برآورد زلزله با متدهای ژئوفیزیکی در برنامه ریزی شهری و منطقه ای

برآورد خطر زمین­لرزه و پهنه­بندی لرزه­ای استان خراسان رضوی و شمالی به روش احتمالاتی

امیر طالبی: دانشجو کارشناسی ارشد زلزله­شناسی، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

talebi.amir@ut.ac.ir

محمد علی نظام محله: دانشجوی دکترای ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران

 mnezammahalleh@ut.ac.ir

چکیده

با توجه به مخاطره آمیز بودن سرزمین ایران از نظر لرزه خیزی لازم است برای کاهش خسارات زلزله مکان­های با خطر لرزه­ای بالا شناسایی شوند. در این مقاله خطر زمینلرزه در استان­های خراسان رضوی و شمالی بر اساس روش احتمالاتی برآورد و پهنه­بندی شده است. به منظور اجرای این روش ابتدا پنج چشمه ( محدوده)  بالقوه لرزه­زا در منطقه بر اساس فراوانی زلزله ها و نوع گسلها  شناسایی و تعیین حدود گردیده اند. داده های زلزله بصورت یکنواخت، از زمینلرزهایی­ که شامل 15 زمینلرزه تاریخی و 330 زمینلرزه دستگاهی از سال 1900-2012 با بزرگای M_s>3.5 می­باشد، استفاده شده است. مختصات نقاط چشمه و نقاط زلزله وارد نرم افزار Z-MAP شد و  پس از برآورد پارامترهای هر چشمه شامل مقادیر a و b  از نرم افزار Z-MAP و بیشینه بزرگی مورد انتظار (M) از نرم افزار KIJKO2001،  شتاب حاصل از فعالیت­ چشمه­ها با استفاده از نرم افزار crisis برای دوره بازگشت­های 50، 100، 475 سال برآورد شد. بر اساس نتایج به دست آمده منطقه از نظر سطح خطر بر حسب شتاب گرانش (g) به پنج دسته تقسیم می­شود: سطح خطر بسیار پایین، کمتر از 0.1، سطح خطر پایین، از 0.1 تا 0.15 ، سطح خطر متوسط، از 0.15 تا 0.35 ، سطح خطر بالا، از 0.35 تا 0.5 ، سطح خطر بسیار بالا، بالاتر از 0.5،  مشخص شد که شهرستان های بجنورد، اسفراین و شمال قوچان در سطح خطر بسیار بالا قرار دارند.

کلید واژه ها: مخاطره، لرزه ای، پهنه بندی، تحلیل خطر

مقدمه :

سرزمین ایران از دیدگاه زمینساختی و لرزه خیزی بسیار ناآرام و پر تکاپو است که معمولا زیانهای جانی و مالی بسیاری را موجب می­شود . به همین منظور بایستی با مطالعه­ی دقیق مناطق لرزه خیز و چشمه های بالقوه­ی زمینلرزه (ریتر 1990) تعیین شود. از آنجایی که رویداد زمینلرزه یک پدیده ی طبیعی است و تا کنون هیچ روش علمی برای پیش بینی آن ارائه نشده است، لذا تنها راه مقابله با آثار زیانبار زمینلرزه یک برآورد قابل اعتماد از خطر لرزه­ای است که بر اساس دانش کنونی و آخرین دست آوردها و فناوری ها انجام گیرد تا مبنای طراحی و ساخت سازه های مقاوم در مقابل زمینلرزه باشد.

برآورد خطر زمینلرزه، برآوردی از اندازه گیری جنبش نیرومند زمین است که انتظار می­رود در یک نقطه خاص رخ دهد. استان خراسان شمالی و جنوبی قسمتی از ایالت لرزه زمینساختی کپه داغ است (میرزایی و همکاران، 1997). در این مطالعه منطقه محصور بین 57 تا 60 درجه طول جغرافیایی و 35 تا 38 درجه عرض جغرافیایی انتخاب شده است. هدف از این مقاله برآورد خطر زمینلرزه در استان خراسان شمالی و مرکزی و پهنه بندی آن به روش احتمالاتی با توجه به میزان خطر پذیری بخش­های مختلف آن می­باشد.

