بخشی از مقاله
چکیده
خسارات ناشی از زمین لرزه های اخیر نشان دهنده تاثیر به سزای شرایط سطحی و زمینشناسی ساختگاه است که می تواند باعث تقویت امواج لرزهای و ایجاد خسارات فراوان به سازه های قرار گرفته بر روی نهشته های کواترنری شود. بنابراین توصیه می شود مناطقی که مستعد تشدید ساختگاه هستند شناسایی و ویژگی های ژئوتکنیکی این مناطق برآورد شود. هدف تحقیق مورد نظر در این مقاله شناسایی مناطق مستعد تشدید اثر ساختگاه در دانشکده فنی دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان که در 35 کیلومتری جنوب شرقی شهر کرمان می باشد.
در این مطالعه به طور عمده، تعیین پارامترهای خاک از جمله بدست آوردن بسامد طبیعی و شاخص آسیب پذیری برای رسوبات آبرفتی مد نظر قرار گرفته شده است. برای پردازش داده ها از روش نسبت طیفی مؤلفه افقی به عمودی میکروترمورها - H/V - استفاده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده و انطباق آن با اطلاعات زمینشناسی و رده بندی زمین - توسط کمک پناه و همکاران، - 2002، مشخص شد که منطقه مورد نظر دارای فاکتور تشدید بالا و بسامد طبیعی پایینی می باشد، که باعث واتنش برشی بالا می شود و میزان شاخص آسیب پذیری لرزهای بالای را به همراه خواهد داشت.
بنابراین با توجه به اطلاعات بدست آمده از ویژگیهای تکتونیکی محدوده مطالعاتی و پتانسیل لرزه خیزی بالا و همچنین گسترش ساخت و سازها در منطقه می توان تمهیدات لازم را در زلزلههای آتی برای مقاوم سازی ساختمان ها و برنامه های مدیریت بحران پیش بینی کرد.
مقدمه
بسیاری از زمین لرزه های مخرب دهه های اخیر که از جمله آن ها می توان به زلزله مکزیکوسیتی 1985، نورث ریچ 1994، کوبه ژاپن 1995، ترکیه 1999 و بم 2003 اشاره کرد به روشنی مشخص ساخته اند که شرایط زمینشناسی و توپوگرافی سطحی، نقش مهمی در تقویت میزان جنبش نیرومند زمین بازی می کند
رسوبات مستحکم نشده می توانند هم باعث افزایش جنبش نیرومند زمین و هم مدت زمان آن شوند. شکل، درجه و بسامد تقویت موج بستگی به هندسه و خواص فیزیکی ساختارهای زیرسطحی و جنس رسوبات حوضه رسوبی دارد
یکی از روش های تخمین اثرات ساختگاهی استفاده از روش های تجربی-آزمایشی است که از رکوردهای جنبش زمین یا نوفه های محیطی جهت ارزیابی مشخصات اساسی جنبش مورد انتظار زمین، معمولا در حوزه فرکانس استفاده می کنند. توانایی میکروترمورها در ارائه منحنی پاسخ پایدار برای توصیف مشخصه ساختگاه و کم هزینه بودن و سریع بودن روش های مربوطه، از جمله ویژگی های استفاده از آن ها است
ناکامورا - 1989 - مطالعات گسترده ای بر روی میکروترمورها انجام داد و توانایی آن را برای انجام مطالعات ساختگاه نشان داد. او روش H/V یا نسبت طیفی مولفه افقی به قائم را برای برآورد پاسخ ساختگاه پیشنهاد داد و استفاده از ویژگی های موج S را برای تعیین بسامد تشدید و تقویت مربوط به ساختگاه، لازم دانست
-2 زمین شناسی و لرزه خیزی منطقه مورد مطالعه
دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان در انتهای بزرگراه هفت باغ علوی در محدودهای به وسعت 2500 هکتار و در فاصله 27 کیلومتری کرمان در جوار شهر تاریخی ماهان قراردارد. منطقه مورد نظر این پژوهش ساختمان در حال احداث دانشکده فنی و زمین های این مجموعه آموزشی هستند که در سال های آتی مورد بهره برداری قرار خواهند گرفت.
