گذار از برپایی در کپه داغ به فرونشینی در کاسپین جنوبی،‌ معرفی گسله های نوشناخته گنبدکاووس و یساقی

دسته تکتونیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
تاريخ برگزاری ۱۴ اسفند ۱۳۸۶

چکیده
بررسى و مقایسه زمین شناسى کپه داغ باخترى، حوضه کاسپین جنوبى و مرز این دو در دشت گرگان آشکار مى سازد این دو پهنه زمین شناختى مهم شمالى ایران با یک پهنه که در آن به تدریج برپایى به فرونشینى شدید تبدیل مى گردد، از هم جدا مى شوند. به نظر مى رسد تبدیل مزبور با خمیدگى سنگ کره در این مرز و گسلش عادى در پوسته همراه باشد. گسله گنبدکاووس به عنوان یک گسله عادى از این دست براى اولین بار در این پژوهش معرفى مى گردد. این گسله لس هاى پلیستوسن پسین را بریده است و احتمال مى رود دست کم سبب رویداد یک زمین لرزه بزرگ شده باشد. مرز جنوبى پهنه تبدیلى مزبور با پهنه البرز با گسلش راندگى در راستاى گسله کاسپین همراه است. گسله یساقى، که آن هم در این پژوهش براى اولین بار معرفى شده است، به عنوان یک گسله جوان در فرودیواره گسله کاسپین شکل گرفته است. هر دو گسله نوشناخته مزبور قابلیت فعالیت لرزه اى دارند.

محمدرضا قاسمی1، حسین محمدخانی2 و عطا عبدالهی3
 پژوهشکده علوم زمین، سازمان زمین شناسی کشور، 2گروه چینه شناسی، سازمان زمین شناسی کشور، 3گروه جغرافیای فیزیکی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران
مقدمه
گستره مورد بررسی بین طول های جغرافیایی '50 º53 تا '38 º55 و عرض های جغرافیایی '43 º36 تا '04 º38 قرار دارد. می توان گفت از دیدگاه زمین ساختی تنها پژوهش پیشین در این گستره به تهیه نقشه زمین شناسی 1:250.000 گنبدکاووس (سعیدی و عندلیبی، 1372) محدود می شود.
دشت گرگان پهنه ای کم ارتفاع در خاور دریای کاسپین و باختر کپه داغ است که این دو پهنه زمین شناسی-ساختاری را به هم پیوند می دهد. بخش خاوری دشت به برجستگی های باختر کپه داغ می رسد که بیشینه ارتفاع آن ها در گستره مورد بررسی در حدود 450 متر است. شبکه های رودخانه ای جوان این برجستگی ها را به سوی جنوب، شمال و باختر زهکشی می کنند و گرگان رود و اترک رود را تغذیه می کنند. بخش جنوب دشت دارای رودخانه ها و بادزن های آبرفتی است که از بلندی های البرز سرچشمه می گیرند. کرانه خاوری دریای کاسپین در باختر دشت گرگان قرار گرفته است. ارتفاع کنونی کرانه کاسپین در ارتفاع 27- متر قرار گرفته است. دشت گرگان از جنوب با گسله کاسپین از پهنه البرز جدا می شود و از شمال در راستای گسله کپه داغ (گسله اشک آباد) با فرونشستگی قره بغاز  و صحرای باختر ترکمنستان همسایه است. افزون بر اهمیت های زمین شناختی، دشت گرگان از دیدگاه لرزه زمین ساختی و زمین شناسی نفت نیز اهمیت دارد. قدیمی ترین چاه های ژرف اکتشاف نفت در دشت گرگان حفاری شده اند. چاه های قزل تپه 2 و قزل تپه 1 به ترتیب 5849 و 4759 متر ژرفا داشتند.
قدیمی ترین واحد سنگی رخنمون یافته در باختر کپه داغ سنگ ماسه های گلوکونیتی و شیل های کرتاسه (سازندهای سنگانه، آتامیر، آب دراز، آب تلخ هستند (سعیدی و عندلیبی، 1372) که با ناپیوستگی زاویه ای در زیر واحد سنگی آقچه گیل (پلیوسن) قرار می گیرند. واحد سنگی اخیر خود در زیر پوششی از لس ها قرار گرفته است. رخنمون این سازند در شمال خاور گنبدکاووس و باختر مراوه تپه، خاوری ترین رخنمون های سازند آقچه گیل است که در دریای کاسپین نهشته شده است. در چاه های اکتشافی دشت گرگان و خاور دریای کاسپین سازند آقچه گیل با ناپیوستگی بر روی لایه های قهوه ای (Brown Beds) سری چلکن (پلیوسن زیرین-میانی) قرار می گیرد و خود در زیر واحدهای رسوبی کاسپین کهن و کاسپین نو قرار دارد.
