مطالعات ریزپهنه بندی ژئوفیزیک لرزه ای (1)

چكيده
 

در اين مقاله ضرورت و روش مطالعات ريزپهنه‌بندي ژئوتكنيك لرزه‌اي در شهرها مورد بررسي قرار گرفته است. اطلاعات و نقشه‌ها و عمليات اكتشافي و آزمايش‌هاي برجا و آزمايشگاهي و نيز ديگر اطلاعات لازم در خصوص لرزه‌خيزي و زمين‌شناسي مورد بحث قرار گرفته و چگونگي تعيين تحليل پاسخ زمين ارائه گرديده است. همچنين، با ذكر مثالي از مطالعات انجام گرفته در شهر قم، نقشه‌هاي مورد استفاده در مطالعات ارائه شده‌اند و در خصوص آن‌ها بحث گرديده است. در نهايت، با توجه به نتايج مطالعات ريزپهنه‌بندي، به مورد استفاده از آن‌ها در شهرهاي بزرگ و با اهميتي مانند اصفهان پرداخته شده است.

مقدمه
 

يكي از ابعاد مطالعات لرزه‌خيزي شهرهاي بزرگ نظير اصفهان، كه بنا به تجربه‌ي زلزله‌هاي مختلف دنيا شايد از مهم‌ترين آن‌ها باشد، بررسي تأثير شرايط محلي ژئوتكنيكي آبرفت بر روي مشخصات جنبش نيرومند سطح زمين است. لرزش زمين و خسارات حاصل از آن بر سازه‌هاي مهندسي نه تنها تابع منبع لرزش و مسير آن، بلكه تابع شرايط زيرسطحي زمين‌شناسي و نيز توپوگرافي‌ست كه تحت عنوان تأثيرات ساختگاه شناخته مي‌شود. اين موضوع را مي‌توان در زلزله‌ي منجيل ـ رودبار و بم كه از رويدادهاي مهم لرزه‌اي ايران در دو دهه‌ي اخير بوده‌اند و خسارات زيادي را به همراه داشته‌اند، مشاهده كرد. گرچه اين شهرها جمعيت زيادي نداشتند، نبود مديريت ريسك زلزله باعث هزينه‌هاي انساني و فيزيكي زيادي شد. حوادثي از اين دست، بر لزوم در نظر گرفتن پهنه‌بندي و ريزپهنه‌بندي خسارات لرزه‌اي در برنامه‌ريزي شهري در كلان شهرهاي كشور تأكيد مي‌نمايند. استان اصفهان يكي از استان‌هاي مهم كشور از ديدگاه صنعتي، اقتصادي، تاريخي، فرهنگي و سياسي مي‌باشد. اين استان با دارا بودن كارخانجات و مراكز صنعتي مهم و بزرگي همچون فولاد مباركه، ذوب‌آهن و انرژي اتمي نقش به‌سزايي در توسعه‌ي اقتصادي كشور ايفا مي‌نمايد. همچنين سرمايه‌گذاري‌هاي كلان اقتصادي و گسترش قطب‌هاي صنعتي و طرح‌هاي عظيم زيربنايي و عمراني در اين استان، اهميت آن را دو چندان كرده است. از طرف ديگر وجود آثار ارزشمند تاريخي در اين شهر و لزوم حفظ و مرمت و نگه‌داري آن‌ها، (كه علاوه بر آن كه ميراث نياكان ماست، جزو ميراث فرهنگي دنيا نيز شناخته مي‌شود) وظيفه‌اي دو چندان را متوجه متوليان امر مي‌نمايد. علاوه بر وظيفه‌ي حفظ اين آثار مهم، ساختمان‌هاي زيادي كه در سال‌هاي اخير و به خصوص با طبقات زياد و تمركز جمعيت در آن‌ها در شهر اصفهان ساخته شده‌اند، و خطراتي كه در زلزله‌ها در درجه‌ي اول متوجه جان ساكنان و در وهله‌ي بعد متوجه سرمايه‌هاي كشور مي‌باشد، لزوم توجه ويژه به اين پديده را بيش از پيش آشكار مي‌سازد. با توجه به توسعه‌ي روزافزون اين شهر، سامانه‌هاي مختلف تأمين انرژي، آب و فاضلاب، پل‌هاي بزرگ، شبكه‌ي آب شهري، پست‌ها و خطوط انتقال برق، قطار زيرزميني و غيره در شهر گسترش زيادي يافته‌اند و وابستگي هر چه بيش‌تر حيات شهري به آن‌ها، به ويژه در منطقه‌اي صنعتي نظير اصفهان، آن‌ها را به حق به صورت شريان هاي حياتي درآورده است. تداوم حيات جامعه به ويژه در شرايط بحران و پس از آن به حفظ عملکرد اين سيستم ها بستگي دارد و نيز آسيب ديدن آن ها مي تواند باعث وخيم تر شدن وضعيت بحران و اضافه شدن صدمات، به ويژه اختلال در امر امداد و نجات در هنگام وقوع زلزله گردد. از سوي ديگر، گسترش روزافزون ساخت و ساز در شهر، که قاعدتاً بر اساس طرح هاي تفصيلي شهري انجام مي پذيرد، مي بايد از ديدگاه ديگري نيز مورد توجه قررا گيرد و آن پديده ي زلزله است. اصولاً جداي از مسائل شهرسازي، براساس وضعيت لرزه خيزي شهر، نوع ساختمان ها و تعداد طبقات آن ها، مناطقي که داراي خطر بالا هستند و بايد ساخت و ساز در آن ها محدود يا حتي ممنوع گردد، مناطقي که در آن شريان هاي حياتي با خطر بيش تري مواجه هستند، مناطقي که احتمالاً داراي گسلش سطحي هستند، وضعيت شتاب سطح زمين در مناطق مختلف شهر، مشخص کردن مناطقي از شهر که احتمالاً در معرض روان گرايي قرار دارند، تعيين مناطقي که با توجه به جنس زمين مکان وقوع پديده ي تشديد حرکات سنگ کف وجود دارد، و مناطقي که احتمال بروز شيب هاي ناپايدار در هنگام زلزله در آن ها وجود دارد و موارد ديگر، بدون شک مي توانند نقش بسيار تعيين کننده اي در برنامه ريزي شهري داشته باشند. بنابراين، اين مقوله در کلان شهرهايي مانند اصفهان بايد با حساسيتي بيش تر و ويژه دنبال شوند. يکي از ابعاد مطالعات لرزه خيزي شهرهاي بزرگي همچون اصفهان که بنا به تجارب زلزله هاي مختلف دنيا شايد از مهم ترين آن ها باشد، بررسي تأثير شرايط محلي ژئوتکنيکي آبرفت بر روي مشخصات جنبش نيرومند سطح زمين است. در اين مطالعات که در قالب ريزپهنه بندي ژئوتکنيک لرزه اي شهرها از منظر تأثير ساختگاه صورت مي پذيرد، مناطق مشابه از نظر پاسخ لرزه اي سطح زمين شناسايي و طبقه بندي مي شوند. نقشه هاي ريزپهنه بنديِ به دست آمده در اين مطالعات، ابزار کارآمدي در برنامه ريزي هاي شهري، توسعه ي شهري و شناسايي مناطق آسيب پذير به هنگام وقوع زلزله به شمار مي روند.

