بخشی از مقاله
مقدمه
در حالی که در کشور ما ایران، زلزله عامل مهمی در طراحی سازهها و تعیین نیروي مؤثر بر آنها است، اما دادههاي زیادي از زلزلههاي بزرگ در ایران موجود نیست که این موضوع به علت زمان بازگشت بالاي زلزلههاي قوي در این ناحیه و قدمت نسبتاً کم شبکه لرزهنگاري
در کشور است. به همین سبب استفاده از روشهاي شبیهسازي براي پی بردن به مشخصات گسلهاي زلزلههاي قدیمی مفید خواهد بود.
در اغلب شبیهسازيهاي انجام شده براي شبیهساز زلزله از یک نوع شبیهسازي (کاتورهاي یا تعینی) استفاده شده است. اما روشهاي کاتورهاي
(تصادفی) در شبیهسازي فرکانسهاي بالا داراي عملکرد بهتري هستند و روشهاي تعینی در شبیهسازي فرکانسهاي پایین بهتر عمل میکنند که در هر شبیهسازي بنا به نظر محققین از هر یک از آنها استفاده میشود. به عنوان مثال اینگار و راجو کانت [1] با توجه به دادههاي ریزلرزه نگاري اقدام به شبیهسازي زلزلهي 21 ژانویه 2001 میلادي در ناحیه کاچ کشور هندوستان کردند و پس از اجراي مدل، نتایج به دست آمده
براي حداکثر جابجایی را با استفاده از رابطهاي تجربی که بین حداکثر تغییر مکان و حداکثر شتاب بر اساس دادههاي جهانی به دست آورده
بودند به حداکثر شتاب تبدیل کرده و سپس میزان حداکثر شتاب را در هر نقطه به دست آوردند.
با توجه به عملکرد هر یک از روشهاي کاتورهاي و تعینی، در سالهاي اخیر تلاش شده که در شبیهسازي از مزایاي هر یک از روشها
در جاي خود استفاده شود، به همین سبب پیشنهاد شده است که براي شبیهسازي قسمتهاي فرکانس بالا از روشهاي تصادفی و براي شبیهسازي قسمتهاي فرکانس پایین از روش تعینی استفاده شود و در نهایت این دو با یکدیگر ترکیب شده و جواب نهایی به دست آید.
به عنوان نمونه زینه [2] براي شبیهسازي زلزلهي تاریخی شهر دمشق که در سال .1759م به وقوع پیوسته، از روش ترکیبی استفاده کرده
است.
در تحقیق حاضر نیز براي پی بردن به مشخصات چشمه لرزهزاي، زلزلهي رودبار و منجیل (در سال (1369 از ترکیب دو روش تعینی و کاتورهاي استفاده شده است. در ادامه به معرفی زلزلهي رودبار و منجیل، روش مدلسازي، سناریوهاي مورد بررسی و در نهایت نتایج به دست آمده، پرداخته میشود.
سال دوم، شماره 1، بهار 1394 6
نشریه علمی - پژوهشی مهندسی سازه و ساخت انجمن مهندسی سازه ایران
-2 معرفی زلزله
زلزله رودبار و منجیل در تاریخ 30 خرداد 1369 شمسی 20) ژوئن (1990 در ناحیه البرز اتفاق به وقوع پیوست. این زلزله با بزرگاي
گشتاوري 7,3 از بزرگترین زلزله هاي ثبت شده در ایران است .[3] گسل ایجاد کننده زلزله در ناحیه لرزهاي البرز واقع شده است. تلفات
جانی این زلزله به40000 نفر رسید و حدود 200000 نفر را بیخانمان ساخت. در شکل زیر محل گسل ایجاد کننده زلزله رودبار و منجیل مشاهده میشود.
شکل -1 گسل مسبب زلزله رودبار و منجیل و موقعیت آن در ایران. [4]
-3 مشخصات گسل
بر اساس مطالعات ریز لرزه نگاري کامپوس [7]، مشخصات کلی گسل مطابق این مقاله در نظر گرفته شده است که عبارتند از: صفحه
گسل به طول 90 کیلومتر و عرض 20 کیلومتر با زاویهي گسل301 1 درجه و زاویهي شیب82 2 درجه و فاصله لبه بالاي گسل تا سطح
زمین برابر 1 کیلومتر. توزیع لغزش بر روي گسل با توجه به پیشنهاد کامپوس در نظر گرفته شده است. هر چند که عامل به وجود آورندهي زلزله رودبار و منجیل سه گسل بسیار نزدیک و با زاویههاي تقریباً یکسان هستند اما براي ساده شدن مدل، گسل به عنوان یک صفحه مسطح در نظر گرفته شد.
