بزرگای زلزله
به طور کلى براى درک بهتر یک پدیده نیاز داریم که بتوانیم آن پدیده را بطور کمى اندازه گیرى و بیان کنیم. به همین دلیل مقیاسهاى مختلف بزرگاى زلزله به منظور اندازهگیرى زلزله و بدست آوردن معیارى براى مقایسه و سنجش زلزلهها ایجاد شده است. مفهوم بزرگاى زلزله توسط ریشتر در اوایل دهه 1930 معرفى گردید. بسته به اینکه چگونه بزرگا را محاسبه میکنیم، مقیاسهاى متفاوتى براى اندازهگیرى بزرگاى زلزله وجود دارد که هر کدام کاربردهاى خاص خود را در مهندسى زلزله و زلزلهشناسى دارند. از جمله مقیاسهاى بسیار پرکاربرد مقیاس ریشتر (ML)یا بزرگاى محلى، بزرگاى امواج حجمى یا mb و بزرگاى امواج سطحى یا Ms میباشند. تغییرات طیف چشمه براى زلزلههای مختلف نشان مىدهد که بالاتر از یک اندازه خاص، MS و mb یک مقدار ثابت دارند که به این پدیده اشباع میگویند. براى غلبه بر این مشکل مقیاس بزرگی دیگرى بنام بزرگاى گشتاورى یا Mw معرفى گردید که از رابطه زیر قابل محاسبه میباشد.
Mw= 2/3log10 (M0) – 6.03
که در آن، M0 ممان لرزهای زلزله برحسب نیوتن-متر (N.m) میباشد. ممان لرزهای کمیتی است که زلزلهشناسان برای اندازهگیری انرژی آزاد شده توسط یک زلزله بکار میبرند و تابعى از میزان مدول برشی زمین (μ)، سطح کل گسلش (A) و متوسط مقدار جابجایى (d) میباشد و با رابطه زیر قابل محاسبه است.
M0 = μ.A.d
روشهاى مختلفى براى تعیین ممان لرزهاى وجود دارد. براى محاسبه ممان لرزهاى و نتیجتا بزرگاى گشتاورى روشهای گوناگون از قبیل برگردان تانسور ممان، وارو نسازی شکل موج و روش طیفی وجود دارد. امروزه با توجه به رکوردهاى موجود با کیفیت بالا (لرزهنگاشتها و شتابنگاشتها) مىتوان ممان را با استفاده از اینگونه رکوردها محاسبه نمود. براى زلزلههایى که در گذشته اتفاق افتادهاند، بیشتر از ارزیابیهای زمینشناختی و با اندازهگیری طول گسلش و جابجایی متوسط آن در عملیات صحرایی مقدار ممان تخمین زده مىشود. روش طیفی بر اساس مدل چشمه برون در حوزه فرکانس انجام میشود که در آن بزرگا از قسمت فرکانس پایین طیف جابجایی تخمین زده میشود. همچنین روش دیگرى بنام روش عینى وجود دارد که بزرگا بر اساس مدل برون محاسبه میشود. با این تفاوت که در حوزه زمان محاسبات انجام میگردد. در سال 1384، شجاع طاهرى و همکاران از روش عینى براى محاسبه بزرگاى گشتاورى زلزلههاى ایران با استفاده از دادههاى شتابنگارى موجود در شبکه ملى شتابنگارى (ISMN) استفاده نمودند و نتایج حاصله را منتشر نمودند. پس از آن بزرگاى ممانى به روش عینى براى زلزلههایى که توسط ISMN ثبت میگردند به صورت روتین انجام میشود و این بزرگا بعنوان Mw در اطلاعات رکوردهاى زلزله ها ثبت میگردد. باید توجه نمود که این بزرگا فقط با استفاده از دادههاى شتابنگارى و با روش عینى محاسبه میگردد. در این روش، قسمت فرکانس پایین طیف جابجایی (Ω0) که متناسب با ممان لرزه ای M0 است بصورت زیر محاسبه میشود:
که در آن، و از روابط زیر محاسبه میشوند.
در این روابط V(t) و D(t) به به ترتیب سرعت وجابجایی میباشند که با انتگرالگیری از شتابنگاشتها بدست میآیند. پس از تعیین Ω0 ، ممان لرزهاى با استفاده از رابطه زیر محاسبه میشود.
