نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد یازدهم، شمارۀ 1 بهار 1316

بررسی اثرات ساختگاهی با استفاده از روش تجربی و عددی در کرج

نسترن احسانی*، محمدرضا قائمقامیان؛
پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله محسن فضلوی؛ دانشگاه بین المللی امام خمینی )ره(
ابراهیم حق شناس؛ پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله
تاریخ: دریافت 5/11/13 پذیرش 1/11/14 چکیده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

به منظور برآورد اثرات ساختگاهی در شهر کرج از تحلیل طیفی

روی داده های میکروترمور در 33 نقطه شهر در راستای پروفیل شمالی- جنوب غربی استفاده شد که فرکانس غالب آن در محدودۀ 4/0 تا 1 هرتز بود. نتایج نسبت طیفی

تحت اثر شرایط محلی ساختار زمین شناسی منطقه است بر مبنای این فرض می توان منحنی

تئوری را با شناخت از ساختار زمین شناسی منطقه تولید کرد. بنابراین مدل سازی یک بعدی با استفاده از نرم افزارDeepsoil به روش خطی در سطوح کرنش پایین با توجه به داده های زمین شناسی، درون چاهی و آرایه ای انجام شد و نتایج حاصل با مدل تجربی قیاس شدند. نتیجه مدل سازی یک بعدی نمایان گر وجود کنتراست مؤثر در عمق 100 تا 300 متر است. هم چنین با در نظر گرفتن سازند کرج به عنوان پی سنگ در دو کیلومتری زمین در مدل سازی عددی شاهد ایجاد توابع بزرگ نمایی در محدودۀ بسامدهای کم تر از یک هرتز هستیم که ناشی از کنتراست عمیق در اثر تفاوت جنس سنگ بستر است که با قله های مدل تجربی مطابقت دارد.
1675384315892

واژه های کلیدی: اثر ساختگاه، میکروترمور، تحلیل طیفی

، فرکانس غالب، مدل سازی یک بعدی * نویسنده مسئول [email protected]
مقدمه
زمین لرزه از مخرب ترین بلایای طبیعی است که همواره جوامع انسانی را از لحاظ مالی و جانی تهدید می کند. کشور ایران به واسطه قرار گرفتن روی کمربند کوه زایی آلپ هیمالیا جز کشورهای لرزه خیز در دنیا هست. از سوی دیگر جمعیت رو به رشد و احداث ساختمان های مرتفع، خسارت های ناشی از این زمین لرزه های بزرگ را خصوصاً در شهرهای بزرگ افزایش می دهد. کرج از شهرهای پرجمعیت ایران است که در سال های اخیر توسعه صنعتی و اقتصادی چشم گیری داشته است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

هنگام رخداد زلزله امواج لرزه ای از چشمه منتشر می شوند و به سرعت به پوستۀ زمین می رسند. این امواج پس از رسیدن به سطح تولید لرزش می کند که بین چند ثانیه تا چند دقیقه تغییر می کند. در طی زلزله آبرفت های مختلف با ساختارهای متفاوت عکس العمل متفاوت را نشان می دهند. در کنار دو پارامتر مهم بزرگی زلزله و فاصله از گسل، شرایط زمین شناسی محلی و ژئوتکنیکی خاک که به عنوان اثرات ساختگاه شناخته می شوند می توانند در تغییر حرکات جنبش زمین مانند دامنه، فرکانس و طول دوام جنبش نیرومند طی زلزله مؤثر باشند )Kramer, 1996( ]16[. حرکات لرزه ای در هر ساختگاه به وسیلۀ نوع خاک آن منطقه تحت تأثیر قرار می گیرد. رسوبات نرم تر و جوان تر حرکات زمین لرزه را معمولامعمولاً نسبت به رسوبات قدیمی تر و سنگ بستر تقویت می کند )Purnachandra Rao et al., 2011( ]10[. برای ارزیابی اثرات ساختگاهی استفاده از دو روش تجربی و عددی مرسوم است. در روش تئوری و عددی اثرات ساختگاهی با استفاده از معادلات ریاضی بررسی شدند که نیازمند اطلاعات گمانه و ویژگی دینامیکی ساختگاه است و پاسخ خاک به صورت نظری با توجه به تئوری انتشار امواج در خاک و با داشتن مشخصات خاک مانند سرعت موج برشی، ضخامت و چگالی به دست می آید. برای تعیین خصوصیات ستون خاک در منطقه بررسی شده استفاده از داده های درون چاهی، بالا چاهی، میان چاهی، لرزه ای بازتابی، شکست مرزی، تحلیل طیفی امواج سطحی )SASW(، تحلیل چندکاناله امواج سطحی )MASW( و داده های ژئوتکنیکی استفاده می شود. این اطلاعات به عنوان داده های ورودی در روش عددی به کار می رود که روش پرهزینه و زمان بر است. در روش تجربی اثرات ساختگاه با استفاده از داده های زلزله، انفجار و میکروترموربررسی می شوند که بهترین روش استفاده از داده های جنبش شدید به وسیلۀ زلزله های محلی است. اما با توجه کمبود رخداد زلزله در برخی مناطق، از این روش نمی توان برای ارزیابی ساختگاه شهری بهره جست. اندازه گیری ارتعاشات محیطی میکروترمورها به لحاظ آسانی ،اقتصادی بودن و در دسترس بودن در همه زمان ها و مکان ها، روشی مناسب برای ارزیابی اثرات
Bard, 2000; Field and Jacob, 1993; Nakamura, ( ساختگاه در مناطق شهری است
.]18[ ،]8[ ،]5[ )989
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

