سرزمین ایران در بخشی از کرهی زمین قرار گرفته است که از لحاظ زمینساختی بسیار پرتکاپو میباشد و همیشه بخشهایی از آن تحت تأثیر زمینلرزه قرار میگیرد. بازشدگی بستر دریای سرخ و حرکت صفحهی عربی به سمت شمال شرق به سمت فلات ایران و در نتیجه فشرده شدن پوستهی این فلات در میان صفحهی عربی و صفحهی توران باعث چینخوردگی، گسلخوردگی و در نهایت تجمع انرژی در پوسته و رویداد زمینلرزههای ویرانگر شده است. در سالیان اخیر در ایران، پدیدهی زمینلرزه مورد توجه روزافزون قرار گرفته است و نمود عینی آن رشد کمی و کیفی شبکههای شتابنگاری و لرزهنگاری کشور میباشد.
لرزهنگار و شتابنگار
در حال حاضر ثبت زمینلرزهها بیشتر توسط لرزهنگارها و شتابنگارها انجام میشود. لرزهنگارها دستگاههای بسیار حساسی هستند که قادرند حرکات فوقالعاده ضعیف زمین، ناشی از رویداد زمینلرزهها را با دقت زیاد ثبت کنند. معمولاً لرزهنگار دستگاه واحدی متشکل از یک دستگاه لرزهسنج (seismometer) و یک دستگاه ثبات است. لرزهنگارها دارای وزنهای هستند که به پایهای متصل است. این اتصال به گونهای است که در حین رویداد زمینلرزه، پایه به جنبش در میآید ولی وزنه بدون حرکت باقی میماند و این حرکت نسبی عموماً به ولتاژ الکتریکی تبدیل شده و با ابزار واسطه بر روی کاغذ مخصوص، نوارهای مغناطیسی و یا سایر سیستمهای ضبط، ذخیره میشود. لرزهنگارها در فاصلههای نزدیک به مراکز زمینلرزه به حالت اشباع در آمده و قادر به ثبت مطلوب حرکات قوی زمین نمیباشند. بنابراین، دادههای حاصل از دستگاههای لرزهنگاری را نمیتوان به طور مستقیم در مهندسی زلزله استفاده کرد. علاوه بر آن، به دلیل فرکانس پایین دستگاههای لرزهنگار، استفاده از آنها در مهندسی زلزله بسیار مشکل است. پارامترهایی که توسط پایگاههای لرزهنگاری گزارش میشود، معمولاً شامل مختصات زمانی و مکانی، بزرگی و عمق میباشد. در گزارش زمینلرزهها توسط سازمانهای مختلف تفاوتهایی وجود دارد، این تفاوتها به سبب پیچیدگی در سازوکار زمینلرزهها و نیز فاصله و پراکندگی دستگاههای لرزهنگار میباشد.
در شکل های بالا ثبت مؤلفهی جنبش زمین را مشاهده میکنید
شتابنگار دستگاهی است که شتاب حاصل از جنبش پوستهی زمین را به ثبت میرساند و از اجزای اصلی سنسورها، دیجیتایزر، حافظه و باطری تشکیل شده است. اگرچه این دستگاهها به منظور ثبت جنبشهای ناشی از زمینلرزهها ساخته شدهاند، ولی طراحی آنها به گونهای است که فقط در محدودهی معینی که ارزش مهندسی دارد میتوانند شتابهای حاصل از زمینلرزه را ثبت کنند. معمولاً این دستگاهها در اثر حرکات قوی زمین شروع به کار نموده و حساسیت چندانی برای ثبت امواج بسیار خفیف از خود نشان نمیدهند.
برخلاف لرزهنگارها، دستگاههای شتابنگار برای نصب در نزدیکی مراکز زمینلرزهها و گسلهای فعال و همچنین در سازههای مهم (سدها، نیروگاهها، پلها، ساختمانهای بلند، پالایشگاهها و …) بسیار مناسب بوده و اطلاعات حاصل از آنها در هنگام رویداد زمینلرزه که شتابنگاشت نامیده میشود، در مهندسی زلزله از اهمیت خاصی برخوردار است. دستگاههای شتابنگار دارای فرکانس طبیعی بسیار بالاتری نسبت به فرکانس حرکات زمین هستند و میتوانند شتاب حاصل از حرکات قوی زمین را ثبت کنند. شتابنگاشتهای حاصل از جنبش نیرومند زمین دارای شکلهای بسیار متفاوتی هستند که به مدت دوام، دامنههای اوج و محتوای فرکانسی آنها بستگی دارد. شتابنگاشتها در زلزلهشناسی مهندسی برای تحلیل طبیعت جنبش نیرومند زمین (فاصله، عمق، شتاب، ساز و کار گسل مسبب و …) استفاده میشوند. علاوه بر این، شتابنگاشتها در مهندسی زلزله برای مطالعهی تأثیر نیروهای ناشی از زمینلرزه در سازهها، تدوین آییننامههای زلزله و طراحی سازههای مقاوم در برابر زمینلرزه و خطرپذیری آنها استفاده میشود.