بخشی از دشت گرگان که بین رخنمون گسترده لس ها در خاور تا رخنمون نهشته های کاسپین نو در باختر قرار دارد به طور عمده با نهشته های رودخانه ای متعلق به گرگان رود، اترک رود و سرشاخه های آن ها و نیز نهشته های بادی جوان پوشیده شده است.
بحث
بیشتر مرزهای صفحه کاسپین جنوبی با پهنه های همسایه مورد کنکاش پژوهشگران قرار گرفته است اما مرز خاوری صفحه مزبور با کپه داغ کمتر مورد توجه بوده است. کوه های البرز از جنوب در حال فرارانده شدن بر روی صفحه کاسپین جنوبی هستند؛ از باختر کوه های تالش بر روی این صفحه فرارانده می شوند؛ از شمال صفحه کاسپین جنوبی در حال فرورانش به زیر کاسپین میانی است.
 
ساختار مرز کپه داغ-کاسپین جنوبی
پهنه کپه داغ در شمال گستره البرز-بینالود و در جنوب پوسته قاره ای توران قرار دارد. داده های شبکه های موقعیت یاب جهانی (Vernant et al. 2004) نرخ کوتاه شدگی بین ایستگاه های کاشمر (KASH) و ترکمنستان را در حدود 7 میلیمتر در سال برآورد می نماید. هالینگورث و همکاران (Hollingsworth et al., 2006) با استفاده از این داده ها تحلیل می کنند که نرخ حرکت راستالغز بر روی گسله اشک آباد (گسله کپه داغ) در حدود 5/3 میلیمتر در سال است و کوتاه شدگی در عرض کپه داغ در حدود 6 میلیمتر در سال می باشد. این کوتاه شدگی با چین خوردگی، گسلش راندگی و گسلش راستالغز انجام می شود. میزان برپایی همراه با این کوتاه شدگی آشکار نیست اما شواهد برپایی فعال قابل ملاحظه در پدیده های زمین ریخت شناختی آشکار است. بربریان و کینگ (Berberian and King, 1981) آغاز برپایی کپه داغ را به الیگوسن پیشین و میانی نسبت می دهند اما لیبریس و منبی (Lyberis and Manby, 1999) بر این باورند که برپایی کپه داغ از پلیوسن-کواترنری (در حدود 5 میلیون سال پیش) آغاز شده است. به نظر می رسد این دو دیدگاه هر یک دوره ای از دگرریختی در کپه داغ را مورد نظر قرار داده باشند. کوتاه شدگی مرحله اول در الیگوسن روی داده است و سبب ایجاد راندگی و چین خوردگی اصلی  و ناپیوستگی بین سازند آقچه گیل و واحدهای کرتاسه در این گستره شده است؛ کوتاه شدگی مرحله دوم نیز پس از نهشتگی سازند آقچه گیل رخ داده است که سبب چین خوردگی ملایم و برپایی سازند مزبور و لایه های زیرین آن شده است. با توجه به بیشینه ارتفاع رخنمون های سازند آقچه گیل (390 متر)‌ و گذر حدود 6/1 میلیون سال پس از نهشتگی سازند مزبور، میزان برپایی در باختر کپه داغ در حدود 25/0 میلی متر در سال برآورد می گردد. فروکاوی (incision) گرگان رود و اترک رود و سرشاخه های آن ها در لس ها به سوی دامنه های باختری کپه داغ به شدت افزایش می یابد. مقدار این فروکاوی در برخی جاها به حدود 70 متر می رسد. در صورتی که سطح فرسایشی روی لس ها در حدود 20.000 سال سن داشته باشد، کمینه نرخ فروکاوی مزبور به حدود 5/3 میلیمتر در سال می رسد. به علاوه بخش هایی از گرگان رود مجرای رودهای قدیمی تر مربوط به دوره نوسنگی (8.000 تا 4.000 سال پیش) را به اندازه 15 متر فروکاوی کرده است که کمینه نرخ فروکاوی برای این بخش در حدود 8/1 میلیمتر بر سال برآورد می شود. این موضوع نشان می دهد در دوره اخیر (پلیستوسن پایانی و هولوسن) برپایی گستره به شدت افزایش یافته است.
