پژوهش های سنجش از دور و اطلاعات مکانی

دوفصلنامه علمی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

همکاران دفتر نشریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

آیین نامه ها و مصوبات

مدل مکانی افراز لغزش و تغییرات تنش کولمب در البرز مرکزی با تداخل‌سنجی راداری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم زمین، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 گروه مهندسی نقشه برداری، دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

چکیده

پیشینه و اهداف: پایش دقیق دگرشکلی پوسته در سامانه‌های ترافشارشی، به‌دلیل هم‌زمانی گسلش امتدادلغز و راندگی و اندرکنش مکانیکی قطعات مجاور، یکی از مسائل بنیادی ژئودینامیک و ارزیابی لرزه‌زمین‌ساختی است. در البرز مرکزی، همگرایی مایل صفحات عربستان و اوراسیا به بخش‌بندی دگرشکلی میان سامانه‌های گسلی مشا–فشم، راندگی شمال تهران، پورکان–وردیج، امامزاده داوود و طالقان انجامیده است؛ ازاین‌رو، فرض لغزش یکنواخت نمی‌تواند ناهمگنی مکانی و عمقی میدان دگرشکلی و تنش را به‌درستی بازنمایی کند. هدف این پژوهش، توسعه چارچوبی یکپارچه بر پایه سنجش از دور، ژئودزی و مکانیک گسل برای بازسازی میدان دگرشکلی بین‌لرزه‌ای، افراز نرخ لغزش به مؤلفه‌های امتدادلغز و شیب‌لغز و محاسبه تغییرات تنش شکست کولمب در شبکه گسلی البرز مرکزی است.
روش‌ها‌: داده‌های راداری باند سی ماهواره انویست در بازه ۲۰۰۳–۲۰۱۲ و ماهواره‌های سنتینل‑۱ ای و بی در بازه ۲۰۱۴–۲۰۲۲ برای تشکیل اینترفروگرام‌های تفاضلی و استخراج جابه‌جایی در راستای دید ماهواره به‌کار گرفته شدند. پردازش تداخل‌سنجی راداری با دهانه مصنوعی در محیط سارسکیپ شامل انتخاب زوج‌تصاویر دارای خط مبنای مکانی مناسب، حذف مؤلفه توپوگرافی با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی مأموریت توپوگرافی راداری شاتل، اعمال فیلترهای گلدشتاین و تطبیقی، بازکردن فاز و تصحیح خطاهای مداری با بهره‌گیری از نقاط کنترل زمینی بود. برای کنترل سازگاری ژئودتیکی و اعمال شرایط مرزی، مؤلفه‌های سرعت افقی شرقی و شمالی، همراه با عدم‌قطعیت‌های یک‌سیگمای ۴۵ ایستگاه سامانه موقعیت‌یابی جهانی و سامانه ناوبری ماهواره‌ای جهانی در چارچوب ثابت اوراسیا، استفاده شدند. مختصات داده‌های راداری، ژئودتیکی و لرزه‌ای و هندسه گسل‌ها با تبدیل هفت‌پارامتری بورسا–ولف در چارچوب مرجع زمینی بین‌المللی ۲۰۰۰ هم‌مرجع شدند و تبدیل چارچوب میدان سرعت با استفاده از قطب اویلر البرز مرکزی انجام گرفت. سپس ۲۲ قطعه گسلی در دستگاه مختصات کارتزین مرکاتور معکوس جهانی، زون ۳۹ شمالی، با المان‌های منظم ۱×۱ کیلومتر گسسته‌سازی شدند. مدل نهایی شامل ۸۲۴۸ المان و ۱۶۴۹۶ مجهول متناظر با