مقدمه

سرزمین ایران به دلیل موقعیت ویژه در کمربند کوهزایی آلپ – هیمالیا از زلزله خیزترین مناطق جهان است که به کرات شاهد زمینلرزه های مخرب بوده است. گستره ی شمال ایران مرکزی شامل تهران و نواحی مجاور مهمترین منطقه ی ایران از نظر سیاسی اقتصادی و اجتماعی است که با روش احتمالاتی برآورد خطر زمینلرزه مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس آخرین اطلعات زمین شناسی زلزله شناسی و ژئوفیزیکی موجود پهنه بندی زمینلرزه ای گستره ی مورد نظر انجام شده است. برای این منظور از نقشه های زمین شناسی با مقیاس های 1:100000 و 1:250000 نقشه های تکتونیکی گزارش ها اسناد و مدارک علمی موجود داده های زمین لرزه های محلی شامل 10552 خرد زمینلرزه ثبت شده توسط آرایه ایلپا و شبکه ی تهران و اطلاعات دور لرزه ای و سازو کار کانونی زمینلرزه ها نقشه ی لرزه زمینساختی گستره ی مورد مطالعه تهیه شده وبر اساس آن 50 چشمه ی با لقوه ی زمینلرزه بصورت پهنه ای تعیین شده است. در هر چشمه بر اساس داده های زمینلرزه ای موجود و استفاده از راهکار مناسب برای برآورد پارامترهای لرزه خیزی از داده های ناکامل و دارای عدم قطعیت پارامترهای لرزه خیزی برآورد شده است. سپس با استفاده از نرم افزار SeisRisk III ( بندر و پرکینز1987 ) برای شبکه ای از نقاط برآورد خطر انجام و نقشه ی پهنه بندی زمینلرزه ای گستره ی شمال ایران مرکزی تهیه گردیده است.

برآورد خطر زمینلرزه
برآورد خطر زمینلرزه تخمین پارامترهای جنبش زمین در یک ساختگاه می باشد که از فعالیت چشمه های با پتانسیل لرزه ای در یک دوره زمانی مشخص نتیجه می شود. این کار به روشهای زیر انجام می شود:

  • روش تجربی- آماری: این روش ساده ترین راه برای ارزیابی خطر زمینلرزه است و مبتنی برآمار زمخینلرزه های رویداده در منطقه مورد مطالعه می باشد.
  • روش قطعی: برای انجام این روش لازم است که مراحل زیر انجام شود:
    1. تعیین چشمه های لرزه ای.
    2. تعیین بیشینه ی بزرگی که می توان از هر چشمه انتظار داشت.
    3. تعیین رابطه تضعیف جنبش زمین مناسب برای منطقه مورد نظر.
    4. تعیین میزان خطر یا بیشینه ی شتاب زمین.
      در این روش جنبش زمین بدست آمده برای ساختگاه مورد نظر تنها یک زمینلرزه با بزرگی مشخص در یک چشمه به فاصله ی مشخص از ساختگاه بیان می شود. صرف نظر از اینکه احتمال وقوع زمینلرزه ای با خصوصیات متفاوت وجود داشته باشد به همین دلیل برای ساختگاههای مهم انجام برآورد خطر زمینلرزه با این روش قابل اطمینان نیست.
  • روش احتمالاتی: بر خلاف روش قطعی در برآورد خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی تمام بزرگی ها ی ممکن (معمولا بیش از M) حاصل از چشمه ها ی مهم که در فواصل مختلفی از ساختگاه قرار گرفته اند با در نظر گرفتن درصد احتمال وقوع بیان می شود. بنابراین در این روش تعیین جنبش زمین با یک احتمال مشخص برای ساختگاه امکان پذیر است. برآورد خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی شامل چهار مرحله ی اساسی است ( کورنل 1968 ریتر 1990 )
    1. تعیین چشمه های لرزه ای
    2. تعیین پارامترهای لرزه خیزی در هر چشمه ی لرزه ای
    3. تعیین یا گزینش مرحله ی تضعیف
    4. برآورد خطر زمینلرزه ( شکل 1 ). در این بررسی برآورد خطر و پهنه بندی زمینلرزه ای با استفاده از روش احتمالاتی در شمال ایران مرکزی گستره ی 5/49 تا 54 درجه ی طول شرقی و 34 تا 37 درجه ی عرض شمالی شامل تهران و نواحی مجاور به روش احتمالاتی انجام شده است. بر اساس تقسیم بندی ایالتهای لرزه زمینساختی ایران بخش عمده ای از گستره ی مورد مطالعه در ایالت لرزه زمینساختی البرز – آذربایجان و بخش کوچکی از آن در ایالت لرزه زمینساختی ایران مرکزی – شرق ایران قرار می گیرد.



