مقاله استفاده از وارون سازی داده های سازوکار کانونی زمین لرزه ای برای مطالعه رژیم تنش لرزه زمین ساختی استان فارس

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

استفاده از وارون سازي داده هاي سازوکار کانوني زمين لرزه اي براي مطالعه رژيم تنش لرزه زمين ساختي استان فارس

چکیده:
در اين پژوهش ، به تحليل ميدان هاي تنش لرزه زمين ساختي استان فارس ، بر پايه وارون سازي سازمان يافته داده هاي سازوکار کانوني زمين لرزه اي پرداخته شده است . با توجه به ويژگي هاي ذاتي اين روش ها، ابتدا لازم بود که منطقه را به پهنه هايي با رژيم تنش نسبتا مجزا تقسيم کرده و سپس روش هاي فوق را براي هر پهنه به کار مي بستيم . بدين منظور، با در نظر داشتن ويژگي هايزمين ساختي و لرزه زمين ساختيواستفاده از روش هاي پيش بيني مکاني زمين آماري با متغير روند محورهاي تنش P و T،پنج پهنهاوليه با ويژگي هاي تنشي نسبتا مجزا تشخيص داده شد.سپس ، روش هاي تحليل وارون داده هاي سازوکارکانوني را براي هر پهنه بکار گرفتيم .نتايجتحليل ، نشان مي دهد که سوي ميانگين محورهايتنش اصلي بهينه شدهاستان فارس ، تغييرات زيادينداشته و NE( NNE-SSW٢١تا NE٣٤) تعيين شده است .يکنواختي رژيم تنش ، از پهنه هاي شمال غرب (پهنه A) و جنوب شرق (پهنه E) محدوده ، به سمت پهنهجنوب غرب استان (پهنه C)، افزايش پيدا مي کند.
مکانيسم جنبشي غالب گسل هاي پهنه هاي A و E، تمايل زيادي به حرکت برشي امتداد لغزي داشته و به سمت پهنه C، مکانيسم ها از نوع معکوس مي باشد. در نهايت ، کانتور بندي محور تنش فشارشي محدوده مورد مطالعه ،ارائه شده است .
واژه هاي کليدي : تنش ، تحليل وارون ، سازوکار کانوني ، استان فارس

