بخشی از مقاله
چكيده
سازوكارهاي كانوني زمينلرزهها گوياي اطلاعاتي از هندسه و بردار لغزش صفحه گسل و توزيع تنش در منطقه ميباشد، كه براي مطالعات ژئوديناميك، لرزهزمينساخت و تحليل خطر منطقه كاربرد دارد. در اين پژوهش، براي بررسي اينكه آيا دادهي نسبت دامنه امواج S/P، سازوكار كانوني زمينلرزههاي كوچك را بهبود ميبخشد، زمينلرزهاي بزرگ انتخاب شده است تا برآورد سازوكار كانوني آن به روش وارونسازي تانسور ممان ممكن باشد. نتيجهي حاصل براي زمينلرزهي بزرگ قابل تعميم به زمينلرزههاي كوچك ميباشد. سازوكار كانوني اولين رويداد اصلي زمينلرزه ٢١ مرداد ١٣٩١ اهر- ورزقان به سه روش، وارونسازي تانسور ممان، پلاريتي موج P و نسبت دامنه S/P باپلاريتي موج P محاسبه شده است. عدم قطعيت حل تانسور ممان گوياي قابل اعتماد بودن حل ميباشد. نتايج نشان ميدهد كه سازوكار كانوني روش نسبت دامنه امواج S/P پبالاريتي موج P و وارونسازي تانسور ممان نسبتاً مشابه ميباشند.
١ مقدمه
سازوكار كانوني زمينلرزه گوياي تغييرشكل در منطقه ناشي از انتشار امواج لرزهاي ميباشد. يكي از مهمترين اطلاعات براي مطالعه چشمهي زمينلرزهها، شكلموج ثبت شده در ايستگاههاي لرزهاي است، كه مشاهداتي نظيپرلاريتي اولين رسيد موج P ، دامنه امواج P و S را ميتوان استخراج كرد. همچنين ميتوان همه يا بخشي از شكلموج را براي مدلسازي مورد استفاده قرار داد. براي برآورد سازوكار كانوني زمينلرزهها، علاوه بر شكل موج زمينلرزهها، نيازمند آگاهي از موقعيت كانون، زمان وقوع زمين لرزه و مدل سرعت منطقه ميباشيم. سازوكار كانوني از حل مسئله معكوس نتيجه ميشود، كه براي اين منظور ميتوان از روشهاي وارونسازي يا مدلسازي مستقيم استفاده كرد. سازوكار كانوني زمينلرزههاي بزرگ Mw 3 - معمولاً - از روش وارونسازي تانسور ممان تعيين مي گردد. بيشتر زمينلرزهها كه با دستگاه هاي محلي و ناحيهاي ثبت ميشوند، كوچك بوده - Mw 3 - و بهآساني قابل مطالعه با روش وارونسازي تانسور ممان نميباشند. از طرفي زمينلرزههاي كوچك به دليل وقوع مكرر آنها براي مطالعه زمينساخت منطقه و تعيين توزيع تنش استفاده ميشوند. براي اين زمينلرزهها ميتوان روشهايي نظيرپلاريتي اولين رسيد موج P، دامنهي مطلق امواج P و S و يا نسبت دامنه امواج S/P را بهكار برد. ريزنبرگو اُپنهايم - ١٩٨٥ - روشي براي برآورد سازوكار كانوني با استفاده از مشاهده پلاريتي موج P ارائه دادند كه با مدلسازي چشمه نقطهاي و دو جفت نيرو، سازوكار كانوني را به روش مدلسازي مستقيم برآورد ميكند. روش هاردبك و شييرر - ٢٠٠٢ - براي برآورد سازوكار كانوني چشمه نقطهاي و دوجفت نيرو با استفاده از مشاهده پلاريتي موج Pعلاوه، بر خطا در مشاهده پلاريتي موج P، خطاي ممكن در محاسبه زاويه خروجي را نيز در نظر ميگيرد. هاردبك و شييرر - ٢٠٠٣ - نسبت دامنه S/P را بهعنوان كانسترينت، به روش قبلي خود افزودند. روش اسنك - ٢٠٠٣ - با مدلسازي چشمه نقطهاي و دوجفت نيرو، با استفاده از مشاهداتپلاريتي امواج P، SV و SH و نسبت دامنه