پهنه کاسپین جنوبی نیز در میان پهنه های البرز و توران در معرض کوتاه شدگی فعال قرار دارد، شواهد این کوتاه شدگی در چین خوردگی ها و گسلش های جوان نهشته های بستر دریا دیده می شود. اما رسوبگذاری شدید و رانده شدن پهنه های همسایه بر روی کاسپین جنوبی سبب فرونشینی این حوضه شده است. فرونشینی مزبور از حدود 5/5 میلیون سال پیش (پلیوسن پیشین) به این سو شتاب گرفته است. متوسط نرخ این فرونشینی  از آن زمان در حدود 44/0 میلیمتر در سال است که از مقدار نرخ فرونشینی حوضه های پیش بوم روی پوسته قاره ای 5/1 تا 10 برابر بیشتر است (Allen et al., 2002). پژوهش های دیگر (Inan et al., 1997) مقدار فرونشینی مزبور را بسیار بیشتر و در حدود 5/2 میلیمتر در سال برآورد می کنند. آلن و همکاران (Allen et al., 2002) آغاز این فرونشینی سریع را به آغاز فرورانش صفحه کاسپین جنوبی به زیر کاسپین میانی که خود به احتمال در پی شکل گیری فلات ایران آغاز شده است، نسبت می دهند.
دشت گرگان و پهنه ای از کاسپین که به بلوک ترکمن (Turkmen Block) معروف شده است، در میان پهنه در حال برپایی کپه داغ و پهنه در حال فرونشینی کاسپین جنوبی قرار گرفته است و شناخت ساختار آن اهمیت زیادی برای شناخت فرگشت زمین شناختی گستره دارد. پوشش رسوبی گسترده کواترنری روی دشت آشکار سازی هر نوع ساختار در زیر دشت را به تقریب ناممکن ساخته است. سازند آقچه گیل در خاور گستره در ارتفاع 390+ متری قرار دارد. به سوی خاور در چاه های اکتشافی دشت گرگان ژرفای سر لایه های قهوه ای (قاعده سازند آقچه گیل) به تدریج ژرفتر می شود تا آن که در باختری ترین چاه اکتشافی خشکی (GO-3A) ژرفای آن به حدود 1347- متر می رسد؛ در چاه دریایی مقداد 1 در خاور کاسپین جنوبی ژرفای مزبور به 2550 متر می رسد. ستبرای نهشته های پلیوسن-کواترنری در بخش های مرکزی حوضه کاسپین جنوبی به حدود 10 کیلومتر می رسد. به این ترتیب نرخ رسوبگذاری در این بخش در دوره زمانی مزبور به حدود 8/1 میلیمتر در سال می رسد. این عددها نشان می دهند برپایی ملایم در باختر کپه داغ به تدریج به فرونشینی شدید در مرکز حوضه کاسپین جنوبی تبدیل می شود.
نقشه چین های گستره کاسپین جنوبی و پیرامون آن (Berberian, 1983) نشان می دهد روند محور این چین ها در بخش خاوری دچار تغییر می شود و به تقریب شمالی می گردد. این روند با چین های همسایه در درون حوضه و در کپه داغ متفاوت است و حکایت از تغییر یا تبدیل میدان تنش ناحیه ای دارد. دولین و همکاران (Devlin et al., 1999) با بررسی چینه شناسی و برش های بازتاب لرزه ای بستر کاسپین جنوبی بر این باورند که گسلش و چین خوردگی واحدهای پلیوسن زیرین (و سازندهای قدیمی تر) همزمان با نهشتگی سازندهای آقچه گیل و آپشرون آغاز شده است. لایه های خاکستر آتشفشانی بخش قاعده ای سازند آقچه گیل 4/3 میلیون سال تعیین سن شده اند (Chumakov et al., 1988).