مقدمه و جايگاه تکتونيکي
کمربند چين -تراست زاگرس به عنوان بخشي از کمربند کوهزايي آلپ -هيماليا در حاشيه شمال شرقي پليت عربي واقع شده است (١٩٨١ ,Berberian and King ;١٩٧٢ ,Takin). برخورد ترشياري بين پليت هاي عرب و ايران که اکنون نيز به ادامه دارد، باعث چين خوردگي و گسل خوردگي همراه با کوتاه شدگي در کمربند کوهزاد زاگرس شده است (٢٠٠٤ ,.Allen et al ;٢٠٠٤ ,.Tatar et al).اين کوتاه شدگي در عرض کمربند چين -تراست زاگرس ، در حدود ٣٠ الي ٨٥ کيلومتر بوده و اغلب در بخش هاي بالايي افق هاي جدايشي ، بوسيله چين - خوردگي و گسل خوردگيجبران مي شود (٢٠٠٣ ,.Blanc et al :١٩٧٤ ,Falcon .نرخ همگرايي بين پليت عربي و ايران ، بر اساس شبکه GPS، ٢٥ ميلي متر برسال در جهت NͳͲιE (٢٠٠٢ ,.Bayer et al) و براساس مدل ١-NUVEL، ٣٥ ميلي متر بر سال (١٩٩٠ ,.DeMets et al) برآورد شده است . تعيين و بازنگري سوي تنش هاي لرزه زمين ساختي عهدحاضر بخش جنوب شرقي زاگرس ، با استفاده از روش هاي وارون سازي داده هاي سازوکارکانوني ، مهمترين هدف اين شکل (١-١). موقعيت زمين پژوهش مي باشد.در اين مقاله ، استان ساختي استان فارس درزاگرس فارس که بخش اعظمي از آن در MMF،گسل پيشاني کوه KF، کمربند چين -تراست زاگرس و گسل کازرون ، RF،گسل رازک قسمت باريکي از شمال شرق آن در HF،گسل هنديجان زون فلسي شده زاگرس ( ,Alavi Ba،گسل بالارود ٢٠٠٧) واقع مي باشد، براي مطالعه KR،recess کرکوک KF، گسل کره بس وضعيت رژيم تنش عهدحاضر انتخاب SP، گسل سبزپوشان شده است (شکل ١). اين منطقه بدليل وجود داده هاي سازوکارکانوني زمين لرزه اي نسبتا زياد و وجود سامانه هاي گسلي فعالي چون کازرون ، کره بس و سروستان ، زمينه مساعدي براي بررسي هاي لرزه زمين ساختي فراهم نموده است .روش هاي متعددي براي تحليل رژيم تنش لرزه زمين ساختي بر اساس وارون سازي داده هايسازوکارکانونيارائه شده است (مانند ,Loohuis and Van Ecj ;١٩٩٢ ,papazachos and Kiratzi ;;١٩٨٤ Gephart&Fortsyth ;Angelier ١٩٨٤
٢٠٠٢ ,Angelier ;١٩٨٩ Carey-Gailhardis &Mercier ;١٩٩٦). اغلب اين روش ها برپايه نظريه -Wallace Bott صورت گرفته ، و بيان مي کند که بردار لغزش حاصل از سازوکار زمين لرزه اي ، در جهت و سوي تنش برشي گسل مي باشد(١٩٥٩ ,Boot ;١٩٥١ ,Wallace).با توجه به مزيت هاي روش ٢٠٠٢ ,Angelier نسبت به روش هاي ديگر، اين روش مبناي کار اين مطالعه قرار گرفته است . در برخي از قسمت هاي جنوب شرق زاگرس نيز،مطالعات مشابهي برايبررسي رژيم تنش در امتداد سامانه هاي گسلي کازرون ، کره بس و زون گذر زاگرس - مکران ، با تلفيق نتايج داده هاي ميداني و سازوکارکانوني انجام شده است ( Jackson ;٢٠٠٦ ,.Lacombe et al ;٢٠٠٧ ,.Yamini-Fard et al٢٠١٠ ,.Hatzfeld et al ٢٠٠٤ ,.and Talebianدر ادامه ، نتايج حاصل از اين مطالعات ، با نتايج تحليل اين پژوهش ، مقايسه خواهد شد.

گردآوري داده هاي سازوکار کانوني
براي بررسي وارون سازي سازوکارهاي کانوني در استان فارس ، ابتدا به جمع آوري داده هاي زوج دوگانه سازوکار کانوني زلزله هاي موجود در محدوده پرداخته و در اين زمينه به منابع مختلفي مراجعه کرديم . داده هاي در دسترس ، محدوده اي از سال ١٩٣٥ تا ٢٠١٠ را در بر مي گيرد. درجدول ١، منابع و روش هاي هر کدام از مجموعه داده ها آورده شده است . شکل ( )موقعيت داده ها را بر روي نقشه تکتونيک استان فارس نشان مي دهد. جدول ١- منابع داده هاي سازوکارکانوني . روش استفاده شده براي هرمنبع آورده شده است .