در این بررسی فرکانس غالب ساختگاه کرج با استفاده از تحلیل طیفی

تکنیک ناکامورا( روی داده های میکروترمور در 33 نقطه شهر در راستای پروفیل شمالی- جنوب غربی برآورد شده است. به علاوه مدل سازی عددی یک بعدی با استفاده از Deepsoil با توجه به داده های درون چاهی، آرایه ای، زمین شناسی و ژئوفیزیکی انجام شده است و توابع بزرگ نمایی حاصل از روش تجربی و عددی با هم قیاس شده است.
اثرات ساختگاهی
بسیاری از زلزله های مخرب دهه های اخیر )مانند زلزله مکزیکوسیتی 1185، یونان1181، کوبه ژاپن 1115، منجیل 1110، تایوان1111، بم 1003 و …( پتانسیل تأثیرگذاری زمین شناسی سطحی و شرایط ژئوتکنیکی خاک را روی حرکات قوی زمین نشان می دهد که اثرات ساختگاه1 نام دارد که به صورت تشدید امواج زلزله و تغییر در خصوصیات عمومی امواج لرزه ای مانند دامنه، فرکانس و طول دوام جنبش نیرومند ظاهر می شود )شکل 1(. باند فرکانسی تحت تأثیر پدیده تشدید وابسته به ضخامت و سرعت امواج لایه های خاک است و در صورت برابری یا نزدیکی فرکانس غالب ساختگاه با فرکانس ارتعاشی سازه خسارت بسیار بزرگی به وجود خواهد آمد. بنابراین ارزیابی اثرات ساختگاهی به واسطۀ شرایط زمین شناسی محلی یا توپوگرافی برای بررسی های ریزپهنه بندی و پاسخ ساختگاه ضروری است )Lermo, 1993(
.]13[
امواج زمین لرزه به طور چشم گیری می تواند به وسیلۀ بخش ضخیم انسجام نیافته در رسوباتسطحی در فرکانس های خاص تقویت شود که نقش مهمی را در افزایش تخریب لرزه ای دارد )Borcherdt and Gibbs, 976( ]6[. علت تشدید را می توان ناشی از به دام افتادن امواج لرزه ای )پیکری و سطحی( به علت جدایش اکوستیکی1 میان رسوبات نرم و سنگ بستر دانست.
در حالت تک بعدی به دلیل تداخل امواج حجمی دارای الگوی ساده و در موارد دو و سه بعدی به علت تداخل هم زمان امواج سطحی و پیکری پیچیده می شوند. تداخل امواج منجر به رخداد الگوهای تشدید با فرکانس مرتبط با ویژگی های هندسی و مکانیکی ساختگاه می شود.
ImR=

A= 1/ImR

1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

29464-223011

شکل 1. اثرات ساختگاه به واسطۀ ساختارهای متفاوت )توپوگرافی سطحی، ویژگی هندسی رسوبات، زمین لغزش، ناپیوستگی های زمین شناسی، وجود حفرات و حضور آب و …(
حرکات لرزه ای در هر ساختگاه به وسیلۀ نوع خاک آن منطقه تحت تأثیر قرار می گیرد. رسوبات نرم تر و جوان تر حرکات زمین لرزه را معمولامعمولاً نسبت به رسوبات قدیمی تر و سنگ بستر
.]10[ )Purnachandra Rao et al., 2011( تقویت می کند