موقعیت خطر زمینلرزه در استان¬های خراسان رضوی و شمالی

شکل(1) منطقه ی مورد مطالعه

مواد و روش

در این تحقیق با استفاده از نقشه های زمین شناسی و مقالات مرتبط، نقشه­ی گسلهای منطقه ترسیم گردید. سپس از داده های زمینلرزه های تاریخی (قبل از 1900 میلادی) و داده های دستگاهی (2012 – 1900 میلادی) مربوط به موسسه بین المللی زلزله شناسی (ISC)، و سازمان زمین شناسی آمریکا (USGS) و موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران و روند گسلهای منطقه، برای مشخص کردن چشمه های مورد نظر استفاده شده است. این نقشه ها برای نشان دادن خطر زمینلرزه در این نواحی به صورت خطوط میزان هم شتاب و پهنه بندی خطر زمینلرزه ای با به کارگیری روش احتمالاتی تهیه شده است. تخمین های احتمالاتی این نقشه ها شامل بیشینه شتاب زمین در مناطق مورد مطالعه برای دوره های بازگشت 50، 100 و 475 سال و پریود 0.05 ثانیه می باشد. اولین گام در تحلیل خطر زمینلرزه تعیین چشمه های زمینلرزه ای است. این چشمه ها محل تجلی فعالیت نیروهای زمین ساختی منطقه می باشند.

برای دریافت فایل  GIS زلزله های استان های مختلف کشور و فایل kmz یا لایه گوگل ارث زمینلرزه ها و همچنین فایل اکسل زلزله های کشور به همراه اطلاعات تاریخ و ساعت دقیق وقوع زلزله، عمق زمینلرزه و بزرگای زلزله (نقاط زلزله به اصطلاح به ریشتر) این محصول را از فروشگاه فوری آموز در قسمت بالای همین صفحه برای استان مورد نظر خود جستجو کنید.

دانلود لایه GIS، KMZ و Excel نقاط زلزله های استان ها

برآورد خطر به روش احتمالاتی (probabilistic seismic hazard analysis)

در راهکار احتمالاتی جمع احتمالات رخداد یک سطح خاص از پارامتر جنبش نیرومند زمین در محدوده اطراف نقطه مورد بررسی در طی یک دوره زمانی مورد نظر است (کورنل، 1986). در این روش تحليل خطر لرزه اي تمام زمينلرزه ها و تمام چشمه هاي مهم با فاصله هاي مختلف ازساختگاه با در نظر گرفتن احتمال وقوع تمام رويدادها، مورد توجه قرار مي گيرند. در اين مرحله از مطالعات خطر زمينلرزه در ساختگاه، با استفاده از مدل چشمه هاي پهنه اي لرزه زا براي مدل هاي مختلف كاهيدگي شتاب هاي افقي و قائم جنبش زمين ارائه شده است. در این روش تمامی چشمه­ها تواما با هم در نظر گرفته می­شود و فاصله سایت تا چشمه متغیر است. در این روش با استفاده از نرم افزار CRISIS2007 به محاسبه ریسک لرزه­ای منطقه می­پردازیم.

مراحل اساسی در تحلیل خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی مرسوم، که اولین بار توسط کرنل (1968) بیان و توسط ریتر (1990) توصیف شده به شرح زیر می باشد.

تعیین چشمه های بالقوه ی زمینلرزه

چشمه بندی منطقه بر اساس پارامترهای زیر صورت گرفت: الف) تجمع رویداد­های زلزله ب) راستا و سازوکار غالب گسل­های منطقه ج) پتانسیل لرزه خیزی منطقه (شکل 2)

چشمه¬های بالقوه و لرزه¬زا منطقه

شکل(2) چشمه­های بالقوه و لرزه­زا منطقه

تعیین پارامترهای لرزه خیزی در هر چشمه ی بالقوه ی زمینلرزه

اصول استفاده از روش تحلیل احتمالاتی تهیه یک مدل مناسب از لرزه­خیزی منطقه است که شامل پارامترهای بیشینه بزرگی رخ داده و قابل وقوع توسط هر کدام از چشمه­ها، رابطه کاهندگی مناسب برای منطقه، پارامتر لرزه­خیزیβ، پارامترهای لرزه­خیزی λ و مختصات چشمه­ها می­باشد که با استفاده از نرم افزار Kijko2001 به دست آورده شده است.

جدول2 ) پارامترهای لرزه­خیزی چشمه­ها

تعیین یک رابطه ی تضعیف جنبش زمین مناسب

در این روش هندسه چشمه­ها کاملا یکسان با هندسه بکار رفته در روش قطعی می­باشد. مدل کاهندگی به کار رفته در محاسبات، مدل ارائه شده توسط Guerrero می­باشد.

برآورد خطر در ساختگاه مورد نظر

شتاب حاصل از فعالیت­ چشمه­ها  به روش احتمالاتی با استفاده از نرم افزار crisis برای دوره بازگشت­های 50، 100، 475 سال در نقاط مشخص برآورد شد.

