دانلود رایگان مقاله استفاده از تکنیک های سنجش از راه دور برای مطالعه افیولیت

چکیده

         روش سنجش از راه دور ماهواره ای یک ابزار قدرتمند برای تجزیه و تحلیل دقیق زمین شناسی ، به خصوص در مناطق غیر قابل دسترس از سطح زمین است.باندهای مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) به منظور ارائه اطلاعات طیفی بلبرینگ در خصوص ویژگی سنگی، ساختاری و ژئوشیمیایی توده سنگ مانند افیولیت،امکان ارزیابی جامع تر سنگ شناسی های حاضر، روابط چینه شناسی ، و ویژگی ژئوشیمیائی آنها نشان داده می شوند. اغلب داده های سنجش از راه دوربه طور گسترده ای ، به همراه نرم افزار کاربر پسند برای افراد غیر متخصص با هزینه اندک یا حتی بدون هیچ هزینه ای دردسترس می باشند. در این مقاله ما به بررسی سیستم های رایج سنجش از راه دور و روش هایی می پردازیم که امکان تشخیص تفاوت های قطعات و مولفه های سنگ جامد (سنگی) از مجموعه های پیچیده افیولیت و روابط ساختاری آنها را فراهم می سازند.افیولیت ها توده های سنگی مرموز هستند که با اکثر ، و یا همه، شکاف های صفحه ای  متصادم مرتبط هستند. افیولیت ها برای سنجش از دور با توجه به تنوع به طور گسترده ای   انواع سنگی و سنگ شناسی و روابط ساختاری آنها  ایده آل هستند.بر این اساس، به عنوان پایه ای برای نشان دادن کاربرد تکنیکهای سنجش از دور، ما به طور خلاصه به بررسی افیولیت معمولی در کمربند تکتونیکی Tethyan می پردازیم. به عنوان مطالعه موردی، ما مطالعات سنجش از دور یکپارچه سازی شده از یک مثال به خوبی مطالعه شده، افیولیت باغ مسلم، واقع در بلوچستان، غرب پاکستان را مورد استفاده قرار می دهیم. بر این اساس، ما تلاش می کنیم تا نشان دهیم که چگونگی داده های  سنجش از راه دورمی توانند به اطلاعات موجود به دست آمده از مطالعات میدانی اعتبار ببخشند. تنوع سنگی و ژئوشیمیایی باغ مسلم نماینده افیولیت Tethyan هستند. با وجود مکان از راه دور آن ، به طور گسترده توسط مطالعات ژئوشیمیایی و ساختاری نقشه برداری و مشخص شده است و تقریبا عاری از پوشش گیاهی است. علاوه بر این، یکپارچه سازی اطلاعات سنجش از دوربا اطلاعات «واقعی زمین" پتانسیل یک قالب بهبود یافته برای تفسیرمجموعه داده های سنجش از راه دور از دیگر افیولیت ها که راجع به آنها اطلاعات میدانی کم و یا هیچ اطلاعاتی در دسترس نیست را ارائه می کنند.

1. مقدمه

         داده های ماهواره ای اساسا توانایی های ما را برای تصویربرداری  و نقشه برداری ازسطح زمین بهبود داده اند. اطلاعات مهم دربرگیرنده موضوعاتی مانند تغییرات جهانی، علوم زمینی زیست محیطی ، کیفیت آب و علم میاه یا آب شناسی،اکتشاف معدنی و نفتی ، آتشفشانی، زلزله، سیل،و خطرات هدر رفتن جرم و توده و نقشه برداری دقیق در  و مناطق دور افتاده و ارتفاعات بالا می باشند،و درحال حاضر به عنوان پایه ای برای یک طیف گسترده ای از نگرش های جدید و خیلی دقیق د دسترس قرار گرفته اند. سنجش از دور در مناطق خشک و نیمه خشک  که در آن ساختارهای زمین شناسی به طور گسترده درمعرض دید قرار گرفته اند بسیار موثر است.به عنوان مثال، مجموعه های افیولیت فرصت های بسیار عالی باتوجه به حساسیت داده های ماهواره ای به تنوع سنگی و ساختاری آنها ارائه می کنند. بر این اساس، این مقاله به بررسی برنامه های کاربردی از مهمترین تکنیک هایی می پردازد که اخیر سنجش از دور را به عنوان یک ابزار برای نقشه برداری افیولیت ها توسعه داده اند. به عنوان مطالعه موردی، ما افیولیت باغ مسلم را انتخاب کرده ایم،که نسبتا غیر قابل دسترس بوده و اما بطور گسترده افیولیت را در غرب پاکستان ، در تلاش برای یکپارچه سازی داده های سنجش از دور با اطلاعات زمین واقعی، سنگی، ساختاری، و اطلاعات ژئوشیمیایی مورد مطالعه قرار داده است.هدف نهایی ما توسعه ابزارها برای مطالعه توده های افیولیت (ودیگرتشابهات)است که با توجه به توپوگرافی و یا دیگر موانع  برای مطالعات میدانی دقیق غیر قابل دسترس می باشند. قبل از توصیف روش شناسی سنجش از راه دور بطور مفصل، ما در حال حاضر رزومه مختصری ازبرخی افیولیت های کلاسیک،و به خوبی مطالعه شده روی دهنده در غرب آسیا وهیمالیا، یک منطقه عمدتا خشک از کمربند تکتونیکی Tethyan ارائه می کنیم.

