فرسایش پذیری سازندهای زمین شناسی با استفاده از تحلیل بعد فرکتال شبکه زهکشی (مطالعه موردی: دامنه های شمالی همدان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه ملایر

2 دانشگاه یزد

چکیده

سیستم شبکه هیدروگرافی تابعی از عوامل سنگ­شناسی (سختی، نفوذپذیری، کیفیت و کمیت درزه­ها و شکاف­ها) و عوامل ساختمانی (وضعیت امتداد و شیب لایه­ها، وجود یا عدم وجود گسل و ...) است. بنابراین مشخصات آبراهه­های (جهت جریان، تراکم، نوع و شکل) تابعی از وضعیت سنگ و ناهمواری­های  هر منطقه می­باشد. در این بررسی ابتدا 4 سازند زمین شناسی شامل، گرانیت الوند، هورنفلس کلریت دار، سنگ آهک مارنی و شیست استرولیت دار انتخاب شد و در هر سازند یک پلات 2 در2 کیلومتری به صورت تصادفی - سیستماتیک  در هر سازند نصب و جهت بررسی شبکه زهکشی  از روش استرالر و مقایسه بهتر از بعد فرکتال نیز استفاده شده است. همچنین به منظور بررسی فرسایش پذیری سنگ ها و نقش آنها در تخریب سازند های دامنه شمالی توده کوهستانی الوند، مقاطع میکروسکپی با نمونه گیری از سنگ های گرانیت، شیست و هورنفلس انجام شد. نقشه فرسایش پذیری تهیه و با نتایج حاصل از بعد فرکتال و شبکه زهکشی مقایسه گردید. بررسی مقایسه ارقام فرکتال به دست آمده از پلات های 4 سازند نشان داد که بیشترین مقدار عدد بعد فرکتال معادل 33/1 و 31/1 به ترتیب مربوط به سازندهای هورنفلس کلریت دار و سنگ آهک مارنی می باشد که از تراکم زهکشی و همچنین توان فرسایشی بالاتری در منطقه برخوردار است. همچنین سازندهای شیست استرولیت دار با عدد فرکتال 27/1 در رتبه بعدی از نظر مقاومت به فرسایش قرار داشته و نهایتا سازندهای گرانیت الوند با کمترین مقدار عددی بعد فرکتال که معادل 22/1 و کمترین تراکم آبراهه به عنوان مقاوم­ترین واحد سنگی یا سازند در منطقه همدان شناخته شده اند. به طور کلی نتایج نشان داد که با افزایش بعد فرکتال، همراه با پارامتر شبکه زهکشی، فرسایش پذیری سازند های زمین شناسی نیز افزایش می یابد. به علاوه نتایج حاصله از بررسی کانی شناسی مقاطع میکروسکپی نشان می دهد که سنگ های گرانیتی فرسایش پذیری کمتری نسبت به شیست، هورنفلس و آهک و مارن در مقابل فرسایش دارد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Relationship of Quantitative Geomorphological Indices Using Fractal Dimension

چکیده [English]