در مرحله بعد، پالايش اوليه داده ها بر اساس موقعيت هندسي صفحات گره اي و محورهاي اصلي P،B و T، نسبت به صورت پذيرفت و از بين ٢٧٢ داده سازوکار کانوني گردآوري شده ، ٢٤٩ داده انتخاب شدند. عمق کانوني اين زمين لرزه ها کمتر از ٤٠ کيلومتر بوده و در عمق هاي ١٠، ١٥ و ٣٥ کيلومتر، بيشترين فراواني را دارند. سازوکار جنبشي اغلب صفحات گره اي از نوع معکوس بوده و سازوکارهاي امتدادلغز، در رتبه بعدي قرار دارند. سازوکار جنبشي نرمال ، کمترين تعداد را دارا بوده و به جز در انتهاي شمالي سامانه گسلي کره بس و چند نقطه از جنوب غرب استان فارس ، در ساير مناطق وجود ندارد. روند عمومي محورهاي P،T ، به ترتيب
٠٤٠-٠١٠ و ١٥٠-١٠٠ مي باشد.
مباني وارون سازي سازوکارهاي کانوني بر مبناي مولفه لغزش تنش برشي (SSSC)
در روش ٢٠٠٢ ,Angelier، دو مزيت عمده ، آنرا از ساير روش ها مجزا مي کند: اولا هيچ انتخاب پيشين بين صفحات گره اي وجود ندارد (٢٠٠٢ ,Angelier). ثانيا، تنسورهاي تنش به چهار مولفه مجهول کاهش پيدا مي - کنند و با حل چهار معادله چهارمجهولي ، به تفسير درباره رژيم تنش لرزه زمين ساختي پرداخته مي شود
(١٩٨٤ ,Angelier). اين چهار مولفه مجهول عبارت است از، جهت هاي سه محور اصلي تنش بهينه ଵߪ، ଶߪ و
ଷߪ(تنش هاي بهينه فشارشي ، خنثي و کششي ) و نسبت تنش تفاضلي اصلي نتايج نهايي ، هم به صورت عددي ، در سه دسته ارزياب ميزان پايداريرژيم تنش (ɘୟୡୡ)، ارزياب هاي تعيين درجه صحت تحليل انجام گرفته و پايداري مکانيکي تنسورهاي تنش به صورت ترسيمي (تصوير شده بر روي نيم کره پائيني شبکه هم مساحت اشميت ) ارائه مي شود. همچنين بر روي تصوير بدست آمده ، بيضي هاي اطمينان ٦٠، ٧٥ و ٩٠ درصد و حاشيه خطاي آزيموتي هر دسته از داده ها محاسبه مي شود.

شکل - .الف ). نمودار بلوکي گسل چپگرد معکوس ، براي نمايش مولفه لغزش تنش برشي (SSSC).n ، عمود بر صفخه گسل ، s، بردار لغزش واحد.
خط بندي بر روي گسلي ، مطابق با امتداد لغزش صفحه گسل مي باشد. فلش هاي سياه دلالت بر تنش برشي (τ) و بردار ɒୱ( SSSC) دارد. α، زاويه تنش برشي محاسبه شده و لغزش واقعي . ب). اختلاف در مقدار ɒୱ، با تغيير زاويه لغزشي -برشي (Ƚ). سه حالت مختلف با مدول تنش برشي مشابه
(ɒ):a( ) زاويه کوچک Ƚ:ɒୱ نزديک به ɒ و در نتيجه مقدار ɒୱ وɒ نيز نزديک به هم هستند، (b)زاويه Ƚ، نزديک به ٩٠ درجه و مقدار SSSC کوچک ، (c)زاويه منفرجه بزرگتر، مقدار ɒୱ نزديک به ɒ و نزديک به ɒA.
اين روش بر پايه مولفه لغزش تنش برشي (SSSC) استوار بوده (شکل ٣-الف و ب) و همانند بردار، τs، تصوير عمودي تنش برشي (τ) روي بردار لغزش (s) مي باشد. بر اين اساس ، اگر تنش محاسبه شده در خلاف جهت لغزش مشاهده شده عمل کند مقدار ، عددي منفي خواهد بود.تنش و بردارهاي مربوطه (شامل و τ)، همگي توسط روابط هندسي و رياضي محاسبه شده اند، بر خلاف S که بر روي گسل قابل مشاهده است .براي يک تنش برشي که زاويه مايل کوچکي با جهت لغزش دارد، مقدار SSSC مثبت بوده و بزرگاي آن نزديک به تنش برشي (ɒ) و در زاويه صفر مساوي با آن خواهد بود (شکل ٣- ب-a). همچنانکه زاويه α، به زاويه ٩٠ درجه نزديک مي شود، مقدار SSSC کوچک و کوچک تر شده و در زاويه ٩٠ درجه ، مقدار آن به صفر مي شود (شکل ٣ب - b). براي زواياي منفرجه ، مقدار SSSC منفي تر بوده و نزديک به بزرگاي تنش برش مي باشد و در زاويه ١٨٠ درجه به مقدار τA مي رسد (شکل ٣-ب -c).
پهنه بندي اوليه محدوده مورد مطالعه از لحاظ همسازي و يکنواختي نسبي رژيم تنش
چنانکه گفته شد، اولين فرض در استفاده از روش تحليل وارون تنش ، اين است که منطقه تحت تاثير يک رژيم تنش ميانگين بوده است (٢٠٠٢ ,Angelier). بدليل تنوع ساختاري و لرزه زمين ساختي استان فارس ، نياز بود که منطقه را به پهنه - هاي نسبتا مجزا از جنبه تغييرات روند ب الف محور تنش تقسيم کرده و سپس وش مذکور را براي آن به کار مي بستيم . درمرحله اول : با مشخص شدن کليات ساختاري گسل ها، از جمله ، روند، يب و سازوکار جنبشي آنها و همچنين ساختار چين ها (با استفاده از نقشه تکتونيک استان فارس ،تهيه شده توسط 1Slip Shear Stress Component