دو مؤلفه امتدادلغز و شیب‌لغز بود که با روش المان‌های مرزی و توابع گرین نابرجایی در نیم‌فضای الاستیک همگن و ایزوتروپیک حل شد. مدول برشی پوسته ۳۰ گیگاپاسکال و ضریب اصطکاک مؤثر ۰٫۴ در نظر گرفته شد و تغییرات تنش شکست کولمب در عمق‌های ۵، ۱۰ و ۱۵ کیلومتری محاسبه شد. برای ارزیابی سازگاری خروجی‌ها، میدان دگرشکلی راداری با مشاهدات زمینی در نواحی دارای پوشش مشترک مقایسه و الگوی تنش با توزیع رویدادهای پالایش‌شده از کاتالوگ‌های همگن‌سازی‌شده لرزه‌ای تطبیق داده شد.
یافته‌ها: توزیع لغزش روی صفحات گسلی از الگوی متقارن و بیضوی پیروی نمی‌کند و به‌طور مشخص تحت کنترل تغییرات موضعی شیب، آزیموت، عمق و پیوند هندسی قطعات است. در بخش شرقی مشا–فشم، مؤلفه امتدادلغز چپ‌گرد در ترازهای کم‌عمق به بیشینه تقریبی ۴ میلی‌متر در سال رسید و از مؤلفه شیب‌لغز معکوس با بیشینه ۲٫۴ میلی‌متر در سال بزرگ‌تر بود. در عمق ۱۳ تا ۱۴ کیلومتری، این دو مؤلفه به‌ترتیب به حدود ۲ و ۱٫۱ میلی‌متر در سال کاهش یافتند. در مقابل، در بخش مرکزی مشا–فشم مؤلفه معکوس غالب شد و در شاخه شمال‌غربی راندگی شمال تهران، بیشینه نرخ شیب‌لغز معکوس ۱٫۵ میلی‌متر در سال بود؛ درحالی‌که مؤلفه امتدادلغز از ۰٫۲ میلی‌متر در سال فراتر نرفت. بیشینه تنش مثبت برابر با ۰٫۰۹۲+ بار در عمق ۱۰ کیلومتری و در پهنه شمال دماوند به‌دست آمد. در پهنه فشم–مشا، ضریب همبستگی حدود ۰٫۸۷ میان الگوی تغییرات تنش و میدان دگرشکلی حاصل از تداخل‌سنجی راداری با دهانه مصنوعی مشاهده شد. افزون بر این، لوب‌های تنش مثبت با نواحی پرتراکم خردلرزه‌ها و پس‌لرزه‌های ثبت‌شده در کاتالوگ همگن‌سازی‌شده، هم‌پوشانی فضایی قابل‌توجهی نشان دادند.
نتیجه‌گیری: تلفیق مشاهدات چندزمانی تداخل‌سنجی راداری با دهانه مصنوعی، سرعت‌های سامانه موقعیت‌یابی جهانی و سامانه ناوبری ماهواره‌ای جهانی و مدل‌سازی سه‌بعدی المان مرزی نشان می‌دهد که هندسه و قطعه‌بندی عمقی گسل‌ها، عامل اصلی ناهمگنی افراز لغزش و تمرکز تنش بین‌لرزه‌ای در البرز مرکزی است. شبکه‌بندی یک‌کیلومتری، در مقایسه با فرض لغزش یکنواخت، امکان آشکارسازی تغییرات موضعی مؤلفه‌های حرکتی و زون‌های تمرکز تنش را فراهم می‌کند. با توجه به فرض نیم‌فضای الاستیک همگن و ثابت‌بودن پارامترهای مکانیکی، نتایج باید به‌عنوان الگوی نسبی بارگذاری و اندرکنش گسل‌ها تفسیر شوند، نه پیش‌بینی قطعی زمان یا بزرگای زمین‌لرزه. این چارچوب می‌تواند مبنایی کمّی برای اولویت‌بندی پایش ژئودتیکی و بهبود ارزیابی پتانسیل لرزه‌ای تهران و مناطق پیرامونی فراهم سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Spatial model of slip partitioning and Coulomb stress in the Central Alborz using radar interferometry