منطقه مورد پژوهش از دیدگاه تکتونیک ایران زمین در زون ایران مرکزی و در فروافتادگی کرمان - ماهان قرار دارد. فروافتادگی کرمان - ماهان خود قسمتی از فروافتادگی بسیار بزرگی است که بین مثلث ایران مرکزی و زون ارومیه دختر قرار دارد. بخش عمده ای از این فرو افتادگی از تلماسه پوشیده شده است و قسمت عمده آبریزهای منطقه به فروافتادگی کرمان - ماهان سرازیر می شوند
دشت ماهان در دامنه شمالی کوه بلند جوپار و دامنه غربی کوه پلوار متشکل از آهک های کرتاسه قرار گرفته است. این رسوبات کرتاسه از نظر وسعت و از نظر منابع آب مهم می باشند و رسوبات فوق توسط رسوبات ضخیم دیگر پوشیده می شوند که فاسیس آن از جنوب شرق به شمال غرب تغییر می نماید و جنس آن عمدتا از فلیش بوده که از لایه های آهک، مارن، ماسه سنگ، سیلت استون و شیل تشکیل شده است. نقاط برداشت در این پژوهش بر روی آبرفت های جدید، دشت های سیلابی، رسوبات و پادگانههای آبرفتی قدیمی و سفت نشده و نهشته های آبرفتی جوان قرار گرفته اند. ضخامت آبرفت دشت کرمان تا حد 230 متر توسط مشاهده مستقیم و استفاده از چاه های اکتشافی تایید شده است. اما با مد نظر گرفتن نتایج مطالعات ژئوالکتریک میتوان نتیجه گرفت که تغییرات ضخامت آبرفت در دشت کرمان- ماهان بین 30 تا 350 متر می باشد
منطقه اطراف شهر کرمان - جمعیت - 200000a پیشینه طولانی در زلزله های مخرب ثبت شده در دفاتر تاریخی نوشته شده از حدود سال های 1850 و یا رخداد های دستگاهی متعدد ثبت شده در حدود 30 سال پیش شامل سلسله زلزله های 1981 سیرچ و گلباف، 2003 بم و زلزله های اخیر دیگر همچون زلزله 2005 زرند دارد .[8] گسل های ناحیه کرمان، بیشتر دارای روندی شمال غربی - جنوب شرقی و تا حدی شمالی - جنوبی بوده که در نهایت به سمت غرب خمیدگی دارند. حرکت این گسلها غالبا از نوع امتداد لغز راستگرد و حاصل جنبش کوهزائی کاتانگایی در پرکامبرین پسین است، روند آنها نیز در بیشتر نقاط با روند های زمین ساختی مربوط به چینخوردگی کاتانگایی همخوانی دارد
شکل -1 نقشه زمین شناسی منطقه - اقتباس از نقشه 1:100000 کرمان - و ایستگاه های برداشت میکروترمور - نقاط صورتی رنگ -
-3 روش تحلیل میکروترمورها
سطح زمین همیشه در بسامد های مختلف در حال ارتعاش است؛ حتی در شرایطی که منابع فعال لرزهای در محیط موجود نباشند. این ارتعاشات ثابت خردلرزه و یا ترجیحا میکروترمور - microtremor - نامیده می شوند. دامنه این میکروترمورها بیش از حد کوچک است و با حواس انسان قابل احساس نیستند - . - 10-4 -10 -2 mm میکروترمورها در مطالعات لرزه نگاری به عنوان نوفه محیطی قلمداد می شوند
منابع تولید کننده میکروترمورها می تواند عوامل طبیعی نظیر باد، امواج دریا و اقیانوس ها و عوامل غیر طبیعی نظیر ترافیک و عوامل انسانی باشد. گوتنبرگ - 1958 - و آستن - 197 - ، 1 هرتز را حد بین ریز لرزه ها با بسامد پائین - منشاء طبیعی - و ریزارتعاشات با بسامد های بالاتر - منشاء انسانی - می دانند
میکروترمورها از جنبش امواج مختلفی تشکیل شده اند و نسبت طیفی مؤلفه افقی به قائم جنبش های زمین لرزه به شرایط ساختگاه مربوط می باشد. این نسبت برای سنگ سخت که سرعت موج برشی در آن زیاد است، نزدیک به 1 می باشد. در حالی که جنبش های ارتعاشات افقی و قائم، بهوسیله لایه های سطحی خاک روی بستر سخت، تقویت می شوند
داده های تجربی مختلفی تایید کردند که این نسبت ها بسیار پایدارتر از طیف های نوفه ای خام هستند. به علاوه، آنها بر روی ساختگاه های خاکی نرم، معمولا یک پیک واضح نشان می دهند که به خوبی با بسامد تشدید اساسی انطباق دارد
