بخشی از مقاله
چکیده
در شبیه سازی جنبش نیرومند زمین برای زمین لرزه اهر-ورزقان از روش تابع تجربی گرین استفاده شده است. در این روش با در نظر گرفتن رویدادهای کوچک - پیشلرزه یا پسلرزه ها - به عنوان تابع تجربی گرین، رویداد هدف شبیه سازی می شود. با توجه به اینکه برای زمین لرزه اهر-ورزقان پیشلرزه ای با رکوردی مناسب به ثبت نرسیده است، بر اساس شتاب نگاشت های ثبت شده مرتبط با زمین لرزه اصلی و پسلرزه های زمین لرزه اهر-ورزقان و مقایسه شتاب نگاشت های مشاهده ای و شبیه سازی شده، مدل سازی انجام و موقعیت زمین لرزه در طول جغرافیایی 38/45 درجه شمالی و عرض جغرافیایی 46/75 درجه شرقی تعیین گردید. راستا، شیب و ریک گسل زمین لرزه به ترتیب 256، 67 و 135 درجه برآورد گردیده است و ساز و کار به دست آمده امتداد لغز و راستگرد می باشد.
مقدمه
یکی از رویدادهای عظیم که در این کره خاکی به وقوع میپیوندد، زمین لرزه است. این رویداد سالانه به جان و مال بسیاری از انسانها خسارات فراوانی وارد میکند لذا دانشمندان با توجه به پیشرفت علم و فناوری در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای طراحی سازههای مهندسی مقاوم در برابر زلزله نمودند. یکی از عوامل مؤثر در طراحی یک سازه مهندسی نیروی زلزله است که برای در نظر گرفتن آن در طراحی سازه معمولاً از پارامتر شتاب زلزله استفاده میشود. با توجه به اینکه زلزلههای بزرگ دارای دوره بازگشتی طولانی میباشند و نیز بسیاری از مناطق لرزهخیز ایران فاقد رکورد مناسبی هستند، نیازمند تولید و شبیه سازی رویدادهای بزرگ محتمل با کمک جنبشهای کوچک زمین میباشیم.
به کمک روش تابع تجربی گرین قادر هستیم بر اساس روشهای آماری و ارتعاش تصادفی، نگاشتهای مصنوعی حرکات شدید زمین را شبیه سازی کنیم. پس با این تعاریف در مناطقی که دارای گسلش های زیادی است و زلزله اصلی روی نداده باید برای طراحی سازه های مقاوم لرزه ای به شبیه سازی شتاب نگاشت زلزله اصلی بپردازیم. استان آذربایجان نیز در مرز بین صفحات اوراسیا در شمال، آفریقا -عربستان در جنوب قرار داشته که به دلیل ادامه تنش های ممتد و برخورد صفحات با یکدیگر موجب تولید گسلش های فراوان در منطقه شده است. در تاریخ 21 مرداد 1391 دو زمین لرزه با بزرگی گشتاوری 6 در مقیاس ریشتر در ساعت 16:54 به وقت محلی و به فاصله 11 دقیقه و زمین لرزه دیگری با بزرگی 6/2 در مقیاس ریشتر به فاصله 10 کیلومتری از زمین لرزه نخست اتفاق افتاد و موجب کشتار و ویرانی بخش وسیعی از منطقه گردید.
به دنبال این دو زمین لرزه اصلی بیش از 4000 مورد پسلرزه که بزرگی آنها بین 5/7 تا 3/5 در مقیاس ریشتر بود در محدوده ای به شعاع 20 تا 25 کیلومتری در پیرامون زمین لرزه های اصلی رخ داد. لذا هدف ما در این مقاله شبیه سازی شتاب نگاشت های زلزلههای قوی استان آذربایجان با مدل تابع تجربی گرین برای طراحی سازههای مقاوم در برابر زلزله است.
شکل:1 نقشه لرزه خیزی منطقه آذربایجان شرقی به همراه ساز و کار زمین لرزه دوم در منطقه
مروری بر مطالعات انجام شده
اولین کوشش در زمینه تولید زلزلههای مصنوعی توسط Aki در سال 1968 و Haskell در سال 1969 صورت گرفت. Hanks و McGuire در سال1981و Boore در سال 1983 تکانه های قوی زمین را با استفاده از سری زمانی ارتعاشی تصادفی و با کمک مدل طیفی دور از گسل Brune که اثرات گسترش هندسی و کاهندگی را در نظر میگیرد، تولید کردند. Hutching در سال 1991 پیشنهاد استفاده از توابع گرین تجربی برای در نظر گرفتن اثرات مسیر انتشار و ... را با بکار بردن محدودهای از مدل گسیختگی Kinemati برای مدل سازی چشمه در پیش بینی تکانه های قوی زمین ارائه داد. هم اکنون نیز تحقیقات وسیعی برای اصلاح روشهای تولید زلزله موجود در حال انجام است که از جمله آنها میتوان به تحقیقات Irikura و Muramatu در سال 1982 و نیز Hutchings و همکارانش در سال 2007 و همچنین نیکنام و همکارانش در سال 2007 - استرالیا - اشاره کرد. ایده مطالعه زمین لرزه های بزرگ با استفاده از نگاشتهای زلزلههای کوچک که به عنوان تابع گرین تجربی - EGF - شناخته میشوند، برای نخستین بار توسط Hartzell در سال 1978 معرفی گردید.
