Оцінка геологічних структур і геотермальних ресурсів у вулканічній зоні Північної Танзанії за допомогою  дистанційного зондування та аналізу даних гравітації

doi:10.26565/2410-7360-2023-59-03

Альбано Махеча Університет Кюсю, Танзанія Геотермал Девелопмент Компані Лімітед https://orcid.org/0000-0001-9340-7448
Нуреддін Сааді Університет Тріполі https://orcid.org/0000-0003-0593-8578
Ессам Абауд Університет короля Абдулазіза, Національний науково-дослідний інститут астрономії та геофізики https://orcid.org/0000-0002-1087-1059
Акіра Імаї Університет Кюсю https://orcid.org/0000-0002-3058-9915
Котаро Йонезу Університет Кюсю

DOI: https://doi.org/10.26565/2410-7360-2023-59-03

Ключові слова: дистанційне зондування, гравітація, геотермальний, Танзанія, структури, ізотоп

Анотація

Вулканічна місцевість Північної Танзанії була предметом оцінки геотермального потенціалу протягом останніх чотирьох десятиліть. Регіон характеризується вулканічною та тектонічною активністю від неогену до сучасності. Це попереднє дослідження, засноване на даних дистанційного зондування, хімії води, даних гравітації, геологічних структурах і розподілі вулканічних центрів, повідомляє про виявлені геотермальні прояви та обговорює наслідки для шляхів геотермальних рідин. Киснево-водневі ізотопні дані з проб води вказують на те, що вони були залучені до гідротермальної системи. Район розбіжності Північної Танзанії (NTD), що характеризується вулканічною та тектонічною діяльністю від неогену до сучасності. Останні вулканічні та тектонічні дії включають виверження попелового конуса та лавового купола на дні кратера Меру століття тому, вторгнення дайк та виверження вулкана на південь від вулкана Гелай та вулкана Олдойньо-Ленгай відповідно. Фумарольна діяльність і гарячі джерела домінують у відносно молодому вулканічному районі на північному сході та в північній частині NTD. Місія Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), зображення Landsat 8 Operational Land Imager (OLI), аналіз ізотопів води та гравітаційні дані були використані для вилучення та аналізу поверхневих і підповерхневих геологічних ліній і картування зон гідротермальних змін у досліджуваній області. Гідротермальна зміна використовується для оцінки та ідентифікації проникних структур. Аналіз та інтерпретація довжини та трендів вилучених лінеаментів були використані для дослідження тектонічної еволюції. Геологічна карта досліджуваної території була оцифрована з існуючих геологічних карт і віку гірських порід, щоб окреслити вулканічну активність і пов'язані з нею лінеаменти на основі віку літологічного домену. Більш високі значення δ ¹⁸O та велике відхилення від ліній метеоритної води припускають, що це пов’язано з взаємодією флюїдів із вміщуючими породами при підвищених температурах. Вони відповідають відкритим структурам, які діють як канали для потоку рідини. Дані потенційної сили тяжіння показують басейноподібну структуру, що тягнеться в напрямку Пн-Пн-З. Гравітаційні дані показують, що блоки фундаменту поступово поглиблюються до центральної частини і що вони контролюються двома основними системами розломів, спрямованих відповідно на Пн-Пд та Пн-З-Пд. Гравітаційні дані, представлені тут, надають нові обмеження щодо тектонічної еволюції та геотермальних ресурсів досліджуваної території.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

Альбано Махеча, Університет Кюсю, Танзанія Геотермал Девелопмент Компані Лімітед

кафедра корпоративних програм ресурсного інжинірингу, інженерний факультет

Нуреддін Сааді, Університет Тріполі

кафедра геологічної інженерії, інженерний факультет

Ессам Абауд, Університет короля Абдулазіза, Національний науково-дослідний інститут астрономії та геофізики

Центр дослідження геонебезпек

Акіра Імаї, Університет Кюсю

кафедра інженерії ресурсів Землі, інженерний факультет

Котаро Йонезу, Університет Кюсю

кафедра інженерії ресурсів Землі, інженерний факультет

Посилання

Abdelsalam, M., Stern, R.J., Berhane, W.G. (2000). Mapping gossans in arid environments with Landsat TM and SIR-C images: the Beddaho alteration zone in northern Eritrea. Journal of African Earth Sciences, 30 (4): 903–916. DOI: https://doi.org/10.1016/S0899-5362(00)00059-2

Albaric, J., Déverchére, J., Perrot, J., Jakovlev, A., Deschamps, A. (2010). Contrasted Seismogenic and Rheological Behaviours from Shallow and Deep Earthquake Sequences in the North Tanzanian Divergence, East Africa. Journal of African Earth Sciences, 58 (5): 799–811. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2009.09.005

Ali, A., Pour, A. (2014). Lithological Mapping and Hydrothermal Alteration Using Landsat 8 Data: A Case Study in Ariab Mining District, Red Sea Hills, Sudan. International Journal of Sciences: Basic and Applied Research, 3 (3): 199–208. DOI: https://doi.org/10.14419/ijbas.v3i3.2821

Baker, B.H., Mohr, P.A., Williams, L.A.J. (1972). Geology of the Eastern Rift System of Africa. Geological Society of America, (136) 67. DOI: https://doi.org/10.1130/SPE136

Bilim, F. (2007). Investigations into the tectonic lineaments and thermal structure of Kutahya-Denizli region, western Anatolia, from using aeromagnetic, gravity and seismological data. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 165 (3–4): 135–146. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pepi.2007.08.007

Björnsson, H. (2010), Understanding jökulhlaups: from tale to theory. Journal of Glaciology, 56 (200), 1002–1010. DOI: https://doi.org/10.3189/002214311796406086

Calvin, W.M., Littlefield, E.F., Kratt, C. (2015). Remote Sensing of Geothermal-Related Minerals for Resource Exploration in Nevada. Geothermics, 53: 517–526. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2014.09.002

Chavez, P.S., Sides, S.C., Anderson, J.A. (1991). Comparison of three different methods to merge multi-resolution and multi-spectral data: Landsat TM and SPOT panchromatic. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 56: 459–467.

Dawson, J.B. (1992). Neogene Tectonics and Volcanicity in the North Tanzania sector of the Gregory Rift Valley: contrasts with the Kenya sector. Tectonophysics, 204 (1–2): 81–92. DOI: https://doi.org/10.1016/0040-1951(92)90271-7

Dawson, J.B. (2008). The Gregory Rift Valley and Neogene-Recent Volcanoes of Northern Tanzania. Geological Society of London, 33 (1–91).

Ebinger, C.J., Weinstein, A., Oliva, S.J., Roecker, S., Tiberi, C., Aman, M., Lambert, C., Witkin, E., Albaric, J., Gautier, S., Peyrat, S., Muirhead, J.D., Muzuka, A.N.N., Mulibo, G., Kianji, G., Wambura, R.F., Msabi, M., Rodzianko, A.R., Hadfield, R., Illsley-Kemp, F., Fischer, T.P. (2017). Fault-Magma Interactions during Early Continental Rifting: Seismicity of the Magadi-Natron-Manyara Basins. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 18 (10): 3662–3686. DOI: https://doi.org/10.1002/2017GC007027

Fairhead, J.D. (1976). The Structure of the Lithosphere beneath the Eastern Rift, East Africa, Deduced from Gravity Studies. Tectonophysics, 30 (3–4): 269–298. DOI: https://doi.org/10.1016/0040-1951(76)90190-6

Fairhead, J.D. (1980). The Structure of the Cross-Cutting Volcanic Chain of Northern Tanzania and Its Relation to the East African Rift System. Tectonophysics, 65 (3–4): 193–208. DOI: https://doi.org/10.1016/0040-1951(80)90074-8

Foster, A.N., Ebinger, C.J., Mbede, E., Rex, D. (1997). Tectonic development of the northern Tanzanian sector of the East African Rift System. Journal of Geological Society, London, 154: 689–700. DOI: https://doi.org/10.1144/gsjgs.154.4.0689

Franzson, H., Kristjansson, B.R., Gunnarsson, G., Björnsson, G., Hjartarson, A., Steingrimsson, B., Gunnlaugsson, E., Gislason, G. (2005). The Hengill-Hellisheiði Geothermal Field. Development of a Conceptual Geothermal Model. In Proceedings of the World Geothermal Congress, Antalya, Turkey. https://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2005/2632.pdf

Himematsu, Y., Furuya, M. (2015). Aseismic Strike-Slip Associated with the 2007 Dike Intrusion Episode in Tanzania. Tectonophysics, 656: 52–60. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tecto.2015.06.005

Hutchison, W., Mather, T.A., Pyle, D.M., Biggs, J., Yirgu, G. (2015) Structural controls on ﬂuid pathways in an active rift system: a case study of the Aluto volcanic complex. Geosphere, 11 (3): 542–562. DOI: https://doi.org/10.1130/GES01119.1

Le Gall, B., Nonnotte, P., Rolet, J., Benoit, M., Guillou, H., Mousseau-Nonnotte, M., Albaric, J., Deverchère, J. (2008). Rift Propagation at Craton Margin. Distribution of Faulting and Volcanism in the North Tanzanian Divergence (East Africa) during Neogene Times. Tectonophysics, 448 (1–4): 1–19. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tecto.2007.11.005

Leat, P.T. (1991). Volcanological development of the Nakuru area of the Kenya rift valley. Journal of African Earth Sciences, 13 (3–4): 483–498. DOI: https://doi.org/10.1016/0899-5362(91)90111-B

Lee, H., Fischer, T.P., Muirhead, J.D., Ebinger, C.J., Kattenhorn, S.A., Sharp, Z.D., Kianji, G., Takahata, N., Sano, Y. (2016). Massive and Prolonged Deep Carbon Emissions Associated with Continental Rifting. Nature Geoscience, 9 (2): 145–149. DOI: https://www.nature.com/articles/ngeo2622#affil-auth

Loughlin, W.P. (1991). Principal Component Analysis for Alteration Mapping. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 57 (9): 1163–1169. DOI: https://www.asprs.org/wpcontent/uploads/pers/1991journal/sep/1991_sep_1163-1169.pdf

Ma, Z.J., Gao, X.L., Song, Z.F. (2006). Analysis and tectonic interpretation to the horizontal gradient map calculated from Bouguer gravity data in the China mainland. Chinese Journal of Geophysics, 49 (1): 106–114. DOI: https://doi.org/10.1002/cjg2.816

Mana, S., Furman T., Turrin B.D., Feigenson M.D., Swisher, C.C. (2015). Magmatic Activity across the East African North Tanzanian Divergence Zone. Journal of the Geological Society, 172 (3): 368–389. DOI: https://doi.org/10.1144/jgs2014-07

Mia, M.B., Fujimitsu, Y. (2013). Landsat Thermal Infrared Based Monitoring of Heat Losses from Kuju Fumaroles Area in Japan. Procedia Earth and Planetary Science, 6: 114–120. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeps.2013.01.016

Mitchell, H.B. (2010). Image Fusion: Theories, Techniques and Applications, Springer: Berlin Heidelberg, 247 pp.

Mollel, G.F., Swisher, C.C., Feigenson, M.D., Carr, M.J. (2008). Geochemical Evolution of Ngorongoro Caldera, Northern Tanzania: Implications for Crust-Magma Interaction. Earth and Planetary Science Letters, 271 (1–4): 337–47. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.04.014

Mshiu, E.E., Gläßer, C., Borg, G. (2015). Identification of hydrothermal paleofluid pathways, the pathfinders in the exploration of mineral deposits: A case study from the sukumaland greenstone belt, Lake Victoria Gold Field, Tanzania. Advances in Space Research, 55(4): 1117–1133. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.11.024

Nabighian, M.N. (1972). The Analytic Signal of Two-Dimensional Magnetic Bodies with Polygonal Cross-Section: Its Properties and Use for Automated Anomaly Interpretation. Geophysics, 37 (3): 507–517. DOI: https://doi.org/10.1190/1.1440276

Nabighian, M.N. (1974). Additional Comments on the Analytic Signal of Two-Dimensional Magnetic Bodies with Polygonal Cross-Section. Geophysics, 39 (1): 85–92. DOI: https://doi.org/10.1190/1.1440416

Nzaro, M.A. (1970). Geothermal Resources of Tanzania. Geothermics, 2 (2): 1039–1043. DOI: https://doi.org/10.1016/0375-6505(70)90412-8

Pilkington, M. (2007). Locating geologic contacts with magnitude transforms of magnetic data. Journal of Applied Geophysics, 63 (2): 80–89. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2007.06.001

Phillips, J.D. (1997). Potential-Field Geophysical Software for the PC, version 2.2. USGS, Open-File Report 97-725. DOI: https://doi.org/10.3133/ofr97725

Phillips, J.D., Hansen, R.O., Blakely, R.J. (2007). The use of curvature in potential-field interpretation. Exploration Geophysics, 38 (2): 111–119. DOI: https://doi.org/10.1071/EG07014

Pour, A. B., Hashim, M., Genderen, J. (2013). Detection of Hydrothermal Alteration Zones in a Tropical Region Using Satellite Remote Sensing Data: Bau Goldfield, Sarawak, Malaysia. Ore Geology Reviews, 54: 181–196. DOI: https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2013.03.010

Rosenberg, M. (2017). Volcanic and Tectonic Perspectives on the Age and Evolution of the Wairakei-Tauhara Geothermal System. PhD Thesis, Victoria University of Wellington, New Zealand, 258–263. DOI: http://hdl.handle.net/10063/6436

Rymer, H., Brown, G.C. (1986). Gravity Fields and the Interpretation of Volcanic Structures: Geological Discrimination and Temporal Evolution. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 27 (3–4): 229–254. DOI: https://doi.org/10.1016/0377-0273(86)90015-6

Saadi, N.M., Watanabe, K. (2008). Lineaments extraction and analysis in Eljufra area, Libya. Journal of Applied Remote Sensing, 2 (1), 023538. DOI: https://doi.org/10.1117/1.2994727

Sabins, F. (1997). Remote Sensing Principles and Interpretation, 3rd ed.; W.H. Freeman & Co: New York, 494 pp.

Sandwell, D.T., Smith W.H.F. (2009). Global marine gravity from retracked Geosat and ERS-1 altimetry: Ridge Segmentation versus spreading rate. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 114 (B1): B01411. DOI: https://doi.org/10.1029/2008JB006008

Sandwell, D.T., Garcia, E., Soofi, K., Wessel, P., Smith, W.H.F. (2013). Toward 1-mGal Accuracy in Global Marine Gravity from CryoSat-2, Envisat, and Jason-1. The Leading Edge, 32 (8): 892–899. DOI: https://topex.ucsd.edu/sandwell/publications/144.pdf

Sandwell, D.T., Müller, R.D., Smith, W.H.F., Garcia, E., Francis, R. (2014). New global marine gravity model from CryoSat-2 and Jason-1 reveals buried tectonic structure. Science, 346 (6205): 65–67. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1258213

Simiyu, S.M., Keller, G.R. (1997). An Integrated Analysis of Lithospheric Structure across the East African Plateau Based on Gravity Anomalies and Recent Seismic Studies. Tectonophysics, 278 (1–4): 291–313. DOI: https://doi.org/10.1016/S0040-1951(97)00109-1

Ulusoy, İ. (2016). Temporal Radiative Heat Flux Estimation and Alteration Mapping of Tendürek Volcano (Eastern Turkey) Using ASTER Imagery. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 327: 40–54. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2016.06.027

Wilkinson, P., Mitchell, J.G., Cattermole, P.J., Downie, C. (1986). Volcanic Chronology of the Men-Kilimanjaro Region, Northern Tanzania. Journal of the Geological Society, 143 (4): 601–605. DOI: https://doi.org/10.1144/gsjgs.143.4.0601