بخشی از مقاله
چكيده
توابع گرين امواج ريلي و لاو براي فواصل بين چشمه لرزه اي و ايستگاه ها، با استفاده از دادههاي رويدادهاي ثبت شده تعريف ميگردد. با استفاده از سيگنال هاي خردلرزههايي با بزرگي كمتر از ٤، منحنيهاي پاشندگي سرعت گروه امواج ريلي و لاو جهت انجام فرايند توموگرافي دو بعدي محاسبه ميشود. با بكارگيري نقشههاي دو بعدي حاصله، منحنيهاي پاشندگي سرعت گروه در هر سلول جغرافيايي تعيين ميگردد.
سپس با انجام فرايند وارونسازي غيرخطي يك بعدي براي پارامتر داده - منحنيهاي پاشندگي در هر گره - سرعت موج برشي عمودي و افقي در هر سلول جغرافيايي محاسبه ميگردد. با استفاده از سرعتهاي موج برشي عمودي و افقي در هر عمق، ناهمسانگردي شعاعي بصورت تابعي از عمق در هر سلول محاسبه ميگردد. لذا با كنار هم قرار دادن توابع يكبعدي ناهمسانگردي ميتوان نقشههاي دو بعدي ناهمسانگردي را ترسيم نمود.
١ - مقدمه
امروزه زلزلهشناسي از سيگنال هاي ثبت شده زمينلرزه هاي رويداده با استفاده از روشهاي بسيار متفاوتي، ساختار درون زمين - آنوماليهاي سرعتي ، چشمهها و غيره - را تعيين مينمايد. تعدادي از اين تكنيكها وابسته به بخش يا نوع خاصي از امواج در زمين - مانند موج P، S و يا امواج سطحي و غيره - ميباشد - استين و ويسن، ٢٠٠٣ - . دو نوع امواج سطحي، نوع ريلي و لاو شناخته شده اند كه در نزديكي سطح زمين منتشر ميشوند. اين امواج در اثر تداخل امواج P و SVدر سطوح مشترك در زمين ايجاد ميگردند.
در اين مطالعه از رويدادهاي زمين لرزههايي استفاده ميكنيم كه داراي بزرگي كمتر از ٤ و در گستره تهران و با شعاع كمتر از ١٠٠ كيلومتر اطراف شهر تهران رويداده باشند - شكل ١ - . همچنين كليه شكلموجهاي مورد استفاده، داراي نسبت سيگنال به نوفه بالاتر از ٤ مي باشند كه داراي خطاي مكانيابي كمتر از km ٥.٣ هستند. از طرفي كليه سيگنال هاي با بزرگي كمتر از ٣ در فواصل بيش از km ٥٠ از فرايند پردازشي كنار گذاشته شده اند. منطقه مورد مطالعه، شامل بخشهايي از دامنه هاي جنوبي البرز مركزي مي باشد. كوتاه شدگي كلي شمالي -جنوبي رشته كوه البرز ناشي از برخورد اوراسيا -عربي در محدوده طول جغرافيايي ٥.٥٠ درجه از ميوسن به بعد در حدود ٣٠ كيلومتر، به عبارتي ٢٥ تا ٣٠ درصد پهناي رشته كوه، برآورد شده است.
از عوارض اين فرايند تكتونيكي مي توان به تعدد گسلهاي منطقه مورد مطالعه اشاره نمود. از مهمترين گسلهاي موجود در اين منطقه كه منشاء بسياري از زمينلرزههاي تاريخي در اين گستره ميباشند، ميتوان به گسل مشاء، گسل شمال تهران، گسل شمال و جنوب ري، گسل كهريزك و پارچين اشاره نمود. طول گسل پارچين از جنوبغربي ايوانكي در شرق تا شمال كوه بيبي شهربانو در غرب به ٧٠ كيلومتر ميرسد. جهت اين گسل شمالغربي-جنوبشرقي و شيب آن به سمت شمالشرق ميباشد. مؤلفه اصلي دگرشكلي در اين گسل فشاري همراه با يك مؤلفه امتداد لغز راستگرد ميباشد
در اين مطالعه با استفاده از توموگرافي امواج سطحي در ايستگاههاي موجود در گستره مورد مطالعه، نقشههاي دوبعدي سرعت موج برشي و ناهمسانگردي و همچنين پروفايل عمودي ناهمسانگردي شعاعي عمود بر گسل پارچين - شكل١ - را در ٥ كيلومتر بالايي پوسته گستره مورد مطالعه را تعيين ميگردد.
شكل ١.اختلاف تعداد خطوط چشمه-گيرنده براي امواج ريلي و لاو در گستره مورد مطالعه. مثلث هاي سياه ايستگاه هاي لرزه نگاري، و خطوط قرمز گسل هاي اصلي را نشان مي دهند. پروفايل A-A'، B-B' و C-C' در شكل ٣ استفاده مي شود.
٢ روش تحقيق
در اين مطالعه از دادههاي رويدادهاي ثبت شده در شبكه لرزهنگاري دائم سازمان پيشگيري و مديريت بحران شهر تهران - TDMMO - و مركز لرزهنگاري كشور - IRSC - استفاده شده كه موقعيت ايستگاههاي مورد نظر در اين مطالعه در شكل١ مشخص شده است. شبكه TDMMO متشكل از ١٣ ايستگاه - مثلثهاي سياه در شكل ١ - و شبكه IRSC داراي ١٨ ايستگاه پريود كوتاه - مثلثهاي خاكستري در شكل ١ - در گستره مورد مطالعه ميباشد. بازه زماني دادههاي مورد استفاده بين سالهاي ٢٠٠٤ تا ٢٠١٦ ثبت شده اند.