پیوستگی سنگ کره کاسپین جنوبی به سوی خاور آشکار نیست. نیمرخ آشکار شده از بررسی های لرزه ای (Mangino, and Priestley, 1998) نشان می دهد پوسته قاره ای کپه داغ جایی در زیر آب های خاوری کاسپین جنوبی پایان می یابد اما بررسی زمین شناسان روس نشان می دهد پوسته اقیانوسی کاسپین جنوبی تا بخشی از باختر دشت گرگان ادامه دارد. در هر حال پوسته مزبور چه به سوی خاور (کپه داغ) ادامه داشته باشد یا نداشته باشد با سنگ کره خاور خود پیوسته است و فرونشینی بستر کاسپین جنوبی باید سبب شود سنگ کره مزبور دچار نوعی خمش (flexure) شده باشد.
بررسی های دورسنجی اولیه وجود نوعی خطواره مشخص با راستای شمال-شمال باختر (N55W) را در باختری ترین بخش برجستگی های کپه داغ آشکار ساخت. اثر سطحی این گسله 44 کیلومتر درازا دارد و راستای آن در شمالی ترین بخش از N55W به N06W تغییر می یابد (شکل 1). برجستگی افراز گسله از جنوب (شمال شهر گنبد کاووس) تا شمال (جنوب خاور اینچه برون) به تدریج افزایش می یابد. بیشینه برجستگی افراز مزبور در بخش شمالی به حدود 80 متر می رسد. با در نظر گرفتن سن 20.000 سال برای سطح فرسایشی روی لس ها، کمینه نرخ مولفه قائم جابجایی شیب لغز بر روی این بخش از گسله به 4 میلیمتر در سال می رسد. بررسی های صحرایی دقیق سبب شد رخنمون گسله ای در محل این خطواره شناسایی گردد و به این ترتیب گسله ای نو در این پژوهش با نام گسله گنبدکاووس برای اولین بار معرفی می گردد. گسله مزبور در سه رخنمون نزدیک به هم مورد اندازه گیری قرار گرفت که وضعیت آن به ترتیب عبارتند از 220/43، 259/48 و 268/45 (شیب و آزیموت شیب) (شکل 2). گسله مزبور لس های کواترنری پسین را بریده است و سازوکار آن عادی است. لایه بندی لس ها در نزدیک گسله 016/16 و 019/22 اندازه گیری شد. افراز این گسله در یک رخنمون دارای حدود 1 متر کالوویم در فرادیواره بوده است که ممکن است نشان از ارتفاع افراز در زمان گسلش همزمان با زمین لرزه ای کهن داشته باشد. بزرگای چنین زمین لرزه ای با توجه به رابطه های تجربی 3/6 برآورد می گردد.
یک زمین لرزه روی داده در سال 1349 (جدول 1) با سازوکار کانونی عادی در بخش باختری کپه داغ ثبت شده است. اگرچه روکانون محاسبه شده برای این زمین لرزه نزدیک به 100 کیلومتر با خاور ناحیه مورد مطالعه و گسله عادی گنبدکاووس فاصله دارد، نشان می دهد این نوع گسلش در کپه داغ دور از ذهن نیست.
جدول 1- مشخصات زمین لرزه سال 1349 خورشیدی کپه داغ.
Date
Time
Lat.
Long.
Mw
s1
d1
r1
s2
d2
r2
sv
z
R
1970 7 30
0052
37.85
55.92
6.35
293
56
-150
185
65
-37
23
11
P
 
پدیده جالب در مورد گسله گنبد کاووس آن است که به ظاهر فرودیواره آن دچار نوعی رهایی پس از لرزه (postseismic relaxation) یا دگرریختی بین لرزه ای (interseismic deformation) شده است که در تصویرهای دورسنجی و مدل های ارتفاعی رقومی قابل مشاهده است (شکل 1).
سرچشمه گسلش عادی در باختر کپه داغ را می توان با دو دیدگاه در نظر گرفت. دیدگاه اول عبارت است از خمش سنگ کره بر اثر برپایی کپه داغ و فرونشینی حوضه کاسپین جنوبی و دیدگاه دوم عبارت است از کشش پوسته بر اثر حرکت صفحه کاسپین جنوبی به سوی باختر و شمال. وجود چین های جوان با روند محوری شمالی در خاور کاسپین جنوبی دیدگاه اول را نقض می کند زیرا نشان می دهد این پهنه در حال کوتاه شدگی در راستای خاوری-باختری است. دیدگاه اول شاید با پدیده دیگری مورد تایید قرار گیرد: ساحل خاوری کاسپین راستای شمالی دارد و شیب ملایم توپوگرافی دشت گرگان که تا حدود مرکز حوضه کاسپین جنوبی در بستر دریا نیز ادامه دارد، ممکن است نشان دهنده نوعی خمش با محور تقریبی شمالی باشد. در نیمرخ بازسازی شده کاسپین جنوبی (Mangino, and Priestley, 1998) نیز نوعی خمیدگی بخش گرانیتی پوسته در خاور کاسپین جنوبی دیده می شود و هم پله هایی در بخش های بالایی این پوسته دیده می شود که ممکن است نشانگر گسلش عادی در پوسته باشد.