روش مطالعه
 

ايمني در برابر خطرات زلزله دو جنبه دارد: نخست، ايمني سازه اي در برابر نيروهاي مخرب ديناميکي؛ و دوم، ايمني خود ساختگاه در ارتباط با پديده هاي ژئوتکنيکي مثل تشديد، زمين لغزش و روان گرايي. به منظور کاهش ريسک زلزله ها و براي اطمينان يافتن از ايمني سازه ها تحت بارگذاري زلزله، در آيين نامه هاي طراحي در بسياري از کشورهاي دنيا، اثرات ديناميکي در نظر گرفته شده اند و غالباً از نقشه هاي پهنه بندي بر اساس ارزيابي هاي زمين شناسي خطرات لرزه اي، که در آيين نامه ها و مقررات ساختماني ملحوظ گشته اند، استفاده مي شود.
در پاسخ به اين نياز، تلاش هاي فراواني براي تعيين و تخمين مخاطرات ژئوتکنيکي و نمايش آن ها به شکل نقشه ها يا فهرست ها انجام گرفته است. عموماً نتيجه ي يک ارزيابي مخاطرات لرزه اي در يک نقشه ي پهنه بندي ارائه مي گردد که در آن محل ها يا نواحي با سطوح مختلف مخاطره آميزي مشخص مي شوند. از نقشه ي پهنه بندي به طرق مختلف در کاهش مخاطرات لرزه اي ژئوتکنيکي استفاده مي شود:

1) طراحي آمايش سرزمين
 

با ترکيب نقشه ي پهنه بندي با جزئيات مخاطرات ژئوتکنيک لرزه اي و يک سطح قابل قبول با جزئيات مخاطرات ژئوتکنيک لرزه اي و يک سطح قابل قبول ريسک مربوط به يک ناحيه، راهنماي مهمي فراهم مي گردد. در مواردي که ريسک بالا باشد، بررسي هاي ژئوتکنيکي با جزئيات بيش تر لازم است تا ارزيابي بهتري از مخاطرات انجام گيرد و در نهايت، اقدامات کاهش ريسک و يا محدوديت استفاده از زمين و توسعه ي شهري اجرا مي شود.