ضرورت بررسی ساختگاه کرج از منظر زمین شناسی و لرزه خیزی
کرج در 10 کیلومتری غرب تهران در دامنۀ جنوبی کوه البرز واقع است. این شهر چهارمین شهر بزرگ و پر جمعیت ایران پس از تهران، مشهد و اصفهان است که مطابق نقشه خطر لرزه ای ایران روی مناطق مستعد خطر و فعال از نظر تکتونیکی توسعه یافته است. توسعۀ شهر روی رسوبات آبرفتی و وجود گسل های فعال در اطراف شهر کرج اهمیت بررسی پاسخ خاکنرم به زلزله و اثرات ساختگاه در شهر کرج را دو چندان می کند.
تکتونیک کوه های البرز به وسیله هم گرایی بین صفحۀ عربی و اوراسیا هم زمان با برپایی کوه زایی آلپ هیمالیا که احتمالاً از کرتاسه آغاز شده بود مشخص می شود.این کوه زایی سبب فرسایش شدید این کوه ها و انباشته شدن حجم عظیم نهشته های آبرفتی در پای ارتفاعات همراه و دارای شکستگی ها و گسل های زیادی شد. در اثر فاز کوه زایی لارامید )ماستریشین پایانی ـ پالئوسن( فیزیوگرافی امروز زمین شکل گرفت و محدودۀ فرورفتگی کاسپین در شمال به خشکی تبدیل شده و موجب تشکیل جبال البرز در اوایل سنوزوئیک شد.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

فاز پیرنه )ائوسن- الیگوسن( موجب گسترش وسیع توف آندزیت سازند کرج و مرتفع شدن بیش تر البرز با ستبرای افزون بر 3300 متر شد. این سازند را اولین بار ددوال )Dedual, 1967( ]3[، در پنج بخش شیل زیرین، توف میانی، شیل های آسارا، توف بالایی و شیل کندوان با سن ائوسن میانی طبقه بندی کرده است )Stöcklin and Setudehnia, 1971( ]13[. توف سبز در این سازند که در ارتفاعات شمال کرج و سایر نقاط دیده می شود ،اصلی ترین اجزا در آبرفت دشت کرج است و در نتیجه به عنوان سنگ مادر اهمیت زیاد در شناخت و خاستگاه آبرفت کرج دارد. به طورکلی تشکیلات رسوبی الیگوسن در البرز مرکزی مشاهده نشده است. با ادامه جنبش های زمین ساختی رسوبات قاره ای کولابی سازند قرمز به سن میوسن میانی-بالایی تشکیل شد که شامل کنگلومرا، ماسه سنگ و سیلتستون است که به طور دگرشیب روی سازند کرج قرار می گیرد و احتمالاًاحتمالا معادل سازند قرمز بالایی در حوضۀ قم است. این سازند در بخش های جنوب و غرب ساختگاه کرج به عنوان سنگ بستر در نظر گرفته می شود.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

آخرین حرکات کوه زایی مهم البرز مربوط به فاز پاسادنین در اواخر پلیوسن یا اوایل پلئیستوسن اتفاق افتاد که منجر به گسل خوردگی ها، رو راندگی های ملایم و مرتفع شدن البرز بوده است. عملکرد این فاز کوه زایی به صورت رخساره پست تکتونیک و پیدایش تپه های بلند کنگلومرای پلیوسن هزاردره یا سری A شد که در اثر فرسایش آب در آن ها دره های ژرف فراوان ایجادشده و در دامنۀ جنوبی رشتهکوه البرز از حوالی شاهرود تا قزوین رخنمون دارد)Rieben, 1966( ]11[. به لحاظ خصوصیات سنگ شناسی، سازند هزاردره متشکل از لایه های کنگلومرایی همگن با قلوه های حاصل از فرسایش کوه های البرز است به طوری که 85 درصد قلوه ها متعلق به سنگ های سبز سازند کرج به سن ائوسن و 15-10 درصد آن ها متعلق به سنگ های پالئوزوئیک و مزوزوئیک است. قلوه ها در نزدیکی کوه عمدتاً گوشه دار و دارای گرد شدگی ضعیف هستند، اما با دور شدن از جبهه کوه گرد، صاف و صیقلی می شوند. زمینه بین دانه ها را ماسه و سیلت پر کرده و قلوه ها دارای سیمان کربناتی و آهکی هستند که باعث شده قلوه ها به هم جوش خورده و بسیار سخت شوند. دانه بندی این سازند در بخش های پائینی از انواع دانه ریز سیلت و مارن های گچ دار است. هم چنین در قسمت های بالایی این سازند در اثر پدیدۀ کائولینیتی شدن یک لایه سفیدرنگ نفوذناپذیر به صورت پوششی بر روی آن قرار گرفته که باعث نفوذناپذیری این سازند می گردد )Rieben, 1966( ]11[. سازند هزاردره در بخش زیرین دارای تخلخل بسیار کم و مقاومت مکانیکی بسیار زیاد است که می تواند به عنوان سنگ بستر کرج در نظر گرفته شود و هرچه به قسمت های بالایی سازند نزدیک تر می شویم تخلخل زیادتر و مقاومت مکانیکی کم تر می شود و با ضربه چکش به آسانی از هم پاشیده می شود )بربریان و همکاران ،1364( ]1[.
ارتفاعات البرز از زمان پلیوسن پسین تاکنون بر اثر فعالیت رودخانه های کردان، کرج و دیگر رودخانه ها و سیلاب های فصلی منشأ گرفته از دره های موجود دچار فرسایش شده و رسوبات نرم جوان آبرفتی کواترنری در دامنۀ جنوبی کوه های البرز به وسعت 110 کیلومترمربع به صورت های مخروط افکنه ای، پادگانه ای، نهشته های دشت سیلابی و بستر رودخانه ای نهشته شده اند که شهر کرج روی این رسوبات احداث شده است. در مجاورت ارتفاعات که انرژی رودخانه ها و آبراهه ها زیاد بوده رسوبات درشت دانه شنی نهشته شده اند و با فاصله گرفتن از ارتفاعات و کاهش انرژی رودخانه ها رسوبات دانه ریز نهشته شده اند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