The Hydrographic network system is a function of lithological factors (hardness, permeability, quality and quantity of joints and gaps), and structural agents (the status of stretching and slope of the layers, the presence or absence of faults, etc.). Therefore, the characteristics of the waterways (flow, density, type and shape) are a function of the status of the rock and the roughness of each region. In this study, four geological formations including alvand granite, chlorite hornfels, marl limestone and screw styrite were selected. In each formation, a 2 km 2-kilometer plot was installed randomly-systematically in each formation, and to investigate the drainage network of The Australian method and a better comparison of the fractal dimension are also used. Also, in order to study the erosion of rocks and their role in damaging the northwestern formations of Alvand Mountain, microscopic sections were performed with sampling of granite, schist and hornfels rocks. The erodibility map was prepared and compared with the results of fractal dimension and drainage network. In this study, in first 4 geology formation that including Alvan granite, Cordierite hornfels, marly limestone and Staurolite schist was selected and then each zone of geology formation, set a plot with the size of 2*2 km as randomly and extract drainage network of each formation and then the fractal dimension of them were be calculated. Comparison of fractal dimension showed that maximum and minimum of fractal dimension related to Cordierite hornfels and Alvan granite with 1.33 and 1.22, respectively. On the other hand, the result showed that graphical and mathematical fractal dimension in 4 geology formation, have correlation coefficient upper 99 percent. The results showed that with increasing fractal dimension, with the parameter drainage, erosion of geological formations increases. The results from the mineralogical study of microscopic sections show that granite rocks are less erodible than schist, hornfels and lime and marn against erosion.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drainage Network
  • fractal
  • geology formation
  • Hamadan
  • quantitative Geomorphology
  • روستایی، شهرام، رجبی، معصومه و نسرین سمندر، 1394 ، بررسی نقش عوامل موثر در تحول ژئومورفولوژی مخروط افکنه و بستر  اسکوچای، هیدروژئومورفولوژی، شماره 2، بهار، صص 41-60.
  • رجبی، معصومه و ابراهیم هاشمیان، 1396، ارزیابی فعالیت های زمین ساختی حوضه های آبریز دامنه جنوب غرب ارتفاعات سبلان با استفاده از اختصاصات ژئومورفولوژیک، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، سال سی و دوم، شماره اول،بهار 96 ، شماره پیاپی 124،صص93-76.
  • ده بزرگی، مریم و محمد مومنی، 1395، فعالیت زمین ساخت جوان در پهنه گسلی قم- زفره، ایران مرکزی، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، سال پنجم، شماره 2، پاییز1395، صص110-129.
  • چرچی، عباس، خطیب، محمد، مظفرخواه، محمد و آرش برجسته، 1390، استفاده ازتحلیل فرکتالى برای تعیین پویایی تکتونیک شمال منطقه لالی در شمال شرق خوزستان، مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته،تابستان 90 ،شماره 1 جلد ،صص47-37.
  • خسروی، عذرا، سپهر، عادل و زهرا عبدالله‌زاده، 1395، رفتار فرکتالی و ارتباط آن با خصوصیات هیدرومورفومتری حوضه‌های آبریز دامنه‌ی شمالی بینالود، دوره 3، شماره 9، زمستان 1395، صفحه 1-20.
  • خلیفه سلطانی، انیسه سادات، علوی، سید احمد و محمد رضا قاسمی ، 1395، بررسی نقش ساختارهای زمی نشناسی در ابعاد فرکتالی شکستگی ها و آبراهه ها در جنوب باختری لنجان- اصفهان، علوم زمین، سال بیست و ششم، شماره 101 ، صص56-45.
  • شایان، سیاوش، مقصودی، مهران، گل علیزاده، موسی، شریفی کیا، محمد و فاطمه نوربخش ،1394، تحلیل فضایی لندفرم های بادی با استفاده از نظریة فرکتالی ) مطالعة موردی: ریگ اردستان(،  پژوهش های جغرافیای طبیعی، دورة 48 ، شماره 2 ، تابستان 1395صص 245-231.
  • فرح پور، محمد، 1376، تجزیه و تحلیل پتروفابریک سنگ های دگرگونی باتولیت شرق الوند. Ph.D. پایان نامه. دانشگاه تربیت مدرس.
  • علمی زاده، هیوا، ماه پیکر، امید و مریم سعادتمند ،1393، بررسی نظریه فرکتال در ژئومورفولوژی رودخانه ای: مطالعه موردی زرینه رود، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، سال سوم، شماره 2، پاییز93، صص 141-130.
  • کرم، امیر و میترا صابری ،1394، محاسبه بعد فرکتال در حوضه های زهکشی و رابطه آن با برخی خصوصیات ژئوموفولوژیکی حوضه) مطالعه موردی: حوضه های آبریز شمال تهران(، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، سال چهارم، شماره 3، زمستان 1394،صص167-153.
  • صمدی مقدم، رعنا و مریم ده بزرگی، 1395 ، ارزیابی نئوتکتونیک گسل کلمرد با استفاده ازGis  منطقه شیرگشت (ایران مرکزی) ، جغرافیا و توسعه، شماره 45 ، زمستان، صص 159-180.
  • فتاحی، محمدهادی و زهرا طالب زاده،1396، ارتباط بین ضریب فشردگی حوضه آبریز با ویژگی های فرکتال آن، تحقیقات منابع آب ایران، سال سیزدهم، شماره 1، بهار 1396، صص191-203.
  • گورابی، ابوالقاسم و اسماعیل پاریزی ،1394، تاثیر نو زمین ساخت بر تحول لندفرم های دامنههای جنوب غرب شیرکوه، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی سال چهارم، شماره 2، پاییز94، صص465-479.
  • مقامی مقیم،غلامرضا ،1395، تاثیر فعالیت های تکتونیکی در ریخت شناسی حوضه آبریز رودخانه روئین در شمال شرق ایران، جغرافیا و توسعه، شماره 43 ، تابستان، صص 71-90.
  • همتی، فریبا، بهرامی، شهرام و محمد علی زنگنه ،1394، شواهد ژئومورفولوژیک زمین ساخت فعال در طاقدیس پیکلا، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، سال 30 ، شماره3، پاییز، شماره 118 ، صص 207-222.
 

