تحلیل ناهنجاری های حرارتی گسل ها و ارتباط آن با منابع زمین گرمایی بااستفاده از داده های حرارتی لندست 8 - مطالعه موردی:گسل های شهداد و نایبند

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه سنجش از دور و GIS، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استادیار سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی دانشکده جغرافیای دانشگاه نهران

3 استاد، گروه سنجش ازدور و GIS،دانشکده جغرافیا،دانشگاه تهران

4 دانشجوی دکتری/ دانشگاه شهید باهنر کرمان

10.22131/sepehr.2018.32329

چکیده

سنجش از دور حرارتی، با فراهم آوردن قابلیت محاسبه دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهوارهای، نقش مهمی در مطالعات محیط زیستی از جمله مطالعات اقلیمی، شناسایی گسلهای پنهان و یا در مواردی پی جویی منابع زمین گرمایی ایفا میکند. در این مقاله با استفاده از اطلاعات بدست آمده از باندهای حرارتی ماهواره لندست 8، دمای سطح زمین در لحظه تصویربرداری از منطقهای دارای گسلهای بیسمنتی محاسبه گردیده است. اطلاعات حرارتی حاصل از منطقه محاط بر گسل شهداد و قسمت جنوبی گسل نایبند، که در محدودهی شرقی شهرستان کرمان قرار دارند، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاند. نتایج این تحقیق نشان داد که در نزدیکی زون مرکزی این دو گسل عمیق و بزرگ تجمعهای حرارتی سطحی وجود دارد. طبق نتایج بدست آمده از پژوهش حاضر این تجمعات حرارتی با فاصله گرفتن از زون مرکزی گسل کاهش مییابد. بر اساس انطباق موقعیت گسلها و پیکسلهای دمای بالا، تجمعهای خطی حرارتی میتوانند کلیدی جهت شناسایی گسلهای اصلی در مناطق با لیتولوژی و سن مشابه در نقشههای بدست آمده از دمای سطح زمین باشند. در مطالعه حاضر با توجه به موقعیت گسلها و نقشه‌‌های دمایی، دو منطقهی با حداکثر تمرکز نمودارهای هم دمای مشمول کران بالای طیف دمایی نقشه LST منطقه، استخراج و ارائه گردیده است. با توجه به شیب نمودارهای هم دما به سمت زون مرکزی گسل در مناطق مذکور، و با توجه به نزدیک بودن عمق گسلهای بیسمنتی به مواد داغ تشکیل دهنده آستنوسفر زمین، مناطق معرفی شده میتوانند به عنوان پتانسیل اولیه وجود منابع زمینگرمایی مورد بررسی تفصیلی واقع شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of the thermal anomalies of faults and their relationship with geothermal resources using thermal data from Landsat 8 Case study: Shahdad and Nayband faults

نویسندگان [English]

  • yasin kazemi 1
  • Saeid Hamzeh 2
  • Seyed Kazem Alavipanah 3
  • Bahram Bahrambeygi 4
1 Remote Sensing and GIS, Faculty of Geography, University of Tehran,Tehran, IRAN
3 Professor, Department of remote sensing and GIS, Faculty of geography, University of Tehran BahramBahrambeygi
4 Phd Student/ Kerman University
چکیده [English]

Extended Abstract
Introduction
Faults are fractures in the earth’s crust that has the ability to move. Faults are one of the most important geological structures, and since they have paths for emersion of heat from the lower parts of the earth’s crust to the surface, can be considered as one of the essential reasons of potential of geothermal energy. Geothermal energy is one of the major sources of renewable energy and compatible with the environment, which if properly utilized and bases on environmental parameters, can play an important role in the energy balance of the country and the goals of sustainable development. There are many methods that can be used to identify potential geothermal, one of which is remote sensing that is part of new technologies, and it is also cost-effective. Among the various methods of remote sensing for exploration of geothermal resources, thermal remote sensing has unique advantages. Thermal infrared remote sensing is an effective method to identify the Earth’s surface temperature anomalies whose combination with the analysis of geological and understanding of geothermal mechanism, can be an appropriate approach for exploration of geothermal areas.
 