روش شبیه سازی با استفاده از تابع تجربی گرین
روش تابع تجربی گرین بر این اساس بنا نهاده شده که جنبش زمین در یک ساختگاه مشخص از حاصل جمع یک سری حرکت بدست میآید که این حرکتها ناشی از شکست های منفرد قطعات کوچک روی صفحه گسل با تأخیر زمانی مشخص میباشند. فرض مهم این روش نقطهای بودن منبع در رویدادهای کوچک میباشد. مراحل ساخت حرکت مصنوعی زمین را میتوان بدین صورت خلاصه کرد: ابتدا مدل مناسب از سرچشمه و بزرگی زلزله هدف در ساختگاه مورد نظر انتخاب میشود. این مدل باید با توجه به مستندات زمین شناسی محل انتخاب شود. سپس ریز لرزه های ثبت شده با فواصل مشخص برای سرچشمه مورد نظر انتخاب می شوند.
این ریز لرزه ها، ویژگیهای اصلی سازوکارهای زلزله های بزرگتر را در بر دارند و نیز اثرات ساختار زمین شناختی بین منبع و ایستگاه نیز در آن لحاظ شده است. در مرحله بعد اندازه زلزله را میتوان بر حسب گشتاور لرزه ای انتخاب کرد. سپس سطح گسل بر حسب یک شبکه مقدماتی از اجزا محدود معین میشود. تابع تجربی گرین که در بالا به آن اشاره شد با ترتیب خواسته شده به هر یک از اجزا شبکه اثر داده میشود تا سرعت گسیختگی مناسب در تمام سطح گسل بدست آید و ضمناً گشتاور کلی خاص برای زلزله بزرگتر حفظ شود.
بر هم نهش را میتوان بر حسب طیفهای دامنه و فاز، به کمک برنامهی رایانهای تهیه شده انجام داد و شتاب نگاشت مصنوعی را در نقطهای سطحی در مجاورت تابع تجربی گرین ثبت شده اصلی، به دست آورد. سپس با جمع آثار کلیه قطعات، حرکت کلی زمین در ایستگاه مورد نظر محاسبه میگردد. برای شبیه سازی از روش ایریکورا، - 1986 - استفاده شده است. رابطه میان پارامترهای دو زلزله بزرگ و کوچک بر اساس قوانین مقیاس توسط کاناموری و اندرسون، - 1975 - معرفی گردید برای شبیه سازی به روش تابع تجربی گرین از روابط زیر استفاده می شود:
در رابطه فوق r ، فاصله تا چشمه رخداد کوچک، ro ، فاصله تا چشمه رخداد بزرگ، ri فاصله میان ایستگاه تا زیر گسل i ام و i فاصله میان چشمه تا زیر گسل i ام است. V r سرعت گسیختگی، V c سرعت امواج برشی، T زمان اوج رخداد بزرگ و ei عددی تصادفی میان w v r و v r w است که w خود بین صفر و یک تغییر میکند. - F - t نیز تابع فیلتر کننده برای تعدیل اختلاف زمان لغزش بین زلزله هدف و رویداد کوچک می باشد بر این اساس برای گسلی با طول L و پهنای W، تغییر مکان موج را می توان به صورت رابطه ساده زیر بیان نمود:
که در آن G تابع گرین و * معرف کانولوشن میباشد. برای شبیه سازی جنبش زمین، صفحه گسل به زیر گسلهای کوچکتری تقسیم بندی میگردد.
شکل :2 اجزاء شبکه بندی گسل
همانطورکه در شکل - 2 - مشاهده میکنید صفحات گسل رویداد اصلی و رویداد کوچک با ابعاد L W و l w رسم شده است که داریم . L / l W / w N در شکل وسط سمت چپ تابع فیلتر برای جبران اختلاف تابع لغزش حادثه بزرگ و کوچک رسم شده و در سمت راست تابع فیلتر اصلاح شده با کاهندگی نمایی را مشاهده میکنید. در نهایت در شکل پایین سمت چپ شکل نمادین دامنه طیف تغییر مکان دو حادثه که از قانون مقیاس مجذور امگا پیروی میکنند را رسم کردهایم که نسبت افت تنش دو حادثه C فرض شده است و در شکل سمت راست دامنه طیف شتاب دو حادثه که از قانون مقیاس مجذور امگا پیروی میکنند را مشاهده میکنید.