SV/P، SH/P و SV/SH سازوكار كانوني را تعيين ميكند. هدف از اين پژوهش بررسي تأثير افزودن مشاهدات نسبت دامنه S/P بهپلاريتي موج P در برآورد سازوكارهاي كانوني زمينلرزههاي كوچك، ميباشد. از يك زمينلرزهي بزرگ بهعنوان مثال عددي استفاده ميشود، تا امكان مدلسازي شكلموج و وارونسازي مهيا شده و نتايج با روشپلاريتي موج P و روش نسبت دامنه S/P باپلاريتي موج P مقايسه گردد. نتيجهي حاصل براي زمينلرزهي بزرگ قابل تعميم به زمينلرزههاي كوچك ميباشد. براي اين منظور، اولين رويداد اصلي زمينلرزه ٢١ مرداد ١٣٩١ اهر- ورزقان با بزرگي Mw 6.4 در ساعت ١٥:٢٣:١٢ - به وقت - UTC مورد مطالعه قرار ميگيرد. ابتدا سازوكار كانوني زمينلرزه با برنامه آيزولا برآورد و عدمقطعيت آن بررسي ميگرددمجدداً. سازوكار اين زمينلرزه به روش پلاريتي موج P و روش نسبت دامنه S/P پبالاريتي موج P برآورد ميگردد.
٢ روش تحقيق
در اين بخش ابتدا روش وارونسازي تانسور ممان - برنامهي آيزولا، - سپس روش پلاريتي اولين رسيد موج - FPFIT - P و در نهايت روش نسبت دامنه S/Pبا پلاريتي موج - HASH - P شرح ميگردد. همچنين سازوكار كانوني اولين رويداد اصلي زمينلرزه ٢١ مرداد ١٣٩١ اهر-ورزقان به هر سه روش محاسبه مي گردد. اساس بهكار رفته در برنامهي آيزولا وارونسازي شكلموج كامل محلي و ناحيهاي، بر اساس روش كيكوچي و كاناموري - ١٩٩١ - ميباشد و توابع گرين به روش عدد موج گسسته بوشن - ١٩٨١ - محاسبه ميشود. در اين برنامه ضرايب مؤلفههاي تانسور ممان به روش كمترين مربعات و موقعيت نقطه و زمان ثقل به روش الگوريتم جستجوي شبكه برآورد ميشود - سوكوس و زاهرادنيك، ٢٠٠٨ و ٢٠١٣ - . با توجه به اهميت عدمقطعيت سازوكار كانوني در دههي اخير، در نسخهي ٢٠١٣ آيزولا كدي براي اين منظور اضافه شده است - زاهرادنيك و كستوديو، ٢٠١٢ - . براي برآورد سازوكار كانوني در برنامه آيزولا از موقعيت كانون، زمان وقوع زمينلرزه، مدل سرعت و دادههاي لرزهاي باندپهن پژوهشگاه بينالمللي زلزلهشناسي و مهندسي زلزله و دادههاي مركز لرزهنگاري جمهوري آذربايجان استفاده شده است. فرآيند وارونسازي طي سه مرحله با فرض تابع زماني چشمهي دلتا - Delta - و باند فركانسي ٠٥٥/٠ – ٠١٥/٠ انجام شده است. ابتدا جستجو در زير امتداد رومركز به منظور برآورد عمق ثقل انجام شد، سپس در صفحهاي به عمق ثقل در شبكهاي با فواصل ١٠ كيلومتري موقعيت مسطحاتي ثقل تعيين و در نهايت با فرض شبكهاي با فواصل ١ كيلومتري موقعيت مسطحاتي بهتر ثقل بهدست آمد. بهطوريكه طول و عرض جغرافيايي بهترتيب ٧٥٠٥/٤٦ و ٣٨٦٩/٣٨ و عمق ٤ كيلومتر نتيجه شد. همچنين ميزان دوجفت نيرو و بازهانش واريانس - Variance Reduction - بهترتيب ٩٤ و ٨٢ درصد بهدست آمد. شكل ١ نشانگر نتايج وارونسازي تانسور ممان، اعم از سازوكار كانوني برآورد شده به همراه ايستگاههاي لرزهاي، عدمقطعيت حل و تطابق پلاريتي موج P ايستگاهها در سازوكار كانوني برآورد شده ميباشد. زواياي راستا، شيب و ريك - Rake - بهترتيب برابر ٨٣، ٨٣ و ١٦٢ ميباشد.