به این ترتیب می توان نوعی الگو برای تغییر میدان تنش جوان در گستره کپه داغ-دشت گرگان و کاسپین جنوبی در نظر گرفت. در این الگو از خاور به باختر تنش اصلی بیشینه روند شمالی دارد، در گستره بین کپه داغ و کاسپین جنوبی میل عمودی دارد و در خاور کاسپین جنوبی روند خاوری پیدا می کند.
مرز دشت گرگان با پهنه البرز
کوه های البرز در راستای یک مرز زمین ساختی، که با نام گسله کاسپین (گسله خزر) شناخته شده است، بر روی صفحه کاسپین جنوبی رانده می شوند. این مرز در بخش هایی مانند گستره گرگان-نکا، آمل-چالوس و لنگرود-لاهیجان آشکار در سطح زمین دیده می شود و در بخش هایی نیز تنها با یک مرز ریخت شناختی بین کوه و دشت همراه است. بررسی های پیشین آشکار ساخته است نیمه خاوری گسله کاسپین با گسله های جوان در فرودیواره خود همراه است. این گسله ها در ورقه بهشهر (قاسمی و مصوری، 1381) با نام گسله های مهدی رجه و استینوا معرفی شده اند. بررسی های دورسنجی و میدانی این پژوهش وجود افراز گسله جوان دیگری را در گستره باختر گرگان آشکار ساخت که این جا به نام روستای نزدیک آن گسله یساقی خوانده می شود. این گسله بر روی تصویرهای دورسنجی در گستره ای به درازای حدود 16 کیلومتر بین روستاهای للدوین در خاور تا اولنگ در باختر قابل پی گیری است. راستای اثر سطحی گسله در این بخش N67E است. روستاهای للدوین، تخشی آباد، حیدرآباد و اولنگ به تقریب درست بر افراز این گسله قرار گرفته اند (شکل 3). اختلاف ارتفاع سطح بخش جنوبی و شمالی گسله در نزدیکی تخشی محله با کمک تصویر مدل ارتفاعی رقومی SRTM در حدود 5/7 متر برآورد می شود (شکل 4). گسله یساقی بادزن آبرفتی جوان گستره را بریده است و جابجایی آن در حدی است که در محل افراز آن مارن های پلیستوسن پیشین رخنمون یافته اند.
نتیجه گیری
دشت گرگان یک پهنه انتقالی بین پهنه در حال برپایی کپه داغ و پهنه در حال فرونشینی سریع کاسپین جنوبی را شکل می دهد. این انتقال با تبدیل پهنه های فرسایش و بسترکاهی (degradation) به پهنه های نهشتگی و بستر افزایی (aggradation) و نیز رویداد گسلش عادی صورت می گیرد. گسله کنبدکاووس به عنوان نشانه ای از این نوع گسلش برای اولین بار در این پژوهش معرفی می شود که با توجه به بریدن نهشته های لسی کواترنری پسین می توان آن را یک گسله با قابلیت لرزه خیزی (potentially active fault) در نظر گرفت.
گسله نوشناخته یساقی نیز گسله ای است که هم راستا با گسله کاسپین و در فرودیواره این گسله شکل گرفته است. با توجه به سازوکار گسله کاسپین و موقعیت گسله یساقی می توان انتظار داشت گسله اخیر نیز دارای مولفه معکوس مهمی باشد.
هر دو گسله گنبدکاووس و یساقی نهشته های کواترنری پسین را بریده اند و باید آن ها را در هر گونه برآورد خطر لرزه ای گستره دشت گرگان به شمار آورد.
 
منابع
سعیدی، ع. و عندلیبی، ج.، 1372، نقشه زمین شناسی گنبدکاووس، مقیاس 1:250.000، سازمان زمین شناسی کشور.
قاسمی، م.ر. و مصوری، ف.، 1381، نقشه زمین شناسی بهشهر، مقیاس 1:100000، سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور.

کلید واژه ها: گلستان