نتایج

طبق نقشه خطر بدست آمده، قسمت شمال غربی منطقه شامل شهرهای بجنورد، اسفراین و شمال قوجان مستعد بیشترین سطح شتاب است. این بخش جزئی از منطقه کپه داغ محسوب می­شود که در آن زمینلرزه ها با بزرگی بالاتری رخ داده اند و تراکم گسل­های فعال و لرزه زا در این محدوده بیشتر است. برای پهنه بندی خطر منطقه، پنج سطح خطر نسبی در نظر گرفته شده است (واحد شتاب بر حسب (g، سطح خطر بسیار پایین و شتاب کمتر از 0.1، سطح خطر پایین و شتاب از 0.1 تا 0.15 ، سطح خطر متوسط و شتاب از 0.15 تا 0.35 ، سطح خطر بالا وشتاب از 0.35 تا 0.5 ، سطح خطر بسیار بالا و شتاب بالاتر از 0.5 که طبق آن شهرهای بجنورد، اسفراین، شمال قوچان و جاجرم در منطقه با خطر بالا قرار می­گیرند. (شکل 3)

نمایش چگونگی زلزله | پهنه بندی خطر لرزه خیزی برای دوره بازگشت¬های 50، 100، 475 سال

شکل (3) پهنه بندی خطر لرزه خیزی برای دوره بازگشت­های 50، 100، 475 سال

نتیجه گیری

در این مطالعه با استفاده از داده های لرزه­ای مرکز بین المللی زلزله شناسی، سازمان زمین شناسی آمریکا و موسسه ژئو.فیزیک دانشگاه تهران قسمت­هایی از منطقه خراسان شمالی و رضوی با روش احتمالاتی تحلیل خطر شد. در این مطالعه مشخص شد که روش احتمالاتی به کار رفته به خوبی توانسته است مناطق با خطر لرزه خیزی بالا را تعیین نماید. این مکان­ها در محدوده ایاالت لرزه زمینساختی کپه داغ قرار دارند. این  تحقیق برای اولین بار این منطقه را با روش تحلیل خطر احتمالاتی پهنه بندی کرده است. پهنه بندی انجام شده برای سه دوره بازگشت ارائه شده می­تواند راهنمای مناسبی برای برنامه ریزی­های عمرانی آتی باشد.

منابع و ماخذ

1– آمبرسیز ن.ن., ملویل، چ.پ. (1982). تاریخچه زمین لرزه­های ایران, ترجمه رده, ابولحسن 1370، موسسه انتشارات آزاد

2-رمضان، رمضان اومالی, سهراب، شهریاری, پرویز امیدی, ناصر حافطی مقدس, جمشید افتخار نژاد.، (1379) زمینساخت فعال در کپه داغ مرکزی

3-میرزائی، ن ، (1381)، پارامترهای مبنایی زمین­لرزه­های ایران

4-Noorbakhsh Mirzaei,Geo Mengtan,Chen Yuntai,; (1998). Seismic Source Regionalization for Seislnic Zoning of Iran: Major Seismotectonic Provinces, Jurnal of Earthquake Prediction Research 7 465-495

5-K.Hessami and F.Jamali, Explanatory Notes to the Map of Major Active Faults of Iran. Seismology Research Center, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran

6-Berberian, M.(1981): Active Faulting and Tectonics of Iran, Geol. Sur. of Iran. Rep. No. 52.

7- Reiter, L., 1990, Earthquake Hazard Analysis, Colombia University Press, New York, 254 pp

8- Cornel, C. A., 1968, Engineering seismic risk analysis, Bull. Seism. Soc. Am., 58, 1583 – 16060.

Seismic hazard assessment and zonation by probabilistic approach in Khorasan, Razavi and Shomali, Iran 

Amir Talebi:  Master Student of Geophysics, Geophysics Department, University of Tehran, Tehran, Iran (talebi.amir@ut.ac.ir), Mobile: 09363117079

Mohammad Ali Nezammahalleh: PhD Student of Geomorphology, Physical Geography Department, University of Tehran, Tehran, Iran (mnezammahalleh@ut.ac.ir)

Abstract

In order to mitigate the adverse consequences of earthquake events in Iran where is located in a highly active seismic area, it is important to conduct seismic risk assessment studies. The research has made a zonation of seismic risk assessment by probabilistic approach in Khorasan Shomali and Khorasan Razavi, Iran. To perform the method five potential seismic origins have been recognized based on the frequency of earthquakes and fault types. Seismic data are 15 historical and 330 instrumental earthquakes from 1900 to 2012, M_s>3.5. The coordinates of the origins and the earthquakes have been imported into Z-Map. Quantities of a-value and b-value and the expected magnitude have, respectively, been extracted from Z-Map and KIJKO2001 Software. The acceleration of the origins has been estimated by Crisis Software for return periods of 50, 100, and 475 years. As the result, the area is classified in five categories in acceleration (g) by ArcGIS: risk potential of Very Low, with acceleration less than 0.14, risk potential of Low, from 0.14 to 0.22, Moderate, 0.22-0.30, High, 0.30-0.42, and Very High with acceleration of 0.42-0.56 and greater. This can be concluded that the areas with higher risk potentials including Bojnord, Esferain, and north of Ghouchan are more in need for precautious measures.

Keywords: Hazard, Seismic, Zonation, Risk Assessment