تأثير نسبت دامنهي S/P در برآورد سازوكارهاي كانوني زمينلرزههاي كوچك ٦٨٨
شكل ١. الف - ايستگاههاي لرزهاي مورد استفاده و سازوكار كانوني برآورد شده - در موقعيت رومركز - . ب - نمودار هيستوگرام K-angle - كوچكترين زاويهي بين بردارهاي لغزش دو . - DC پ - مجموعهاي از حلهاي قابل قبول با توجه به عدمقطعيت حل، نزديك بودن صفحات به همديگر بيانگر كوچك بودن خطا و دقت بالاي نتايج ميباشد. ت - ميزان درصد دوجفتنيرو براي صفحات در شكل - پ - . ثنمايش - پلاريتي اولين رسيد موج P در ايستگاهها، كه نشانگر تطابق خوب پلاريتي ايستگاهها با حل تانسور ممان ثقل مي باشد. FPFIT سازوكار كانوني كه بهترين برازش را به مشاهداتپلاريتي موج P دارد، تعيين ميكند. وارونسازي با اجراي الگوريتم جستجوي شبكه كه مجموع وزندار و نرمالايز شده اختلافپلاريتيهاي مشاهداتي و محاسباتي را مينيمم مي كند، انجام ميشود. بهعبارتي مدلي كه تابع زير را مينيمم ميكند، حل موردنظر است - ريزنبرگو اُپنهايم، ١٩٨٥ - :
كه در آن N تعداد مشاهدات، k پpلاريتي مشاهداتي موج P در ايستگاه k، i,k پpلاريتي محاسباتي موج P در ايستگاه k و متناظر با مدل i - راستا، شيب و ريك - ، w k وزن مشاهداتي و w i,k وزن محاسباتي كه معادل با ريشهي مربعي و نرمالايز شده دامنه موج P مي باشد. وزن مشاهداتي بر اساس كيفيتپلاريتي موج P و وزن محاسباتي بر اساس فاصله از صفحات گرهي تعيين ميشود. براي برآورد سازوكار كانوني با اين روش، از موقعيت كانون و مدل سرعت پژوهشگاه بينالمللي زلزلهشناسي و مهندسي زلزله و ٥٨ ايستگاه لرزهاي كه قرائت پلاريتي در آنها ممكن بود، استفاده شده است. شكل ٢.الف نشانگر پلاريتي اين ايستگاه ها و صفحات گرهي - راستا ٩٠، شيب ٨٥ و ريك ١٨٠ - است.
برنامه HASH با مدلسازي چشمه نقطهاي و دوجفت نيرو، سازوكار كانوني كه بهترين برازش را بهمشاهداتپلاريتي موج P و نسبت دامنه امواج S/P دارد، برآورد مي كند. علاوه بر اضافه شدن مشاهدات نسبت دامنه S/P، روش برآورد سازوكار كانوني HASH با روش FPFIT، متفاوت است. چنانچه با فرض خطايپلاريتي موج P و نسبت دامنه امواج S/P سازوكارهاي كانوني پايدار باشد، ممكن است با در نظر گرفتن تغييرات كوچك در موقعيت كانون يا مدل سرعت ناپايدار شود. بر اين اساس در اين روش علاوه بر فرض خطايپلاريتي موج P و نسبت دامنه امواج S/P، خطا در زواياي خروجي نيز در نظر گرفته ميشود. در اين روش براي موقعيت اوليه چشمه و يك مدل سرعت، آزيموت و زاويه خروجي محاسبه و با اجراي الگوريتم جستجوي شبكه، مجموعهاي از سازوكارهاي كانوني به دست ميآيند. چندين بار الگوريتم براي تركيبهاي مختلف موقعيت چشمه و مدل سرعت تكرار ميشود و هر بار سازوكارهاي مورد قبول ذخيره ميشوند. حل نهايي با ميانگينگيري از جوابهاي مورد قبول به دست ميآيد. در صورتي كه چندين حل براي سازوكار كانوني برآورد شود، حل محتملتر به عنوان حل نهايي تعيين ميشود.
