ارزیابی وضعیت تکتونیکی قلمروهای کوهستانی با استفاده از شاخص‌های ژئومورفیک و روش سری زمانی SBAS (مطالعه موردی: حوضه آبریز سد لتیان)

نوع مقاله : پژوهشی کاربردی

نویسندگان

1 استاد، گروه ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، تهران، ایران

10.22034/ermr.2026.144801.1035

چکیده

فعالیت‌های تکتونیکی نقش مهمی در شکل‌گیری و تغییرات ساختاری زمین دارند و می‌توانند تاثیرات قابل توجهی بر محیط زیست و جوامع انسانی داشته باشند. در این مطالعه، وضعیت تکتونیکی حوضه آبریز سد لتیان با استفاده از شاخص­های ژئومورفیک و تصاویر راداری مورد ارزیابی قرار گرفته است. هدف اصلی پژوهش، بررسی میزان فعالیت تکتونیکی و جابجایی‌های عمودی منطقه در بازه زمانی مشخص و ارائه نتایج کاربردی برای مدیریت بهتر مخاطرات زمین‌شناسی است. در این پژوهش از تصاویر راداری سنتینل 1 و مدل رقومی ارتفاعی 5/12 ALOS PALSAR به­عنوان مهم­ترین داده­های تحقیق استفاده شده است. مهم­ترین ابزارهای تحقیق، GMT و ArcGIS بوده است. در این تحقیق به بررسی وضعیت تکتونیکی منطقه با استفاده از 8 شاخص ژئومورفیک و همچنین روش سری زمانی SBAS پرداخته شده است و سپس نتایج بدست آمده از هر دو روش با هم مقایسه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، حوضه آبریز سد لتیان از نظر شاخص­های AF-S-Br-P دارای وضعیت فعالی و همچنین از نظر شاخص­های T و Gi دارای وضعیت نسبتا فعال است. همچنین سری زمانی SBAS در بازه زمانی دو ساله (2020 تا 2022) بیانگر جابجایی‌های قابل توجه بین 4- تا 36 میلی‌متر است که بخش‌های شمالی حوضه بیش­ترین میزان بالاآمدگی را تجربه کرده‌اند. لازم به ذکر است که نتایج به‌دست‌آمده در این پژوهش بر مبنای تصاویر راداری و روش مورد استفاده بوده و بیانگر مقادیر تقریبی جابجایی هستند. به‌منظور ارزیابی دقیق فعالیت‌های تکتونیکی در حوضه مورد مطالعه، توصیه می‌شود برنامه‌های پایش مستمر با استفاده از سامانه‌های رصد ماهواره‌ای و ایستگاه‌های زمینی اجرا شود تا تغییرات جابجایی به‌طور دقیق و به‌موقع شناسایی گردد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluating the tectonic status of mountainous regions using geomorphic indices and SBAS time series method (Case study: Latian Dam basin)

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Yamani 1
  • Tahereh Farahi Boshehri 2
1 Professor, Department of Geomorphology, Faculty of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Ph.D. student, Department of Geomorphology, Faculty of Geography, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Tectonic activities play a crucial role in the formation and structural changes of the Earth and can have significant impacts on the environment and human communities. In this study, the tectonic status of the Latian dam basin was evaluated using geomorphic indices and radar imagery. The main objective was to assess the level of tectonic activity and vertical displacements in the region over a specified period and to provide practical results for better management of geological hazards. Sentinel-1 radar images and the 12.5 m ALOS PALSAR digital elevation model were the primary data sources used. The main analytical tools were GMT and ArcGIS. The study examined the tectonic status using eight geomorphic indices alongside the SBAS time-series method, and the results from both approaches were compared. According to the findings, the Latian dam basn is active based on the AF, S, Br, and P indices, and relatively active according to the T and Gi indices. Furthermore, the SBAS time-series for the two years period (2020–2022) revealed significant vertical displacements ranging from -4 to 36 mm, with the northern parts of the basin experiencing the highest uplift. It should be noted that the results obtained in this study are based on radar images and the method used and represent approximate displacement values. Considering the results obtained, in order to accurately assess tectonic activities in the study basin, it is recommended to implement continuous monitoring programs using satellite observation systems and ground stations to accurately and timely identify displacement changes.
 