Materials and Methods
 Data used in this study included images of Landsat-8, geological map of the region and the layer of active faults as well. Images were taken on February 2015, and the reason for selecting this time of year for image processing is to reduce the impacts of solar radiation on the earth’s surface temperature and therefore less impact on the heat causes by faults. The study area of this research is the Shahdad county of Kerman city. Two faults of Shahdad and Nayband are in this region. In this research, the method of Single Chanel is used to retrieve the surface temperature. The software used in this study include ENVI5.3, ERDAS Imagine 2014, and ArcGIS 10.3. After the calculation of the Earth’s surface temperature by Landsat 8, the thermal behavior of the faults was analyzed.
 
Results and discussion
In this part of the study, two transversal profiles with an approximate length of 12 km were taken for each one of the faults, from the surface temperature map of the region. By examining the graphs of the temperature profiles, it was found that temperature changes along the profile increase with the approach to the location of the fault’s surface outcrop. The heat accumulation along the Nayband fault corresponds to the closeness to the fault central zone, but this correspondence has been less for the Shahdad fault. Also, by creating a 6 kilometer buffer around the faults, it was observed that the average temperature of the pixels of this buffer is about two degrees higher than the average temperature of pixels of the entire region.
 
Conclusion
 Investigating the possibility of instrumental use of the Landsat-8 satellite’s analyzing capability of thermal data to determine the position of the fault based on the thermal anomalies created around the central zone of the faults in the present research showed that LST calculation from the aforementioned data is considered as an appropriate method for extracting the linear anomalies and tracking the possible fault zones. Also, the temperature processing on the areas surrounding the Shahdad fault and the southern part of the Nayband fault and the presence of the thermal aggregates associated with the aforementioned faults are considered as the land index areas. These thermal aggregates in transections created on the faults indicate that the amount of LST increases clearly with approaching the location of the central zone of the above-mentioned faults on the earth’s surface. Linear thermal accumulations around the faults are the effects of the superficial and deep causes, so that sometimes the basement faults of the lava exit area have been the constituent of the surface lithology of an area at the time of the formation, which are younger and have less weathering and higher capacity for absorbing the sunlight, while approaching the central zone of the faults as the eruption openings of the volcanic rocks. On the other hand, due to the depth of the faults and their depth’s access to the hot material forming the asthenosphere part beneath the earth’s crust, the geothermal gradient in the central zones of these fault is higher than the surrounding areas. Considering the lack of introducing the volcanic rocks in the geologic map of the study area, it can be concluded that the linear thermal anomaly around the existing faults in the area is mainly associated with the deep heat sources and it is less likely to be associated with the absorption of the surface heat. Regarding the evident increase in temperature on the isothermal diagrams close to the central zone of the faults in the study area, two areas with the highest slope of increasing temperature along the central zone of the faults were identified and introduced as the possible geothermal potentials for more precise studies and future surveys. These two areas are located 45 kilometers southeast and about 15 kilometers northwest of the town of Shahdad.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal remote sensing
  • LST
  • Geothermal resource
  • Thermal anomalies
  • Shahdad fault
  • Nayband fault

1. احمدی زاده، س.ر. آراسته، م. فنائی خیرآباد، غ.ع. اشرفی، ع. 1393، شناسایی پتانسیل‌های زمین‌گرمایی با استفاده از روش سنجش از دور حرارتی در خراسان جنوبی، پژوهش‌های محیط زیست، سال 5، شماره 10، 135 تا 144ص

2. بیات, ف.، 1395.  بررسی و مدل‌سازی دمای سطح دریا با استفاده از تصاویر حرارتی لندست 8، دانشگاه تهران.

3. درویش زاده، ع. 1380، زمین‌شناسی ایران، تهران، انتشارات مدرسه، چاپ دوم

4. درویش زاده، ع. 1383، زمین شناسی ایران: چینه شناسی، تکتونیک، دگرگونی و ماگماتیسم، امیر کبیر.

5. رئیسی، د.، درگاهی، س.، معین‌­زاده، س. ح.، آروین، م.، بهرام‌­بیگی ب.، 1392. ژئوشیمی و پتروژنز آلکالی بازالت­‌های کواترنری گندم بریان، شمال شهداد، استان کرمان، علوم زمین، سال 23.، شماره 89، 32-21 ص.

6. صابر ماهانی، س.، سپهوند، م. ر.، (1396) بررسی پیش نشانگرهای ابر زلزله و تغییرات دمایی در شناسایی گسل‌های مسبب زمین لرزه مطالعه موردی: زلزله محمدآباد ریگان (7 بهمن 1389). فصلنامه اطلاعات جغرافیایی (سپهر)، دوره 26، شماره 101، 25-32 ص.

