بیتومین طبیعی یا قیر در خاک رس و مارن

اکتشاف و استخراج بیتومین طبیعی در مارن ها :

از دیدگاه استخراج :
– به دلیل نفوذ ناپذیر بودن مارنها، میتوان انتطار داشت که ذخایر بیتومین طبیعی یا قیر را مشاهده نمود ،در بعضی از مواقع به عنوان یک لایه آب بند عمل کرده و باعث به دام افتادن آب هاي زیرزمینی می گردد، که پس حفر ترانشه ها و شکست لایه باعث وارد شدن آب به محیط معدن شده و مشکلاتی را به وجود می آورد.
– در این نوع معادن در صورتیکه به روش گودالی حفر شوند باید تمهیدات مناسبی را جهت پایداري دیواره ي این معادن لحاظ نمود.
– در صورتیکه در دیواره ي این معادن چشمه و نشت آب مشاهده گردد، باید سریعا اقدام به زهکشی نمود.

قیر و بیتومین طبیعی  در رس :

 نفت هاي موجود در سنگهاي رسی، که داراي هیدروکربنهاي نسبتا سنگین بوده و کروژن نام دارد، از دیرباز براي سرخ پوستان مقیم آمریکا شناخته شده بوده است. بالغ برصد سال است که در مورد نحوه استخراج وتبدیل کروژن به نفت خام بررسی و تحقیق شده است. درکشورهاي اروپایی از قبیل سوئد، فرانسه، اسپانیا واستونی و همچنین درآفریقاي جنوبی وچین براي ساخت فرآورده هاي سوختی مایع و گازي از کروژن پیشرفت هایی  حاصل شده است.
سنگهاي رسی نفتی انواع مختلفی دارند و از نوع مرغوب آنها می توان حدود 130 لیتر نفت از هـرتن سـنگ بدست آورد. ذخایر قابل استحصال نفت ازسنگهاي رسی نفتی بیش از 2000 میلیـ ارد بشـکه برآوردشـده اسـت
که بیشترین آن درایالت متحده مرکزي کشورآمریکا است. به علـت غیراقتصـاد ي بـودن اسـتفاده ازایـن ذخـا یر،
بررسی هاي زیادي در مورداین منابع نشـده اسـت وازایـن جهـت ذخایر احتمـال ی آن چنـد ین برابـر رقم ذکر شـده
پیش بینی می شود.
روش معمولی بازیافت کروژن شامل بیرون آوردن سنگهاي رسی از معدن، خردکردن آنها وسپس استخراج نفت آن در درجه حرارت حدود 500 درجه سـانتی گـراد اسـت . ایـن نفـت خـام حـاو ي مقـدار ي ازت، اکسـیژن وگوگرد است که باید درمرحله بعدي ازنفت خام جدا شود. هزینـه جداسـاز ي ایـن مـواد بـرا ي رعایـت ضـوابط زیست محیطی، زیاد می باشد.

درضمن آبی که براي عملیات جداسازي مواد زائد مورد نیاز است، درحدود 2 تـا 5
گالن براي هرتن اسـت،که تـام ین ایـن مقـدار آب وهمچنـین مسـئله آلـودگ ی ایـن آب و دورریـز پسـآب خـود
مشکلاتی را درپی دارد.
جدا کردن کروژن درمعادن زیرزمینی با گرم کردن سنگهاي رسی حاوي نفت  , و بیتومن طبیعی در محل و سپس انتقـال آن بـه
روي زمین، مشابه روشی است که براي استخراج نفت ازلایه هاي شنی بـه کاررفتـه مـی شـود و این روش در مـورد
استخراج کروژن نیز درحال توسعه است.
 مشکلات بسیاري که مهمترین آنها عبارت از هزینه زیاد براي استخراج کروژن و جداسازي مواد آلوده کننـده
آن می باشد ازجمله موانع استفاده از نفت هاي موجود درسنگ هاي رسی بوده است.

قیر در مارن:
 مارن ژنز- :
این سنگ مخلوطی از آهک و رس می باشد و سست تر از نمونه هاي دیگر سنگ هاي آهکی می باشد. معمولاً به رنگ زرد و خاکستري روشن دیده می شود. مارن داراي فسیل موجودات ریز بوده و اسید کلریدریک رقیق روي آن اثر می گذارد.

 خصوصیات مهندسی مارنها:

طبق نظرPettijohn مارن سنگی است که 35 – 65 %کربنات داشته باشد، ( مارنهاي انگلیس به نام مارنهاي سري Keuper 50 – 90 %کانی هاي رسی دارند که با رگه و لایه هایی از زیپس همراه هستند که 4 در این صورت آبهاي زیرزمینی در این مناطق سولفاته )خواهد بود. کانی هاي تشکیل دهنده آن28 -56 درصد  از کانیهاي ایلیت 4 ، کوارتز 5 – 35 ،%دولومیت کمتر از 20 %و هماتیت 2 و کلریت3
 .%2 –

رخنمونهائی از مارن و کنگلومرا به صورت تپه هاي به هم چسبيده کم ارتفاع با سطوح فرسایشی صاف گسترش دارد که از دو بخشميانی شامل مارن،سيلت، کمی به رنگهاي قرمز، زرد، صورتی و قهوه اي (Plm) و حاشيه اي شامل کنگلومرا، ماسه سنگ و مارن (Plc) تشکيل شده اند. واحد مارنی ( کرتاسهK2mبه )مارن، سري یک صورت سنگهاي آهکی مارنی و شيلهاي خاکستري پدید آمده است.

