بررسی آماری زلزله های القایی ناشی از آبگیری سد کرخه
| دسته | زمین شناسی مهندسی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین |
| نویسنده | زهرا حسینی |
| تاريخ برگزاری | ۰۲ اسفند ۱۳۸۵ |
چکیده:
بعد از آبگیری سد کرخه در تاریخ ۶/۷/ ۱۹۹۷، تعداد زیادی زمین لرزه با بزرگی کمتر از ۴ واقع شده که توسط شبکه لرزه نگاری نصب شده در محل سد گزارش شده است. در این تحقیق خصوصیات زمین لرزه های فوق و رابطه آن با شرایط مخزن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، زمین لرزه های واقع شده در شعاع ۶۰ کیلومتری از محور سد استخراج و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بررسیها نشان می دهد که پراکندگی زمین لرزه ها در سمت مخزن سد بیشتر بوده و از عمق کمتری برخوردارند. عمق کانونی این زمین لرزه ها کمتر از ۱۵ کیلومتر است، و با دور شدن از محور سد عمق کانونی و بزرگی آنها افزایش یافته است. نتایج حاصل نشان می دهد که با آبگیری مخزن سد شیب ضریب (پارامتر گوتنبرگ_ریشتر ) افزایش یافته و نیز مقدار با دور شدن از محل سد کاهش یافته است، که مبین افزایش تعداد زلزله های کوچکتر بعد از آبگیری مخزن می باشد.
Abstract:
After impounding of Karkhe reservoir in ۶ July۱۹۹۷, a numerous earthquakes have occurred with magnitudes less than ۴ that have reported by installed seismograph stations in dam site. In this research, the characteristics of earthquakes and its related with the reservoir condition has investigated. For this, the earthquakes occurred in the radius of ۶۰ Km of dam site have been analyzed. The investigation indicated that the epicenter of earthquakes generally located in the side of reservoir, and the earthquakes were shallow. The focal depth of earthquakes was lees than ۱۵ Km, and the focal depth and magnitude were increase with the distance from dam site. The results showed that the coefficient (Gutenberg and Richter parameter) has increased after impending of reservoir and it decreased with the distance from dam site. It obviously indicated that the number of small earthquakes increase often the impounding of reservoir
بررسی آماری زلزله های القایی ناشی از آبگیری سد کرخه
◊◊◊◊◊◊◊
زهرا حسینی ، دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی زیست محیطی، دانشگاه صنعتی شاهرود
ناصر حافظی مقدس، دکتری زمین شناسی مهندسی، استادیار دانشگاه صنعتی شاهرود
پرویز امیدی، دکتری زمین شناسی ساختمانی، استادیار دانشگاه صنعتی شاهرود
غلام دولویی جوان، دکتری ژئوفیزیک- زلزله شناسی، استادیار پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله
◊◊◊◊◊◊◊
چکیده:
بعد از آبگیری سد کرخه در تاریخ 6/7/ 1997، تعداد زیادی زمین لرزه با بزرگی کمتر از 4 واقع شده که توسط شبکه لرزه نگاری نصب شده در محل سد گزارش شده است. در این تحقیق خصوصیات زمین لرزه های فوق و رابطه آن با شرایط مخزن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، زمین لرزه های واقع شده در شعاع 60 کیلومتری از محور سد استخراج و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بررسیها نشان می دهد که پراکندگی زمین لرزه ها در سمت مخزن سد بیشتر بوده و از عمق کمتری برخوردارند. عمق کانونی این زمین لرزه ها کمتر از 15 کیلومتر است، و با دور شدن از محور سد عمق کانونی و بزرگی آنها افزایش یافته است. نتایج حاصل نشان می دهد که با آبگیری مخزن سد شیب ضریب (پارامتر گوتنبرگ_ریشتر ) افزایش یافته و نیز مقدار با دور شدن از محل سد کاهش یافته است، که مبین افزایش تعداد زلزله های کوچکتر بعد از آبگیری مخزن می باشد.