2. معمای افیولیت 

          مجموعه ای از ویژگی های petrologic نفت شناسی و ساختاری درافیولیت های غرب Tethyan (به عنوان مثال ترودوس، Semail، عمان، Mirdita، آلبانی) به شدت از این مفهوم پشتیبانی می کنند که غالبا و یا همه نشان دهنده قطعاتی از مجموعه های سابق کمانی شکل با فضای باز هستند که مقاومت دربرابر فرورانش داشته اند و این به علت بیشتر شناوربودن آنها نسبت به پوسته پشت قوس حوضچه (مورب) می باشد. به طور قابل توجهی،این و بیشتر افیولیت های دیگر در سراسر جهان فاقد ویژگی هایی هستند که در هرراه مانع آنالوگ قوس روبه جلو می گردد. تقریبا همه افیولیت های 'کامل' ( به طور کامل در معرض دید) ، شامل سنگ شناسی های زیرزمینی-مانند MORB  و (همراه با برخی از سنگ شناسی های 'انتقالی وکالک آلکالین   ) توسط ویژگی های ساختاری گسترش بستر اقیانوس - ورقه دایک با تغییر شکل های"یک طرفه، سرد، 'فسیلی، ، و توالی های توده گدازه ای و بستر مانند، البته در ابعاد مختلف مشخص می شوند. ازسوی دیگر، روابط میدانی به نظر می رسد نشان می دهد که سنگ شناسی های MORB مانند ، تا حد زیادی پیش از تاریخ استقرار بونینیت ها ، آندزیت ها با منیزم بالا (HMA)، آداکیتی (پلاژیوگرانیت)، و ماگماهای کالک آلکالین  بوده است. این تصور که افیولیت بیانگر «سیگنال های نفت شناسی از،  حوادث فرورانش حرکت لبه پوسته زمین هستند (به عنوان مثال کیسی و دیویی، 1984؛ استرن وبلومر، 1992) توسط چندین ویژگی پشتیبانی میشود: 1)ماگما ها با دمای نسبتا بالا (MORB) ، نشان دهنده تعداد بالا و غیر منتظره ای از منیزیم-  برای محتوایMgO معادل، منطبق با MORB زیرزمینی، 2)حضور متداول، کف ها و شالوده های دگرگونی زیر افیولیتی – از ترکیب MORB مانند و تحت تاثیر شدید و تاریخ در خلاف جهت عقربه  دگرگونی P-T-t ، و 3) حضور متداول رسوبات هیدروترمال اپیدوستیک (غایب ازپشته های فعال در وسط اقیانوس). رویهم رفته، این و دیگر ویژگی ها نشان می دهد که:افزایش پروتو افیولیتی،با قوس روبه جلوشامل تفکیک دمایی بالا : پروتو قوس و قوس الکتریکی با عقبگرد سریع، حوضه پوسته پشت قوس متراکم تردر اکثر موارد فرورانش  ( 'فروپاشی حوضچه') قبل از برخورد نهایی صفحات قاره ای به چشم می خورند- به عنوان مثال قطعاتی از انباشته شمالی گندوانا اوراسیا  با هم پیوسته شده است (فلاور، 2003). فلاور و همکاران (1998)، فلاور(2003) و فلاور و دیلک (2003) قوس قسمت عقبگرد روبه جلو را به  نیروهای جریان پوششی تقویت شده توسط نیروهای گرانشی کششی تکه ها و صفحات در اسلب های بیرون آمده نسبت داده اند.