سنگ هاي آهکی داراي رنگ هوازده کرم خاکستري تازه رنگ و رنگمارن واحد اند.ائوسن (EM) به صورت یک واحد کوچک و محدود با ليتولوژي مارن سبز و سفيد در نقشه زمين- شناسی حلب در حاشيه جاده زنجان-بيجار در شمال شرقی روستاي ارکوئين قرار گرفته است.
واحد مارنی سازند قم (OM) که به صورت ترکيبی از آهک توده اي و ضخيم، مارن سيلتی، آهک تخریبی و مارن، ژیپس سفيد رنگ، مارن سبز زیتونی و آهک کرم رنگ در سطح استان زنجان رخنمون یافته است. واحدهاي مارنی قرمز بالایی
شامل سه واحد است. واحد M1 از مارنهاي الوان تشکيل شده است که در تناوب با لایه هاي کم گچ،شيلو ماسه سنگ می باشد و با رنگهاي متنوعی (قرمز، سبز متمایل به کرم، سبز زیتونی) که دارد.
از واحدM2 متمایز می شود. واحد M2 عمدتا ماسه سنگ حفره دار و لایه هاي نازک شيل به همراه مارن طبقات توالی و ضخامت است. شده تشکيل ماسه سنگ نسبت به واحدM3 و  M1 بسيار بيشتر است و در بعضی مناطق ضخامت آن به  10 متر می رسد. واحد   M3عمدتا از مارن با لایه هاي کم ماسه سنگی و کنگلومرائی تشکيل شده است. رنگ آن کرم تا قهوه اي روشن است.

 واحد مارنی قرمز زیرین1در استان زنجان متشکل از کنگلومرا، مارن و مارنهاي ماسه اي قرمز رنگ با ميان لایه هایی از
ماسه سنگهاي سبز تا خاکستري با ضخامت50تا 300متر
 پدیده اي که در مارنها وجود دارد حالتی است به نام تجمع و گردآمدگی که در مارنها، کانی رس این حالت را دارد. بنابراین ویژگی مهندسی مارنها کمتر تحت تأثیر رس قرار می گیرد و شواهد نشان می دهد که رس نقش سیمان را بازي نمی کند بلکه رس به صورت (Aggregation) در سنگ وجود دارد در مورد مارن  با توجه به میزان رس آنقدر که باید پلاستیسیته از خود نشان نمی دهد (چون به طور فعال رس وارد عمل نمی شود و ضمناً رس حالت سیمان را نداشته)، پس تجمع و گردآمدگی موجب از بین رفتن رابطه حدود مرزهاي  مقاومت برشی از یک استحکام طرف و حدود مرزهاي استحکام و مقدار رس از طرف دیگر می گردد.
بنابراین حالت خمیري یا پلاستیسیته سنگ کمتر از آن است که انتظار می رود.

بنابراین براي مارنها نسبت گردآمدگی را پیشنهاد می کنند:
درصد وزنی اجزاي رسی به دست آمده از تجزیه کانی شناسی
درصد وزنی اجزاي رسی به دست آمده از آزمایش رسوبگذاري

بنابراین گردآمدگی موجب بروز زیاد پلاستیسیته کم تا متوسط رده بندي نمود.
که در مورد خاك در مورد رسها واژه عدد اکتیویته هاي پلاستیک و براي نشان دادن استعداد آنها به تغییر حجم برحسب تغییر درصد رطوبت به کار برده می شود. بنابراین هرچه خاك فعال باشد، تغییر حجم آن در اثر تغییر مقدار رطوبت بیشتر خواهد بود. مقدار آب لازم براي ایجاد این تغییر حجم بستگی مستقیم به مقدار ذرات رس کلوئیدي موجود در خاك داشته و از طرفی درصد رس کلوئیدي خاك رابطه مستقیمی با پلاستیسیته خاك دارد.

رابطه تعیین اکتیویته خاك (A توسط Skempton) به صورت زیر بیان می گردد:
A =
ூು
درصد وزنی اجزاي رسی کمتر از 002/0 میلیمتر

௉ܫ= اندیس خمیري،
2/7 = فعال بودن مونت موریونیت سدیم،
9/0 = فعال بودن ایلیت،
28/0 = فعال بودن کائولینیت.
بنابراین هرچه درجه فعال بودن خاك بیشتر باشد از لحاظ ویژگی هاي مهندسی این نوع خاك نامناسب تر است.