از آنجا که استفاده از شتابنگاشتها به طور مستقیم در مهندسی زلزله برای طراحی مشکل است، دادههای شتابنگاری به صورت مجموعهای از پارامترهای شاخص و قابل استفاده درآورده میشوند که میتوان به شتاب اوج (PGA) و یا پارامترهای طیفی اشاره کرد. سادهترین و راحتترین شکل استفاده از شتابنگاشتها، استفاده از شتاب اوج میباشد. اندازهی شتاب اوج مربوط به زلزلههای مخرب ثبت شده در دنیا، از g1/0 تا g2 بوده است. در ایران مقدار شتابی که موجب آسیب رساندن و یا تخریب شده باشد از g1/0 (شتاب اوج زمینلرزه گلباف 1981) تا حدود g1 (زمینلرزه زنجیران 1994) میباشد. البته نمیتوان از این روش مدت دوام و محتوای فرکانس زمینلرزه را بهدست آورد. در صورتی که برای مهندسین ساختمان پارامترهایی نظیر دوام و محتوای فرکانسی مهم میباشد. بنابراین استفاده از آنها در قالب طیفهای پاسخ، طیف طرح و فوریه در کارهای مهندسی اجتنابناپذیر میباشد. توسعه و انتخاب مناسب ایستگاههای شتابنگاری که طبق معیارهای از پیش تدوین شده انجام شود، کمک زیادی به ثبت حرکات قوی خواهد کرد و این امر میتواند خدمات بسیار ارزندهای را به جامعه زلزلهشناسی مهندسی و مهندسی زلزله ارائه دهد.
تاریخچهی شتابنگاری در جهان
اولین دستگاه شتابنگار در سال 1931 توسط سازمان زمینشناسی آمریکا (USGS) طراحی شد، که ساختمان نسبتاً سادهای داشت. این دستگاه دارای 3 کانال با ظرفیت ثابت برابر با 5/6 دقیقه، پاسخ فرکانسی DC-18Hz و محدودهی دینامیکی 40 dB بود، که در آن از کاغذ عکاسی 12 اینچ استفاده میشد. روند تکاملی دستگاههای شتابنگار به کندی ادامه یافت. در سال 1963 دستگاه AR 240 طراحی گردید که دارای 3 کانال با 30 دقیقه ظرفیت ثبت و پاسخ DC-18Hz و محدودهی دینامیکی 40 dB بود. بعضی از مشهورترین شتابنگاشتهای به دست آمده نظیر پارک فیلد (1962) و سد کوینا (1967) در هند و سد پاکویما (1971) در آمریکا توسط دستگاه AR 240 ثبت گردیدهاند. در همان زمان گروهی از متخصصان در USGS دستگاه MARKII را طراحی و تعداد 6 عدد از آنها را تولید نمودند. اما این دستگاه در مقابل شتابنگار AR 240 نتوانست رقابت کند .از سال 1967 میلادی، دوران ثبت نگاشت بر روی فیلم 70 میلیمتری آغاز و به 36 سال دوران ثبت روی کاغذ خاتمه داده شد. در این سال، دستگاه RFT 250 توسط شرکت Earth Science طراحی و ساخته شد. در سال 1969 شرکت Kinemetrics دستگاه شتابنگار SMA1 را طراحی، تولید و به بازار جهانی عرضه کرد .در دستگاههای SMA 1 و RFT 250 که دارای 3 کانال و 25 دقیقه ظرفیت ثبت هستند، از فیلم عکاسی 70 میلیمتری استفاده شده است . این دو دستگاه دارای پاسخ فرکانسی DC-50Hz و محدودهی دینامیکی 50 dB میباشند. دستگاه SMA 1 توانست با کیفیت برتر و قیمت ارزانتر بازار را تحت کنترل خود درآورد. از سال 1975 اولین دستگاههای ثبت دیجیتالی وارد بازار گردید. در این سال دستگاه DSA-T توسط Kinemetrics برای کاهش نیاز به نیروی انسانی و به منظور تبدیل اطلاعات آنالوگ به دیجیتال طراحی گردید.