خصوصیات چینه شناسی، سنگ شناسی و سن این نهشته های کواترنری را اولین بار ریبن، 1155 به صورت کهریزک )B(، سازند آبرفتی تهران )C( و رسوبات عهد حاضر )D( بررسی کرد )Rieben, 1955( ]11[. بربریان و همکاران ،1364 در گزارش خود سازندB را در دوبخش Bn یا سازند ناهمگن شمال تهران )نهشته های ناهمگن از جنس شن، ماسه، تخته سنگ و رس( و Bs سیلت و رس های کهریزک )جنوب تهران( مطالعه و بررسی کردند. ضخامت این سازند بسیار متنوع است اما به طور میانگین می توان ضخامت 60 متر را برای آن در نظر گرفت. سازند C یا سازند آبرفتی شمال تهران روی آبرفت های ناهمگن شمال تهران نهشته شده است. این سازند شامل آبرفت های جوان مخروط افکنه ای است که از دامنۀ جنوبی کوه البرز به سمت جنوب ادامه داشته و بخشی از دشت را در برگرفته و بخش گسترده شهر روی آن بنا شده است. ضخامت این سازند به طور دقیق مشخص نیست اما ریبن )55-1166( ضخامتی حدود 60 متر را برای این سازند تخمین می زند. این سازند در پای بلندی ها چهره مخروط افکنه ای به خود گرفته و با رسیدن به دشت جنوب تهران به لایه های سیلتی کم شیب تبدیل می شود )1974 Tchalenko et al.,( ]15[. سازند آبرفتی D )آبرفت های کنونی( متشکل از جوان ترین نهشته های گستره تهران است که در بستر رودخانه ها، مسیل ها، پادگانه های آبرفتی و مخروط افکنه های جوان برجای گذاشته شده است. این نهشته ها در شمال تهران از آبرفت های دانه درشت منفصل )قلوه سنگ و شن گرد شده بدون سیمان( و در جنوب تهران از آبرفت های دانه ریز )سیلت و رس هایی با رنگ روشن( تشکیل شده است. ضخامت این لایه ها کاملاکاملاً محدود است به طوری که بیش ترین ستبرای آن از چند متر تجاوز نمی کند. بنابراین ارزیابی پاسخ ساختگاه و ارزیابی ریسک خطر زلزله در رسوبات جوان آبرفتی با توجه به زمین شناسی و لرزه خیزی ساختگاه کرج مهم است.
فرونشستن کف دریای خزر و فرسایش بلندی ها و راسب شدن آن ها در کف حوضه خزر از یک طرف و به زیر کشیده شدن پوسته اقیانوسی خزر به زیر ایران از طرف دیگر، جنبش گسل های شمالی ایران را افزون می کند. در منطقه لرزه زمین ساختی البرز گسله ها، شکستگی و خطواره های زیادی دیده می شود که در شکل 1 گسل های اصلی در محدودۀ شعاع 110 کیلومتری ساختگاه کرج نشان داده شده است. بررسی و شناخت گسل های کواترنری گستره تهران و البرز به وسیلۀ چالنکو و همکاران، 1134 و بربریان و همکاران ،1364 انجام شده است. بررسی های تاریخی و دستگاهی زلزله البرز نشان می دهد که بسیاری از مناطق نظیر رشت ،لاهیجان، فشم، دماوند، تهران، شهرری، قزوین، آمل، بابل، بابلسر، بهشر و گرگان با رخداد زمین لرزه های بزرگی ویران گشتند، بنابراین وجود گسل های فعال در مجاورت شهر کرج و اطراف آن، مانند کرج- کردان، ماهدشت-کرج، البرز، مشا فشم، طالقان، راندگی شمال تهران ،راندگی شمال اشتهارد، شمال و جنوب ری ، کهریزک عامل تهدیدکننده برای منطقه محسوب می شوند و اهمیت بررسی های ساختگاه را دوچندان می کند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:31 IRST on Saturday October 28th 2017



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید