DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40639-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41708746
تاريخ النشر: 2026-02-18
المؤلف: Mehdi Abdolzadeh وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
تستقصي هذه الدراسة معدلات التشوه في الصخور المشوهة طبيعياً داخل منطقة دفع تشهزار في منطقة سانانداج-سيرجان المتحولة في جنوب غرب إيران، مع التأكيد على أهمية التحليل المجهري لفهم التاريخ التكتوني. من خلال استخدام التحليل الفركتالي لحدود حبيبات الكوارتز، يقدر الباحثون معدلات التشوه ويقيمون ظروف التشوه، مما يكشف أن الميكروهياكل الكوارتزية تتأثر ليس فقط بالحرارة ولكن أيضًا بمعدل التشوه ومحتوى السوائل. يتم استخدام طريقة عد الصناديق لتحديد البعد الفركتالي ($D$) لحبيبات الكوارتز المعاد بلورتها، مما ينتج عنه معدلات تشوه تتراوح بين $10^{-10.9} \, \text{s}^{-1}$ و $10^{-6.8} \, \text{s}^{-1}$، وهي أعلى بكثير من معدلات التشوه الطبيعية النموذجية ($10^{-12} – 10^{-15} \, \text{s}^{-1}$). وهذا يشير إلى نظام تشوه يتميز بتعزيز التشوه المتقطع أو الموضعي.
تشير النتائج إلى توقيعات تشوه ديناميكية في الجنايس في منطقة دفع تشهزار، مع درجات حرارة تشوه تتراوح من 420 درجة مئوية إلى 600 درجة مئوية. تتوافق أعلى معدل تشوه ($10^{-6.8} \, \text{s}^{-1}$) مع عينة عند 420 درجة مئوية مع بعد فركتالي قدره $D = 1.012$، بينما يرتبط أدنى معدل تشوه ($10^{-10.9} \, \text{s}^{-1}$) بعينة عند 600 درجة مئوية ($D = 1.207$). تتماشى هذه النتائج مع ظروف وجه الجرانيت وتؤكد على فائدة التحليل الفركتالي كطريقة لتحديد معدلات التشوه في الصخور المشوهة طبيعياً. تسهم الدراسة في إعادة بناء التكتونيات في الأحزمة الأوروجينية وتقترح أن هذه الطريقة يمكن تطبيقها على سياقات جيوديناميكية أخرى لتعزيز فهمنا للأحداث التشوهية الماضية وتطور القشرة.
مقدمة
تؤكد مقدمة الورقة على أهمية قياس معدلات التشوه بدقة في الصخور المشوهة طبيعياً لفهم ضغط الأرض وتاريخ التشوه. تبرز أن الميزات الميكروهيكلية، مثل الانتفاخ، والتلاحم، وإعادة البلورة، هي مؤشرات حاسمة لعمليات التشوه في البيئات المتحولة والبركانية. تنتج هذه الميزات عن الهجرة الذرية على طول حدود الحبيبات وداخل الحبيبات، المتأثرة بالحرارة، ومعدل التشوه، والتوجه البلوري للحبيبات المجاورة.
يعتبر الكوارتز، وهو معدن شائع في تكوين الصخور، ملحوظًا بشكل خاص لخصائص إعادة بلورته الديناميكية، بما في ذلك هجرة حدود الحبيبات وتكوين الحبيبات الفرعية. تشير الدراسات الحديثة إلى أن شكل وتعقيد حبيبات الكوارتز المعاد بلورتها تتأثر بشكل كبير بكل من الحرارة ومعدل التشوه، مما يتطلب تفسيرًا أوسع للميكروهياكل الكوارتزية في سياق معلمات التشوه مثل محتوى السوائل وتاريخ الضغط. بينما سعت الأبحاث السابقة لاستخدام هذه الميزات كجيوثيرمومترات كمية، فإنها الآن معترف بها على أنها مناسبة فقط للتقييمات النسبية للحرارة، كما يتضح من حالات إعادة البلورة المنتفخة التي تحدث عند درجات حرارة تزيد عن 700 درجة مئوية في مناطق غنية بالسوائل وعالية التشوه. وبالتالي، لا يمكن استنتاج شدة التشوه فقط من الحرارة، حيث يمكن أن تختلف عبر أنظمة ريوولوجية متنوعة.
نقاش
في هذه الدراسة، نستقصي ظروف التشوه في الجنايس الحاوية على الكوارتز من منطقة دفع تشهزار في حزام سانانداج-سيرجان المتحول، باستخدام مزيج من الملاحظات البتروغرافية وتحليل البعد الفركتالي. تشير الميزات الميكروهيكلية للكوارتز، بما في ذلك الانقراض الضعيف المتموج وحدود الحبيبات اللوبية، إلى أنظمة تشوه متباينة، تتأثر بشكل أساسي بالحرارة ومعدل التشوه. على وجه التحديد، نحدد ثلاثة آليات لإعادة البلورة: إعادة بلورة الانتفاخ (BLG)، إعادة بلورة دوران الحبيبات الفرعية (SGR)، وهجرة حدود الحبيبات (GBM)، والتي تتوافق مع درجات حرارة التشوه التي تتراوح من حوالي 400 درجة مئوية إلى 600 درجة مئوية. تعتبر قيم البعد الفركتالي (D) المستمدة من حدود حبيبات الكوارتز مؤشرات شبه كمية لشدة التشوه، حيث تشير القيم الأعلى لـ D إلى هياكل حدود حبيبات أكثر تعقيدًا مرتبطة بالتشوه الموضعي.
