مطالعه¬ تکتونیک فعال منطقه¬ زاگرس با استفاده از شاخص¬های ژئومورفیک و پارامترهای مورفومتریک در محیط GIS

چکیده :
 
رشته کوههاى زاگرس در قسمت جنوب و جنوب غرب ایران به عنوان بخشى از کمربند آلپ_ هیمالیا از مناطق فعال تکتونیکى بوده که هر از گاهى زمین لرزه هایى در آن مشاهده می­گردد.. شاخص هاى مورفوتکتونیکى گرادیان طول رودخانه(Sl)، نسبت پهناى کف دره به ارتفاع دره ( شاخصVf) و خمش جبهه کوهستان(Smf) از ابزارهاى پایه و کارآمد براى تشخیص درجه فعالیت تکتونیکى بوده و بدین منظوراستخراج گردید.با استفاده از تکنیکهاى GIS، رویهم اندازى سه لایه اطلاعاتى Sl، Vf و Smf انجام گرفت و نقشه پهنه بندى تکتونیک فعال بصورت کمى در ۵ رده تفکیک گردید.شاخص sl را به عنوان یک شاخص کارآمد براى تفکیک مناطق تکتونیکى وشاخص  smfرا به عنوان مبنایى براى استخراج فعالیت­هاى پی­سنگى معرفى می­نماید. پهنه بندى شاخص vf نیز مانند شاخص sl عمل کرده ، ولى گسل­ها با پهناى بیشترنمایش داده شده­اند . نقشه پهنه بندى تهیه شده افزایش میزان فعالیت تکتونیکى را از جنوب غرب به سمت شمال شرق نشان می­دهد. خصوصیات مورفومتری حوضه های منطقه نیز بررسی و ارتباط آنها با رده های تکتونیکی مشخص گردید. در مناطق فعال خصوصیاتی مورفومتری مانند نسبت انشعاب ، بیشترین مقدار و پارامترهایی مانند خمش آبراهه ها،  ضریب شکل و نسبت کشیدگی کمترین مقدار خود را نشان می دهند.

مرضیه زرگرزاده ،  دانشجوی کارشناسی ارشد سنجش از دور و GIS دانشگاه شهید چمران اهواز
دکتر کاظم رنگزن ، مدیر گروه سنجش از دور و GIS  دانشگاه شهید چمران اهواز
دکترعباس چرچی، عضوهیئت علمی گروه زمین شناسی دانشگاه شهید چمران اهواز
مهندس احسان آبشیرینی ، عضوهیئت علمی گروه سنجش از دور و GIs  دانشگاه شهیدچمران اهواز
مقدمه :
 
کمربند کوهزایی زاگرس به عنوان بخشی از رشته کوههای آلپ-هیمالیا یک منطقه جوان است که در اثر برخورد صفحات عربی و ایران مرکزی دچار کوتاه شدگی و ضخیم شدگی شده است.(4) مشاهده آثار و بقایای حرکات تکتونیکی و لرزه ای بر روی سطح زمین می تواند گامی موثر در تحلیل پهنه بندی نئوتکتونیک منطقه زاگرس باشد. در مناطقی مانند زاگرس، که لرزه خیزی الگوی پراکنده­ای دارد و گسل­های پی­سنگ فعال توسط رسوبات فانرزوئیک پوشیده شده­اند ، تشخیص گسل­های لرزه­ای دشوار می باشد.(5)­ بررسی عوارض و شواهد ژئومورفولوژی ساختمانی و شاخص های مورفومتری رودخانه­ها و پیشانی کوهستان­ها از بهترین روشهای ارزیابی تکتونیک فعال و نئوتکتونیک میباشد(7). استفاده از تصاویر ماهواره­ای و نوآوری­های سیستم اطلاعات جغرافیایی، کمک شایانیبه ارزیابی شاخص­های ژئومورفیک پیشانی کوهستان، آبراهه ها و حوضه های زهکشی به عنوان ابزارهای پایه واساسی به منظور شناخت تکتونیک فعال و نشان دادن تاثیرآنها برفعالیت های تکتونیکی در منطقه می­نماید(3).GIS ابزاریموثر برای آنالیز داده با ایجاد پایگاه داده به ذخیره، بازیافت و تحلیل داده ها پرداخته به ویژه در مناطق با وسعت زیاد ارتباط موجود را استخراجمی­نماید. این تکنیک مکانیزم قدرتمندی است که نه تنها قادر به نمایش و گسترش پارامترهای مورفومتریک می باشد بلکه امکان تحلیل آنها با دیگر داده ها را فراهم می سازد(6)
بحث :
 