در دههی هشتاد میلادی دوران ثبت حافظه الکترونیکی آغاز و دستگاههای A-700 توسط شرکت Geotech و دستگاههای SSA2 و SSA1 توسط شرکت Kinemetrics به بازار عرضه شد. این دستگاهها دارای حافظهی الکترونیکی با 20 دقیقه ظرفیت ثبت با 3 یا 4 کانال ثبت لرزه، پاسخ فرکانسی DC-50Hz و محدودهی دینامیکی 66dB بودند. سادگی فناوری در دههی 60 و 70 میلادی قرن گذشته منجر به تکامل و بهبود استانداردها و استفاده از فناوری نوین در شتابنگار در دههی 80 شد. شتابنگار SM-1 که توسط سوئیسیها در سالهای 1988 و 1989 طراحی گردید، دارای سه کانال است .این دستگاه در شبکههای سوئیس مورد استفاده قرار گرفت. نهایتاً در پاسخ به درخواست بعضی از کشورها، کمپانیهای آمریکایی شتابنگارهای گران قیمت SSA1 را به بازار عرضه کردند. بررسی تاریخی شتابنگاشتها نشان میدهد که اولین نگاشت حرکات قوی زمین مربوط به زلزلهی 10 مارس 1933 لانگبیچ ایالات متحده بوده است. در واقع این رکورد اولین نگاشت در نوع خود در سراسر جهان بود که باعث تغییر و تحول عظیمی در علم مهندسی زلزله شد. رکورد زلزلهی لانگبیچ اگرچه به دلیل بعد مسافت دارای شتاب بالایی نبود، ولی با توجه به اهمیت موضوع، مقدمهای بر مطالعه حرکات قوی زمین شد. پس از آن شبکههای شتابنگاری به سرعت تأسیس و توسعه پیدا کردند و طی این مدت، نگاشتهای با ارزشی از زلزلههای مخرب در سراسر آمریکا و سایر نقاط جهان از جمله ایران به دست آمده است. وجود مناطق با پتانسیل بالای لرزهخیزی باعث توجه بیشتر به این مناطق و در نتیجه موجب ایجاد و توسعه شبکههای شتابنگاری در این گسترهها شد که میتوان به شبکههای مهمی مانند آمریکا، ژاپن، ایران، آرژانتین، مکزیک، اسپانیا، الجزایر، ایتالیا و تایوان اشاره کرد.
مرکز لرزهنگاری کشوری
مؤسسهی ژئوفیزیک دانشگاه تهران، کار ثبت و تعیین محل زمینلرزهها را از سال 1337 (1958 میلادی)، با احداث اولین ایستگاه لرزهنگاری در تهران آغاز کرد. در دههی 1960 میلادی ایستگاههای لرزهنگاری کشور به 5 ایستگاه آنالوگ نصب شده در شهرهای تهران، تبریز، مشهد، شیراز و کرمانشاه افزایش یافت. از این تعداد 3 ایستگاه تبریز، مشهد و شیراز زیر مجموعه شبکه لرزهنگاری استاندارد جهانی (WWSSN) بودند. در سال 1354(1975 میلادی) یک آرایه 7 ایستگاهی موسوم به آرایه بلند دوره ایران (ILPA) برای اهداف خاص و نیز فراهم آوردن اطلاعات لرزهای مناسب جهت تحقیقات زلزلهشناسی در جنوب غربی تهران نصب گردید. در سالهای ابتدایی دههی 1360 هجری شمسی در چند نقطهی دیگر کشور از جمله بروجن، مینودشت، سد مهاباد، قمصر کاشان و قلعهقاضی هرمزگان، توسط مؤسسهی ژئوفیزیک ایستگاههای لرزهنگاری آنالوگ نصب و راهاندازی گردید. تا سال 1374، ثبت و گزارش زمینلرزههای رخ داده در کشور توسط این ایستگاههای لرزهنگاری آنالوگ صورت میگرفت. با تأمین تجهیزات لرزهنگاری جدید از نوع رقمی، نصب دستگاههای لرزهنگاری جدید در سال 1374 در شبکههای لرزهنگاری تهران و تبریز آغاز و در سالهای بعد با نصب تجهیزات در شبکههای لرزهنگاری سمنان، قوچان، یزد، ساری، اصفهان، شیراز، مشهد، کرمانشاه، بیرجند و خرمآباد، شبکههای لرزهنگاری توسعه یافتند. در سال 1389 شبکههای لرزهنگاری میناب، کرمان، شهرکرد و همدان نیز به صورت آزمایشی راهاندازی شدند. ایستگاههای لرزهنگاری این شبکهها مجهز به لرزهنگارهای کوتاه دوره، باند متوسط، باند پهن و باند بسیار پهن سه مؤلفهای هستند. این مرکز در حال حاضر با بهرهگیری از 100 ایستگاه لرزهنگاری رقمی، در قالب 18 شبکهی لرزهنگاری محلی، چهار پایگاه لرزهنگاری تک ایستگاهی و یک ایستگاه درون چاهی فعالیت دارد که بسیاری از مناطق لرزهخیز کشور را تحت پوشش قرار میدهد.