         این مدل ها توسط ویژگی های نفت شناسی، ساختاری، و ژئوشیمیایی  Tauride و افیولیت های زاگرس  نزدیک به قرن معاصردر ترکیه (PARLAK و همکاران، 2002) و ایران (قاضی و همکاران،2004) ، و در واقع،بیشتر به سمت شرق در غرب پاکستان (محمود و همکاران،1995) پشتیبانی میشوند.با این حال، زمان تکامل تکتونیکی و ماگمایی ازانتهای غربی هیمالیا است که ، با وجود شناخت و درک ما از کوهزایی هیمالیا به خوبی درک نشده است. در این منطقه،نیزافیولیت ها یک شکاف کوهزایی یا شکاف های تشکیل شده در طول اواخر کرتاسه تعریف می کنند (رابرتسون، 2002؛ محمود و همکاران، 1995). برخلاف مدل فوق الذکر، Tapponnier و همکاران (1981) استدلال کردند که افیولیت در شرق افغانستان و شمال غربی پاکستان درنتیجه و ناشی از رانش پوسته های اقیانوسی بر روی صفحه هند در طول بالاترین کرتاسه یا پالئوسن می باشد. در سناریوی او،(Tapponnier و همکاران، 1981)، و نیز به دنبال بسیاری از مطالعات دیگر درمنطقه (سرل 1986؛ Treloar و Izatt، 1993؛ محمود و همکاران، 1995؛ Gnos و همکاران، 1997) این برخورد چند هزار کیلومتری دور از قاره آسیا روی داده است . با این حال، زمان بندی برخورد بعدی هند-آسیا به خوبی قید نشده است و بین55Ma  (Klootwijk و همکاران، 1991) و 45Ma (دیویی و همکاران، 1989؛ لو PICHON و همکاران، 1992)، خیلی تازه تر و جدیدتر از افیولیت مدیترانه شرقی  قرار داده شده است (به عنوان مثال رابرتسون،2002). عارضه بیشتر ممکن است این باشد که حاشیه صفحه هند درغرب پاکستان با بلوک افغانستان تا اواخر پلیوسن برخورد می کنند (Treloar و Izatt، 1993). در هر صورت، چنین مدل هایی با توجه به کمبود سنگ شناسی، ژئوشیمی، چینه شناختی، و مطالعات ساختاری افیولیت در منطقه، که همه آنها مشروط به نقشه برداری دقیق از سنگ شناسی حال وروابط چینه شناسی آنها هستند بطور فرضی و نظری باقی می مانند.

3. باغ مسلم- مطالعه موردی

         بررسی حاضر، امیدواراست، که مشکل دوم را برطرف سازد. این مقاله اثر سنجش از دور را به عنوان یک کمک برای نقشه برداری دریکی از چند مورد استثنا، افیولیت باغ مسلم، در بلوچستان،غرب پاکستان که تمرکز نقشه برداری دقیق و نمونه در طی یک دوره از سال های متمادی بوده است توصیف می کند (به عنوان مثال محمود و همکاران، 1995). محدودیت های بهتر در پیدایش و زمانبندی این افیولیت و افیولیت های دیگر به منظورتفسیر محرکهای برخورد و تصادم در غرب پاکستان بحرانی  در چارچوب گسترده تری ازبستر نئو تتیان وکوهزایی هیمالیا ضروری و حیاتی خواهند بود.افیولیت  باغ مسلم (MBO) بهترین نمونه درپاکستان است و نشان دهنده یک توالی کلاسیک، افیولیتی روبه تکمیل،فاقد فقط بالاترین اجزای رسوبی و گدازه ای می باشد.