مختصات جغرافیایی منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه با مختصات جغرافیایی :
34˚ 06' 27" N, 48˚ 00' 50" E)) - (26˚ 42' 26" N, 53˚ 59' 21" E)،استانهای ،کهگیلویلویه وبویر احمد، بوشهر، چهار محال بختیاری را به طور کامل وقسمتهایی از استانهای خوزستان، لرستان ،اصفهان ،مرکزی وفارس را در بر می­گیرد.
تهیه مدل رقومی ارتفاع
 
در ابتدا از25 ورقه نقشه‌های رقومی توپوگرافی 1:100000 ، به عنوان داده های ارتفاعی ، با استفاده از روش درونیابیعکس فاصله وزن دار شده (IDW) و اندازه سلول  100*100 متر، مدل رقومی ارتفاع(DEM) در محیط نرم افزار Pci geomatica9.1 ایجاد ودر محیط نرم افزاری RiverTools2.4 اجرا شد(شکل 2 ) . با استفاده از قابلیت های این نرم افزار ،رودخانه ها، آبراههای اصلی و حوضه های آبریزمنطقه از مدل رقومی ارتفاع (DEM) استخراج گردید. در ادامه پارامترهای مورفومتریک نیز به کمک این نرم­افزار (RiverTools2.4)، محاسبه شد.
 
شاخص های ژئومورفیک
 
شاخص طول – گرادیان رود (Stream Length-gradient index)
 
شاخص طول – گرادیان رود یا SL  برای یک محدوده مورد نظر به صورت ذیل تعریف شده است:
                                             
  نشانگر تغییر ارتفاع کانال،  معرف طول آن و L طول کل کانال از نقطه مورد نظر که شاخص اندازه گیری شده تا مرتفع ترین نقطه کانال می باشد . شاخص SL با قدرت رود متناسب است .­ بالا بودن مقدار این شاخص نشان دهنده مناطق با فعالیت تکتونیکی بالا و قدرت فرسایشی شدید آبراهه ها و مقدار پایین آن مناطق با فعالیت کم را نشان می دهد(7). شکل(3) نقشه پهنه بندی این شاخص  را به همراه نقشه گسل­های اصلی در منطقه نشان می دهد. مقدار این شاخص از34573.53 در مناطق بسیار فعال(شرق و شمال شرق منطقه) تا0.07 در مناطق با فعالیت کم(جنوب غرب منطقه) متغیر می­باشد.
نسبت پهنای کف دره به ارتفاع دره (Ratio of valley floor width to valley height)
 
                         = 
;Vfwپهنای کف دره،  به ترتیب ارتفاع دیواره های چپ و راست و Esc ارتفاع کف دره می­باشد. مقادیر نسبتا" زیاد Vf با نرخ بالاآمدگی کم که در آن آبرا هه ها کف دره پهن را قطع می­کنند در ارتباط است.مقادیر پایین Vf به دره های عمیقی اشاره داردکه در آن رودها به طور فعال دره ها را حفر می­کنندو معمولا" در ارتباط با بالاآمدگی هستند(1).در تحقیق انجام شده این شاخص دردره های اصلی و مقاطعی که شاخص SL بدست آمده بود محاسبه گردید. شکل(4) نقشه پهنه بندی این شاخص به همراه نقشه گسل­ها را با 5 ناحیه متفاوت نشان می­دهد ..مقدار این شاخص از03/0 در مناطق فعال تکتونیکی تا 666.64 در مناطق غیر فعال متغیر است.
 
پیچ و خم پیشانی کوهستان (Mountain front sinuosity)
 