Extended Abstract
 
Introduction
Watersheds, as fundamental units in geomorphological and tectonic studies, reflect active tectonic processes and surface dynamics of the Earth. Evaluating the tectonic status of these basins, especially in mountainous and tectonically active regions, is crucial for understanding geological hazards, managing water resources, and developmental planning. The Latian Dam basin, located northeast of Tehran and on the southern slopes of the Alborz mountain range, due to its unique tectonic setting and proximity to active faults, is considered one of the promising areas for analyzing tectonic activities. In recent years, the use of geomorphic indices as quantitative and efficient tools for assessing tectonic activity at the basin scale has expanded. On the other hand, advances in remote sensing technologies and the use of radar imagery, particularly high-resolution satellite data such as Sentinel-1 and ALOS-PALSAR, have enabled the study of micro-scale changes in topography and surface displacements. Radar images, especially in mountainous environments with dense vegetation cover, perform better than optical images and, with the aid of radar interferometry techniques (InSAR), tectonic activities can be analyzed with higher accuracy. In this study, to evaluate the tectonic status of the Latian watershed, a combination of geomorphic indices analysis and radar image interpretation was applied. This multi-faceted approach not only facilitates the identification of tectonically active zones but also proves effective in analyzing hazards such as landslides, subsidence, and seismicity. The results of this research can contribute to a better understanding of the tectonic dynamics of the region and aid in the principled planning for sustainable development in the Latian basin.
 
Methodology
In this study, Sentinel-1 radar images and the 12.5-meter resolution ALOS PALSAR digital elevation model were used as the primary data sources. The main tools employed were GMT, for implementing the SBAS time series method, and ArcGIS, for generating the required maps. The research was conducted in two main stages: first, the tectonic status of the Latian Dam watershed was assessed using eight geomorphic indices, which were calculated digitally using the digital elevation model to minimize computational errors. After evaluating the tectonic conditions based on each index, the Relative Tectonic Activity Index (IAT) was applied for an overall assessment and comparison of the watershed’s tectonic activity. In the second stage, vertical displacement of the Latian watershed was calculated using Sentinel-1 radar images from a one-year period (January 2021 to January 2022) through the SBAS time series method. Finally, the results from both methods were compared and analyzed together.
 
Results and Discussion
The results of the evaluation of the Transverse Topographic Symmetry Factor (T) indicate a value of 0.43 for the studied watershed. Based on the elevation characteristics of the basin, the Hypsometric Integral (Hi) was calculated as 0.37. The Asymmetry Factor (AF) was found to be 30, and the Stream Sinuosity Index (S) was calculated at 1.24. According to the stream order classification, the Basin Bifurcation Ratio (Br) for the study area was determined to be 3.8. The Drainage Density Index (P), calculated based on the basin area and the total length of streams, was 1.1. Additionally, the values for the Basin Shape Index (Bs) and the Gravelius Index (Gi) were 1.51 and 1.56, respectively. Furthermore, using the SBAS time series method, a vertical displacement map of the region was generated, which showed that the study area experienced vertical displacement ranging from -5 to 41 millimeters over the one-year period from 2021 to 2022.
 