MBO درشرق و شمال شرق کویته (شکل 2) قرار گرفته است و از دوبلوک های اصلی، جانگ تور غار (JTG) و ساپلای تور غار (STG) تشکیل شده است. بخش های پوشش یافته از هر دوی این بلوک ها شامل هارزبورگیت متناوب شده ودسته های دونیت می باشند. دونیت  میزبان کرومیت پودیفورم است که به عنوان  توده های نامنظم در اندازه از ده ها تا صدها متر است و به صورت تجاری استخراج می گردد. دگرگونی subophiolitic با بهترین حفظ سنگ تنها در امتداد سمت شمال غربی JTG وشیب  واقعی دگرگونی معکوس را نشان می دهد . سری  در تماس با میلونیت ها ی پریدوتیت و آمفیبولیت گارنت شروع می شود ورو به پایین به ریز دانه های آمفیبولیت و آمفیبولیت اپیدوت  درجه بندی می شود.آمفیبولیت گارنت در تماس فوری با پریدوتیت میلونیتز شده رخ می دهد (راسمن و همکاران، 1971؛ منیر و احمد، 1985؛ محمود) نمونه توالی گدازه بالشی از دست رفته واحتمالا ساییده می شود. تعداد زیادی از دایکهای دلریتی بلوک STG را قطع می کنند،در حالی که چند دایک در حال حاضر در JTG هستند (محمود و همکاران، 1995). درمکانها، دایک ها به توده های  گابرو ویا پیروکسنیت درجه بندی میشوند.دایک های دلریتی به طور کلی چند متر به تا تقریبا ~ 500 متر ضخامت دارند. بر اساس مطالعات میدانی، Sillitoe (1978) و Otsuki و همکاران (1989) تفسیر کردند که این کمپلکس افیولیتی در یک مجموعه خط الراس اقیانوسی در نئو تتیس تشکیل شد . خان و همکاران (2007a)  ترکیبی از خط الراس اواسط اقیانوسی،نقطه داغ و ماگماتیسم منطقه فرورانش در MBO را نشان می دهند.

محمود و همکاران (1995) یک سن 65-70 Ma را برای MBO بر اساس سنین 40Ar / 39Ar از کف زیر افیولیتی متامورفیک و آمفیبول از پایه یک مجموعه دایک ورقه شده گزارش کردند. ما این سن را به منظور نشان دادن تفسیرنمایندگی از سن خنک کننده تقریبی کف متامورفیک و پوشش جدا شده تفسیر می کنیم، که حداقل سن را در شکل گیری کمپلکس افیولیتی به طور کلی قرار می دهد. بر اساس مطالعات ساختاریMBO و سنگ های دگرگونی و متامورفیک مرتبط، محمود و همکاران (1995) MBO را به عنوان یک بخش از کف اقیانوس تفسیر کردند که بر روی شبه قاره هند در طول همگرایی نئو تتیس قبل از برخوردهند و آسیا جاگذاری شده بود .

ABSTRACT

        Satellite remote sensing methods are a powerful tool for detailed geologic analysis, especially in inaccessible regions of the earth's surface. Short-wave infrared (SWIR) bands are shown to provide spectral information bearing on the lithologic, structural, and geochemical character of rock bodies such as ophiolites, allowing for a more comprehensive assessment of the lithologies present, their stratigraphic relationships, and geochemical character. Most remote sensing data are widely available for little or no cost, along with user-friendly software for non-specialists. In this paper we review common remote sensing systems and methods that allow for the discrimination of solid rock (lithologic) components of ophiolite complexes and their structural relationships. Ophiolites are enigmatic rock bodies which associated with most, if not all, plate collision sutures. Ophiolites are ideal for remote sensing given their widely recognized diversity of lithologic types and structural relationships. Accordingly, as a basis for demonstrating the utility of remote sensing techniques, we briefly review typical ophiolites in the Tethyan tectonic belt. As a case study, we apply integrated remote sensing studies of a well-studied example, the Muslim Bagh ophiolite, located in Balochistan, western Pakistan. On this basis, we attempt to demonstrate how remote sensing data can validate and reconcile existing information obtained from field studies. The lithologic and geochemical diversity of Muslim Bagh are representative of Tethyan ophiolites. Despite it's remote location it has been extensively mapped and characterized by structural and geochemical studies, and is virtually free of vegetative cover. Moreover, integrating the remote sensing data with ‘ground truth’ information thus offers the potential of an improved template for interpreting remote sensing data sets of other ophiolites for which little or no field information is available.

