بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تعیین میزان قفل شدگی در گسل هاي لرزه زا
با استفاده از داده هاي مشاهداتی GPS
- مطالعه موردي در جنوب ژاپن -
چکیده:
در این مقاله با استفاده از روش آنالیز برگشتی نشان داده ایم که می توان از داده هاي مشاهداتی ایستگاه هاي GPS که بر روي سطح پوسته زمین نصب گردیده اند، مناطق قفل شده سطوح گسل هاي فعال را شناسایی نمود. لذا با در نظر گرفتن 5 سال مشاهدات روزانه 124 ایستگاه دائمی GPS
در جنوب ژاپن علاوه بر تعیین میزان و توزیع جفت شدگی بین صفحه فرورانشی دریاي فیلیپین و صفحه آمور در طول تراف نانکایی و گودال ریوکیو، با استفاده از آنالیز برگشتی داده هاي مشاهداتی، تاثیر دیگر عوامل تکتونیکی را به طور همزمان بر روي تغییر شکل جزیره کیوشو مورد بررسی قرار داده ایم. در بخش شمالی تراف نانکایی، %96 جفت شدگی بین دو صفحه لیتوسفري در عمقی معادل
15 الی 25 کیلومتري و با میانگین کمبود لغزش 6/5 سانتیمتر در سال محاسبه گردید. میزان جفت شدگی به سمت جنوب در منطقه هیوگانادا به %48 تقلیل یافته و میانگین کمبود لغزش 3/2
سانتیمتر در سال را نشان میدهد.
نتایج حاصل از این تحقیق بوضوح نشان دهنده موقعیت کانونی یک زمینلرزه بزرگ در آینده را نشان می دهد. با توجه به نصب و راه اندازي شبکه ایستگاه هاي GPS دائم در سه سال اخیر در ایران، می توان امکان بسط مطالعات فوق را بر روي مناطق با خطر بالاي بروز زلزله مورد بررسی قرار داده و موقعیت کانونی زمینلرزه هاي آینده را تخمین زد.
کلمات کلیدي: تغییر شکل پوسته، سایزموتکتونیک، زمینلرزه، ژاپن، قفل شدگی، GPS
١
مقدمه:
زمینلرزه هاي مخرب متعددي بواسطه جایگاه تکتونیکی جزیره کیوشو در آن بوقوع پیوسته است(شکل .(1a توزیع کانونهاي سطحی زمینلرزه ها در ناحیه کیوشو می تواند نشان دهنده موقعیت گسل هاي فعال اصلی باشد (شکل .(1b
علاوه بر تراف نانکائی و گودال ریوکیو که مرزهاي مخرب بین دو صفحه آمور و فیلیپین می باشند، گسل هاي فعال متعددي در داخل خشکی نیز وجود دارند(شکل .(1c نصب و راه اندازي شبکه ایستگاه هاي دائمی GPS در ژاپن از سال 1994 توسط موسسه جغرافیایی آن کشور (GSI) ابزار جدیدي را براي متخصصین علوم زلزله فراهم نمود. شبکه مذکور به تدریج سرتاسر ژاپن را فراگرفت تا جائیکه امروزه با تعداد حدود 1200 ایستگاه دائمی یکی از بهترین شبکه هاي GPS دنیا را تشکیل می دهد. حجم بالاي اطلا عات GPS این شبکه در کنار طول مدت اندازه گیري نسبتا زیاد، امکان مطالعه تغییرات فضایی جفت شدگی بین صفحات فیلیپین و اوراسیا را براي ما ایجاد نمود.
در اینجا با استفاده از 5 سال داده هاي مشاهداتی 124 ایستگاه GPS دائم ژاپن از ژانویه 1998 تا دسامبر 2002،
جهت بررسی نحوه تاثیر عوامل متعدد و اصلی تغییر شکل پوسته اي جزیره کیوشو واقع در جنوب غرب ژاپن، عملکرد همزمان صفحه فرورانشی فیلیپین و حرکت صلب جزیره کیوشو را در نظر گرفته و بدنبال آن توزیع فضایی مناطق جفت شده (قفل شده) بین دو صفخه درگیر را همراه با میزان لغزش بین آنها محاسبه نموده ایم.