  • Ariza.V. A, Jiménez-Hornero. F., Gutiérrez de Ravé. E., 2013, Multi-fractal analysis applied to the study of the accuracy of DEM-based stream derivation, Geomorphology, Volume 197, Pages 85-95.
  • Baas, ACW., 2002, Chaos, fractals and self-organization in coastal geomorphology: simulating dune landscapes in vegetated environments. Journal of Geomorphology 48(1):309-328.
  • Bartolo, S.G., Veltri, M. and Primavera L., 2006, Estimated generalized dimensions of
  • river networks, Journal of Hydrology, 322, 181–191.
  • Damle, C. and Yalcin, A., 2007, Flood Prediction Using Time Series Data Mining,
    • Journal of Hydrology 333: 305-316.
    • Kusak, M., 2014, Methods of fractal geometry used in the study of complex
    • geomorphic netwoks, AUC Geographica, 49, No. 2, pp. 99–110.
  • Bi L, He H, Wei Z, Shi F., 2012,  Fractal properties of landform in the Ordos block and surrounding areas. Journal of China Geomorphology 175:151-162.
  • Bull, W.B., 2007, Tectonic Geomorphology of Mountains: A New Approach to Pale seismology, Wiley-Blackwell, Oxford. Pp:5.
  • Gloaguen, R., Marpu, P.R., Niemeyer, I., 2007, Automatic extraction of Faults and Fractal analysis from remote sensing date, Nonlinear processes Geophys,14, pp.131-138.
  • Jordan, G., Meijninger, B. M. L., van Hinsbergen, D.J.J., Meulenkamp, J.E., van Dijk, P.M., 2005, Extraction of morphotectonic features from DEMs: Development and applications for study areas in Hungary and NW Greece, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Vol.7.
 

  • Kutlu, T.; Ersahin, S. and Yetgin, B., 2008, Relations between solid fractal dimension and somephysical properties of soils formed over alluvial and colluvial deposits, J Food Agri Environment, 6: 445-449.
  • Shahzad, F., Mahmood, S.A., Gloaguen, R., 2009, Drainage Network and Lineament Analysis: An Approach for Potwar Plateau (Northern Pakistan), Journal of Mountain Science, 6, pp.14–24 (in Persian).
  • Wobus, C., Whipple, K.X., Kirby, E., Snyder, N., Johnson, J., Spyropolou, K. B., Crosby, B.T., Sheehan, D., 2006, Tectonics from Topography: Procedures, Promise and Pitfalls, in Willett SD, Hovius N, Brandon MT and Fisher DM (eds.), Tectonics, Climate and Landscape Evolution, GSA Special Paper, 398,pp.55-74..