که در آن، چگالى، سرعت موج برشى وF ضریب تصحیح بزرگنمایی سطح آزاد میباشد. مقدار میانگین الگوی تشعشعی، P تصحیح مربوط به تقسیم انرژی بین دو مولفه افقی شتابنگاشتها و G(R) جمله مربوط به تصحیح گسترش هندسی است که برای فاصله کانونی R بصورت زیر محاسبه میشود.
به این ترتیب پس از محاسبه M0 میتوان بزرگاى گشتاورى را از رابطه (1) بدست آورد. براى محاسبه Mw پنجرههاى زمانى مختلفى (از جمله پنجره موج S یا کل نگاشت) میتواند تعیین و بر اساس آن پنجره انتخابى، بزرگا محاسبه مىشود. شجاع طاهرى و همکاران (1384)، به این نتیجه رسیدند که استفاده از پنجره زمانى کل رکورد (Whole trace) که از رسید موج P شروع و تا آخر نگاشت ادامه پیدا میکند سادهتر و کاربردىتر است و در عین حال نتایج خوبى ارائه میدهد. شرط انتخاب زلزلهها به این صورت است که هر کدام دارای حداقل چهار شتابنگاشت با کیفیت مناسب باشند. سپس برای هر زلزله، میانگین بزرگی که از روی شتابنگاشتهای مربوط تعیین میگردد به عنوان بزرگاى گشتاورى آن زلزله اعلام میگردد. اکنون پس از گذشت بیش از 12 سال، نتایج گزارش شده توسط ISMN براى Mw براى زلزلههاى مختلف دوباره مورد بررسى قرار گرفته است تا بتوانیم از لحاظ آمارى میزان عملکرد این روش را نسبت به مقادیرى که مراکز معتبر بین المللی نظیر دانشگاه هاروارد ارائه دادهاند بسنجیم. شکل 1رابطه میان Mw محاسبه شده توسط ISMN را در مقابل مقادیر محاسبه شده توسط مراکز معتبر (Mw_reported) نشان میدهد. همانگونه که در شکل مشاهده میکنید همبستگی خوبى بین دو مقدار بزرگاى محاسبه وجود دارد. میانگین مقادیر باقیمانده صفر (zero mean residual) میباشد و خطای معیار(standard deviation) رابطه برابر 205/0 میباشد که نشاندهنده تقریب قابل قبول بزرگاى گشتاورى توسط این روش میباشد.
در جدول (1) اطلاعات برخی از زلزلههای با بزرگاى بیشتر از 4 که برای آنها Mw توسط روش عینی محاسبه شده به همراه Mwهایی که به ترتیب توسط Global Centroid- Moment-Tensor (CMT) Project، مراکز یا منابع معتبر بینالمللى دیگر و Iranian Seismological Center (IRSC) تعیین گریدهاند ارائه گردیده است. با توجه به اینکه محاسبه Mw از روشهاى دیگر نیاز به زمان زیادترى دارد، روش عینى و یا روش مدل برون در حوزه فرکانس میتواند براى برآورد بزرگاى گشتاورى با سرعت بیشتر بسیار مفید و کمک کننده باشد. همچنین مىتوان این روش را به صورت داده زمان واقعى (Real-time) یا نزدیک به زمان واقعى (Near real time) به کار گرفت و به سرعت بزرگا را محاسبه نمود. دانستن مقدارMw به ویژه براى سیستمهاى هشدار سریع و پاسخ سریع زلزله و همچنین مدیریت بحران بسیار مهم و حیاتى است. برای تحقیقات بیشتر در آینده استفاده از روش برون در حوزه فرکانس و عملکرد نتایج حاصله جالب توجه است که میتواند معایب ومزایاى استفاده از این روش در دو حوزه زمان و فرکانس را تعیین نماید.
شکل 1: مقایسه بین Mw گزارش شده توسط مراکز معتبر (Mw_reported) و Mw محاسبه شده توسط شبکه شتابنگاری (Mw_ISMN). خط ممتد نشاندهنده رابطه 1:1 است و خطوط مقطع بیانگر یک انحراف معیار میباشد.
جهت دریافت لینک دانلود در ایمیل خود از باکس زیر اقدام کنید
ایمیل خود را برای دریافت رایگان فایل وارد کنید. لینک دانلود به ایمیل شما فرستاده می شود.