شکل (1 جایگاه تکتونیکی جزایر ژاپن و لرزه خیزي جزیره کیوشو. (a) صفحات تکتونیکی متعددي که در تغییر شکل پوسته اي
ژاپن مؤثر هستند- PC ،صفحه اقیانوس آرام، PHS صفحه دریاي فیلیپین، SCh صفحه جنوب چین،
AM صفحه آمور، EU صفحه اوراسیا، Okh صفحهاّخوتسک و NA صفحه شمال آمریکا. محدوده اشکال b و c توسط یک مستطیل کوچک در مرکز شکل نمایش داده شده است. (b) توزیع کانون هاي سطحی زمینلرزه هاي رخداده در ناحیه کیوشو در طول سال 2004 میلادي. (c) گسلهاي فعال و لرزه زا در ناحیه کیوشو؛ منحنی با رنگ نارنجی در جنوب شرق شکل نشان دهنده مرز فرورانشی PHS به زیر AM می باشد. خطوط قرمز رنگ گسلهاي فعال در داخل خشکی و نقاط آبی رنگ توزیع شبکه ایستگاه هاي دائمی GPS را نشان می دهند.
روش:
ارتباط بین جابجایی استاتیک در سطح زمین ( ( li(x ) با توزیع فضایی لغزش بر روي سطح گسل مسبب زمینلرزه را می توان در یک محیط الاستودینامیکی و با استفاده از روابط انتگرال خطی توصیف نمود (روابط 1و(2، .[1-5]
چگالی تنسور ممان بر روي سطح گسل P می باشد؛ همچنین مشتق تنسور گرین نسبت به صلبیت محیط؛ و ، اُمین مؤلفه بردارواحد می باشد که قائم بر سطح گسل است.
حال می خواهیم توزیع فضائی را با استفاده از داده های مشاهداتی سطحی بدست آوریم. لذا به منظور بازسازي تصویر استاتیکی توزیع لغزش بر روي سطح گسل از اعمال روش برگشتی [5] بر روي داده هاي مشاهداتی
GPS استفاده نموده ایم. در اینحالت با فرض مشخص بودن هندسه سطح گسل بعنوان یک پارامتر معلوم، تنها توزیع فضائی بردارهاي لغزش بر روي سطح گسل بعنوان پارامترهاي مجهول باقی می ماند. در نهایت می توانیم با انطباق توابع بنیادي، توزیع فضائی تنسور ممان لغزش را توصیف نموده و یک سري روابط خطی را براي داده هاي مشاهداتی ارائه نمائیم (رابطه .(3
که در آن Vik ، سرعت مشاهداتی در نقطه i و در جهت مؤلفه kاُم ؛ bj ، پارامترهاي مدل یا همان ضرایب انطباق توابع بنیادي؛ j ، تعداد پارامترهاي مجهول بر روي سطح گسل؛ eik ، خطاهاي اتفاقی شامل خطاي اندازه گیري و خطاي مدل؛ Mijk، پاسخ الاستیک نقطه i بر روي سطح زمین به بردار لغزش واحد در نقطه j بر روي سطح گسل می باشند. خطاي مدل بعلت نارسائی مدل فرضی به تعداد توابع بنیادي بکار گرفته شده بستگی دارد.
توزیع لغزش بر روي سطح گسل :
مجموعه عوامل مؤثر در تغییر شکل پوسته اي در کیوشو را می توان به چهار دسته اصلی تقسیم بندي کرد که عبارتند از لبه فرورانشی دریاي فیلیپین PHS)،) ساختمان تکتونیکی بخش مرکزي کیوشو تحت عنوان گرابن بپو-شیمابارا [6] (CKY)، بلوك شمالی قوس ریوکیو که بخش جنوبی کیوشو را در برگرفته (SKY) وحرکات آن تحت کنترل باز شدگی ترافاُکیناوا می باشد [7,8]، و آتشفشانهاي فعال موجود در این جزیره که از مهمترین آنها می توان به ساکوراجیما در جنوب کیوشو اشاره نمود.
با استفاده از روش برگشتی، توزیع فضائی لغزش ها بر روي هر یک از منابع تغییر شکل را بادر نظر گرفتن تأثیر همزمان آنها تخمین زده ایم (شکل .(2 راستاي میانگین بردارهاي لغزش بر روي بخش هاي AوB صفحه فرورانشی