شبکههای لرزهنگاری مرکز لرزهنگاری کشوری
شبکههای لرزهنگاری مطابق برنامههای کوتاهمدت، میانمدت و بلندمدت در نواحی مختلف کشور در حال توسعه و افزایش است. اطلاعات ثبت شده توسط ایستگاههای لرزهنگاری در سطح کشور، بهطور پیوسته از طریق سیستم رادیوئی به مراکز شبکهها در استانها مخابره شده و مراکز شبکهها نیز به دو طریق VPN و ماهوارهای، بطور پیوسته با مرکز لرزهنگاری کشوری در تهران ارتباط دارند.
ایستگاههای لرزهنگاری کوتاه دوره، مجهز به لرزهنگار SS1 (با فرکانس ویژه یک هرتز) میباشند. ایستگاههای لرزهنگاری با باند متوسط مجهز به لرزهنگارهای Trillium-40s و ایستگاههای لرزهنگاری باند پهن و بسیار پهن مجهز به لرزهنگارهای CMG3ESP-120s و CMG3T-360s و Trillium-240s هستند.
شبکهی شتابنگاری زلزلهی ایران
شبکهی شتابنگاری زلزلهی ایران در سال 1352 تأسیس و تا سال 1371 حدود 276 دستگاه شتابنگار آنالوگ (SMA1) را در سراسر کشور نصب کرد. این دستگاهها توانستهاند زمینلرزههای مهمی مانند زمینلرزههای طبس (1357) و گلباف ( 1360) را ثبت کنند. ایستگاه جهرم در استان فارس در تاریخ 5/12/1352 شمسی، اولین شتابنگاشت را با بیشینه شتابی برابر با 017/0 شتاب ثقل زمین به ثبت رساند. بعد از زمینلرزهی رودبار- منجیل (1369)، طرح توسعهی شبکهی شتابنگاری در دستور کار مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن قرار گرفت و از سال 1372 با در نظر گرفتن معیارهای لرزهزمینساختی، زمینشناسی ناحیهای، لرزهخیزی، توپوگرافی، زمینشناسی ساختگاهی، خطرپذیری و امکانات محلی نصب و با خرید 1200 دستگاه دیجیتال (SSA2)، نصب این دستگاهها شروع شد. اولین دستگاههای شتابنگار دیجیتال در روستای سفیدآبه (بعد از زمینلرزهی چهارم اسفند 1372)، زنجیران و ذرات (بعد از زمینلرزهی دهم اسفند 1372 موک) نصب گردیدند. ایستگاه زنجیران (استان فارس) توانست در سیام خرداد 1373 زمینلرزهی زنجیران را با بیشینه شتاب تقریبی g1 به ثبت رساند. این دستگاهها زمینلرزههای مهمی مانند زنجیران، گرمخان بجنورد، اردکول، سرعین، گلباف، کره بس و زمینلرزهی بم را ثبت کردهاند. بیشینه شتاب ثبت شده در زمینلرزهی بم، بر روی مؤلفهی قائم g 989/0 است. بیشینه شتاب ثبت شده بر روی مؤلفهی قائم و نزدیک بودن به کانون و گسل مسبب، این شتابنگاشت را به یکی از بارزترین شتابنگاشتهای دنیا در آورده است. مرحلهی سوم توسعه شبکه نیز در سال 1376 با خرید 130 دستگاه شتابنگار از شرکت گورالپ شروع شد.
نقشه شبکه شتابنگاری زلزله ایران
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.