Conclusion
The evaluation of tectonic indices for the studied watershed indicates that the area is active according to most indices (AF, S, Br, and P) and relatively active based on the T and Gi indices. Overall, the geomorphic index assessment shows that the Latian Dam watershed is tectonically active, with ongoing geological processes related to structural displacement and movement. Additionally, the SBAS time series results and interferogram maps, depicting vertical displacements over a one-year period (2021–2022), reveal significant movements ranging from -5 to 41 millimeters, with the northern parts of the basin experiencing the highest uplift. This confirms the tectonic activity of the region and the influence of tectonic processes on vertical surface changes. Given these findings, it is recommended to implement continuous monitoring programs using satellite observation systems and ground stations to accurately and timely detect displacement changes. Moreover, conducting seismological studies and active fault investigations is essential for better hazard identification and pinpointing high-risk zones. Furthermore, geotechnical engineering studies are advised in areas with the greatest displacement to ensure the stability of structures and infrastructure. Finally, enhancing education and raising awareness among local communities about the consequences of tectonic activity and coping strategies plays a vital role in reducing human and financial damages.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tectonics
  • Geomorphic Indicators
  • SBAS Method
  • Letian Dam Basin
  1.  

    1. اسدی، معصومه؛ گنجائیان، حمید؛ جاودانی، مهناز. (1403). تحلیل وضعیت تکتونیکی زیرحوضه‌های لواسان با استفاده از شاخص‌های ژئومورفیک و تصاویر راداری. جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، 35(1)، 88-73. https://doi.org/10.22108/gep.2023.133365.1518
    2. آرین، مهران؛ فرشی، منوچهر. (1389). تکتونیک ایران. مربع آبی، 350 صفحه. https://www.gisoom.com/book/1730398
    3. درخشانی، رضا؛ سالاری، شیرین. (1395). تکتونیک فعال. جهاد دانشگاهی استان کرمان، 232 صفحه. https://www.gisoom.com/book/11204966
    4. شهماری، رفعت. (1396). ارزیابی فعالیت­های نوزمینساخت در حوضه­های آبخیز غرب استان گیلان. پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، 6 (2)، 165-148. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.22519424.1396.6.2.10.9
    5. علی­پور، رضا­؛ جهانگیری، علی. (1399). ارزیابی تکتونیک فعال مرتبط با تاقدیس قلاجه با استفاده از ناهنجاری سلسله مراتبی شبکة آبراهه­ها، غرب ایران. فصلنامه کواترنری ایران، 6 (4)، 546-527. https://doi.org/10.22034/irqua.2021.702403
    6. گنجائیان، حمید. (1402). تحلیل وضعیت تکتونیکی طاقدیس‌های شمال غربی زاگرس و ارتباط آن با کانون‌های زمین‌لرزه. جغرافیا و مخاطرات محیطی، 12­(4)، 290-275. https://doi.org/10.22067/geoeh.2022.75370.1182
    7. گنجائیان، حمید؛ یمانی، مجتبی؛ گورابی، ابوالقاسم؛ مقصودی، مهران. (1399). انطباق شاخص‌های مورفوتکتونیک با کانون‌های زمین‌لرزه در زاگرس شمال غرب (حوضه‌های سیروان و قره‌سو). جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، 31­(4)، 130-113. https://doi.org/10.22108/gep.2021.124247.1335
    8. گورابی، ابوالقاسم و احمد نوحه­گر (1386). شواهد ژئومورفولوژیکی تکتونیک فعال حوضه آبخیز درکه. جغرافیای طبیعی، 60 (1)، 196-177. https://www.sid.ir/paper/5491/fa
    9. گورابی، ابولقاسم؛ امامی، کامیار. (1396). تأثیرات نوزمینساخت بر تغییرات مورفولوژیک حوضه­های زهکشی سواحل مکران، جنوب شرق ایران. پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، 6 (1)، 89-74. https://dorl.net/dor/20.1001.1.22519424.1396.6.1.5.2