1. Introduction

        Satellite data has radically improved our capabilities for imaging and mapping the earth's surface. Critical data bearing on topics such as global change, environmental geosciences, water quality and hydrology, mineral and petroleum exploration, volcanic, earthquake, flooding, and mass wasting hazards and detailed mapping in high-relief and remote areas are now available as a basis for a wide range of rigorous new insights. Remote sensing is highly effective in arid and semi-arid regions where geologic structures are extensively exposed. For example, ophiolite complexes offer excellent opportunities given the sensitivity of satellite-sensed data to their lithologic and structural diversity. Accordingly, this paper reviews applications of the most recently developed remote sensing techniques as a tool for mapping ophiolites. As a case study, we have selected the Muslim Bagh ophiolite, a relatively inaccessible but extensively studied ophiolite in western Pakistan in an attempt to integrate remote sensing data with ‘ground truth’ lithologic, structural, and geochemical information. Our ultimate objective is to develop tools for studying ophiolites (and other, analogous) bodies which due to topographic or other impediments are inaccessible for detailed field studies. Before describing remote sensing methodologies in detail, we present a brief resumé of some classic, well-studied ophiolites occurring in western Asia and the Himalayas, a largely arid region of the Tethyan tectonic belt.

2. The ophiolite ‘conundrum’

          The array of petrologic and structural features in western Tethyan ophiolites (e.g. Troodos, Semail, Oman, Mirdita, Albania) strongly supports the notion that most if not all represent fragments of former forearc complexes which resisted subduction due to their greater buoyancy relative to back-arc basin (MORB) crust. More significantly, these and most other ophiolites worldwide lack features that in any way preclude the forearc analogue. Virtually all ‘complete’ (i.e. fully exposed) ophiolites, consist of MORB-like basement lithologies and are characterized (along with some ‘transitional’ and calc-alkaline lithologies) by the structural attributes of seafloor spreading — sheeted dikes with ‘one-way’ chilling, ‘fossil’ transforms, and imbricated plutonic and pillow lava sequences, albeit in differing proportions. On the other hand, field relationships appear to indicate that the MORBlike lithologies largely pre-date the emplacement of boninites, highMg andesite (HMA), adakitic (plagiogranite), and calc-alkaline magmas. The notion that ophiolites represent petrologic ‘signals’ of subduction initiation events (e.g. Casey and Dewey, 1984; Stern and Bloomer, 1992) is supported by several features: 1) the relatively hightemperature (cf. MORB) magmas, showing unusually high Mg-numbers for equivalent MgO contents, superposing MORB basement, 2) the common presence of sub-ophiolitic metamorphic ‘soles’ — of MORB-like composition exhibiting strongly inflected, counterclockwise P–T–t metamorphic histories, and 3) the common presence of epidositic hydrothermal deposits (absent from active mid-ocean ridges). Together, these and other features suggest that ‘proto-ophiolitic’ forearc accretion involves splitting of the high-temperature ‘proto-arc’ and rapid arc–trench rollback, the denser back-arc basin crust being in most cases subducted (‘basin collapse’) prior to eventual collision of continental plates — e.g. fragments of north-drifting Gondwana with accreting Eurasia (Flower, 2003). Flower et al. (1998), Flower (2003) and Flower and Dilek (2003) have attributed such arcforearc rollback episodes to mantle flow forces, reinforced by gravitational ‘slab pull’ forces inherent in subducting slabs.

Such models are supported by the petrologic, structural, and geochemical characteristics of the Tauride and near-contemporaneous Zagros ophiolites in Turkey (Parlak et al., 2002) and Iran (Ghazi et al., 2004), and indeed, further east in western Pakistan (Mahmood et al., 1995). However, the timing of the tectonic and magmatic evolution of the western end of the Himalayas is not well-understood, despite being integral to our understanding of the Himalayan orogeny. In this region, ophiolites also define an orogenic suture or sutures formed during the Late Cretaceous (Robertson, 2002; Mahmood et al., 1995). In contrast to the model outlined above, Tapponnier et al. (1981) argued that ophiolites in eastern Afghanistan and northwestern Pakistan result from obduction of oceanic crust onto the Indian plate during the uppermost Cretaceous or Paleocene. In his scenario, this collision took place a few thousand kilometers away from the Asian continent (Tapponnier et al., 1981), a view followed by most other studies in the region (Searle 1986; Treloar and Izatt, 1993; Mahmood et al., 1995; Gnos et al., 1997). However, timing of the subsequent India–Asia collision is not well-constrained and has been placed between 55Ma (Klootwijk et al., 1991) and 45Ma (Dewey et al., 1989; Le Pichon et al., 1992), more recently than the eastern Mediterranean ophiolites (e.g. Robertson, 2002). A further complication may be that the Indian plate margin in western Pakistan did not collide with the Afghan block until the Late Pliocene (Treloar and Izatt, 1993). In any case, such models remain conjectural given the paucity of petrologic, geochemical, geochronologic, and structural studies of ophiolites in the region, all of which are contingent on detailed mapping of lithologies present and their stratigraphic relationships.