مولف )، گام بعدي تقسيم بندي محدوده مورد مطالعه ، به مناطقي با مشخصات ساختاري و زمين ساختي مجزا بود. در اين راستا، ابتدا پهنه بندي بر اساس گسل هاي فعال (مانند سامانه هاي گسلي ، کازرون ، کره بس ، سروستان ، حرم ، سبزپوشان ، مهارلو) صورت گرفته و برروي نقشهتکتونيک استان فارس آورده شد.در مرحلهبعد،منطقه را به چهارضلعي هايي با طول و عرض جغرافيايي نيم درجه تقسيم کرده (شکل ٤-الف ) و داده هاي سازوکار کانوني زمين لرزه ها و محورهاي P،B و T مشخص شده براي هر محدوده را به منظور پيش - بيني زمين آماري سوي تنش ميانگين بکار برديم . از طريق روش فضايي زمين آماري Michael در نرم افزار Zmap و تعيين رژيم تنش ، از طريق روش وارون سازي را جدا کرديم (شکل ٤-ب ). در اين نرم افزار، داده هاي محورهاي P،B و T و صفحات گره اي سازوکار کانوني هر محدوده را وارد نرم افزار Zmap کرده و با استفاده از روش وارون تنش ، امتداد و پلانج عمومي محورهاي تنش و مقادير ɔ،ɒ و مکانيسم جنبشي عمومي گسل هاي هر محدوده را مشخص مي کند. بر اين اساس ، چهارضلعي هاي مشابه يا نسبتا مشابه همجوار را با هم تلفيق کرده و به عنوان يک محدوده در نظر گرفتيم (بدليل وجود داده هاي لرزه اي بسيار کم نيمه شمال شرق استان ، اين محدوده در تحليل روش هاي وارون شرکت داده نشده است ). در نهايت ، پنج پهنه (A،B ،C ،D و E) با مشخصات روند تنش نسبتا مجزا بدست تخمين زده شد(شکل ٤-ج ).
انجام روش دووجهي مستقيم در محدوده مورد مطالعه
روش دووجهي مستقيم اولين بار توسط (١٩٧٧ ,Angelier and Mechler)، مطرح شده است و تخمين اوليه اي از سوگيري تنسورهاي تنش و مقدار تنش تفاضلي بدست مي دهد. در اينجا، بعد از پالايش اوليه داده هاي سازوکارکانوني ، تمام آنها در تحليل وارون داده ها به روش دووجهي مستقيم شرکت داده شده اند. نتايج عددي حاصل از کاربرد اين روش در پهنه هاي مختلف استان فارس ، در جدول ٢، و نتايج ترسيمي آن در شکل ٥- رديف الف ، آورده شده است . در اين تصاوير، روشن ترين نقطه ، محل محور تنش فشارشي ترجيحي و محل تيره ترين نقاط ، محورهاي تنش کششي و خنثي ترجيحي را نشان مي دهد. اين محورها بيشترين احتمال وقوع مکاني هر کدام از محورهاي اصلي تنش را نشان مي دهد. بنابراين نمي تواند به طور قطع ، به عنوان محورهاي تنش اصلي در نظر گرفته شود. همچنين مقدار تخمين اوليه مقدار ߮، را به عنوان تابعي از احتمال توزيع سه بعدي محورهاي اصلي بيان مي کند. مقادير ، پايداري مکانيکي مجموعه داده ها را بر اساس ميزان تمرکز محورهاي اصلي تنش ، نشان مي دهد. با استفاده از تنش تفاضلي نيز مي توان تخمين اوليه اي از مکانيسم جنبشي گسل هاي منطقه را بدست آورد. ، تعداد داده هاي شرکت داده شده در تحليل مي باشد.در استفاده از اين روش بايستي دو فرض را در نظر گرفت . اولا، تمام سازوکارهاي کانوني ، بطور مکانيکي همساز هستند، بدين مفهوم که همگي آنها تحت تاثير يک رژيم تنشي ميانگين بوده اند. ثانيا، تنش هموژن در قالب وضعيت محورهاي اصلي تنش و نرخ تنش تفاضلي ، تعريف شده باشد(جزئيات بيشتر در ١٩٨٩ ,١٩٧٥ ,Angelier).