مرحله ی اول تعیین چشمه های بالقوه ی زمینلرزه
تعیین چشمه های بالقوه ی زمینلرزه مهمترین مرحله ی تحلیل خطر زمینلرزه است. در روشهای متداول چشمه های زمینلرزه از گسل های جنبا و زمینلرزه ای بخوبی شناخته شده و ساختارهای زمین شناسی که کمتر شناخته شده اند تا ایالتهای لرزه زمینساختی که گستره ای وسیع را در بر گرفته و در آن رابطه بین فرآیندهای ایجاد زمینلرزه بخوبی شناخته شده نیست نغییر می کند ( ریتر 1990 ). تاپلفیق داده های زلزله شناسی و تکتونیکی روش مناسب درک فرآیندهای پیچیده ی رویداد رمینلرزه ها در طی زمانهای طولانی در واحدهای ساختمانی و زمین شناسی متفاوت است.

روش استانداردی برای تعیین چشمه های بالقوه ی زمینلرزه وجود ندارد. در عمل نقشه های تکتونیکی و نقشه ی رو مرکز زمینلرزه ها بعنوان راهنما مورد استفاده قرار می گیرد و تصمیم نهایی در مورد چگونگی مدل کردن و هندسه ی چشمه های زمینلرزه بر اساس سایر اطلاعات و مدارک علمی موجود و همچنین بنحو چشمگیری بر پایه ی دیدگاهها و تجربیات پژوهشگران صورت می گیرد. در تعیین چشمه های بالقوه ی زمینلرزه اصولا دو فرض اساسی مورد نظر قرار می گیرد:

  1. فرض تکرار زمینلرزه : این فرض دلالت بر این دارد که زمینلرزه های بزرگ ترجیحا در نزدیکی محل رویداد زمینلرزه های گذشته بوقوع می پیوندند. بگونه ای که اگر زمینلرزه ای روی یک گسل اتفاق افتاده باشد احتمال رویداد مجدد زمینلرزه بر روی آن گسل با فاصله ای از مرکز زمینلرزه ی قبلی به مراتب بیشتر از مناطق دور از گسل است. بنابراین تعیین محل صحیح زمینلرزه های گذشته در تعیین چشمه های بالقوه زمینلرزه دارای اهمیت ویژه است. متاسفانه تعیین محل زمینلرزه ها در ایرانزمین که بر اساس داده های دور لرزه ای است از دقت لازم برخوردار نیست بگونه ای که بسیاری از زمینلرزه ها را نمی توان به ساختهای ( گسلهای) بخصوصی نصبت داد. بنابراین داده های زمینلرزه ای موجود برای مطالعات خیلی تفصیلی لرزه زمینساختی چندان مفید نیستند.
  2. فرض اساسی دیگر دلالت بر این دارد که ساختهای با مشخصات و جایگاه تکتونیکی مشابه می توانند زمینلرزه های با بزرگی مشابه را ایجاد کنند و فقدان ثبت زمینلرزه بر روی یک ساخت زمین شناسی نشان دهنده ی عدم رویداد زمینلرزه بر روی آن نخواهد بود. بنابراین گستره ای که در آن زمینلرزه ای به ثبت نرسیده است ممکن است بصورت چشمه ی بالقوه ی زمینلرزه ای مشخص شود که بیشینه ی زمینلرزه ی آن همانند چشمه ی زمینلرزه ای است که از نظر ویژگیهای تکتونیکی مشابه آن بوده و در اثر جنبش آن زمینلرزه ی قوی به ثبت رسیده است.

برای تعیین چشمه های بالقوی زمینلرزه از کاتالوگ زمینلرزه های ایران و نواحی مجاور مشتمل بر پارامترهای مبنایی زمینلرزه های تاریخی و دستگاهی از سده ی چهارم پیش از میلاد مسیح تا سال 2000 میلادی که بر اساس داده های USGS/NEIC تا پایان سال 2002 گسترش داده شده است. نقشه های زمین شناسی تکتونیک و ژئوفیزیکی منتشر شده از سوی زمین شناسی کشور و سایر نقشه های قابل دسترس در ایران و کشورهای مجازو همچنین گزارشهای موجود از تعیین ساز و کار کانونی زمینلرزه ها استفاده شده است. از زمینلرزه های ثبت شده توسط آریه لرزه نگاری بلند دوره ی ایران ( ایلپا) در سالهای 1975تا 1995 میلادی و نیز زمینلرزه های ثبت شده توسط شبکه ی لرزه نگاری تهران در سالهای 1996 تا 2002 میلادی ( درحدود 10552 خردزمینلرزه) نیز در تعیین و کنترل ابعاد چشمه های بالقوه ی زمینلرزه بهره گیری شده است.

چشمه های بالقوه ی زمینلرزه بر اساس اطلاعات موجود معمولا بصورت نقطه ای- خطی- پهنه ای و حجمی تعیین می شوند. در صورتی که اطلاعات لازم موجود باشد تعیین و مدلسازی چشمه های زمینلرزه ای بصورت حجمی و بعد از آن بصورت چشمه های پهنه ای ارجح است. در ایرانزمین با توجه به کمیت و کیفیت موجود مناسبترین شیوه تعیین چشمه های بالقوه زمینلرزه ای بصورت پهنه های هم پتانسیل است . لذا گستره هایی که ابعاد آنها عمدتا با ابعاد گسل بخش لرزه زای پوسته و ساز و کار گسلش زمینلرزه ای یا نوع گسل جنبا کنترل می شود بصورت چشمه های بالقوه برای برآورد خطر زمینلرزه در گستره ی مورد مطالعه تعیین شده اند. توزیع فضایی کلان زمینلرزه ها و پسلرزه های آنها و همچنین تجمع زمینلرزه های کوچک در مکانهایی خاص بهمراه شواهد زمینریخت شناسی برای گسلهای پنهان در تعیین حدود چشمه های بالقوه زمینلرزه نقش عمده ای داشته اند. برای برآورد خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی در گستره ی شمال ایران مرکزی چشمه های بالقوه زمینلرزه بصورت 50 چشمه پهنه ای مدل شده است

تعیین پارامترهای لرزه خیزی در هرچشمه لرزه ای
دوره بازگشت زمینلرزه:
از جمله پارامترهایی که برای چشمه های لرزه ای محاسبه می شود دوره بازگشت زمینلرزه است. برای به دست آوردن دوره بازگشت زمینلرزه ها بیشتر از رابطه خطی گوتنبرگ- ریشتر استفاده می شود که عبارت است از:

Log N = a – bM


در این رابطه M بزرگی N تعداد زمینلرزه های با بزرگی بیشتر یا مساوی M همچنین a,b پارامترهای لرزه خیزی مربوط به چشمه مورد نظر هستند.

تخمین کمینه و بیشینه بزرگی در چشمه های بالقوه زمینلرزه:
میزان کمینه بزرگی بیانگر سطحی از زمینلرزه هاست که از نظر مهندسی اهمیتی نداشته باشد و بیشینه بزرگی نشان دهنده بزرگترین زمینلرزه ای است که می توان از یک چشمه مشخص انتظار داشت.

آگاهی از بزرگترین زمینلرزه ای که ممکن است در یک چشمه بالقوه زمینلرزه اتفاق بیفتداز اهمیت فوق العاده ای برخوردار است اما تعیین آن به سادگی امکان پذیر نیست. همانگونه که در مباحث بیشینه زمینلرزه در ایالتهای لرزه زمینساختی ذکر شد تخمین M معمولا با استفاده از روابط تجربی بین بزرگی زمینلرزه و پارامترهای مختلف گسل صورت می گیرد. تخمین بیشینه زمینلرزه در چشمه های بالقوه زمینلرزه بر اساس ویژگیهای فعالیت لرزه ای و تشابهات زمین شناسی مورد تاکید قرار گرفته است. با توجه به اینکه تاریخچه فعالیت زمینلرزه ای معمولا بگونه ای نیست که دوره بازگشت زمینلرزه های بزرگتر را بتوان ار آن استنتاج نمود بنابراین تکیه بر مفهوم تشابه زمین شناسی بر روشهای دیگر ارجحیت دارد. بر اساس این مفهوم ساختهای جنبای زمین شناسی که دارای ویژگیهای مشابه هستند پتانسیل زلزله خیزی مشابهی دارند. بزرگی بزرگترین زمینلرزه به عنوان حداقل مقدار M در نظر گرفته می شود وبا توجه به تاریخچه ی زلزله خیزی دقت ثبت زمینلرزه جایگاه تکتونیکی و ... به این حداقل مقدار بزرگی 5/. تا 1 واحد بزرگی افزوده می شود و یا مستقیما به عنوان بیشینه زمینلرزه مورد استفاده قرار می گیرد. در سایر موارد توجه ویژه به شرایط زمین شناسی و جایگاه تکتونیکی به همراه استفاده از وضعیت زلزله خیزی چشمه بالقوه زمینلرزه الزامی است.

تعیین نرخ میانگین باز رخدادها :
نرخ میانگین باز رخدادها در هر چشمه با میانگین گیری از تعداد رویدادها با بزرگی های بین m , m بر واحد زمان به شرح زیر بدست می آید ( گرین و هال 1994 ) :

(2)
در این رابطه N(m ), N(m ) میانگین تعداد زمینلرزه ها بر واحد زمان یا مسافت است و L اندازه ی چشمه ها می باشد.

مرحله ی سوم رابطه ی تضعیف جنبش زمین
مطالعات ارزیابی خطر زمینلرزه برای یک ساختگاه نیازمند پیش بینی جنبش نیرومند زمین ناشی از زمینلرزه ها در ساختگاه مورد نظر است که با ارزیا بی بار وارده ی ناشی از وقوع زمینلرزه به سازه مورد نظر می توان طراحی مناسبی برای آن در نظر گرفت. برای بیان چنین پارامتری از زمینلرزه یک تابع ریاضی که بیانگر رابطه پارامترهای جنبش نیرومند زمین با پارامترهای چشمه لرزه ای محیط انتشار زمین شناسی محل ساختگاه و نوع ساختمان می باشد مورد نیاز است. با بررسی بعمل آمده و مقایسه روابط مختلف رابطه تضعیف جنبش زمین کمبل( 1993) که در رابطه (1) ارئه شده است گزینش شد.

( 3)



A ,a بیانگر شتاب ( بر حسب شتاب ثقل زمین g ) R , R بیانگر فاصله از چشمه ( بر حسب کیلومتر) M بیانگر بزرگی زمینلرزه S ,S بیانگر شرایط محلی ساختگاه و F بیانگر نوع گسلش می باشد. در رابطه ( 1) مقادیر ثابتهای a تا a بصورت زیر است :
a = -3/512, a =0/904, a =-1/328, a =0/149, a =0/647, a =1/125, a =0/112, a = -0/0957, a =0/440, a =-0/171, a =0/405, a =-0/222

مرحله چهارم برآورد خطر زمینلرزه
با استفاده از نرم افزار SeisRisk III برآورد خطر زمینلرزه برای یک ساختگاه که موقعیت آن بصورت نقطه ای با طول و عرض جغرافیایی مشخص بیان می شود قابل انجام است و می توان نتایج آنرا بصورت منحنی خطر لرزه ای نشان داد. در شکل 3 بیشینه شتاب جنبش زمین در مقابل احتمال وقوع سالانه برای یک نقطه معین نشان داده شده است.

تهیه نقشه پهنه بندی خطر لرزه ای
برای برآورد خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی در گستره شمال ایران مرکزی با استفاده از روش احتمالاتی برای شبکه ای از نقاط با فاصله 1/0 درجه طول و عرض جغرافیایی مقادیر شتاب افقی مورد انتظار از رویداد زمینلرزه در چشمه های بالقوه زمینلرزه برای 10/ احتمال افزایش در 50 سال ( دوره بازگشت 475 سال ) که در طراحی سازه ها مورد استفاده قرار می گیرد محاسبه شده و بر اساس آن نقشه پهنه بندی خطر زمینلرزه در گستره تهران تهیه و ترسیم شده است ( شکل 4 ) .

نتیجه گیری
شتاب افقی مورد انتظار از رویداد زمینلرزه در چشمه های بالقوه زمینلرزه برای 10/ احتمال افزایش در 50 سال در شبکه ای از نقاط به فاصله 1/ درجه طول و عرض جغرافیایی به روش احتمالاتی و با استفاده از نرم افزار SeisRisk III انجام گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده نقشه پهنه بندی زمینلرزه ای گستره تهران و نواحی مجاور ترسیم شده است. همانطور که مشاهده می شود بیشترین شتاب افقی بدست آمده برای 10/ احتمال افزایش در 50 سال g 41/ در موقعیت N 0/36 و N 5/53 می باشد.
مناطق با بیشترین مقدار شتاب افقی حاصل از زمینلرزه به ترتیب شمال شرق گستره مورد مطالعه جنوب غرب تهران و شمال غرب منطقه را شامل می شود. در بخش جنوبی گستره مورد نظر که اکثر وسعت آن در ایالت لرزه زمینساختی ایران مرکزی – شرق ایران قرار می گیرد شتاب جنبش زمین کمتری مورد انتظار است.

 

به نقل از: http://forum.geomapia.net

افزودنی تبدیل گچ به سیمان