پیچ و خم پیشانی کوهستان( Sinuosity) شاخصی است که تعادل بین نیروهای فرسایش دهنده و تکتونیکی را منعکس می­کند. Sinuosity پایین در یک جبهه کوهستانی مستقیم و صاف با یک گسل مرزی فعال دیده می شود. اگر نرخ uplift  کم یا متوقف شود فرایندهای فرسایشی جبهه کوهستان را با بی نظمی بیشترخواهند تراشیدو مقدارSinuosity افزایش خواهد یافت. هرگاه مقدار این پارامتر با یک برابر باشد بیانگر زون فعال از نظر تکتونیکی است. افزایش در مقدار آن بیانگر کاهش در فعالیت تکتونیکی منطقه است.                                             
با استفاده از این شاخص منطقه باکمترین مقدار آن 1.098و بیشترین آن1.977 به 5 ناحیه تقسیم بندی شد . محدوده هایی از منطقه مورد مطالعه که مقدار پیچ و خم پیشانی کوهستان کمتر را نشان می­دهند، مناطق فعال تکتونیکی می باشند . شکل (5) پهنه­بندی این شاخص را با نقشه گسل­ها ونقشه پی سنگ منطقه را نمایش می­دهد.
انشعاب پذیری(Bifurcation ratio)
انشعاب پذیری( Bifurcation ratio) به نسبت تعداد قطعات یک رده به تعداد قطعات مرتبه بالاترگفته می­شود(7).این نسبت به علت تغییرات تصادفی در هندسه حوضه آبریز دقیقاً از مرتبه ای به مرتبه دیگر یکسان نخواهد بود. اما تمایل دارد که در تمام سریها ثابت باشد .
نسبت انشعاب پائین از خصوصیات حوضه‌هایی اسـت که آشفتگـیهای ساختـاری کمتـری دارنـد و الگوی زهکـشیدر آنـهـا غیر طبیعی نیسـت) 9).همان طور که در شکل(6) ملاحظه می­شود  برای هر پارامتر منطقه به9 رده تقسیم گردیده و هرحوضه یک رده رانشان می­دهد. حوضهF با بیشترین نسبت انشعاب (4.197) به عنوان فعال­ترین حوضه و حوضه­ی D با کمترین نسبت انشعاب(3.837)، کمترین فعالیت تکتونیکی را نشان می دهند.
 
خمش رودخانه(Sinuosity)
این پارامتر نسبت طول کانال به طول دره اندازه گیری می شود:     S=La / Ls
La طول انحنا دار آبراهه از نقطه مورد نظر تا آبراهه رده بالاتر
Ls طول مستقیم آبراهه از نقطه مورد نظر تا آبراهه رده بالاتر
مقادیر کم دگر شکلی می تواند این مقدار را تغییر دهد. هر گونه دگر شکلی تکتونیکی که شیب دره رودخانه را تغییر دهد می تواند  Sinuosityرا دچار تغییر کند. هرگاه مقدار این پارامتر با یک برابر باشد، بیانگر زون فعال از نظر تکتونیکی است [1]. افزایش در مقدار آن 1 S بیانگر کاهش در فعالیت تکتونیکی منطقه است.در مطالعه­ی انجام
ضریب شکل(Form Factor)توسط Gravelius ارائه شده ، عبارت است از نسبت مساحت حوضه به مجذور طول حوضه. ضریب شکل(Rf) حداکثر" یک" برای حوضه های مربع شکل است، هر چه مقدار آن کمتر باشد نشان دهنده کشیدگی شکل حوضه است.حوضه های با ضریب شکل بالا دارای دبی اوج بالا می باشند.در منطقه مورد مطالعه شکل(8) مناطق فعال تکتونیکی دارای ضریب شکل کمتر (0.067) و مناطق با فعالیت کمتر ضریب شکل بیشتر (0.195) دارند.
نسبت کشیدگی((Elongation ratio
نسبت کشیدگی(Elongation ratio)که توسط Schummمورد ارزیابی قرار گرفته، عبارت است از قطر دایره ای که مساحت آن معادل مساحت حوضه بوده تقسیم بر حداکثر طول حوضه. هر چه نسبت کشیدگی کمتر باشد حوضه کشیده­تر می باشد.حوضه های با نسبت کشیدگی پایین مستعد برای فرسایش می باشد.در منطقه مورد مطالعه همانطور که شکل(9) نشان می دهد مناطق فعال دارای نسبت کشیدگی کمتر (0.291) بوده و هرچه فعالیت تکتونیکی کاهش می یابد حوضه ها نسبت کشیدگی بیشتری(0.500) دارند.
 
 
 
رویهم­اندازی لایه­ها(overlay)
 
