بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحليل خطر استان کرمانشاه به روش احتمالاتي
خلاصه
فلات ايران يک ناحيه پهناورفشارشي درطول کمربندفعال کوهزايي آلپ -هيماليا است که در بين صفحه عربي درجنوب غرب و سپرپايداراوراسيا درشمال شرق قرارگرفته است .به طوري که فعاليت هاي نوزمين ساختي وتأثيرات متقابل قطعات سنگ کره بر هم ،زمينه لرزه خيزي به نسبت بالاي ايران رافراهم مي کند.منطقه موردمطالعه دراين بررسي،استان کرمانشاه درگستره جغرافيايي ́
٣٠.٤٥ تا ́٣٠.٤٨طول شرقي و٣٣ تا٣٦عرض شمالي مي باشدکه درايالت لرزه زمين ساختي زاگرس قرار دارد. دراين مطالعه ازداده هاي زمين لرزهاي کاتالوگ موسسه ژئوفيزيک تهران، پژوهشگاه بين المللي زلزله و مهندسي زلزله ، USGS و کاتالوگ زمين لرزه هاي تاريخي ايران استفاده شده است . چهار چشمه بالقوه لرزه زا در منطقه شناسايي و به صورت پهنه اي مدل شده اند. پس از برآورد پارامترهاي هر چشمه شامل مقادير b,a و بيشينه بزرگي مورد انتظار، شتاب حاصل از فعاليت چشمه ها به روش احتمالاتي براي دوره بازگشت ٤٧٥ سال برآورد شد. بيشينه شتاب زمين براي دوره بازگشت ٤٧٥ سال با استفاده از رابطه Ambraseys and (٢٠٠٣) Dauglas٠٢٧گال و براي رابطه (١٩٩٧ )Atkinsn٠٢٠گال به دست آمده است .
کليد واژه: تحليل خطر، زمين لرزه، چشمه زمين لرزه، بيشينه شتاب زمين
مقدمه
کشورايران به عنوان بخشي ازکمربندکوهزايي آلپ -هيمالياازلرزه خيزي بالايي برخورداراست ،به گونه اي که بخش هاي مختلف کشورايران توسط زمين لرزه هاي ويرانگرمتعدديپيوسته تخريب شده است .تحليل داده هاي لرزه اي دردوره هاي ١٩٠٠ تا ١٩٨٩نشان مي دهدکه تقريباهر٥سال به طورمتوسط يک زمين لرزه بابزرگي ٧درايران اتفاق مي افتدواثرات جدي برجامعه انساني واردمي سازد. باوجوداين که بيش بيني دقيق زمين لرزه هاي بزرگ امکان پذيرنيست . اين امکان وجود دارد که ماهيت ، بزرگي و مشکلي را که شهر يا منطقه با آن مواجه خواهد شد ارزيابي وبرآورد گردد.بنابراين مطالعات لرزه خيزي وپهنه بندي لرزه اي مناطق لرزه خيزکشورلازم وضروري مي باشد.در نقشه ١،ناحيه موردبررسي دراين مقاله ،منطقه اي به مرکزيت شهرکرمانشاه به شعاع حدود ١٥٠ کيلومتراست که درمحدوده جغرافيايي ́٣٠.٤٥ تا ́٣٠.٤٨درجه طول شرقي و٣٣ تا٣٦درجه عرض شمالي است ، نشان داده شده است . اين ناحيه درايالت لرزه زمين ساختي زاگرس واقع شده است .
نقشه ١:موقعييت محدوده مورد مطالعه
گسل هاي فعال منطقه
کرمانشاه يکي از استان هاي باختري ايران است که با کشور عراق هم مرز است . نشانه هاي نفتي موجود در بخش جنوبي اين استان سبب گرديده تا زمين شناسي اين استان براي اکتشافگران نفت جاذبه داشته باشد. اين استان در بين گسل هاي فعالي چون گسل پيرانشهر،که قطعۀ شمال باختري گسل اصلي زاگرس با درازاي ٩٥ کيلومتر با سازوکار غالب نرمال راستگرد معرفي مي کنند(نياسري و همکاران).و زمين لرزه هاي ٢٢ جولاي و ١٧ آگوست ١٩٦٤ ميلادي با بزرگاي حدود ٥.٥ که باعث تخريب بخش هايي از شهر پنجوين (شمال باختري مريوان، در عراق) و کشته شدن ٦ نفرگرديد، زمين لرزه ٢٥ اکتبر
١٩٧٠ با بزرگاي ٥ در نزديکي پيرانشهر که منجر به خسارت ديدن ١٥٠ خانه و مجروح شدن ٢٠ نفرگرديد و زمين لرزه ٢٨ نوامبر ١٩٦٩ با بزرگاي بين ٤ تا ٥ در جنوب پيرانشهر را به اين گسل نسبت مي دهند(c١٩٧٦ Berberian).گسل مرواريد، که اين گسل هم بخشي از گسل اصلي زاگرس است و در منطقه کامياران قابل رويت است . گسل صحنه که داراي ساختاري با سازو کار امتداد لغز فشاري است و در حال حاضر فعالبت لرزه اي قابل ملاحظه اي را نشان نمي دهد(٢٠٠٢,Mirzaei ang Gheitanchi).گسل نهاوند، اين گسل با طولي حدود ٥٥ کيلومتر از باختر بروجرد (در جنوب خاور) تا شمال باختر نهاوند با روند W N٤٠ قابل شناسايي است و از بخشهاي کوتاه و متعددي تشکيل گرديده است . اين گسل ها در نقشه ٢ نشان داده شده اند.