Abstract:
After impounding of Karkhe reservoir in 6 July1997, a numerous earthquakes have occurred with magnitudes less than 4 that have reported by installed seismograph stations in dam site. In this research, the characteristics of earthquakes and its related with the reservoir condition has investigated. For this, the earthquakes occurred in the radius of 60 Km of dam site have been analyzed. The investigation indicated that the epicenter of earthquakes generally located in the side of reservoir, and the earthquakes were shallow. The focal depth of earthquakes was lees than 15 Km, and the focal depth and magnitude were increase with the distance from dam site. The results showed that the coefficient (Gutenberg and Richter parameter) has increased after impending of reservoir and it decreased with the distance from dam site. It obviously indicated that the number of small earthquakes increase often the impounding of reservoir.
◊◊◊◊◊◊◊
مقدمه :
طرح سد و نیروگاه کرخه در بین طرحهای با مقیاس مشابه، از بومی ترین طرحهای اجرایی است که با اتکا وسیع به توان مهندسی و مدیریتی داخلی، در بازه زمانی مناسب، با کیفیت مطلوب و هزینه ای پایین در مقایسه با قیمتهای بین المللی، تکمیل و به بهره برداری رسیده است. با وجود دستاوردهای مثبت این طرح، مشکلات و نارساییهایی نیز در جریان عمل و بعد از آن فراروی دست اندرکاران بوده ، که یکی از این موارد تأثیرات زیست محیطی طرح است که عموماً بعد از بهره برداری سدهای بزرگ، در مناطق مجاور سد مشاهده می گردد. یکی از این پیامد ها، لرزشهای القا شده ناشی از بهره برداری مخزن سد است.
سد مخزنی کرخه در 20 کیلومتری غرب اندیمشک بر روی رودخانه کرخه و در 12 کیلومتری بالادست پای پل (پل نادری) در طول جغرافیایی شرقی و عرض جغرافیایی شمالی واقع گردیده است. به لحاظ شیب نسبتا کم رودخانه ، دریاچه سد از گستردگی و حجم قابل ملاحظه ای برخوردار است. این سد دارای ارتفاع 127 متر از بستر رودخانه، طول تاج 3030 متر و عرض کف 1100 متر است. حجم مفید مخزن سد 5.6 میلیارد متر مکعب می باشد.
◊◊◊◊◊◊◊
بحث :
زمین شناسی و تکتونیک محدودۀ سد
سد مخزنی کرخه و محدوده مخزن آن در حاشیه جنوب غربی منطقه چین خورده زاگرس قرار دارد. تپه ها و بلندیهای محدوده طرح ازکنگلومرای سازند بختیاری و رسوبات نرم سازند آغاجاری تشکیل شده است. پی و تکیه گاههای سد از کنگلومرای بختیاری تشکیل یافته که خود از دو واحد سنگی (BK2) در بالا با سیمانتاسیون و مقاومت بهتر و (BK1) در پایین با سیمانتاسیون و مقاومت کمتر تشکیل شده است. سد و تأسیسات وابسته به آن غالباً در محدوده واحد سنگی (BK2) واقع شده اند.
از نقطه نظر لرزه زمین ساخت، ساختگاه سد کرخه در ایالت تکتونیکی زاگرس واقع گردیده است، که یکی از فعالترین ایالتهای لرزه زمین ساختی ایران است. در گذشته چندین زمین لرزه قوی و مخرب در زاگرس رخ داده و آسیبهای جانی و مالی زیادی را بر جای گذاشته است. نزدیکترین گسل فعال به محور و دریاچه سد، راندگی لهبری می باشد.
در گزارشات مرحله مطالعاتی، بر اساس ابعاد مخزن و ارتفاع سد کرخه مشخص گردیده است که رویداد زمین لرزه های القایی در ساختگاه سد امکانپذیر می باشد. لازم به ذکر است که پاسخ سریع زمین لرزه القایی در ناحیه زاگرس، در محل سد شهید عباسپور مشاهده شده است.