تعيين تنسورهاي تنش و سوي رژيم تنش لرزه زمين ساختي ، در پهنه هاي مختلف استان فارس (A،B ،C ،D و E)
پهنه A:مقدار آستانه پذيرفتني برابر ٥٥ درصد، غيريکنواختي نسبي رژيم تنش لرزه زمين ساختي اين پهنه را بيان مي کند.چرا که با اين انتخاب ، تنها ٥٦ درصد داده ها در تحليل وارون شرکت داده شده اند. نزديک به قائم بودن محور تنش خنثي حاکي از مکانيسم جنبشي امتداد لغز گسل هاي اين پهنه دارد. مهمترين اين گسل ها، سامانه گسلي کازرون مي باشد که حرکت امتدادلغزي غالب آن ، از سوي چندين محقق به اثبات رسيده است . (مانند٢٠٠٥ ,Sepehr and Cosgrove ;٢٠٠٦ ,.Lacombe et al).
مقدار زياد پارامتر (متوسط نسبت تنش برشي به تنش برشي حداکثر)، ٧٧ درصد با انحراف استاندارد ١١ درصد و مقدار کم برابر ١٩ درجه ، با انحراف استاندارد ١١ درجه ، پايداري مکانيکي مجموعه داده هاي انتخاب شده (٥٦درصد داده ها) را نشان مي دهد. از مقدار برابر ٠.٣، مي توان مکانيسم جنبشي امتدادلغز معکوس گسل هاي فعال اين پهنه را استنباط کرد.به طور تجربي ثابت شده است که مقادير کم ، متوسط و بزرگ ، به ترتيب حکايت از مکانيسم حرکتي معکوس ، امتدادلغز و نرمال دارد (١٩٨٩ ,Angelier).
محدودتر بودن بيضي اطمينان محورهاي تنش فشارشي (σଵ)، يکنواختي بيشتر محور تنش بيشينه داده هاي سازوکار کانوني را نسبت به تنش بهينه فشارشي محاسبه شده نشان مي دهد(شکل ٥).
پهنه B:مقدار آستانه پذيرفتني براي اين پهنه ، ٢٥ درصد انتخاب شده است و با اين انتخاب ، ٧٠ درصد داده ها در تحليل شرکت داده شدند ( برابر با ٧٠ درصد). درصد کم مولفه آستانه پذيرفتني ، به مفهوم يکنواختي بيشتر رژيم تنشي در اين پهنه مي باشد.مقدار متوسط دلالت بر وجود مکانيسم هاي جنبشي امتداد لغز گسل هاي اين پهنه دارد. همچنين نزديکي تنش به وضعيت قائم و نيز غير افقي بودن تنش (شکل ٥- رديف ج )، مي توان سازوکار معکوس امتدادلغزي را نيز، براي گسل هاي اين پهنه در نظر گرفت .مطالعات ساختاري انجام گرفته توسط پژوهشگران مختلف (از جمله ,.Tavakoli et al ٢٠٠٦ ,Lacombe ;