جدول -1 مدل سرعت زمین مورد استفاده در این تحقیق
چگالی لایه (کیلوگرم بر متر مکعب) سرعت موج برشی (متر بر ثانیه) سرعت موج فشاري (متر بر ثانیه) عمق بالاي لایه (متر)
2100 1000 1900 0
2100 1600 2600 100
2100 1900 3300 200
2400 2000 4000 300
2600 3130 5400 1300
2696 3420 5900 12000
2784 3652 6300 14000
3363 4754 8200 35000
Z مختصات عمق بالاترین قسمت لایه از سطح زمین است.
1- Strike
2- Dip
سال دوم، شماره 1، بهار 7 1394
نشریه علمی - پژوهشی مهندسی سازه و ساخت انجمن مهندسی سازه ایران
مرکز زلزله بر اساس آنچه که کامپوس [5] اعلام کرده است، خارج از صفحه گسل واقع میشود که به شبیهسازي این تحقیق کمکی
نمیکند. بنابراین با توجه به مقاله 2010 میلادي بربریان و واکر [4] مرکز زلزله36,82 شمالی و 49,40 شرقی در نظر گرفته شد که مطابقت خوبی با مدل کامپوس که کانون زلزله را در فاصله 65 کیلومتري از انتهاي جنوب شرقی و 25 کیلومتري از انتهاي شمال غربی
گسل معرفی میکند، دارد.
مدل اولیه زمین براي استفاده در شبیهسازي تعینی، با توجه به تحقیقات تاتار و هاتزفلد [6] در نظر گرفته شد. سپس با استفاده از روابط
تجربی که بروکر [7] میان سرعت موج برشی، موج فشاري و چگالی ارائه کرده، جدول 1 براي مدل زمین به دست آمده است.
-4 روش شبیه سازي
در این تحقیق پس از مشخص نمودن مختصات و ویژگیهاي گسل، سناریوهاي مختلف براي شبیهسازي تهیه میشود. شبیهسازي رکوردها در ایستگاههاي مورد نظر با دو روش تعینی و کاتورهاي انجام میشود و سپس یک فیلتر پایین گذر بر روي شتابنگاشت شبیه سازي شده با
روش تعینی و همچنین یک فیلتر بالا گذر بر روي شتابنگاشت کاتورهاي اعمال میشود. سپس این دو شتابنگاشت در فضاي زمان با
یکدیگر جمع میشوند تا شتابنگاشت نهایی را تشکیل دهند.
از آنجا که روش کاتورهاي براي شبیهسازي بسامدهاي بالا و روش تعینی براي شبیهسازي بسامدهاي پایین مناسب هستند، حد مرز بین استفاده از روش کاتورهاي و تعینی فرکانس 1/5 هرتز در نظر گرفته شده است.
شبیه سازي تعینی با استفاده از برنامه AXITRA3 انجام گرفته است. این برنامه از روش گسل محدود4 که یک روش تعینی است، استفاده میکند. این برنامه با در نظر گرفتن مختصات مدل زمین، مختصات ایستگاههاي مورد نظر و گسل، همچنین میزان و جهت لغزش و مختصات و ابعاد هر زیرگسل، تابع گرین مربوطه را ایجاد کرده و سپس بنابر تعریف کاربر، این تابع گرین را در تابع زمان خیزش براي هر زیرگسل ضرب کرده و شتابنگاشت را ایجاد میکند.
سناریوهاي وقوع زلزله براي دو پارامتر سرعت گسیخگی5 و زمان خیزش6 براي زیرگسلها7 در نظر گرفته شده است.
شبیهسازي کاتورهاي با برنامه EXSIM انجام شده است که این برنامه از روش احتمالی بور استفاده میکند. در این تحقیق از ویرایش سال
2012 .م نرم افزار استفاده میشود. این نرم افزار با داشتن مختصات جغرافیایی گسل و ایستگاهها، مدل گسترش امواج، نوع زمین و ... براي هر ایستگاه شتابنگاشت را تهیه میکند. با توجه به اینکه روش کاتورهاي مورد استفاده این نرمافزار فرکانسهاي بالا را بهتر مدل میکند و قسمت فرکانس پایین در شتابنگاشتهاي این نرمافزار بیشتر بر اساس روابط تجربی به دست میآید، در تحقیق حاضر از، از قسمت فرکانس بالاي این شتابنگاشتها استفاده شده است و قسمت فرکانس پایین آن فیلتر شده است.
-5 مدل مورد استفاده
در مدل مورد استفاده در نرم افزار AXITRA (قسمت فرکانس پایین) 54 زیرگسل در نظر گرفته شده است که هر زیر گسل داراي طول
3,33 کیلومتر (در راستاي امتداد گسل) و 10 کیلومتر عرض (در راستاي عمق گسل) است. میزان لغزش هر زیرگسل بر اساس مدل
کامپوس در نظر گرفته شده است.
-3 این برنامه توسط اولیور کوتانت (Olivier Coutant) تهیه شده است. در این تحقیق از نسخه سال 2008 میلادي استفاده شده است.
سال دوم، شماره 1، بهار 1394
4- Finite fault 5- Rupture velocity 6- Rise time 7- Sub-fault
8
نشریه علمی - پژوهشی مهندسی سازه و ساخت انجمن مهندسی سازه ایران
مدل ارائه شده توسط کامپوس، داراي 9 زیر گسل در راستاي امتداد گسل است که هر زیر گسل 10 کیلومتر طول و 20 کیلومتر عرض
دارد. در ابتدا این مدل براي شبیه سازي در نظر گرفته شده بود اما نتایج به دست آمده از مدل داراي 9 زیرگسل مناسب نبوده و به علت کم بودن تعداد زیرگسلها، فعال شدن هر زیرگسل یک پالس جداگانه ایجاد کرد که در عمل انطباق مناسبی با رکوردهاي مشاهده شده
نداشت. به همین سبب هر زیر گسل در مدل کامپوس به 6 زیرگسل تقسیم شد تا نتایج از پیوستگی مناسبی برخوردار باشد.
مدل مورد استفاده در نرمافزار EXSIM براي به دست آوردن قسمت فرکانس بالاي رکورد مشابه مدل مورد استفاده رحیمی [7] میباشد
که در آن میزان افت تنش برابر 140 بار در نظر گرفته شده است.
-6 بررسی سناریوها
سناریوهاي براي دو عامل »سرعت گسیختگی«8 و »زمان خیزش«9 به عنوان دو پارامتر مجهول اصلی در مدل با حل تعینی (نرمافزار
(AXITRA مورد بررسی قرار گرفتند.
با توجه به مقاله کامپوس، براي سناریوي سرعت گسیختگی، سرعتهاي 2300، 2500، 2700و 2900 متر بر ثانیه در نظر گرفته شد.
تابع زمان خیزش، رمپ در نظر گرفته شد که با توجه به تجربه قبلی از کاربرد نرمافزار AXITRA این نوع تابع زمان خیزش، جوابهاي نزدیکتري به واقیت دارد. سناریوهاي زمان خیزش، براي هشت زمان 0/5 ، 1/0 ، 1/5 ، 2/0، 2/5، 3/0، 3/5 و 4/0 ثانیه در نظر گرفته شد.
پس از ساختن مدل گسل با پارامترهاي هر سناریو، باید براي تشخیص میزان نزدیک بودن هر سناریو با واقعیت، ملاکی مد نظر قرار بگیرد.
در این تحقیق براي بررسی این مطلب هفت ایستگاه که در زلزله رودبار و منجیل شتابنگاشت ثبت کردهاند، مد نظر قرار گرفته است که این ایستگاهها در جدول 2 آورده شده است.
جدول -2 ایستگاههاي مورد بررسی در شبیهسازي زلزله رودبار و منجیل
نام ایستگاه عرض جغرافیایی طول جغرافیایی
(درجه، شمالی) (درجه، شرقی)
آببر 36/92 48/97
زنجان 48/57 36/66
لاهیجان 50/03 37/21
رودسر 50/30 37/13
ابهر 49/22 36/14
تنکابن 50/87 36/81
قزوین 50/01 36/27
براي تعیین میزان اختلاف نتایج به دست آمده از هر سناریو با مشاهدات در ایستگاه هاي مورد نظر، از اختلاف طیف پاسخ الاستیک سرعت میان نتایج شبیهسازي و رکوردهاي ثبت شده در هر ایستگاه استفاده میشود.
براي از بین بردن اثر جهتها در مقایسه، از میانگین هندسی سرعت طیفی در هر جهت و در هر فرکانس استفاده میشود. براي تعیین میزان اختلاف از رابطه ( ( 1 استفاده میشود:
