تحلیل خطر لرزه ای قم

جزئیات و دریافت

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

چکیده
افزایش آسیب‌پذیری ناشی از زلزله  وتعداد زیاد تلفات زلزله ناشی از سازه‌ها و خانه‌هایی که از نظر ساخت و ساز ضعیف می‌باشند بشر را وادار به مطالعاتی برای کاهش این خطرات و آسیب ها می کند. مطالعاتی از قبیل جنبش شدید زمین و خطرات لرزه‌ای مرتبط با آن نقش مهمی را برای توسعه جوامع در مناطق زلزله خیز ایفا می‌کند. با استفاده از تحلیل خطر، می توان در مورد صدمات مالی و جانی ناشی از زمین‌لرزه ها و آسیب‌پذیری سازه‌ها، تاسیسات، برآوردهای احتمالاتی انجام داد ودر نتیجه قبل از ساخت سازه ها محل مناسب را انتخاب نمود و یا طراحی سازه از لحاظ مقاومت را متناسب با محل انجام داد. مشاهده و ثبت جنبش شدید زمین، توالی پس‌لرزه‌ها به همراه بررسی تخریب‌های ناشی از این زلزله‌ها علوم زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله را همراه با داده‌های با ارزش و آموزنده، تجربیات مهم بنیان می‌نهند. سرزمين ايران، به عنوان بخشي از زون فعال زمين‎ساختي آلپ– هيماليا، طرح پيچيده‎اي از مجموعه پوسته‎ها، قطعات زمين‎ساخت و زون‎هاي متفاوت زمينساختي است كه از نگاه نوزمين‎ساختي و لرزه‎زمين‎ساختي، ويژگي‎هاي خاص دارد. با استفاده از تعیین چشمه های لرزه ای و پارامترهای حركت نيرومند زمين برای دوره بازگشت های مختلف می توان به تحلیل خطر لرزه ای پرداخت. در تحقیق حاضر با استفاده از دو روش قطعی واحتمالاتی به پهنه بندی خطر لرزه ای در استان قم که در ایالت های ایران مرکزی قرار دارد و در منطقه‌ای به وسعت حدود 14000 کیلومتر مربع در محدوده‌ای به طول جغرافیایی49 درجه و 40 دقیقه تا 52 درجه و 40 دقیقه خاوری و به عرض جغرافیایی 33 درجه و 40دقیقه تا 35 درجه و 50 دقیقه شمالی قرار دارد پرداخته شد و منحنی تحلیل خطر منطقه را توسط برنامه Hazard Risk Analysis و نقشه تحلیل خطر منطقه را توسط برنامه surfer به دست آوردیم که نتایج بدست آمده نشان از بالا بودن ریسک لرزه ای در منطقه دارد و در نتیجه نیاز به چنین مطالعاتی را قبل از شروع هر ساخت وسازی آشکار میسازد. منحنی تحلیل خطر به دست آمده از روش احتمالاتی برای دوره های بازگشت 475 ساله برای 10% احتمال افزایش در 50 سال و برای دوره های بازگشت 50 ساله برای 63% احتمال افزایش در 50 سال محاسبه گردیده و نقشه پهنه بندی خطر لرزه ای ارائه شده است. مطالعه حاضر حاکی از اینست که با افزایش دوره بازگشت مقدار شتاب افزایش می یابد. بر طبق نتایج حاصله، برای دوره بازگشت 475 ساله بیشینه شتای افقی g0.35 و برای دوره بازگشت 50 ساله g0.18 محاسبه شده است.
كليد واژه ها: لرزه خیزی، پهنه بندی خطر لرزه ای ، جنبش نیرومند زمین، دوره بازگشت، روش احتمالاتی، روش قطعی، قم

فهرست مطالب
فهرست اشکال
شکل 1: نمای جانبی زمین    15
شکل 2: نوع حرکت گسل ها    16
شکل3: ايالتهاي لرزه زمينساختي ايران(میرزایی 1977) {5}    19
شکل 4: الف: حل صفحة گسل زمينلرزه هاي شرق ترکيه، قفقاز و شمال ايران. ب: نقشة سادة گسلهاي فعال شرق ترکيه، قفقاز و شما ايران (جکسون، ١٩٩٢) {5}    20
شکل 5: سازوكار كانوني زمينلرزه هاي شمال ايران (البرز، خزر و غرب كپه داغ). در كنار هر سازوكار تاريخ رويداد زمينلرزه و در كنار هر رومركز، عمق كانوني زمينلرزه نوشته شده است (ميرزائي، ١٩٩٧) {5}    21
شکل 6: نقشة گسلهاي فعال سازوكار كانوني زمينلرزه ها و نواحي بيشينه تخريب زمينلرز ههاي مخرب زاگرس    23
شکل 7: گسلها و ساختارهاي عمدة زون فرورانش مکران )بايرن و همکاران،( 1992{5}    25
شکل 8: مدل های چشمه های لرزه ای در يک ايالت لرزه زمین ساخت    30
شکل 9: ارتباط گسل فعال و ناشناخته    32
شکل 10: تقسیم بندی گسل به قطعات كوچکتر    33
شکل 11: توصیف منحنی خطر زلزله    37
شکل 12: مراحل اساسی برآورد خطر زمینلرزه به روش تعینی به نقل از ریتر(1990) {11}    45
شکل 13: انواع فاصله های چشمه لرزه زا تا سايت مورد نظر    46
شکل 14: مقايسه چندين رابطه تجربي براي بدست آوردن زمين لرزه كنترلي (Mmax)   aبر اساس طول گسيختگي و b  بر اساس مساحت صفحه گسيختگي. {11}    48
شکل 15: مراحل اساسی برآورد خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی مرسوم، ارائه شده توسط کرنل (1968) {11}    65
شکل 16: مراحل اساسی برآورد خطر زمینلرزه به روش احتمالاتی اصلاح شده(شی و همکاران 1992)    68
شکل 17: شکل بالا مثالهایی از هندسه های زون منابع مختلفالف) کسل کوتاه که بعنوان منبع نقطهای قابل مدل می باشد ب) گسل کم عمق که بعنوان منبع خطی می توان مدل کرد ج) زون منبع سه بعدی (میرحسینی و عارف پور، 1378) {11}    70
شکل 18: مثالهایی از تغییرات فاصله منبع تا محل برای هندسه های مختلف زون منبع.شکل ویع احتمالات با در نظر گرفتن بخشهای نسبی زون منبع که بین هر سری از دایره ها (یا کره هایی بری حالت سه بعدی )قرار می گیرد قابل رویتاست با اختلاف مساوی در ارتفاع (میرحسینی و عارف پور، 1378) {11}    71
شکل 19: اثر سرعت لغزش گسل و اندازه زلزله بر پریود تکرار(میرحسینی و عارف پور، 1378) {11}    72
شکل20: محدوده محل سکونت شهر قم(اداره كل ميراث فرهنگی، صنايع دستی و گردشگری استان قم)    90
شکل 21: نقشه زمین شناسی شهر قم(اداره كل صنعت و معدن استان قم)    93
شکل 22: نقشه زمین شناسی جنوب قم (تهیه شده توسط نگارندگان)    94
شکل 23: نقشه پهنه رومرکزی زلزله    96
شکل 24: (a) تصویر ماهواره‌ای گسل خضر (برگرفته از Google Erath) (b) صفحه گسلی خضر با روند آزیموت N130 و شیب 75 به سمت جنوب باختری به همراه تصویر استریوگرافیکی آن (c) افراز گسلی خضر، دید به سمت جنوب خاور (d) جا به جایی راست‌بر گسل‌های فرعی عرضی در امتداد گسل خضر    99
شکل 25: نقشه گسلهای بومی استان به فاصله 30 کیلومتری مرکز شهر    101
شکل 26: نقشه گسل قم - زفره    103
شکل 27: تصویر ماهواره ای گسل رباط کریم    106
شکل 28: گسل های فعال منطقه در  محدوده ی شعاع مورد مطالعه به طول 150 کیلومتر    112
شکل 30: این تصویر اهمیت فاصله ی گسل ها از ساختگاه را نشان می دهد که هر چه به ساختگاه نزدیکتر باشد شتاب بالاتری دارد.    116
شکل 31: پراکندگی زلزله های اتفاق افتاده در محدوده 150 کیلومتری استان قم    120
شکل 32: موقعیت چشمه های تعیین شده در منطقه قم    131
شکل 33: نقشه پهنه بندی شتاب افقی برای دوره بازگشت 50 سال برای کل ناحیه (63% احتمال افزایش در 50 سال )    139
شکل 34: نقشه پهنه بندی شتاب افقی برای دوره بازگشت 475 سال برای کل ناحیه (10% احتمال افزایش در 50سال)    139
شکل 35: نقشه پهنه بندی شتاب افقی برای دوره بازگشت 50 سال برای شهر قم (63% احتمال افزایش در 50 سال )    141
شکل 36: نقشه پهنه بندی شتاب افقی برای دوره بازگشت 475 سال برای شهر قم (10% احتمال افزایش در 50 سال )    142
شکل 37: نقشه پهنه بندی شتاب افقی استان برای دوره بازگشت 475 سال (10% احتمال افزایش در 50 سال )    143
شکل 38: نقشه استعداد زمين لغزش منطقه مورد مطالعه    148
شکل 39: نقشه همباران منطقه مطالعاتي )برگرفته از سايت اينترنتي اداره كل هواشناسي استان قم(    149
شکل 40: نقشه پهنه بندي خطر زمين لغزش منطقه مورد مطالعه    150

فهرست جداول
جدول 1: پارامتر های ایالت های لرزه زمینساختی ایران    19
جدول 2: تخمین شدت زلزله بر اساس طول گسل    48
جدول 3: تعیین ضرائب  GC و GB با توجه به نوع خاک    52
جدول 4: ضرائب رابطه كاهندگي بور برای محاسبه بزرگترين مؤلفه شتاب افقي    52
جدول 5: ضرایب مدل های کاهندگی    56
جدول 6: ضرایب مدل های کاهندگی برای منطقه البرز    57
جدول 7: ضرایب مدل های کاهندگی برای منطقه زاگرس    58
جدول 8: ضرایب رابطه زارع    60
جدول 9: ضرایب رابطه نوروزی    61
جدول 10: رابطه تجربی بین     و  Ms بدست آمده برای گستره های البرز، ایران مرکزی و زاگرس(میرزایی و همکاران 1997)    74
جدول 11: برآورد پارامترهاي زلزله خيزي براساس زمينلرزه هاي ثبت شده در ايالت لرزه زمين ساختي ايران مركزي)ميرزائي و همكاران، (1997    80
جدول 12: مشخصات گسل ها در محدوده ی 150 کیلومتری قم    113
جدول 13: مقدار بزرگای گسل ها    115
جدول 14: ماكزيمم شتاب افقي گسل ها    117
جدول 15: زمینلرزه های مهم رخ داده تاریخی تا شعاع 150 کیلومتری منطقه مورد مطالعه    119
جدول 16: برآورد بزرگا بر اساس دوره بازگشت و  همچنین تعداد رویداد  زمین لرزه در یک دوره 113 ساله    123
جدول 17: برآورد دوره بازگشت بر اساس بزرگا    124
جدول 18: برآورد بزرگا بر اساس دوره بازگشت    124
جدول 19: دوره بازگشت بر اساس درصد خطر و عمر مفید سازه    126
جدول 20: آهنگ رویداد سالیانه بر اساس درصد خطر و عمر مفید سازه    126
جدول 21: احتمال رویداد یک زمین لرزه بر اثر جنبایی سرچشمه خطی    129
جدول 22: هندسه چشمه های بالقوه زمینلرزه تعین شده در گستره قم    132
جدول 23: در جدول زیر مقدار طولی از چشمه های مورد نظر که در محدوده ی 150 کیلومتری قرار دارد و مساحت چشمه و همچنین نزدیک ترین فاصله ی چشمه از شهر قم آورده شده است.    133
جدول 24: مقدار بزرگای گسل ها    134
جدول 25: احتمال رویداد یک زمین لرزه بر اثر جنبایی سرچشمه خطی    135
جدول 26: نتایج احتمال های محاسبه شده برای شتابهای مورد نظر    137
جدول 27: احتمال وقوع زلزله بر مبنای دوره بازگشت و بزرگا    138

ساختار زمین

عوامل موثر در جنبش نيرومند زمين :
بصورت كلي عوامل موثر در جنبش نيرومند زمين در اثر رويداد زمين لرزه را مي توان در دو بخش مورد بررسي قرار داد، اين دو بخش شامل ويژگي هاي چشمه لرزه زا، و شرايط ژئوتكنيك لرزه اي ساختگاه سازه ها مي باشد. بنابراين هريك از بخش ها و نقش آنها در جنبش نيرومند زمين بايد مورد بررسي قرار گيرد تا ويژگي هاي جنبش نيرومند زمين در شالوده سازه ها و بهينه كردن معيارهاي طراحي سازه ها در برابر زمين لرزه تخمين و در محاسبات مورد استفاده قرار گيرد .{1}

ويژگيهاي چشمه هاي لرزه زا :
رويداد زمين لرزه ها در بخش پوسته زمين ناشي از نيروهاي زمين ساختي است كه برپايه تئوري زمين ساخت ورقه اي از سال ١٩٦٠ مطرح گرديد در اين تئوري بيان مي شود كه سنگ كره از تعداد زيادي بلوكها بصورت ورقه تشكيل شده است كه اين ورقه ها نسبت به يكديگر در حال حركت مي باشند.  مرز اين بلوكها همواره با رويداد زمين لرزه هاي بزرگ روبرو است. معتبرترين تشريح براي علت ايجاد حركت ورقه ها برپايه تعادل ترموديناميك مواد تشكيل دهنده زمين استوار است. بخش فوقاني گوشته در تماس با پوسته سرد مي باشد، درحاليكه بخش تحتاني در تماس با هسته داغ زمين است. بديهي است كه بايستي يك گراديان دما در گوشته برقرار باشد. 
 
شکل : نمای جانبی زمین
تئوري زمين ساخت ورقه اي حركت نسبي ورقه ها را با توجه به سه نوع مرز (ورق هاي فرورانشي، گسترش جانبي و گسترش انتقالي)، به سادگي توصيف و تعيين مي نمايد. در ديگر موارد نيز ممكن است در اثر گسترش، لبه ورقه ها شكسته و سبب تشكيل ورقه كوچك تر يا خرد ورقه محصور بين ورقه هاي بزرگتر شود. حركت بين دو بخش از پوسته سبب انقطاع جديد يا پيشروي خطوط شكست موجود در ساختار زمين شناسي پوسته مي شود كه به آن گسل مي گويند. گسل ها بسته به نوع حركتشان به سه گروه اصلي دسته بندي مي شوند که عبارتند از:  گسلهاي شيب لغز، امتداد لغز و يا تركيبي از آنها می باشد.
 
شکل : نوع حرکت گسل ها
تئوري بازگشت الاستيك بيان مي كند كه وقوع زمين لرزه ها موجب آزادي تنش در امتداد بخشي از گسل مي شود و تا زماني كه تنش ها فرصت كافي براي ذخيره شدن مجدد را داشته باشند گسيختگي بعدي و يا به عبارت ديگر زمين لرزه بعدي اتفاق خواهد افتاد. از آنجائيكه زمين لرزه ها موجب رهاسازي انرژي جمع شده برروي گسل مي شوند، وقوع آنها در محدوده اي كه فعاليت لرزه اي براي مدتي كم و يا اصلا اتفاق نيفتاده است محتمل تر است . با شناسايي حركات گسل در طي لرز ه خيزي گذشته و در امتداد آن مي توان به نبود فعاليت لرزه اي در پاره اي از مكانهاي آن پي برد.
با مطالعات لرزه زمين ساخت مي توان از شكستگي ساختارهاي زمين شناسي و هندسه آنها پيرامون ساختگاه سازه ها مطلع شد و نهايتا مي توان مدل لرزه زمين ساختي يا درعمق برش لرزه زمين ساختي از آنها تهيه نمود و مخاطرات احتمالي گسلش زمين و يا رويداد احتمالي زمين لرزه برروي آنها را براي تخمين رويداد زمين لرزه هاي آتي و چگونگي ويژگيهاي آنها پيش بيني نمود.
هندسه گسلها، زون خرد شده، نوع و سازوكار آنها مي تواند در برآورد پتانسيل حداكثر زمين لرزه محتمل برروي آنها ما را كمك نمايد و اين امر در مطالعات زمين ساخت و لرزه زمين ساخت صورت مي پذيرد. سن گسلها از عوامل مهم در رويداد زمين لرزه برروي آنهاست بطوريكه گسل هاي جوان از اهميت بيشتري برخوردار هستند و مطالعات نو زمين ساخت مي تواند كمك زيادي در كلاس بندي گسل ها از ديدگاه فعاليت لرزه اي داشته باشند.
معمولا روابط تجربي در پيوند با هندسه گسل، حداكثر توان لرزه زايي و ميزان بيشينه جابجايي برروي آن وجود دارد كه تا حدودي در تخمين رويدادهاي زمين لرزه اي آتي منطقه مي تواند موثر واقع شود . بزرگاي ز مينلرزه رابطه مستقيم با انرژي آزاد شده توسط زمين لرزه دارد.
يكي از ويژگيهاي چشمه لرزه زا ژرفاي كانوني زمين لرزه ها مي باشد. تحقيقات و پژوهشهاي زيادي برروي ژرفاي كانوني زمين لرزه ها انجام شده است.  بصورت كلي ژرفاي زمين لرزه ايي كه در پيوند با حركت فرورانش ايجاد مي شود نسبتا عميق و ژرف مي باشد كه تا عمق ٨٠٠ كيلومتري سطح زمين نيز گزارش شده است، ولي ژرفاي كانوني زمين لرزه ايي كه در پيوند با گسترش جانبي اقيانوسي مشاهده شده كم عمق بوده و ژرفاي آنها كمتر از ٢٠ كيلومتر مي باشد و ژرفاي كانوني زمين لرزه هايي كه با گسترش انتقالي در پوسته قاره اي مشاهده شده اند داراي ژرفاي كمتر از پوسته زمين مي باشند يعني كمتر از ٦٠ كيلومتر . رويداد زمين لرزه هاي ايران بسيار سطحي بوده است و به جز منطقه مكران، تقريبا در تمام ايران كمتر از ٢٠ كيلومتر برآورد شده است و به همين دليل لايه لرزه زا درفلات ايران را مي توان بين ژرفاي ١٠ تا ٢٠ كيلومتر درنظر گرفت.
ويژگيهاي شرايط ژئوتكنيك لرزه اي ساختگاهي برجنبش نيرومند زمين :
شرايط ژئوتكنيك لرزه اي ساختگاهي بركليه پارامترهاي مهم جنبش نيرومند زمين نظير دامنه، محتوي فركانسي و مدت دوام لرزش اثر قابل ملاحظه اي مي گذارد. ميزان تاثير، تابع هندسه، خواص مصالح لايه هاي زير سطحي، توپوگرافي ساختگاه و ويژگيهاي امواج لرزه اي كه از چشمه لرزه زا توليد و از لايه هاي سنگي مختلف عبور نموده تا به پي سنگ ساختگاه وارد شود، ميباشد.
طبيعت اثرات ژئوتكنيك لرزه اي ساختگاهي بر تقويت جنبش نيرومند زمين را مي توان با بهره گيري از روشهاي مختلف مانند تحليل ساده تئوري پاسخ زمين، اندازه گيريهاي جنبش واقعي سطحي و زيرسطحي در همان ساختگاه و اندازه گيري جنبش نيرومند سطح زمين در ساختگاه هايي با شرايط متفاوت از ساختگاه موردنظر تشريح نمود.
اثرات هندسي سنگ بستر برروي جنبش نيرومند زمين تاثير پذير مي باشد. گرچه بي قاعدگيهاي توپوگرافي سنگ بستر موجب پراكنده ساختن امواج زمينلرزه شده و الگوهاي پيچيده اي از تقويت يا كاهيدگي جنبش نيرومند زمين را ايجاد مي كنند ليكن به هرحال جنبش نيرومند زمين در بالاي ارتفاعات معمولا تقويت و تشديد مي شوند.
 ساختار تکتونیکی صفحات و لرزه خیزی منطقه