمال والحصى الذي التحم بفعل النشاط الكيميائي، والحجر الجيري الذي تماسك بفعل التضاغط أو إعادة التبلور، والشيست والنايس والاردواز والجرانيت والريوليت والبازلت وغيرها من الصخور النارية، ويحتوي الطفل على فتحات أولية قليلة. ولكن كل هذه الصخور قد تحتوي على فواصل وشقوق تحمل المياه.
فالحجر الجيري على وجه الخصوص قابل للإذابة التي قد تبدأ على سطحه في شكل شقوق صغيرة، وقد تتطور فيه مجاري يتفاوت عرضها من جزء من البوصة إلى كهوف كبيرة تحوي كميات كبيرة من المياه.
2- المسامية: Porosity
ويقصد بها وجود فتحات أو ثغرات صغيرة بين حبيبات الصخر، كما هو الحال في الصخور الطميية والطباشيرية.
وتحسب مسامية الصخر على أنها النسبة المئوية لحجم الفراغ الموجود في الصخر بالسنبة لحجمه الكلي.
وتقدر مسامية الطين والصخور الطباشيرية بحوالي 50% بينما تقل عن ذلك في حالة الرمل والحجر الرملي، ومع ذلك فإن الماء يتحرك بسهولة أكبر في الرمل والحجر الرملي.
ويرجع ذلك إلى أنهما ينفذان الماء بسهولة أيسر مما يحدث في الصخور الطينية، فالأخيرة تمتاز بحبيباتها الدقيقة ومسامها الصغيرة ومن ثم تحتفظ بالماء ولا تسمح بمروروه بسهولة.
3- النفاذية: Permeability
وهي قدرة الصخر على السماح بإنفاذ المياه فيه. وليست هناك علاقة مباشرة بين مسامية التربة والصخور ومقدار النفاذية.
فمقدار النفاذية يرتبط ارتباطاً كبيراً بسعة ودرجة اتصال المسام أو الفتحات. فإذا كانت المسام صغيرة فإن الصخر سوف يسمح بمرور المياه ببطء شديد، أما إذا كانت كبيرة ومتصلة فإنها تمرر المياه بسرعة.
ويعرف معامل النفاذية المأخوذ به في الولايات المتحدة بأنه معدل انسياب المياه عند درجة 60°م بالجالون في اليوم خلال قطاع مساحته قدم مربع وتحت ضغط هيدروليكي 100%.
4- الانسيابية: Transmissibility
وهو معامل آخر يستعمل عادة، وهو يعبر عن معدل حركة المياه خلال الصخور المشبعة بالمياه.
ويعبر عنه بأنه معدل انسياب الماء في درجة الحرارة السائدة بالجالون في اليوم، خلال فتحة رأسية بالخزان الجوفي اتساعها قدم واحد، ويعتبر هذا المعامل مفيداً في التعبير عن التصريف الإجمالي للخزان الجوفي.
يعرف المونزونيت سابقاً باسم السيانيت المونزوني إشارة إلى منطقة مونزوني في التيرول الجنوبي بإيطاليا ويعرف كذلك بالسيانيت الكاذب حيث يتشابه المونزونيت مع السيانيت في الوجود الحقلي على هيئة تداخلات ذات أبعاد صغيرة.
وهو صخر نادري جوفي يتكون من معادن متبلورة واضحة للعين المجردة يتكون أساساً من البلاجيوكليز الصودي (أوليجوكليز أو أنديزين).
والفلسبار القلوي (ميكروكلين وأورثوكليز عادة ما يكون بيرثيتي) مع كميات ثانوية من معادن مافية داكنة اللون مثل البيوتيت والأمفيبول أو البيروكسين.
المعادن الإضافية عادة ما تكون زيركون وأباتيت وسفين ومعادن أكاسيد الحديد. وفي تقسيم النارية الجوفية يوضح المونزونيت بين صخور السيانيت والديوريت.
يسود البلاجيوكليز عن الفلسبار القلوي أو يتساوى معه في المونزونيت ولكن يكون ثانوياً للفلسبار القلوي في السيانيت، بينما يحتوي الديوريت على كمية قليلة أو لا يحتوي على الفلسبار القلوي.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
يمكن تغييرها أثناء الاختبار..jpg)
.jpg)
حيث .jpg)
الجهد المحوري .jpg)
الجهد الشعاعي ويوضح شكل (3) رسماً تخطيطياً لنموذج شائع الاستعمال للاختبار الثلاثي المحاور، وفيه يولد الجهد المحوري .jpg)
بالكبس الهيدروليكي على ظرف العينة..jpg)
فيتم بوساطة ضغط هيدروليكي على السائل (ماء أو زيت) المحيط بالعينة من كل جهة ما عدا طرفيها، وتغلف العينة والمجسات بأكمام من المطاط أو النيوبرين أو البلاستيك وذلك لمنع السوائل المحيطة من النفاذ إلى العينة أو المجسات..jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
وتعتبر القيم الأخيرة ذات دلالة عن سمة الصخر كما هو مبين في جدول (4)..jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)