7. علایی طالقانی، م. 1380، ژئومورفولوژی ایران، انتشارات قومس. 375 ص.

8. علوی پناه، س.ک. 1383، کاربرد سنجش حرارتی از دور در مطالعات محیط زیست، مجله محیط شناسی، شماره 25، 38-29 ص.

9. علوی پناه، س. ک. 1385. کاربرد سنجش از دور در علوم زمین (علوم خاک). مؤسسه انتشارات دانشگاه تهران. 475 ص.

10. علوی پناه، س. ک. 1386، سنجش از دور حرارتی، مؤسسه انتشارات دانشگاه تهران، 524 ص.

11. قاسمی، م.ر.، 1378. پایه‌های زمین شناسی ساختمانی، سازمان زمین شناسی کشور. 322 ص.

12. نظری پور، ح. فتوحی، ص. و پودینه، م. ر.1389، ضرورت تجدیدنظر در منابع انرژی و جایگزینی انرژی‌های نو (انرژی زمین گرمایی)، چهارمین کنگره‌ی بین‌المللی جغرافیدانان جهان اسلام، زاهدان، دانشگاه سیستان و بلوچستان.

13. Allen, M.B., Kheirkhah, M., Neill, I., Emami, M.H., and McLeod, C.L., 2013, Generation of arc and within-plate chemical signatures in collision zone magmatism: Quaternary lavas from Kurdistan Province, Iran: Journal of Petrology, v. 54, p. 887–911.

14. Artis, D.A., Carnahan, W.H., 1982. Survey of emissivity variability in thermography of urban areas. Remote Sensing of Environment 12 (4), 313-329.

15. Barsi, J. A., Schott, J. R., Hook, S. J., Raqueno, N. G., Markham, B. L., & Radocinski, R. G. (2014). Landsat-8 thermal infrared sensor (TIRS) vicarious radiometric calibration. Remote Sensing, 6 (11), 11607–11626.

16. Berberian, M. 1983, The Southern Caspian, Canadians journal of Earth science, Vol. 20, No. 2, 166-183.

17. Berberian, M. (1995) Master “Blind” Thrust Faults Hidden under the Zagros Folds: Active Basement Tectonics and Surface Morphotectonics. Tectonophysics, 241, 193-195, 197, 199-224.

18. Chan, H. P., Chang, C. P., & Dao, P. D. (2018). Geothermal Anomaly Mapping Using Landsat ETM+ Data in Ilan Plain, Northeastern Taiwan. Pure and Applied Geophysics, 175(1), 303–323.

19. Choudhury, A. K. S. S. (2005). “Thermal Remote Sensing Technique in the Study of Pre­­-Earthquake Thermal Anomalies.” J. Ind. Geophys. Union 9: 197-207.

20. Haselwimmer, Ch. & Prakash, A., 2012. Thermal Infrared Remote Sensing of Geothermal Systems (Chapter 7), Remote Sensing and Digital Image Processing, Volume 17, pp 453-473.

21. Jimenez-Munoz, J. C., Sobrino, J. A., Skokovic, D., Mattar, C., & Cristobal, J. (2014). Land surface temperature retrieval methods from landsat-8 thermal infrared sensor data. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 11(10), 1840–1843.

22. Kassa, A. (1990). Drought risk monitoring for Sudan using NDVI, 1982-1993. Unpublished thesis, University College, London.

23. Koçal, A., A Methodology for Detection and Evaluation of Lineaments from Satellite Imagery, Ms. thesis, Middle East Technical University, 2004, 121 p.

24. Masson, F., Lehujeur Maximilien, M., Ziegler, Y., & Doubre, C. (2014). Strain rate tensor in iran from a new GPS velocity field. Geophysical Journal International, 197(1), 10–21.

25. McMillin, L. M. (1975). Estimation of sea surface temperatures from two infrared window measurements with different absorption. Journal of Geophysical Research, 80(36), 5113.

26. Meer, F. Hecker, C. Ruitenbeek, F. Werff, H. Wijkerslooth, CH. Wechsler, C. 2014, Geologic remote sensing for geothermal exploration: A review, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 33, 255–269.

27. Monteith, J.L. 1973. Principles of Environmental Physics. Edward Arnold, London, United Kingdom.

28. Neale, C., Jaworowski, C., Heasler, H., Sivarajan, S. and Masih, A. (2016). Hydrothermal monitoring in Yellowstone National Park using airborne thermal infrared remote sensing. Remote Sensing of Environment. 184, 628-644.