3. Muslim Bagh — a case study

         The present review, it is hoped, will mitigate the latter problem. This paper describes the efficacy of remote sensing as an aid to mapping in one of the few exceptions, the Muslim Bagh ophiolite, in Balochistan, western Pakistan, which has been the focus of detailed mapping and sampling over a period of many years (e.g. Mahmood et al., 1995, and refs. therein). Better constraints on the genesis and timing of this and other ophiolites will be critical to interpreting collision dynamics in western Pakistan in the broader context of neo-Tethyan closure and the Himalayan orogeny. The Muslim Bagh ophiolite (MBO) is best exposed in Pakistan and represents a classic, near-complete ophiolitic sequence, lacking only the uppermost extrusive and sedimentary components.

         The MBO lies east-northeast of Quetta (Fig. 2) and comprises two main blocks, Jang Tor Ghar (JTG) and Saplai Tor Ghar (STG). The mantle sections of both these blocks consist of alternating harzburgite and dunite bands. The dunite hosts podiform chromite that occurs as irregular bodies ranging in size from tens to hundreds of meters and is mined commercially. The best preserved subophiolitic metamorphic sole rocks are located along the northwestern side of the JTG and show inverted metamorphic gradients. The series starts at the contact with peridotite mylonites and garnet amphibolites and grades downwards into amphibolites and fine-grained epidote amphibolites or greenschists. Garnet amphibolites occur at the immediate contact with mylonitzed peridotites (Rossman et al., 1971; Munir and Ahmad, 1985; Mahmood Highly depleted coarse grained residual harzburgites and dunites lie above basal mylonitized peridotite. An ultramafic-mafic transition zone is followed upward by gabbroic rocks. The crustal section consists of layered and foliated gabbroic rocks, isotropic gabbros and a sheeted dike complex. Typical pillow lava sequences are missing and presumably eroded. A large number of dolerite dikes cut the STG block, whereas few dikes are present in the JTG (Mahmood et al., 1995). At places, the dikes grade into gabbro or pyroxenite bodies. The dolerite dikes are generally a few meters to ~500 m in thickness. On the basis of field studies, Sillitoe (1978) and Otsuki et al. (1989) interpreted that this ophiolite complex was formed in an oceanic ridge setting in the NeoTethys. Khan et al. (2007a) suggest a combination of mid-oceanic ridge, hot spot and subduction zone magmatism in MBO.

         Mahmood et al. (1995) reported a 65–70Ma age for MBO based on 40Ar/39Ar ages from the sub-ophiolitic metamorphic sole and amphibole from the base of a sheeted dike complex. We interpret this age to represent the approximate cooling age of the metamorphic sole and mantle detachment, which places a minimum age on the formation of the ophiolite complex as a whole. Based on structural studies of the MBO and related metamorphic rocks, Mahmood et al. (1995) interpreted the MBO as a segment of ocean floor that was emplaced onto India during the convergence of neo-Tethys prior to the Indo-Asian collision.

چکیده

1. مقدمه

2. معمای افیولیت 

3. باغ مسلم- مطالعه موردی

4. نقشه برداری افیولیت ها توسط سنجش از دور

5. نتایج سنجش از راه دور باغ مسلم

6. بحث

7. نتیجه گیری

منابع

ABSTRACT

1. Introduction

2. The ophiolite ‘conundrum’

3. Muslim Bagh — a case study

4. Mapping ophiolites by remote sensing

5. Remote sensing results from Muslim Bagh

6. Discussion

7. Conclusion

References