برآوردخطرزمين لرزه
هدف از برآورد خطر زمين لرزه، ارزيابي پارامترهاي جنبش زمين در ساختگاه مورد نظر، براي طراحي سازه هاي مقاوم در برار زلزله و داراي ايمني لرزه اي است (٢٠٠٢ ,Gupta).همچنين ، تحليل خطر لرزه اي مي تواند براي تهيه نقشه هاي پهنه بندي و ريز پهنه بندي در منطقه مورد مطالعه و مناطق نزديک آن استفاده شود(٢٠١٠ ,Ganapathy).
روش هاي تحليل خطرلرزه اي متدهايي هستندکه با استفاده ازآن هامي توان تاحدوديرفتارلرزه اي يک منطقه خاص راپيش بيني کرد.اين روش هابا استفاده ازپيشينه لرزه خيزي يک منطقه واستفاده از اطلاعات لرزه اي تاريخي ودستگاهي وبررسي هاي سايزموتکتونيک احتمال وقوع زلزله هاي بابزرگي مختلف رادرمنطقه موردمطالعه بررسي مي کند.
روشهاي برآورد خطر زمين لرزه را ميتوان به سه دسته تقسيم نمود (١٩٩٧ ,Mirzaei):
١) روش تجربي-آماري(Empirical-Statistical)
٢) روش قطعي يا تعيني (Deterministic)
٣) روش احتمالاتي(Prbabilistic)
در اين مطالعه از روش احتمالاتي استفاده شده است .
درروش احتمالاتي تحليل خطرلرزهاي تمام زمين لرزه هاوتمام چشمه هاي مهم بافاصله هاي مختلف ازساختگاه بادرنظرگرفتن احتمال وقوع تمام رويدادها،موردتوجه قرارمي -گيرند(عبادي و همکاران، ١٣٨٩).فرض اصلي در تحليل برآورد خطر زمين لرزه به روش احتمالاتي، اتفاقي بودن زمين لرزهها ميباشد و چون اين حوادث از نظر آماري مستقل هستند، تابع توزيع زمان وقوع اين حوادث با تابع توزيع پواسون بيانميشود. همچنين علاوه بر توزيع پواسون مدل ديگر به نام مدل تکراروجود دارد که در آن وقوع يک حادثه مرتبط با وقوع حوادث قبلي است (١٩٩٧ ,Heather).
مراحل تحليل خطرلرزه اي به روش احتمالاتي
برآورد خطر زمين لرزه به روش احتمالاتي شامل چهار مرحله اساسي است (١٩٦٨ ,Crnell):
١) شناسايي چشمه ها
٢) تعيين پارامترهاي لرزه خيزي
٣) انتخاب رابطه کاهندگي مناسب
٤) محاسبه پارامترهاي جنبش شديدزمين
تعيين چشمه هاي زمين لرزه
اولين گام در تحليل خطر لرزه اي، تعيين چشمه يا چشمه هايي است که قابليت وقوع زلزله در آن ها وجوددارد.تشخيص وتعريف چشمه ياچشمه هاي لرزه اي نيازبه اطلاعات دقيقي اززمين شناسي ساختماني،لرزه خيزي وزمين ساخت محلي ومنطقه اي دارد(پورکرماني وآرين ، ١٣٧٦).براي اين کارازنقشه هاي ماهواره اي،توپوگرافي،زمين شناسي،نقشه گسل هاي فعال وهمچنين نقشه رومرکززمين لرزه هاي ناحيه استفاده ميشود(١٩٩٠ ,Reiter).
به اين منظور نقشه گسل هاي فعال منطقه به همراه حل صفحه گسل ها (نقشه ٣) و پراکندگي زلزله ها در محدوده مورد مطالعه (نقشه ٤) تهيه شده است ، همانگونه که مشاهده مي شود روند گسل ها با تجمع زلزله ها در اطراف آن ها کاملا مشخص است با توجه به آن ها و اطلاعات زمين شناسي موجود چهار چشمه لرزه زا براي منطقه تعيين شد، که در نقشه ٥ نشان داده شده است .