نویسندگان [English]

  • S. A. Adnani, 1
  • M. Arian 1
  • A. Solgi 1
  • M. Shirazian 2
  • R. Heidari 1

1 Department of Earth Sciences, SR. C., Islamic Azad University, Tehran, Iran

2 Department of Geomatics Engineering, Civil Engineering Faculty, Shahid Rajaee Teacher Training University

چکیده [English]

Background and Objectives: Accurate monitoring of crustal deformation in transpressional tectonic systems is a fundamental challenge in geodynamics and seismotectonic assessment because strike-slip faulting and thrusting occur simultaneously and mechanically interact across adjacent fault segments. In the Central Alborz, oblique convergence between the Arabian and Eurasian plates has resulted in the partitioning of deformation among the Mosha–Fasham, North Tehran Thrust, Purkan–Vardij, Emamzadeh Davud, and Taleghan fault systems. Consequently, the assumption of uniform fault slip cannot adequately represent the spatial and depth-dependent heterogeneity of the deformation and stress fields. This study aims to develop an integrated framework based on remote sensing, geodesy, and fault mechanics to reconstruct the interseismic deformation field, partition the slip rate into stri ke-slip and dip-slip components, and calculate Coulomb failure stress changes throughout the fault network of the Central Alborz.
Methods: : C-band synthetic aperture radar data acquired by Envisat from 2003 to 2012 and Sentinel-1A and Sentinel-1B from 2014 to 2022 were used to generate differential interferograms and retrieve surface displacements along the satellite line of sight. Interferometric synthetic aperture radar processing was performed in SARscape and included selecting image pairs with suitable spatial baselines, removing the topographic phase using the Shuttle Radar Topography Mission digital elevation model, applying Goldstein and adaptive filters, unwrapping the interferometric phase, and correcting orbital errors using ground control points. To assess geodetic consistency and impose boundary conditions, the eastward and northward horizontal velocity components, together with their one-sigma uncertainties, were obtained from 45 Global Positioning System and Global Navigation Satellite System stations in a Eurasia-fixed reference frame. The radar, geodetic, seismic, and fault-geometry datasets were spatially co-registered in the International Terrestrial Reference Frame 2000 using a seven-parameter Bursa–Wolf transformation. The velocity field was subsequently transformed between reference frames using the Euler pole of the Central Alborz. Twenty-two fault segments were represented in Universal Transverse Mercator Zone 39 North and discretized into regular (1 × 1)-km elements. The final model comprised 8,248 elements and 16,496 unknown parameters corresponding to the strike-slip and dip-slip components. The model was solved using the boundary element method and dislocation Green’s functions for a homogeneous, isotropic elastic half-space. A crustal shear modulus of 30 gigapascals and an effective friction coefficient of 0.4 were adopted, and Coulomb failure stress changes were calculated at depths of 5, 10, and 15 km. To evaluate the consistency of the model outputs, the radar-interferometry-derived deformation field was compared with ground-based observations in areas of overlapping data coverage, while the modeled stress pattern was compared with the spatial distribution of filtered earthquake events extracted from homogenized seismic catalogs.
Findings: The slip distribution on the modeled fault surfaces does not follow a symmetric or elliptical pattern and is strongly controlled by local variations in fault dip, strike, depth, and the geometric linkage between adjacent segments. Along the eastern section of the Mosha–Fasham fault, the left-lateral strike-slip component reached a maximum rate of approximately 4 mm/yr at shallow depths and exceeded the reverse dip-slip component, which attained a maximum of 2.4 mm/yr. At depths of 13–14 km, these components decreased to approximately 2 and 1.1 mm/yr, respectively. In contrast, the reverse component was dominant along the central section of the Mosha–Fasham fault. Along the northwestern branch of the North Tehran Thrust, the maximum reverse dip-slip rate was 1.5 mm/yr, whereas the strike-slip component did not exceed 0.2 mm/yr. The maximum positive Coulomb stress change was +0.092 bar and occurred at a depth of 10 km in the northern Damavand area. In the Fasham–Mosha zone, a correlation coefficient of approximately 0.87 was observed between the spatial pattern of stress changes and the deformation field derived from interferometric synthetic aperture radar. Furthermore, the positive stress lobes exhibited substantial spatial overlap with areas characterized by high concentrations of microearthquakes and aftershocks recorded in the homogenized seismic catalog.
Conclusion: The integration of multitemporal interferometric synthetic aperture radar observations, Global Positioning System and Global Navigation Satellite System velocities, and three-dimensional boundary-element modeling demonstrates that subsurface fault geometry and segmentation are the principal controls on the heterogeneous partitioning of slip and the concentration of interseismic stress in the Central Alborz. Compared with the assumption of uniform slip, the one-kilometer fault discretization enables localized variations in fault-motion components and zones of stress concentration to be resolved more effectively. Because the model assumes a homogeneous elastic half-space and spatially invariant mechanical parameters, the results should be interpreted as relative patterns of fault loading and mechanical interaction rather than deterministic predictions of the timing or magnitude of future earthquakes. The proposed framework provides a quantitative basis for prioritizing geodetic monitoring and improving assessments of seismic potential in Tehran and the surrounding regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Interferometric Synthetic Aperture Radar
  • Global Navigation Satellite System
  • Slip-Rate Partitioning
  • Coulomb Failure Stress Changes. Boundary Element Method
  • Fault Interaction
  • Central Alborz

COPYRIGHTS

© 2026 The Author(s).  This is an open-access article distributed under the terms and conditions of the Creative Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/)