بعد از جدايش داده هاي با كيفيت مطلوب با استفاده از شرايط ذكر شده، آنها را از راستاي - E,N - به راستاي - R,T - ، مي چرخانيم. سپس مقدار ميانه و روند روزانه را از شكل موج دادهها حذف مي نماييم. مطالعات لين و همكاران - ٢٠٠٨ - نشان ميدهد كه امواج ريلي حاصل از توابع همبستگي مولفههاي Z-Z داراي نسبت سيگنال به نوفه بالاتري از توابع همبستگي مولفههاي R-R ميباشد، لذا در ادامه پردازشها در اين مطالعه از سيگنالهاي حاصل از مولفههاي Z-Z استفاده مي نماييم. در گام بعد، منحنيهاي پاشندگي سرعت گروه امواج ريلي و لاو را با استفاده از تحليلهاي زمان-فركانس - هرمن و آمون ٢٠٠٢ - محاسبه ميگردد.
همچنين براي تهيه نقشههاي پايدار با كيفيت و تفكيك پذيري بالا، شرط گزينشي Δ≥3λ بر منحنيهاي پاشندگي، پيش از ادامه روند پردازشي اعمال ميگردد. سپس مقادير زمانسير هر پريود بصورت مجزا، بعنوان پارامترهاي ورودي فرايند توموگرافي دو بعدي محاسبه ميگردد.
در اين مطالعه از سلولهاي سرعتي پارامتر مدل با ابعاد جغرافياي ٥.٣ × ٥.٣ كيلومتر در پريودهاي ١ تا ٣ ثانيه براي تهيه نقشههاي دوبعدي سرعت گروه امواج ريلي و لاو استفاده شده است. سرعت زمينه ورودي پارامتر مدل با استفاده از مقادير سرعت گروه متوسط در هر پريود و همچنين پارامترهاي بهينهسازي نظير ميرايي، damping، و هموارسازي، smoothing، بطور مجزا براي امواج ريلي و لاو با استفاده از منحنيهاي ال استاندارد، standard L-curves، در هر پريود تعيين مي گردد.
بعد از فراهم آمدن نقشههاي سرعت گروه در بازه پريودي ٣-١ ثانيه با فواصل ٢.٠ ثانيهاي، براي هر نقطه جغرافيايي در گستره مورد مطالعه ميتوان منحني پاشندگي سرعت گروه را با در نظر داشتن تمامي نقشههاي سرعت گروه تعيين نمود. به منحنيهاي پاشندگي حاصل از اين روش، منحنيهاي پاشندگي محلي سرعت گروه، local group velocity dispersion curves، براي هر نقطه جغرافيايي گويند. شكل 2a مثالي از منحنيهاي پاشندگي محلي سرعت گروه مرتبط با امواج ريلي - خط سياه - و لاو - خط خاكستري - را نشان مي دهد.
در مرحله بعد با استفاده از فرايند وارونسازي غيرخطي منحنيهاي پاشندگي محلي سرعت گروه در هر سلول جغرافيايي، سرعت موج برشي را بصورت تابعي از عمق براي سلول جغرافيايي مربوطه محاسبه مينماييم. براي اين منظور، نيم فضايي از سطح به ضخامت km٥ را بعنوان پارامتر مدل اوليه در نظر گرفته ميشود، كه اين نيم فضا متشكل از لايههايي به ضخامت m ٢٠٠ ميباشد.
همچنين سرعت موج برشي در پارامتر مدل، در هر لايه ثابت km/s - ٨.٣ - ميباشد. لذا هيچ لايهاي با سرعت كمتر از لايه فوقاني خود در پارامتر مدل اوليه موجود نميباشد. همچنين بهينه مقدار ميرايي از پارامترهاي بهينهسازي فرايند وارونسازي، با استفاده از منحنيهاي ال استاندارد تعيين ميگردد. شكل 2b مثالي از سرعت موج برشي افقي - VSH، خاكستري - و قائم VSV - ، سياه - را نشان مي دهدسپس. با جايگزيني نتايجِ وارونسازي منحنيهاي پاشندگي محلي سرعت گروه در هر نقطه جغرافيايي از گستره مورد مطالعه، مدل سرعت موج برشي - عمودي و افقي - بصورت توابعي از طول جغرافيايي، عرض جغرافيايي و عمق بدست ميآيد.
شكل ٢. الف - منحني هاي پاشندگي امواج ريلي و لاو بترتيب با رنگ هاي سياه و خاكستري نشان داده شده است.
ب - سرعت موج برشي مولفه قايم - VSV - و مولفه افقي - VSH - با رنگ هاي سياه و خاكستري مشخص شده اند.
ج - ناهمسانگردي شعاعي بصورت تابعي از عمق ترسيم شده است.
شكل ٣. پروفايل هاي عمودي ناهمسانگردي شعاعي A-A'، B-B' و C-C' بر روي گسل پارچين.