نقشه ٣ سازوکارکانوني زمين لرزه هاي منطقه موردمطالعه (برگرفته ازسايت دانشگاه هاروارد)
بررسي پارامترهاي لرزه خيزي
براي تعريف پارامترهاي لرزه خيزي، ابتدا بايد يک رابطه معروف در مطالعات لرزه خيزي، مطرح شود:
رابطه بزرگي – فراواني (گوتنبرگ – ريشتر)، يکي از متداول ترين و شناخته شده ترين روابطي است که در مطالعات لرزه خيزي به کار مي رود.
در اين رابطه M معرف بزرگا و تعداد زلزله هايي است که از بزرگاي M بزرگتر و يا مساوي هستند، مي باشند. مقادير a و b ثابت هاي اين رابطه هستند.
در اغلب موارد رابطۀ تکرار، در فرم نرمال شدة آن رابطه ٢به کار برده ميشود.
که αوβ به صورت زير تعريف مي شوند:
معمولا در محاسبات مربوط به خطر لرزه اي، براي بزرگاي زلزله ها يک حد پايين تعريف مي شود که زلزله هاي با بزرگي کمتر از آن حذف مي گردند. علت اين امر، بي اهميت بودن زلزله ها با بزرگي کمتر از حد پايين در مسائل مهندسي سازه و همپنين کامل نبودن کاتالوگ زلزله ها در بزرگاي کوچک ، است . اين مقدار حداقل با Mmin نشان داده مي شود، در اکثر پروژه ها برابر ٤ در نظر گرفته شده است . . حال با قرار دادن اين مقدار حداقل در رابطه ،رابطه زير حاصل خواهد شد:
مقدار ν، که بيانگر تعداد زلزله هاي بزرگ تر يا مساوي، Mmin است ، نرخ فعاليت لرزه اي خوانده مي شود. پارامتر نرخ فعاليت لرزه اي، کاربرد زيادي در محاسبات مربوط به تحليل احتمالاتي خطر لرزه اي دارد. مقداربزرگاي بيشينه Mmax يا همان کران بالا، در رابطه گوتنبرگ - ريشتر براي تمام پهنه هاي سرچشمه محاسبه مي شود. اگرچنين بزرگايي معلوم باشد تابع توزيع تجمعي بزرگا براي حالت کراندار از پايين و بالابه صورت رابطه (٦)تعريف مي شود:
که با مشتق گيري، تابع چگالي احتمال به دست مي آيدرابطه (٧):
برآوردپارامترهاي لرزه خيزي
به منظور دست يابي به پارامترهاي لرزه خيزي در گستره طرح در اين مقاله از روش کيکو –سلوول (١٩٩٢,Kijk and Sellevll) استفاده شده است . زيرا اين روش امکان مي دهد عدم قطعيت بزرگي زمين لرزه و ناکامل بودن داده ها در تخمين پارامترهاي زلزله خيزي دخالت داده شود.
به طورکلي درمقايسه باروش گوتنبرگ-ريشتروروش برازش مقاديرنهايي،نتايج حاصل ازاين روش بسيارمعتبرتروداراي هم خواني بيشترباموقعيت چشمه هاي لرزه زاوفعاليت آن ها دارد.پراکندگي زمين لرزه هاوبه کارگيري توام زمين لرزه هاي تاريخي ودستگاهي سده هاي بيستم وبيست ويکم يک امرلازم براي پارامترهاي لرزه خيزي مي باشد.
نتايج نهايي حاصل از برآورد پارامترهاي لرزه خيزي با استفاده از روش ذکر شده براي هر يک از پهنه هاي فعال پيرامون ساختگاه در جدول (١) آورده شده است .
انتخاب روابط کاهندگي مناسب براي تحليل خطرلرزه اي درمنطقه موردمطالعه
روابط کاهندگي،جزئي کليدي درتحليل خطرلرزهاي به شمارمي روند(١٩٩٦ ,Jyner and Bre).
علي رغم تلاش هايي که جهت کنارگذاشتن اطلاعات موردترديدواستفاده ازاطلاعات کيفي و موزون انجام گرفته است ،مقداري پراکندگي در اطلاعات اجتناب ناپذيرخواهدبود. اين پراکندگي ازتصادفي بودن مکانيک شکست وازمتغيربودن وچندگانه بودن منبع زلزله ،مسيروحرکت امواج زلزله وشرايط ساختگاهي ناشي مي شود. اين پراکندگي اطلاعات حول مقدارميانگين ،تأثيري مستقيم برنتايج حاصل ازتحليل خطرلرزهاي مي گذارد،بنابراين الزامي است که به نحومناسبي واردمحاسبات شود. روش معمول درکمي کردن پراکندگي اطلاعات،استفاده ازانحراف معيار است