    10. محمدخان، شیرین؛ فتح­اله­زاده، محمد. (1400). بررسی خصوصیات هیدروژئومورفولوژی حوضه آبریز سد لتیان با استفاده از مدل SWOT، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، 9(4)، 213-203. https://doi.org/10.22034/gmpj.2021.131023
    11. مختاری، داود. (1384). نقش نوزمین­ساخت در تکامل سیستم­های رودخانه­ای در کواترنر مورد نمونه:رودخانه­های دامنة شمالی میشوداغ. علوم زمین، 57 (15)، 77-64. https://www.gsjournal.ir/article_218689.html
    12. نایب­زاده، فرین؛ مددی، عقیل؛ عزیزی، قاسم. (1397). بررسی فعّالیّت تکتونیکی در حوضة دشت اشتهارد با استفاده از تداخل­نگار راداری. مجله جغرافیا و پایداری محیط، 8 (1)، 27-15. https://ges.razi.ac.ir/article_894.html
    13. نگهبان، سعید؛ گنجائیان، حمید؛ سعیدی، شهلا؛ قاسمی، افشان­. (1399). مطالعه جابه‌جایی قائم حاصل از زمین‏لرزه 17/8/98 ترکمانچای با استفاده از روشInSAR ، فیزیک زمین و فضا، 46­(3)، 456-445. https://doi.org/10.22059/jesphys.2020.295046.1007182
    14. یمانی, مجتبی؛ گورابی، ابوالقاسم؛ مقصودی، مهران؛ محبوبی، صدیقه­. (1400). تأثیر نو‌زمین‌ساخت بر ژئومورفولوژی گالی‌ها در دشت‌سرهای جنوب البرز شرقی (محدوده گرمسار- سمنان)­. پژوهش­های دانش زمین، 12(1)، 151-131. https://doi.org/10.52547/esrj.12.1.131
    15. یمانی، مجتبی؛ علیزاده، شهناز. (۱۳۹۵). بررسی فعالیت­های نو زمینساخت حوضه آبخیز کرج از طریق شاخص­های ژئومورفیک. جغرافیای طبیعی، 9 (31)، ۱۸-۱. https://www.sid.ir/paper/185050/fa
    16. Agarwal, C. S. (1998). Study of drainage pattern through aerial data in Naugarh area of Varanasi District, U.P. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 26, 169–175. https://doi.org/10.1007/BF02990795
    17. Arefpanah, S., & Sharafi, A. (2022). Calculated the tectonic activity of catchments in the Saqez geomorphology unit (Iran and Kurdistan) using morphometric indices. JoCEF, 3(2), 61–66. https://doi.org/10.38094/jocef30253
    18. Chen, Y., Ding, R., Zhang, S., Jiang, D., Li, L., & Hua, D. (2024). Characteristics and tectonic implications of the geomorphic indices of the watersheds around the Lijiang–Jinpingshan Fault. Remote Sensing, 16(20), 3826. https://doi.org/10.3390/rs16203826
    19. Deh Bozorgi, M., Pour Kermani, M., Arian, M., Matkan, A. A., Motamedi, H., & Hosseini Asl, A. (2010). Quantitative analysis of relative tectonic activity in the Sarvestan area. Geomorphology, 121. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2010.05.002
    20. El-Rayes, A. E., Hegazi, A. M., & Arnous, M. O. (2025). Morpho-tectonic hazard zonation over rift shoulder domains utilizing geomorphic indices and seismicity data: An example from Wadi Ghweiba Basin, Northwestern Gulf of Suez coast, Egypt. Journal of Coastal Conservation, 29, 76. https://doi.org/10.1007/s11852-025-01159-1
    21. Ganjaeian, H. (2024). Spatial and temporal analysis of earthquakes in Iran during the years 1907 to 2023. Journal of Geography and Environmental Hazards, 13(4), 222–243. https://doi.org/10.22067/geoeh.2024.87246.1470
    22. Ganjaeian, H. (2025). Evaluating the seismic potential of megacities in Iran. Scientific-Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), 33(132), 173–188. https://doi.org/10.22131/sepehr.2024.2019284.3047
    23. Ganjaeian, H., Yamani, M., Goorabi, M., & Maghsoudi, M. (2024). Evaluating the impacts of the earthquake in Ezgeleh, Kermanshah (Iran) (occurred on 2017/11/12). Current Research in Environmental Science and Ecology Letters, 1(1), 1–10. https://doi.org/10.33140/CRESEL.01.01.06
    24. Guarnieri, P., & Pirrotta, C. (2008). The response of drainage basins to the late Quaternary tectonics in the Sicilian side of the Messina Strait (NE Sicily). Geomorphology, 95, 260–273. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2007.06.013