زمین لرزه های القایی ناشی از آبگیری سد
به طور کلی لرزه خیزی القایی زلزله هایی را توصیف می کند که به نوعی در ارتباط با فعالیت های انسانی بر روی پوسته زمین می باشند، که در دهه های اخیر به علت دستکاری زیاد انسانی در محیط با چنین پدیده هایی مواجه هستیم. این رویدادهای لرزه ای یا به طور کامل انسانزاد می باشند و یا اینکه در مناطق فعال تکتونیکی در اثر تغییر وضعیت کلی استرس روی میدهند. این حرکات معمولاً با آشفتگی و برهم زدن موازنه طبیعت همراهند و نسبت مستقیمی بین زلزله های تحریک شده و فعالیتهای انسانی وجود دارد. بنابر این باید انتظار داشت که مراکز این نوع زلزله های کاذب در نواحی فعالیت انسانها و حوالی آن قرار گیرد. یکی از عمده ترین عوامل ایجاد کننده زلزله مصنوعی ، مخازن و دریاچه های سد های بزرگی می باشد که مخازن آنها بیش از 80 تا 100 متر عمق دارند یا حجم مخزن زیادی را دارا هستند. البته در سدهایی که اندازه کوچکتری دارند ولی در نواحی حساس به لحاظ زمین ساختی قرار گرفته اند نیز این نوع زلزله ها مشاهده شده است.
احداث سد و ایجاد یک مخزن بزرگ آب، بر روی رودخانه وضعیت طبیعی محیط را که طی سالیان دراز حاصل شده است، برهم می زند، وچند میلیارد تن بار جدید بر کف مخزن وارد میآید. زیرا قبل از ساخت یک سد، رودخانه جریان طبیعی خود را داشته و هرگز فشار های هیدروستاتیکی ناشی از جمع شدن آب پشت سد را تحمل نکرده است و طبیعتاً اگر نیروهای قابل توجهی به بدنه کوههای اطراف رودخانه وارد شود در ابتدا مصالح طبیعی با تغییر شکل بخشی، انرژی کرنشی را ذخیره می نمایند و اگر میزان انرژی وارده از میزان تحمل سنگ بیشتر شد، آنرا همانند انتشار امواج ارتجاعی آزاد می نماید که باعث ایجاد زلزله های مصنوعی می شود. مراکز این لرزشهای کاذب معمولاً در کف مخزن یا در مجاورت کف آن و در عمق کانونی صفر تا 10 کیلومتری قرار دارد.
مطالعات نشان می دهد که برخی از مخازن بلافاصله بعد از تکمیل آبگیری موجب وقوع زلزله می شوند(به علت تغییرات تنش الاستیک) و بعضی از آنها با تأخیر (به علت پخش سیال منفذی ) و بعضی چندین سال بعد، هنگامی که سطح آب مخزن تغییر کرد موجب رخداد زلزله می شوند.
مکانیسم لرزه خیزی القایی
نظریه غالب در مورد علت وقوع زلزله های القائی، بر اساس افزایش تراز سطح آب دریاچه سد می باشد، که منجر به افزایش فشار منفذی داخل سنگها می گردد. تحت این فشار ممکن است شکستگی داخلی سنگهای پوسته زمین شروع شود. اثرات این شکست به صورت زمین لرزه های در حد بزرگی های کم مشاهده می شود. بدیهی است که در این امر ضریب نفوذپذیری، وجود گسل و درز و ترک در سنگ نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است. البته در شرایط نادر با تغییرات کم در تنش و یا مقاومت سنگ، فشار منفذی به عنوان یک محرک باعث می شود تا مقدار عظیمی از انرژی موجود در لایه ها آزاد گردد و در این حالت زلزله های القائی در حد متوسط پدید خواهند آمد. در بعضی از گزارشات تحقیقاتی از سایر عوامل تحریک کننده نظیر تغییرات دمایی، فشار جو و ... نیز نام برده شده است. مشکل خطرناکی که ممکن است زلزله القائی در پی داشته باشد، به جلو انداختن زلزله های طبیعی و یا تشدید آنها می باشد.
جهت فهم مکانیزم زلزله های تحریکی (القایی) می توان از ملاک گسیختگی موهر- کولومب کمک گرفت:
در این رابطه یا استرس بحرانی ، مقدار استرس لازم جهت گسیختگی یک صفحه و مقاومت برشی ذاتی (اصلی ) یا چسبندگی توده سنگی ، ضریب اصطکاک داخلی و تنش نرمالی است که به صفحه وارد می شود. با کاهش تنش نرمال و یا افزایش تنش برشی گسیختگی در امتداد شکستگی های قبلی رخ خواهد داد. تنش لازم برای گسیختگی نسبت به جهت شکستگی اولیه سنگ تغییر خواهد کرد. این مسئله زمانی اهمیت می یابد که بخواهیم به نحوه وقوع زلزله های القایی بپردازیم. زلزله های انسانزاد فقط زمانی رخ می دهند که تغییرات کوچک درتنش نرمال یا برشی بتواند منجر به گسیختگی سنگها شود.
