نقشه‌های شتاب طیفی برای گستره تهران
| دسته | ژئوفیزیک |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین |
| نویسنده | حسام الدین خشنودی، |
| تاريخ برگزاری | ۰۱ آبان ۱۳۸۴ |
Abstract:
According to the importance of the capital city of Tehran, developing a suitable zoning to predict the vulnerability of this region is inevitable.
On this paper, after studying the seismotectonic characteristics of the region which are based on the determination of the seismic source zones. The new generation of hazard maps are developed which depict peak horizontal and vertical ground acceleration and spectral response at various periods with ۱۰% and ۵۰% probabilities of exceedance (۷۵,۴۷۵ years return periods) in ۵۰ years (for bed rock).
Results of the Observation of these spectral maps in various return periods depict that spectral acceleration in short periods (۰.۱, ۰.۲ and ۰.۳ sec) have maximum values and in ۰.۵ sec period predominance of maximum spectral acceleration in south of Tehran is clear.
چکیده :
با توجه به اهمیت شهری همچون تهران، لزوم ایجاد یک پهنه‌بندی مناسب جهت پیش‌بینی میزان آسیب‌پذیری این ناحیه در برابر زلزله اجتناب‌ناپذیر است. در این مقاله پس از مطالعه اجمالی خصوصیات لرزه‌زمین ساخت ناحیه و معرفی چشمه‌های لرزه‌ای محتمل، نسل جدیدی از نقشه‌های خطر زمین‌لرزه که نشاندهنده بیشینه شتاب افقی و عمودی زمین و پاسخ طیفی در پریودهای مختلف میباشند با 10% و 50% احتمال رویداد (دوره بازگشت‌های 75 و475 سال) در 50 سال (برای سنگ بستر) بوسیله رهیافت احتمالی خطر زلزله (PSHA) تولید گردیده است.نتایج حاصل از این نقشه‌های شتاب طیفی در دوره بازگشت‌های مختلف حاکی از آن است که در پریودهای کوتاه (1/0، 2/0 و3/0 ثانیه) در شمال و جنوب تهران شتاب طیفی دارای حداکثر مقدار است ودر پریود 5/0 ثانیه غلبه حداکثر شتاب طیفی در جنوب تهران به وضوح قابل مشاهده میباشد
مقدمه-
شهر تهران بعنوان پایتخت ایران و با جمعیت بسیار زیادی که در خود جای داده است و همچنین با توجه به تجمع مراکز سیاسی، اقتصادی و اجتماعی کشور در این شهر، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار میباشد، بنابراین مطالعه این شهر از دیدگاه زلزله و خطرات احتمالی حاصل از زلزله‌های محتمل برای مقاوم‌سازی مناطق پرخطر‌تر و ضعیف‌تر و همچنین ایجاد امکانات مناسب برای زمان بحران بسیار ضروری میباشد. برای بدست آوردن برآوردی از خسارات احتمالی ابتدا لازم است تخمینی از زلزله‌های محتمل در منطقه بدست آوریم که برای رسیدن به این هدف نیاز به تحلیل احتمالی خطر زلزله در منطقه میباشد.
تحلیل خطر زلزله این امکان را فراهم می‌سازد که عدم قطعیت در اندازه، موقعیت، سرعت تکرار و اثرات زلزله، بصورت جامع در ارزیابی خطرات لرزه‌ای مد نظر قرار گیرند. حال تحلیل خطر طیفی این امکان را به ما می‌دهد که نتایج تحلیل خطر را برای پریودهای مختلف در دوره بازگشت‌های مطلوب تولید نماییم.
جهت تولید نقشه‌های شتاب طیفی برای پهنه تهران پس از بررسی و ارزیابی لرزه‌زمین‌ساخت منطقه و جمع‌آوری زلزله‌های تاریخی و سده بیستم و انتخاب پارامترهای مورد نیاز تحلیل احتمالی و استفاده از یک رابطه کاهندگی مناسب، تحلیل احتمالی خطر زلزله صورت گرفته است.
در انجام این تحلیل بهترین انتخاب جهت استفاده از یک رابطه کاهندگی، رابطه‌ای میباشد که با وضعیت لرزه‌ای منطقه هماهنگی بیشتری داشته باشد، لذا در این راستا از رابطه کاهندگی طیفی زارع که در سال 1999 برای پهنه ایران تولید گردیده استفاده شده است.
جهت پهنه‌بندی طیفی خطر زلزله، پهنه تهران به فواصل 1/0 درجه شبکه‌بندی شده و برای هر نقطه بوجود آمده در این شبکه‌بندی تحلیل خطر انجام شده است که نهایتاً با توجه به مقادیر بدست آمده برای هر یک از نقاط میتوان منحنی‌های هملرز را تولید نمود و به نقشه‌های خطر لرزه‌ای دست یافت.
مراحل فوق برای پریودهای 1/0، 2/0، 3/0، 5/0،0/1و0/2 ثانیه و برای 10% و 50% احتمال وقوع در 50 سال تکرار شده و نقشه‌های مربوطه برای مؤلفه‌های افقی و عمودی حاصل گردیده است.
رابطه کاهندگی انتخابی-
روابط کاهندگی پارامترهای حرکت زمین را به صورت توابعی از بزرگا ، فاصله و در برخی حالات ، دیگر متغیرها بیان می‌کنند ، به عنوان مثال :Y=f (M, R, Pi )
که در این رابطه Y پارامتر مورد نظر حرکت زمین ، M بزرگای زلزله ، R یک معیار فاصله از چشمه لرزه زا تا ساختگاه مورد نظر و Pi پارامترهای دیگر (که جهت مشخص نمودن چشمه لرزه زا ، مسیر انتشار امواج و یا شرایط محلی ساختگاه میباشند .)
اولین و بهترین انتخابی که در مورد مدل کاهندگی می توان نمود ، قطعاً مدلی مربوط به منطقه مورد مطالعه می باشد که بدین منظور مدل کاهندگی طیفی زارع ۱۹۹۹ که توسط دکتر مهدی زارع و برای نواحی مختلف ایران زمین ارائه شده است انتخاب گردید .
Log A (T) = a (T) * Mω + b (T)*X - d*LogX + Ci (T)* Si + σ (T)*P
Mω: Magnitude
X: Hypocentral distance (km) ; X = √ D² + h²
Ci: Site Class (C1: Rock, C2: Hard Alluvium, C3 : Soft Alluvium C4 : Soft soil )
Si=0, 1 P = 0, 1
در این مدل A(T) مقدار طیفی بیشینه جنبش وT مقدار پریود انتخابی ، a ضریب بزرگا ، b ضریب کاهندگی غیر الاستیک با فاصله کانونی X ، d ضریب توسعه هندسی LogX ، Ci ضریب مربوط به جنس خاک (S )، ( i: از ۱ تا ۴ برای چهار نوع جنس خاک تغییر می کند ) و σانحراف معیار(۱ ۸۴/ با P=۱ ، میانگین با P=۰ ) می باشند .
وضعیت لرزه‌زمین‌ساخت ناحیه-
تحلیل خطر زلزله روشی برای بدست آوردن تخمینی از زلزله های آینده بر اساس شواهد موجود زمین شناسی و همچنین زلزله های ثبت شده گذشته میباشد(شکل2). بنابراین شناخت و جمع‌آوری اطلاعات مربوط به چشمه‌های لرزه‌زا و زلزله‌های رخ داده در گذشته منطقه، نقش اساسی در نتایج حاصل ایفا می‌کنند، لذا هر چه اطلاعات ما از زلزله‌های گذشته کاملتر و دقیق‌تر باشد، دقت نتایج محاسبه شده نیز بیشتر خواهد بود و یا به عبارت بهتر نتایج تحلیل خطر قابل اعتمادتر میباشد و به واقعیت نزدیکتر خواهد بود.
در این راستا به معرفی گسلهای منطقه خواهیم پرداخت که از آنها در تعیین پهنه‌های سرچشمه لرزه‌زاو انجام مطالعات اولیه تحلیل خطر استفاده شده است.گسل‌هایی که در پهنه تهران مورد بررسی قرار گرفته‌اند عبارتند از(شکل1):
1) گسل الموترود 2) گسل ایپک 3) گسل خزر(البرز) 4) گسل شمال البرز 5) گسل شمال تهران 6) گسل طالقان 7) گسل گسل ماهدشت ـ کرج 8) گسل جنوب اشتهارد 9) گسل مشاء 10) گسل کندوان 11) گسل ایوانکی
12) گسل کهریزک 13)گسل شمال ری 14) گسل جنوب ری 15) گسل گرمسار 16) گسل پیشوا 17) گسل قصر فیروزه
پس از معرفی گسلهای منطقه، پهنه‌های لرزه‌زا که بر اساس روند لرزه‌خیزی و پهنای گسیختگی و تطابق با نقشه‌های ژئوفیزیک و مغناطیس هوایی شکل گرفته‌اند،در شمال و جنوب تهران به شکل زیر معرفی میگردند(شکل3):
1)پهنه مشاء – الموترود: شامل گسلهای مشاء ، بایجان ، لار، طالقان و الموترود.
2)پهنه شمال تهران – ایپک: شامل گسل های شمال تهران ، شمال اشتهارد ، جنوب اشتهارد ، ماهدشت_کرج و ایپک .
3)پهنه ری – ایوانکی: در بر گیرنده گسل ایوانکی و مجموعه گسل های ری و مناطق تحت تاثیر آنها می باشد.
4)پهنه گرمسار: پهنه گرمسار با پتانسیل لرزه خیزی نسبتاً بالا در نیم قرن اخیر ، در بر گیرنده گسل های گرمسار و پیشوا و مناطق تحت تاثیر مستقیم این دو گسل می باشد.
5)پهنه رباط کریم: این پهنه نواحی باختری و جنوب باختری محدوده مورد مطالعه را در گرفته و از تاریخچه لرزه خیزی کاملی برخوردار نمی‌باشد.
نقشه های شتاب طیفی –
نقشه‌های شتاب طیفی که در این مقاله به آنها اشاره خواهد شد(اشکال 4-7) نتیجه رهیافت احتمالی خطر زلزله میباشند.در تهیه این نقشهها از ترکیب عدم قطعیت‌های کمیت یافته در اندازه زلزله، موقعیت، تکرار و اثرات آن در محاسبه مقادیر حرکت زمین ، در قالب روش تحلیل احتمالی(PSHA) استفاده گردیده و میزان خطر در دوره بازگشت‌های 75 و475 سال برای شبکه‌ای از نقاط که به فواصل 1/0 درجه از یکدیگر واقع شده‌اند محاسبه شده است.این محاسبات برای مؤلفه‌های افقی و قائم شتاب در پریودهای مختلف صورت گرفته است وبا رسم خطوط هملرز حاصل شده نقشه های شتاب طیفی شکل گرفته‌اند.
در تهیه این نقشه‌های از رابطه کاهندگی زارع (1999) استفاده شده است.
نقشه‌های شتاب طیفی برای پهنه تهران معمولاً در پریودهای کوتاه (2/0و1/0 ثانیه) دارای مقادیر حداکثر میباشند و با افزایش زمان تناوب این مقادیر غالباً کاهش می‌یابند . بررسی این نقشه ها حاکی از آن است که در شمال و جنوب تهران در پریودهای کوتاه با حداکثر شتاب مواجه خواهیم بود ولی در پریود 5/0 ثانیه غلبه حداکثر شتاب در جنوب تهران به وضوح قابل مشاهده میباشد.
جمع‌بندی –
نقشه‌های شتاب طیفی شکل گرفته برای پهنه تهران می‌توانند به عنوان ابزار سودمندی جهت ارزیابی میزان خطر لرزه‌ای در این پهنه به شمار آیند، چراکه با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های کمیت یافته در اندازه زلزله، موقعیت و…. در قالب رهیافت احتمالی تحلیل خطر زمین لرزه میتوان نمای بهتری از میزان آسیب‌پذیری احتمالی مناطق مختلف این ناحیه را نمودار ساخته
و کمک ارزندهای در جهت تدوین سیاستهای کلان گسترش ساخت وساز در شهر پر اهمیتی همچون تهران ایفا نمود.
مطاله این نقشهها بیانگر غلبهخطر در جنوب تهران در پریود 5/0 ثانیه است، که البته این خطر در پریودهای کوتاه برای شمال و جنوب تهران بطور یکسان و در حد نهایت خود میباشد.