تكشف نتائجنا عن نطاق واسع من معدلات التشوه المقدرة، من $10^{-10.9}$ إلى $10^{-6.8}$ s⁻¹، والتي هي أعلى بشكل ملحوظ من معدلات التشوه الجيولوجية التقليدية. تشير هذه النتائج إلى أن نظام التشوه في المنطقة المدروسة يتميز بتعزيز التشوه المتقطع، المرتبط على الأرجح بالعمليات التكتونية الديناميكية لمنطقة دفع تشهزار. من خلال دمج التحليل الفركتالي مع الملاحظات الميكروهيكلية التفصيلية، توفر هذه الدراسة إطارًا قويًا لتفسير آليات التشوه في الصخور المشوهة طبيعياً، مما يبرز أهمية مراعاة التعقيد الميكروهيكلي والتنوع المكاني في تقييمات معدلات التشوه. لا تعزز هذه الطريقة فهمنا لديناميات القشرة في نظام زاغروس الأوروجيني فحسب، بل تعالج أيضًا الفجوات المنهجية الموجودة في تقدير ظروف التشوه في البيئات الجيولوجية غير المتجانسة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40639-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41708746
Publication Date: 2026-02-18
Author(s): Mehdi Abdolzadeh et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
This study investigates strain rates in naturally deformed rocks within the Chahzar Thrust Zone of the Sanandaj-Sirjan metamorphic zone in southwestern Iran, emphasizing the importance of microstructural analysis for understanding tectonic history. By employing fractal analysis of quartz grain boundaries, the researchers estimate strain rates and assess deformation conditions, revealing that quartz microstructures are influenced not only by temperature but also by strain rate and fluid content. The box-counting method is utilized to quantify the fractal dimension ($D$) of recrystallized quartz grains, yielding strain rates between $10^{-10.9} \, \text{s}^{-1}$ and $10^{-6.8} \, \text{s}^{-1}$, which are significantly higher than typical natural strain rates ($10^{-12} – 10^{-15} \, \text{s}^{-1}$). This suggests a deformation regime characterized by episodic or localized strain intensification.
The findings indicate dynamic deformation signatures in the gneisses of the Chahzar Thrust Zone, with deformation temperatures ranging from 420°C to 600°C. The highest strain rate ($10^{-6.8} \, \text{s}^{-1}$) corresponds to a sample at 420°C with a fractal dimension of $D = 1.012$, while the lowest strain rate ($10^{-10.9} \, \text{s}^{-1}$) is associated with a sample at 600°C ($D = 1.207$). These results align with amphibolite facies conditions and underscore the utility of fractal analysis as a method for quantifying strain rates in naturally deformed rocks. The study contributes to tectonic reconstructions in orogenic belts and suggests that this approach can be applied to other geodynamic contexts to enhance our understanding of past deformation events and crustal evolution.
Introduction
The introduction of the paper emphasizes the importance of accurately quantifying strain rates in naturally deformed rocks to understand Earth’s stress and deformation history. It highlights that microstructural features, such as bulging, suturing, and recrystallization, are critical indicators of deformation processes in metamorphic and igneous environments. These features result from atomic migration along grain boundaries and within grains, influenced by temperature, strain rate, and the crystallographic orientation of adjacent grains.
Quartz, a prevalent rock-forming mineral, is particularly noted for its dynamic recrystallization characteristics, including grain boundary migration and subgrain formation. Recent studies indicate that the shape and complexity of recrystallized quartz grains are significantly affected by both temperature and strain rate, necessitating a broader interpretation of quartz microstructures within the context of deformation parameters like fluid content and stress history. While earlier research sought to use these features as quantitative geothermometers, they are now recognized as suitable only for relative temperature assessments, as evidenced by instances of bulging recrystallization occurring at temperatures above 700 °C in high-strain, fluid-rich zones. Consequently, deformation intensity cannot be solely inferred from temperature, as it can vary across diverse rheological regimes.
Discussion
In this study, we investigate the deformation conditions of quartz-bearing gneisses from the Chahzar Thrust Zone in the Sanandaj-Sirjan metamorphic belt, utilizing a combination of petrographic observations and fractal dimension analysis. The microstructural features of quartz, including weak undulose extinction and lobate grain boundaries, suggest varying deformation regimes, primarily influenced by temperature and strain rate. Specifically, we identify three recrystallization mechanisms: bulging recrystallization (BLG), subgrain rotation recrystallization (SGR), and grain boundary migration (GBM), which correspond to deformation temperatures ranging from approximately 400 °C to 600 °C. The fractal dimension (D) values derived from quartz grain boundaries serve as semi-quantitative proxies for deformation intensity, with higher D values indicating more complex grain boundary structures associated with localized strain.
Our results reveal a broad range of estimated strain rates, from $10^{-10.9}$ to $10^{-6.8}$ s⁻¹, which are notably higher than conventional geological strain rates. These findings suggest that the deformation regime in the studied area is characterized by episodic strain intensification, likely linked to the dynamic tectonic processes of the Chahzar Thrust Zone. By integrating fractal analysis with detailed microstructural observations, this study provides a robust framework for interpreting deformation mechanisms in naturally deformed rocks, highlighting the importance of considering microstructural complexity and spatial variability in strain rate assessments. This approach not only enhances our understanding of crustal dynamics in the Zagros orogenic system but also addresses existing methodological gaps in estimating deformation conditions in heterogeneous geological settings.