یکی از فاکتورهایی که منجر به تغییرات تنش می شود افزایش فشار آب منفذی است. تغییرات تنش نرمال نیز همانند تغییرات تنش می تواند منجر به زلزله های القایی شود که توسط تغییر فشار منفذی قابل توصیف است. زمانیکه مایعات به درون یک زون شکستگی راه می یابند، تنش نرمال موثر به اندازه فشار منفذی کاسته می شود و رابطه موهر - کولومب به صورت زیر در می آید:
در این رابطه فشار منفذی است. کاهش تنش نرمال موثر منجر به حرکت دایره موهر به سمت چپ می شود و می تواند گسیختگی روی دهد. با بروز گسیختگی مقداری انرژی آزاد می شود که در واقع همان زلزله ها خواهند بود.
بررسی زمین لرزه های القایی سد کرخه
در مورد سد کرخه با توجه به ابعاد سد و حجم مخزن آن و نیز فعالیت بالای لرزه خیزی منطقه زاگرس انتظار وقوع زلزله های القایی وجود دارد. در شکل پراکندگی کانون سطحی زمین لرزه های واقع در شعاع 15 کیلومتری از محور سد مربوط به بازه زمانی بعد از آبگیری (6/7/1997 تا 1/1/2006) نشان داده شده است. با توجه به شکل ملاحظه می گردد که زمین لرزه ها در شمال و شمالغرب محور سد که محدوده مخزن سد می باشد تجمع بیشتری دارند. زمین لرزه های یاد شده عموماً از نوع کم عمق می باشند.
در شکل زیر مقادیر بزرگی متوسط زمین لرزه ها به شعاع 5/7، 15، 30 و 60 کیلومتر آورده شده است. ملاحظه می گردد که با دور شدن از محور سد بزرگی و عمق کانونی زلزله ها افزایش می یابد.
با مقایسه عمق متوسط زلزله ها در دوره آبگیری با دوره نگهداشت آب در مخزن این نتیجه حاصل شد،
که عمق زلزله ها با گذشت زمان در تمام فاصله ها افزایش نشان می دهد که این امر به علت مدت زمان صرف شده برای نفوذ آب به قسمتهای پایین تر می باشد. این موضوع با توجه به نمودارهای قبل کاملاً مشخص می گردد.
نمودار توزیع جغرافیایی زمین لرزه ها بر اساس عمق کانونی زلزله ها نشان می دهد که، تجمع عمق کانونی رخدادها در مرز 5 تا 15 کیلومتری می باشد که طبق مشخصات زلزله های ناشی از آبگیری مخزن سدها، مورد انتظار است.
در شکل زیر رابطه گوتنبرگ-ریشتر داده های لرزه ای (نرمالیزه شده به مساحت و زمان) برای شعاعهای 5/7، 15، 30 و 60 کیلومتری محور سد در بازه زمانی 8.5 ساله بعد از آبگیری با بازه زمانی مشابه قبل از آبگیری مخزن سد کرخه مقایسه شده است. ملاحظه می گردد که با آبگیری مخزن سد ضریب افزایش یافته است. این بدان معناست که زلزله های کوچک نسبت به زلزله های بزرگتر در منطقه افزایش یافته است. با مقایسه مقادیر برای فاصله های 5/7، 15، 30 و 60 کیلومتر نیز مشخص شد، که مقدار با دور شدن از محل سد کاهش می یابد که این امر دلیل بر متمرکز شدن زلزله های کوچکتر در اطراف سد است و نشان می دهد که زمین لرزه های واقع شده در این منطقه می توانند از نوع زلزله های القا شده در اثر آبگیری مخزن سد باشند.