با بکارگیری روشهای نوینGIS و توابع تحلیلی آن، می توان رویهم­اندازی(overlay) لایه­های اطلاعاتی SL رودخانه، Vf و  Smf کوهستان و پارامترهای مورفومتریک را انجام داده و با دقت وسرعت بالا یک رده از فعالیت تکتونیکی نسبی را به هر ناحیه نسبت داد(2). از روش weighted overlay ، با وزن­های یکسان برای رویهم­اندازی لایه های شاخص ژئومورفویک و پارامترهای مورفومتریک برای تعیین مورفوتکتونیک منطقه­ زاگرساستفاده شد. همچنین نقشه پی­­سنگی منطقه وگسل­ها به آن اضافه گردید . مطابق شکل(7) و (8)منطقه مورد مطالعه به پنج ناحیه تکتونیکی خیلی فعال، فعال، نسبتا فعال، متوسط و فعالیت کم رده بندی شد. این نقشه ها منطقه را از نظر تکتونیکی بصورت کمی رده بندی کرده است. برای هر ناحیه از منطقه مقادیر شاخص های ژئومورفویکی و پارامترهای مورفومتریک جدا از یکدیگر مشخص و شدت فعالیت تکتونیکی تعیین شده است که این خودمزیت استفاده از روش های ستجش از دور و GIS می باشد)8) . هر چه منطقه از لحاظ تکتونیکی فعالتر باشد، مقدار شاخص های Vf و  Smfکمتر و SL  بیشتر است.همچنین پارامتر مورفومتریک انشعاب پذیری با فعالیت تکتونیکی رابطه­ی مستقیم داشته و برعکس سه پارامتر خمش رودخانه، ضریب شکل و نسبت کشیدگی نسبت عکس نشان دادند.
نتیجه گیری :
 
1- با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی، نقشه شاخص طول-گرادیان رود برای منطقه تهیه شد.این نقشه منطقه را به پنج ناحیه تکتونیکی تقسیم نموده که از شمال­شرق به جنوب­غرب با کاهش این شاخص، فعالیت تکتوتیکی کاهش می­یابد. با توجه به پهنه­بندی فعالیت تکتونیکی صورت گرفته توسط سه شاخص ژئومورفیک ، شاخص sl عملکرد خوبی را نشان داده و می­تواند به عنوان یک شاخص کارآمد برای تفکیک مناطق تکتونیکی در مطالعات آینده به کار گرفته شود. تراکم نقاط ایجاد شده نیز تراکم برخورد گسل­ها و یا به عبارتی محل­های خطرزا را نمایش می­دهد.
2- با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی، نقشه نسبت پهنای کف دره به ارتفاع دره  نیز برای منطقه تهیه شد. نواحی دارای مقادیر بالای این شاخص نواحی فعالی نبوده و به سمت شمال­شرق این شاخص کاهش یافته و فعالیت افزایش می­یابد. این نقشه ،فعالیت گسل­ها را با پهنای بیشتری نشان داد .
3- نقشه ایجاد شده از شاخص پیچ و خم جبهه کوهستان منطقه به طور نسبی با نقشه پی­سنگی که از مطالعات مغناطیسی (مطیعی،1372) به دست آمده است ،مطابقت دارد و می­تواند به عنوان مبنایی برای استخراج فعالیت­های پی­سنگی استفاده گردد.
4-.پارامتر مورفومتریک انشعاب پذیری با فعالیت تکتونیکی رابطه­ی مستقیم داشته یعنی مقادیر بیشتر این پارامترمبین مناطق فعالتر به لحاظ تکتونیک می­باشد.
5- و برعکس سه پارامتر خمش رودخانه، ضریب شکل و نسبت کشیدگی نسبت عکس نشان دادند. مقادیر بیشتر این پارامترها مبین مناطق با فعالیت تکتونیک کمتر می­باشند.
6- نقشه رویهم اندازی تهیه شده از سه لایه اطلاعاتی SL ، Vf وSmf 5 رده(خیلی فعال ، فعال ، نسبتأ فعال ، متوسط ،کم) را نشان می­دهد که ازجنوب غرب به سمت شمال شرق میزان فعالیت تکتونیکی افزایش یافته است که با نقشه­ی به دست آمده از چهار پارامتر مورفومتریک به طور نسبی مطابقت داشته، هر دو مکان­های مشابهی را به لحاظ فعالیت تکتونیکی نشان می­دهند.
منابع فارسی :
 
1- آرین مهران،پیام علوم زمین، مرکز انتشارات جهاد دانشگاهی واحد شهید بهشتی، 1383، شماره 33 و شماره 30 صفحات13-16
2- رنگزن،ک.، ع.چرچی، س.سلیمی، (1384) بررسی ارتباط شواهد لرزه ایبا عناصر سطحی زمین در تفسیر فعالیت­گسلهای شوشترو لهبریبا استفاده از سنجش از دور وGIS ، بیست و چهارمین گردهمایی علوم زمین، تهران
3- سلیمی،س،(1385)،مطالعه نئوتکتونیک محدوده شوشتر _ هفتکل با استفاده از تکنیک­های سنجش از دور وGIS،پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز.
4- مر،ف و مدبری، س،زمین ساخت صفحه­ای و فرآیندهای زمین شناسی،کوشا مهر( 1380)

کلید واژه ها: سایر موارد