    25. Guo, J., Xu, S. H., & Fan, H. (2017). Neotectonic interpretations and PS-InSAR monitoring of crustal deformations in the Fujian area of China. Open Geosciences, 9, 126–132. https://doi.org/10.1515/geo-2017-0010
    26. Hamdouni, R., Irigaray, C., Fernández, T., Chacón, J., & Keller, E. A. (2008). Assessment of relative active tectonics, southwest border of the Sierra Nevada (Southern Spain). Geomorphology, 96, 150–173. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2007.08.004
    27. Ioannis, M. T., Ioannis, K. K., & Pavlides, S. (2006). Tectonic geomorphology of the easternmost extension of the Gulf of Corinth (Beotia, central Greece). Tectonophysics, 453, 211–232. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2007.06.015
    28. Kale, V. S., Sengupta, S., Achyuthan, H., & Jaiswal, M. K. (2014). Tectonic controls upon Kaveri River drainage, cratonic Peninsular India: Inferences from longitudinal profiles, morphotectonic indices, hanging valleys and fluvial records. Geomorphology, 227, 153–165. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.07.027
    29. Khan, S. D., Faiz, M. I., Gadea, C. A., & Ahmad, A. (2023). Study of land subsidence by radar interferometry and hot spot analysis techniques in the Peshawar Basin, Pakistan. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 26(1), 173–184. https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2023.02.001
    30. Kumar, N., Dumka, R. K., Mohan, K., & Chopra, S. (2022). Relative active tectonics evaluation using geomorphic and drainage indices in Dadra and Nagar Haveli, western India. Geodesy and Geodynamics, 13(3), 219–229. https://doi.org/10.1016/j.geog.2022.01.001
    31. Longkumer, L., Luirei, K., Moiya, J. N., & Thong, G. T. (2019). Morphotectonics and neotectonic activity of the Schuppen Belt of Mokokchung, Nagaland, India. Journal of Asian Earth Sciences, 170, 138–154. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2018.11.010
    32. Nautiyal, M. D. (2024). Morphometric analysis of a drainage basin, district Dehradun, Uttar Pradesh. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 22(4), 251–261. https://doi.org/10.1007/BF03026526
    33. Necula, N., Niculita, M., & Floris, M. (2018). Using Sentinel-1 SAR data to detect earth surface changes related to neotectonics in the Focșani Basin (Eastern Romania). PeerJ Preprints, 6, e27084v1. https://doi.org/10.7287/peerj.preprints.27084v1
    34. Razi, P., Sumantyo, J. T. S., Chua, M. Y., Perissin, D., & Tadono, T. (2023). Monitoring of tectonic deformation in the seismic gap of the Mentawai Islands using ALOS-1 and ALOS-2. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 30. https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.06012
    35. Sahu, S. R., Rawat, K. S., & Singh, S. K. (2024). Analysis of drainage morphometry and spectral indices using Earth observation datasets in Palar River basin, India. Discover Geoscience, 2, 41. https://doi.org/10.1007/s44288-024-00038-w
    36. Shen, K., Dong, S., & Wang, Y. (2023). Active tectonics assessment using geomorphic and drainage indices in the Sertengshan, Hetao Basin, China. Remote Sensing, 15(13), 3230. https://doi.org/10.3390/rs1513323
    37. Talampas, W., & Cabahug, R. (2018). Morphotectonic characteristics of the Iponan River watershed in Cagayan de Oro City, Philippines. Mindanao Journal of Science and Technology, 16, 115–131. https://www.researchgate.net/publication/329915674