مراجع
[1] Allen MB, Ghassemi MR, Shahrabi M, Qorashi M. Accommodation of late Cenozoic oblique shortening in the Alborz range, northern Iran. J Struct Geol. 2003;25(5):659-672. doi:10.1016/S0191-8141(02)00064-0.
[2] Heidbach O, Reinecker J, Tingay M, Müller B, Sperner B, Fuchs K, et al. Plate boundary forces are not enough: Second- and third-order stress patterns highlighted in the World Stress Map database. Tectonics. 2007; 26(6): TC6014.
doi:10.1029/2007TC002133.
[3] Ashtari M, Hatzfeld D, Kamalian N. Microseismicity in the region of Tehran. Tectonophysics. 2005;395(3-4):193-208. doi:10.1016/j.tecto.2004.09.011.
[4] Djamour Y, Vernant P, Bayer R, Nankali HR, Ritz JF, Hinderer J, et al. GPS and gravity constraints on continental deformation in the Alborz mountain range, Iran. Geophys J Int. 2010; 183(3): 1287-1301.
doi:10.1111/j.1365-246X.2010.04811.x.
[5] Jackson J, Priestley K, Allen M, Berberian M. Active tectonics of the South Caspian Basin. Geophys J Int. 2002;148(2):214-245. doi:10.1046/j.1365-246X.2002.01005.x.
[6] Ritz JF, Nazari H, Ghassemi A, Salamati R, Shafei A, Solaymani S, et al. Active transtension inside Central Alborz: A new insight into northern Iran-southern Caspian geodynamics. Geology. 2006;34(6):477-480. doi:10.1130/G22319.1.
[7] Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space. Bull Seismol Soc Am. 1985;75(4):1135-1154. doi:10.1785/BSSA0750041135.
[8] Okada Y. Internal deformation due to shear and tensile faults in a half-space. Bull Seismol Soc Am. 1992;82(2):1018-1040. doi:10.1785/BSSA0820021018.
[9] King GCP, Stein RS, Lin J. Static stress changes and the triggering of earthquakes. Bull Seismol Soc Am. 1994;84(3):935-953. doi:10.1785/BSSA0840030935.
[10] Stein RS. The role of stress transfer in earthquake occurrence. Nature. 1999; 402(6762) :605-609.
doi:10.1038/45144.
[11] Harris RA. Introduction to special section: Stress triggers, stress shadows, and implications for seismic hazard. J Geophys Res Solid Earth. 1998; 103(B10): 24347-24358.
doi:10.1029/98JB01576.
[12] Toda S, Stein RS, Richards-Dinger K, Bozkurt SB. Forecasting the evolution of seismicity in southern California: Animations built on earthquake stress transfer. J Geophys Res Solid Earth. 2005;110(B5):B05S16. doi:10.1029/2004JB003415.
[13] Freed AM. Earthquake triggering by static, dynamic, and postseismic stress transfer. Annu Rev Earth Planet Sci. 2005;33:335-367.
doi:10.1146/annurev.earth.33.092203.122505.
[14] Cheloni D, Famiglietti NA, Akinci A, Caputo R, Vicari A. Modeling the 2023 Türkiye earthquakes and strain accumulation along the East Anatolian Fault Zone: Insights from InSAR, GNSS, and small-magnitude seismicity, with implications for the seismic potential at rupture terminations. Remote Sens. 2025;17(13):2270. doi:10.3390/rs17132270.
[15] Liu H, Xie L, Zhao G, Ali E, Xu W. A joint InSAR-GNSS workflow for correction and selection of interferograms to estimate high-resolution interseismic deformations. Satell Navig. 2023;4(1):14. doi:10.1186/s43020-023-00105-6.
[16] Cai J, Wen Y, He K, Wang X, Xu C. Strain partitioning, interseismic coupling, and shallow creep along the Ganzi-Yushu fault from Sentinel-1 InSAR data. Geophys Res Lett. 2024;51(21):e2024GL111469. doi:10.1029/2024GL111469.
[17] Sobouti A, Samiei Esfahany S, Sharifi MA, Abolghasem AM, Bahroudi A, Friedrich AM. Kinematics of the western Makran subduction zone: Insights from InSAR analysis of interseismic coupling. J Geophys Res Solid Earth. 2025; 130(9): e2025JB031167. doi:10.1029/2025JB031167.
[18] Zhao D, Qu C, Shan X, Gong W, Weng H, Chen H, et al. An updated fault coupling model along major block-bounding faults on the eastern and northeastern Tibetan Plateau from a stress-constrained inversion of GPS and InSAR data. J Geophys Res Solid Earth. 2024; 129(4): e2023JB028483.
doi:10.1029/2023JB028483.