از آنجایی که در زمین لرزه انواع مختلفی از امواج ثبت می گردد و با توجه به اینکه غالبا تخریب های شدید توسط امواج درونی از نوع S حاصل می شود، در نتیجه برای محاسبه نسبت طیفی غالبا از فاز موج S استفاده می شود.[13] ساختگاه با نهشته های رسوبی مستحکم نشده بیشینه هایی را در نمودار طیفی دامنه هر سه منحنی شمالی - جنوبی، شرقی - غربی و قائم نشان می دهد
از لحاظ نظری امواج قائم تحت تاثیر مشخصات رسوبی قرار نمی گیرد. این امواج افقی هستند که پس از عبور از لایه های خاک دچار تشدید یا کاهش دامنه می شوند. در نتیجه نسبت طیفی امواج افقی به امواج قائم به دست آمده پس از عبور از لایه های خاک، بیانگر نحوه و میزان تاثیر لایه های خاک روی امواج زمین لرزه می باشد .[1] در عمل نسبت طیفی H/V، به صورتی ساده و به شکل زیر تعریف می شود:
که در اینجا EW و NS، معرف طیف مؤلفه های افقی شرقی - غربی و شمالی - جنوبی، می باشند و UD بیانگر مؤلفه قائم نگاشت ثبت شده است. ناکامورا بیان داشت که روش H/V، در شرایطی که یک تباین امپدانس بالا - در حدود - 4 بین لایه سطحی و سنگ بستر زیرین وجود داشته باشد میکروترمورها یک قله واضح از خود نشان می دهند که تا حد خیلی زیادی منطبق با بسامد اصلی تشدید منطقه است.
-4 شاخص آسیب پذیری
ناکامورا - 1997 - اقدام به معرفی شاخصی به نام شاخص آسیب پذیری زمین نمود. این شاخص نشان دهنده این مطلب است که یک ساختگاه یا ناحیه خاص، در زمان وقوع زمین لرزه تا چه اندازه ممکن است در معرض جنبش های مخرب زمین و یا استرین های برشی بالا قرار گیرد .[14] شاخص آسیب پذیری زمین در ارتباط با استرین برشی زمین قابل تخمین است. استرین برشی برابر حاصلضرب شاخص آسیب پذیری در بیشینه شتاب مورد انتظار حرکت زمین در نظر گرفته می شود
اگر خصوصیات لرزه ای ساختگاه که بر آسیب زمین لرزه تاثیر دارند به خوبی شناخته شوند، خسارات ناشی از زمین لرزه تا حد زیادی کاهش می یابد. بنابراین شاخص آسیب پذیری را می توان به عنوان شاخصی برای بیان تغییر شکل نقاط بررسی شده بیان کرد، مقدار شاخص آسیب پذیری در هر نقطه برداشت از رابطه زیر محاسبه می شود:
Ag فاکتور تقویت ساختگاه و Fg بسامد طبیعی ساختگاه است. مقدار شاخص آسیب پذیری برای هر ایستگاه برداشت داده های میکروترمور در جدول - 1 - آمده است. مقادیر بالای شاخص آسیب پذیری در منطقه نشان دهنده میزان بالای خسارت وارده در این منطقه در هنگام زمین لرزه است.
-5 اندازه گیری میکروترمورها در منطقه
ثبت کامل میکروترمورها شامل یک مؤلفه عمودی و دو مؤلفه افقی است و شامل برآورد نسبت بین طیف دامنه فوریه مؤلفه های افقی به مؤلفه عمودی نوفه های محیطی ثبت شده در یک ایستگاه منفرد است. پیک منحنی HVRS متناظر با بسامد غالب - دوره تشدید - ساختگاه می باشد
رکورد میکروترمورها باید بگونه ای باشد که اثر ساختگاه و سازه بر روی بخش مانای میکروترمورها بهخوبی ظاهر گردد. بنابراین رکورد میکروترمورها باید به اندازه کافی طولانی و متوالی باشد تا شرایط ساختگاه را بهتر نمایان سازد. همچنین شرایطی که رکورد میکروترمورها در آن انجام می پذیرد باید در تمامی نقاط یکسان باشد.[16] عوامل گوناگونی بر کیفیت و موثق بودن داده ها موثر هستند. وجود نوفه موجب کاهش بسامد طبیعی و افزایش فاکتور تقویت می شود
در این پژوهش برای به دست آوردن داده های مانا و بدون نوفه های گذرا برداشت میکروترمورها در ساعات آرام و خلوت و در 11 نقطه در اطراف و داخل محوطه ساختمان دانشکده فنی دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان صورت گرفت