بررسی زمانی رخدادهای لرزه ای در اطراف سد کرخه نشان می دهد که همزمان با آبگیری سد از تاریخ 6/7/1997 تعداد زلزله ها افزایش یافته ولی بعد از پر شدن سد تعداد لرزشها بطور محسوسی کاسته شده است. در شکل زیر منحنی فراوانی تجمعی تعداد زمین لرزه ها و تراز آب با تعداد روزهای های بعد از آبگیری سد باهم مقایسه شده است. ملاحظه می گردد که همخوانی مناسبی بین تراز آب و تعداد وقوع زمین لرزه ها برای همه فواصل 5/7، 15، 30 و 60 کیلومتری وجود دارد. البته تا شعاع 30 کیلومتر از محور سد همخوانی مناسبتر است.
با توجه به شکل فوق مشاهده می گردد که، مدت زمانی لازم برای مسطح شدن منحنی فراوانی تجمعی زمین لرزه ها برای فواصل نزدیکتر کوتاهتر و برای فواصل دور بلندتر است. به عبارت دیگر با افزایش ارتفاع آب لرزه خیزی القایی، به فواصل دورتر از مخزن منتقل می گردد.
◊◊◊◊◊◊◊
نتیجه گیری :
براساس اطلاعات موجود موارد زیر قابل ذکر است:
- زمین لرزه های مشاهده شده در منطقه کرخه بعد از آبگیری سد نشانگر وقوع زلزله های القایی در اطراف این سد به خصوص محدوده مخزن سد می باشد. در صورتیکه گسل فعالی در مخزن سد وجود داشته باشد و یا اینکه زمین شناسی و داده های زمین لرزه ای در رژیم هیدرولیکی مخزن گویای پتانسیل رویداد زمین لرزه القایی باشد، زمینلرزه القایی را باید به عنوان یک رویداد باور کردنی در نظر گرفته شود.
- بزرگیهای ثبت شده تاکنون در منطقه کرخه کمتر از 3/4 است. اگرچه بزرگی زلزله های فوق کم می باشد، اما وقوع زمین لرزه های مکرر با بزرگی کم می تواند در بروز ناپایداری شیبی در داخل مخزن سد و اطراف آن مؤثر باشد.
- تعداد زلزله ها بلافاصله همزمان با آبگیری سد افزایش یافته است و با گذشت زمان که سطح آب ثابت شده از تعداد این لرزشها نیز کاسته شده است. معمولاً در موارد مطالعه شده زمین لرزه های ناشی از سد، تعداد زلزله ها در سالهای اول بیشتر بوده است. مشاهدات نشان می دهند که تعداد زلزله ها بویژه در ده سال اول پس از آبگیری بیشتر است. در بعضی موارد زلزله بلافاصله پس از آبگیری رخ می دهد.
- با مقایسه فراوانی زمین لرزه ها از نظر تعداد، انرژی و عمق آنها در فواصل مختلف از مخزن، وابسته بودن وقوع این زلزله ها در فواصل نزدیک به مخزن سد بیشتر مشخص می شود.
◊◊◊◊◊◊◊
منابع فارسی :
شرکت توسعه منابع آب و نیروی ایران، گزارش لرزه خیزی و برآورد خطر زمین لرزه در ساختگاه سد کرخه، ، بهمن 1372.
شرکت صدر سازه کوشا، 1380، خلاصه گزارشات مطالعات مرحله اول طرح کرخه (مستند سازی طرح کرخه)، شرکت توسعه منابع آب و نیروی ایران.
شرکت لرزه نگار پارسیان، داده های لرزه ای سد کرخه.
پاکزاد، مهدی، 1381، بهره برداری از سد مخزنی کرخه در طی سه سال آبگیری، فصلنامه مهاب قدس، شماره 21، صفحه 49 تا 55.
◊◊◊◊◊◊◊
References:
Gupta, H.K., Rastogi, B.k., Dams and Earthquakes Elsevier, Amesterdam, 229 pp.
Gupta, H.K., 2002, a review of resent studies of triggered earthquakes by artificial water reservoirs with special emphasis on earthquakes in Koyna, India, science Reviews 58, 279-310.
Peinke J. et.al., 2006, Influence of periodic variations in water level on regional seismic activity around a large reservoir: Field data and laboratory model, Physics of the Earth and Planetary Interiors.
Talwani, P., 1997, on the nature of reservoir-induced seismicity, Pure appl. Geophys. 150, 473-492.