[19] Lazos I, Papanikolaou I, Sboras S, Foumelis M, Pikridas C. Geodetic upper crust deformation based on primary GNSS and InSAR data in the Strymon Basin, northern Greece-correlation with active faults. Appl Sci. 2022;12(18):9391.
doi:10.3390/app12189391.
[20] Maubant L, Radiguet M, Pathier E, Doin MP, Cotte N, Kazachkina E, et al. Interseismic coupling along the Mexican subduction zone seen by InSAR and GNSS. Earth Planet Sci Lett. 2022;586:117534. doi:10.1016/j.epsl.2022.117534.
[21] Zhao D, Qu C, Bürgmann R, Gong W, Shan X, Qiao X, et al. Large-scale crustal deformation, slip-rate variation, and strain distribution along the Kunlun Fault (Tibet) from Sentinel-1 InSAR observations (2015-2020). J Geophys Res Solid Earth. 2022; 127(1):e2021JB022892. doi:10.1029/2021JB022892.
[22] Kang S, Ji L, Zhu L, Liu C, Zhang W, Li N, et al. Study of the interseismic deformation and locking depth along the Xidatan-Dongdatan segment of the East Kunlun Fault Zone based on Sentinel-1 interferometry. Remote Sens. 2023;15(19):4666. doi:10.3390/rs15194666.
[23] Berberian M. Contribution to the seismotectonics of Iran (Part II). Tehran: Geological Survey of Iran; 1976. Report No. 39.
[24] Vernant P, Nilforoushan F, Hatzfeld D, Abbassi MR, Vigny C, Masson F, et al. Present-day crustal deformation and plate kinematics in the Middle East constrained by GPS measurements in Iran and northern Oman. Geophys J Int. 2004;157(1):381-398. doi:10.1111/j.1365-246X.2004.02222.x.
[25] Axen GJ, Lam PS, Grove M, Stockli DF, Hassanzadeh J. Exhumation of the west-central Alborz Mountains, Iran, Caspian subsidence, and collision-related tectonics. Geology. 2001;29(6):559-562.
doi:10.1130/0091-7613(2001)029<0559:EOTWCA>2.0.CO;2.
[26] Rezaeian M, Carter A, Hovius N, Allen MB. Cenozoic exhumation history of the Alborz Mountains, Iran: New constraints from low-temperature chronometry. Tectonics. 2012;31(2):TC2004. doi:10.1029/2011TC002974.
[27] Ballato P, Stockli DF, Ghassemi MR, Landgraf A, Strecker MR, Hassanzadeh J, et al. Accommodation of transpressional strain in the Arabia-Eurasia collision zone: New constraints from (U-Th)/He thermochronology in the Alborz Mountains, northern Iran. Tectonics. 2013;32(1):1-18. doi:10.1029/2012TC003159.
[28] Landgraf A, Ballato P, Strecker MR, Friedrich A, Tabatabaei SH, Shahpasandzadeh M. Fault-kinematic and geomorphic observations along the North Tehran Thrust and Mosha Fasham Fault, Alborz Mountains, Iran. Geophys J Int. 2009;177(2):676-690. doi:10.1111/j.1365-246X.2009.04089.x.
[29] Nazari H, Ritz JF, Salamati R, Shafei A, Ghassemi A, Michelot JL, et al. Morphological and palaeoseismological analysis along the Taleghan Fault, Central Alborz, Iran. Geophys J Int. 2009;178(2):1028-1041.
doi:10.1111/j.1365-246X.2009.04173.x.
[30] Zanchi A, Berra F, Mattei M, Ghassemi MR, Sabouri J. Inversion of the Shahrud fault system (eastern Alborz, Iran): A kinematic approach. Tectonophysics. 2006;414(1-4):145-161. doi:10.1016/j.tecto.2005.10.019.
[31] Guest B, Axen GJ, Lam PS, Hassanzadeh J. Late Cenozoic shortening in the west-central Alborz Mountains, northern Iran, by combined conjugate strike-slip and thin-skinned deformation. Geosphere. 2006;2(1):35-52.
doi:10.1130/GES00019.1.
[32] Wells DL, Coppersmith KJ. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement. Bull Seismol Soc Am. 1994;84(4):974-1002. doi:10.1785/BSSA0840040974.
[33] Amini A, Emami MH. Tectonic evolution and structural features of Central Alborz. Tehran: Geological Survey of Iran; 1993.
پژوهش های سنجش از دور و اطلاعات مکانی
دوره 4، شماره 1 - شماره پیاپی 7
دی 1404
صفحه 171-188
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 19 بهمن 1404
  • تاریخ بازنگری: 12 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش: 30 مرداد 1405
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار