معرفی شاخص شباهت زلزله خیزی برای تجزیه و تحلیل مقابله ای مناطق زلزله خیز

دسته لرزه زمین ساخت
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و چهارمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده زمانی،احمد:خواجوی،نرگستوحیدی، مینا:استادیار
تاريخ برگزاری ۰۹ اسفند ۱۳۸۴

چکیده:

نـــظر بــه ایــنکه زلــزلــه پــدیـده ایســـت آشوبنـاک و حاصــل فرایـــندهاى ژثودینامیـــکى غــیرخطــى وپیچیده ، پــیـش بـــینـى دقیق  زمـان، مــکان وانـــــدازه آن بـا اســـتفـــاده ازروشـــهـــاى مــعمــول چــنــدان مـحــتـمل بـنـظــرنـمـى رســـد. در این تـحقیــق بــا  اسـتـفاده ازمــدلهاى آمارى پیشـرفته، شاخـص شباهت زلزله خیــــزىSeismicity Similarity Index(SSI) معرفى گردیده است. تعیین این معیارکمى براى مناطق مختلف زلزله خیز گامى موثرومفید درشناخت ومقایسه رفتارلرزه خیزى هرمنطقه مى باشد. براى محاسبه و ارزیابى این معیار جدید بیش از۸۰۰۰ زلزله که  در کمربند فعال آلپ-هیمالیا به وقوع پیوسته مورد برسى قرارگرفته است. منـــطقه مــورد مطالعه به ۴۹۰ چهار گوش°۲×°۲تقسیم و شاخص شباهت زلزله خیزى ( SSI) براى هر یک از چهار گوشها محاسبه شده است.سپس به عنوان مطالعه موردى منطقه زلزله خیزطبس (Tabas) واقع در شرق ایران انتخاب و شاخص شباهت زلزله خیزى (SSI) آن نسبت به سایر مناطق آلپ-هیمالیا تعیین ونقشه مربوطه رسم گردیده است. نتایج بدست آمده حاکى از آن است که منطقه طبس از نظر زلزله خیزى با منطقه جانگار(Junggar) درشمال شرق چین داراى حداکثر شباهت لرزه اى مى باشد. مقایسه سابقه زلزله خیزى دومنطقه طى چهار دهه گذشته نیز این موضوع راتاییدمى نماید. این شباهت به احتمال زیاد دلالت  بریکسان بودن فرایندهاى ژئودینامیکى ولرزه-زمین ساختى در این دو منطقه دارد. نتایج بدست آمده حاکى ازآن است که شاخص رقومى(SSI) معرفى شده دراین مقاله مى تواندبراى شناخت وضعیت ژئودینامیکى و پیش بینى زلزله درمناطق زلزله خیزمفید و موثر باشد.

 

 

The Introduction of Seismicity Similarity Index for Contrastive Analysis of Seismogenic Regions

Zamani, A., Professor, Department of Earth Sciences, Shiraz University; Khajavi, N., M.Sc. Student, Department of Earth Sciences, Shiraz University; Tohidi, M., Assistant Professor, Department of Statistics, Shiraz University

 

Abstract     

Earthquakes are considered to be an example of chaotic phenomena occurred as a result of nonlinear and complex geodynamic processes. Therefore the precise evaluation of the time, place and size of the earthquakes seems to be impossible. Utilizing advanced statistical models a new measure called “seismicity similarity index” (SSI) has been defined and introduced in this paper. This numerical measure compares seismogenic regions by bringing them together, and seeks to define the similarities and differences between them. Using more than ۸۰۰۰ earthquakes with mb۸۸۰۵;۵.۰, occurred in the Alpine-Himalayan orogenic belt during ۱۹۶۰ to ۲۰۰۴, SSI map has been produced for this region. The SSI map reveals some remarkable similarities between Tabas seismogenic region in the eastern part of <?xml:namespace prefix = st۱ ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />Iran۱:country-region> and Junggar area in the northwest of China۱:place>۱:country-region>. This probably suggests that similar geodynamic forces are in action in both regions. The application of this new measure offers a powerful tool for achieving correlation and interpretation of the trend in seismicity and earthquake prediction in seismogenic regions.

 

مقدمه:

مطالعه کمی مناطق زلزله خیزیکی از اهداف مهم محققین مختلف درراستای تحقق پیش بینی زلزله بوده است.

 (1974). Zamani & Hashemi (2000,2004) ,Zamani & Asadi (1995) ,Kaila et alثابتهای فرمول گوتنبرگ-ریشترودوره بازگشت زلزله ها را برای بخشی از کمربند کوهزایی آلپ-هیمالیا محاسبه ودر قالب نقشه های کانتوری ارائه نموده اند.  (Cao & Gao (2002 مقادیرb را از روش درستنمایی بیشینه برای جزایر قوسی شمال شرق ژاپن محاسبه و تفسیرکرده اند.

در این تحقیق روش جدیدی برای تجزیه وتحلیل مقابله ای مناطق زلزله خیزابداع ومعرفی گردیده که با استفاده از آن می توان شباهت زلزله خیزی مناطق فعال را در قالب معیاری رقومی به نام" شاخص شباهت زلزله خیزی" (Seismicity Similarity Index- SSI) تعیین وتفسیر کرد. برای ارزیابی این معیاربیش از8000زلزله که بابزرگی ((mb≥5.0 درکمربندفعال آلپ-هیمالیا رخ داده انتخاب و با استفاده از روش جدید مورد تجزیه و تحلیل مقابله ای قرارگرفته وشاخص شباهت زلزله خیزی (SSI) مناطق مختلف ایران نسبت به سایرمناطق آلپ-هیمالیامحاسبه وتعیین شده است. سپس به عنوان مطالعه موردی سابقه زلزله خیزی منطقه طبس واقع در شرق ایران مورد بررسی وتفسیرقرارگرفته است. باتوجه به اینکه زلزله به عنوان پدیده ای آشوبناک، دراثرفرایندهای ژئودینامیکی غیرخطی وپیچیده (nonlinear and complex)به وقوع می پیوندد،پیش بینی نسبتادقیق زمان، مکان واندازه آن بسیارمشکل وحتی غیرممکن بنظرمی رسد. بنابراین استفاده ازمعیارعلمی معرفی شده دراین تحقیق علاوه برآگاهی بیشترازوضعیت ژئودینامیکی مناطق زلزله خیزدرتعیین روندزلزله خیزی وپیش بینی زلزله درهرمنطقه مفید خواهد بود.

 

بحث:

به طورکلی پنج سیستم کوهزایی (ایران- آلپ، هیمالیا- تبت، آپالاشین- کالدونید، کوردیلراوآند) درجهان تشخیص داده شده که سیستم های ایران- آلپ و تبت-هیمالیا متعلق به فازکوهزایی آلپی می باشند. فعالیت این فازکوهزایی از دوران مزوزوئیک شروع و تا کنون ادامه دارد (Moores&Twiss,1995).

کمربند کوهزایی آلپ-هیمالیا که حاصل برخورد صفحات  اوراسیا ، آفریقا، اروپا، عربستان و هند بوده ، به عنوان یک زون فعال تکتونیکی ، ازجبل الطارق درغرب تاهندوستان درشرق گسترش یافته است. زلزله- های بزرگ وویرانگرمتعدددراین کمربند بیش از 15درصدازکل انرژی لرزه ای آزادشده دردنیارا به خوداختصاص می دهند.

منطقه مورد مطالعه در این تحقیق بامختصات طول جغرافیایی (°W2 تا °E110) ومختصات عرض جغرافیایی (°N20 تا °N56) در نظر گرفته شده که تقریباً تمام کمربند کوهزایی آلپ-هیمالیا رادربرمی گیرد (شکل1) . در کمربند کوهزایی آلپ-هیمالیا، کشورایران که حاصل همگرایی چندگانه بین صفحات عربستان،اوراسیا و هندمی باشد، با ارتفاع متوسط 1500 متر در بخش غربی پلتفرم ایران قرارگرفته است. در این مقاله بیش از 8000زلزله که طی سالهای1960 تا 2004 ( 44سال )  بابزرگی ((mb≥5.0 درکمربندفعال آلپ-هیمالیا به وقوع پیوسته انتخاب و با استفاده از روشهای پیشرفته آماری مورد تجزیه و تحلیل مقابله ای قرارگرفته اند. جهت استفاده بهینه از داده ها، منطقه مورد مطالعه به پنجره هایی با مساحت (°°2) تقسیم وسپس معیاررقومی شاخص شباهت زلزله خیزی (SSI) مناطق مختلف ایران نسبت به سایر مناطق این کمربند محاسبه و تعیین گردیده است. شاخص رقومی معرفی شده در این مقاله تلفیقی از ثابتهای رابطه گوتنبرگ-ریشتر (Gutenberg & Richter. 1954)، فاصله زمانی (interval time) ، بزرگی (mb) و عمق(depth) زلزله ها می باشد.

برای انجام تجزیه و تحلیل مقابله ای مناطق زلزله خیزبا استفاده ازروش نسبت اختلاف بین مجموع مربعات (ESS)، آماره جدید ی((FNEW برای توضیع مقادیر  aو bرابطه گوتنبرگ-ریشترارائه گردیده است  (فرمول1).

 

 

 

 (1)

در این فرمول  RSS0و RSS1 جمع مربع خطاها وn1 و n2تعداد داده های موجود در دو چهارگوش مورد مقایسه می باشند. سپس با استفاده از نتایج بدست آمده از فرمول 1، مقداراحتمال توضیع مربوطه محاسبه شده است (فرمول 2).

 

)2)

مقایسه سایر پارامترهای لرزه خیزی شامل فاصله زمانی ، بزرگی وعمق زلزله ها با استفاده ازروش آنالیز واریانس یکطرفه (one way ANOVA) انجام گرفته است(Wackery  et all.,2002). نهایتا با بکارگیری نتایج حاصله ،پذیرش فرض صفر(null hypothesis) دراین روش به معنی تشابه دومنطقه زلزله خیزمی باشد.

 بمنظورمطالعه موردی جهت ارزیابی شاخص شباهت زلزله خیزی (SSI)، منطقه زلزله خیزطبس انتخاب وبا سایر مناطق کمربندکوهزایی آلپ- هیمالیا مقابله گردیده ونقشه شباهت زلزله خیزی این منطقه با سایر قسمت های آلپ- هیمالیا ارائه شده است( شکل2). شاخص شباهت زلزله خیزی طبس نشان می دهد که این منطقه از نظر رفتار زلزله خیزی با چهارگوش منطقه جانگار (Junggar) واقع در شمالغرب چین  دارای حداکثر شباهت (91درصد) می باشد. سابقه زلزله خیزی این دو منطقه طی چهار دهه گذشته نیز عملا وجود این شباهت را تایید می کند(جدول1).

 مقایسه وضعیت تکتونیکی منطقه طبس به همراه حل صفحه گسلی سه زلزله بزرگ باسازوکارگسلش تراستی (شکل 3) باموقعیت تکتونیکی منطقه جانگار(شکل 4) ، دلالت بر یکسان بودن فرایندهای مشابه ژئودینامیکی وعملکردرژیم فشارشی دراین دومنطقه دارد. این رژیم فشارشی درمنطقه طبس ناشی ازحرکت صفحه تکتونیکی ایران مرکزی نسبت به بلوک افغانستان و درمنطقه جانگار حاصل حرکت صفحه تکتونیکی هند نسبت  به اوراسیا می باشد Wang et al.,2004)  Walker et al.,2002;).

شاخص شباهت زلزله خیزی (SSI) مناطق زلزله خیزنه تنها در شناخت بیشتر وضعیت ژئودینامیکی هر منطقه نقش مهم  ایفا می کند،بلکه درپیش بینی زلزله نیز بسیار مفید و موثر می باشد.

 

نتیجه گیری:

ازآنجاکه زلــزلــه پــدیـده ایست آشوبنـاک ودرنتیجه فرایـــندهای زمین شناسی و ژثودینامیـــکی پیچیده رخ می دهد، پــیـش بـــینـی دقیق  زمـان، مــکان وانـــــدازه آن بـا اســـتفـــاده ازروشـــهـــای مــعمــول چــنــدان مـحــتـمل بـنـظــرنـمـی رســـد(Huang & Turcotte, 1990). باتوجه به این موضوع ، تجزیه و تحلیل مقابله ای مناطق زلزله خیز یکی از روشهای موثرومفید در راستای ارزیابی الگوی زلزله خیزی وپیش بینی وقوع زلزله درهر منطقه می باشد. دراین مقاله بااستفاده از مدلهای آماری پیشرفته ( one way ANOVAو ESS) ، معیاررقومی جدیدی به نام "شاخص شباهت زلزله خیزی (SSI)" معرفی شده است. این معیارکمی حاصل ارزیابی و تجزیه و تحلیل مقابله ای زلزله خیزی مناطق مختلف می باشد. بدیهی است بالا بودن مقدار این معیار رقومی دلالت بر شباهت رژیم ژئودینامیکی و زلزله خیزی مناطق مربوطه دارد. بنابراین درصورت استفاده از داده های متعددومعتبر می توان با استنادبه الگوی زلزله خیزی هریک از مناطق مشابه، روند زلزله خیزی سایرمناطق رااستنباط نمود. به عنوان مطالعه موردی جهت ارزیابی شاخص شباهت زلزله خیزی، منطقه زلزله خیز طبس در شرق ایران انتخاب و شباهت زلزله خیزی آن با سایر مناطق آلپ-هیمالیا محاسبه وتعیین گردیده است. نتایج حاصله حاکی از شباهت نسبتا زیاد(91درصد) بین طبس و منطقه جانگاردرشمالغرب چین است.وجودگسل های متعدد با سازوکارنسبتا مشابه در این دو منطقه نیز موید نتایج حاصل در این تحقیق ودلالت بر عملکردرژیم ژئودینامیکی یکسان دراین مناطق می باشد.  شاخص شباهت زلزله خیزی (SSI) معرفی شده علاوه بر کمک به  شناخت بیشتر وضعیت ژئودینامیکی و لرزه زمین ساختی مناطق زلزله خیزبرای پیش بینی زلزله دراین مناطق بسیارمفیدو موثر می باشد.

 

قدر دانی:

از همکاری آقایان مهدی سلمانپور (بخش آمار) و محسن صلاح (بخش ریاضی) دانشگاه شیراز سپاسگزاری می شود.بخشی از امکانات مورد استفاده در این تحقیق توسط معاونت پژوهشی دانشگاه شیراز فراهم گردید که بدین وسیله قدردانی می شود.

References

-Cao, A. and Gao, S., 2002, Temporal variation of seismic b-value beneath northeastern Japan island arc, Geophysical Research Letters, 29,9, 48-1-48-3.

-Deng, Q.D., Feng, X.Y., Zhang, P.Z., Xu, X.W., Yang, X.P., Peng, S.Z., 1996, Paleoseismology in the northern piedmont of the Tien-shan Mountains, northwestern China, J.Geophys.Res.,110, 5895-5920.

-Gutenberg, B. and Richter, C.F., 1954, Seismicity of the Earth and its associate phenomena, Princeton University Press, Princeton, 310.

-Huang, I. and Turcotte, D.L., 1990, Are earthquakes an example of deterministic chaos?, Geophysical Research Letters, 17, 3, 223-226.

-Kalila, K.L.,Madhava Rao, N., Narin, H., 1974, Seismotectonic maps of southeast Asia region comprising eastern Turkey , Caucasus, Persian plateau, Afghanistan and Hindukush, Bulletin of the seismological society of America,64:3, 657-669.

-Moores, E. M, Twiss, R.J, 1995, Tectonics, Freeman and company, New York, 415.

-Wackery, D.D., Mendenhall, W., Scheaffer, R.L., 2002, Mathematical Statistics with applications, USA, Duxbury.

-Walker, R., Jackson, J., Baker, C., 2003, Surface expression of thrust faulting in eastern Iran: source parameters and surface deformation of the 1978 Tabas and 1968 Ferdows earthquake sequences, Geophys. J. Int., 152, 749-765.

-Wang, C.Y., Yang, Z.E., Luo, H., Mooney, W.D., 2004, Crustal structure of the northern margin of the eastern Tien Shan, China, and its tectonic implication for the 1906 M=7.7 Manas earthquake, Earth and Planetary Science Letters, 223, 187-202.

-Zamani, A. and Asadi, A., 1995, Distribution of a and b values and quantitative seismicity of Iran, Second International Conference on Seismology and Earthquake Engineering, 187-195.

-Zamani, A. and Hashemi, N., 2000, A comparison between seismicity, topographic relief, and gravity anomalies of the Iranian Plateau, Tectonophysics, 327, 25-36.

-Zamani, A. and Hashemi N, 2004, Computer-based self-organized tectonic zoning: A tentative pattern recognition for Iran, computers and Geosciences, 30,705-718.

 

کلید واژه ها: سایر موارد