2) اجراي اقدامات کاهش ريسک
 

اگر نقشه هاي پهنه بندي دقيق و داراي جزئيات براي مخاطرات ژئوتکنيکي در دسترس باشد، مي توان اقدامات مؤثري در راستاي ايمني زلزله در سازه هاي موجود انجام داد. همچنين مي توان ارزيابي مناسبي از ريسک خسارات آينده به دست آورد.
هنوز آيين نامه ها و مقرراتي در رابطه با مخاطرات ژئوتکنيکي نظير روان گرايي و زمين لغزش تدوين نشده است. در برخي کشورها مثل ژاپن و چين مقررات و الزاماتي در بخش فونداسيونِ آيين نامه هاي ساختماني يا پل ها وجود دارد. در ديگر کشورها، مانند ايالات متحده و کانادا، الزامات براي طرح فونداسيون ها در زمين هاي با قابليت روان گرايي مشخص نشده و داوري و قضاوت درباره ي اين امر، به مهندسان يا مشاوران واگذار شده است. بنابراين، واضح است که راهنماهاي بعدي در استانداردها براي ارزيابي مخاطرات لرزه اي ژئوتکنيکي مورد نياز است.
ريزپهنه بندي اصولاً در سطوح مختلفي انجام مي گيرد. در کلان شهرها که خطرات و خسارت هاي احتمالي ناشي از زلزله مي تواند خرابي ها و فجايع فراواني دربر داشته باشد، همچنين به منظور اجراي مديريت صحيح شهري، معمولاً از ريزپهنه بندي، يا به عبارت ديگر، پهنه بندي سطح 3 بر اساس دستورالعمل پهنه بندي TC4 کشور ژاپن استفاده مي شود.

گام هاي پهنه بندي
 

جمع آوري اطلاعات اوليه و پايه
 

نخستين گام در مطالعات، مشخص شدن محدوده ي مطالعات و تهيه ي نقشه هاي محدوده ي مورد مطالعه و تقسيم بندي ناحيه به شکبه هاي يک کيلومتر در يک کيلومتر مي باشد. سپس جمع آوري و تفسير اطلاعات موجود از مدارک تاريخي، گزارش هاي چاپ شده و ديگر اطلاعات پايه ي در دسترس، انجام مي پذيرد. جمع آوري اين اطلاعات معمولاً با هزينه ي کمي همراه است. استفاده از اطلاعات تاريخي مربوط به خسارات و خرابي هاي احتمالي در زلزله هاي گذشته، معمولاً در مناطق مختلف در دسترس مي باشد و يک تصوير عمومي و کلي از توزيع ناحيه اي شدت لرزش در حين زلزله هاي تاريخي به دست مي دهد. نقشه هاي زمين شناسي و ژئومورفولوژيک نيز معمولاً از منابع بسيار مهم اطلاعاتي مي باشند. گزارش هاي حاصل از بررسي هاي ژئوتکنيکي در ساختگاه هاي مربوطه پروژه هاي بزرگ عمراني و اطلاع از شرايط زيرسطحي نيز اطلاعات گران بهايي در اختيار مي گذارد. همچنين، عکس هاي هوايي مي توانند براي تعريف بهتر ساختمان گسل ها و وضعيت زمين شناسي به کار روند. در پاره اي از مواقع نيز عکس هاي قديمي تر مي توانند در فهم ساختمان ها و سازندهاي زمين شناسي ناحيه اي مفيدتر باشند؛ به خصوص اگر تعلق به پيش از زمان گسترش شهر باشند. گزارش هاي مهندسان ژئوتکنيک مربوط به ارگان هاي مختلف دولتي و خصوصي نيز اطلاعات مفيدي را در دسترس قرار مي دهد. معمولاً در ريزپهنه بندي لازم است نقشه ي حاويِ جزئياتِ مورد نياز در مقياس 1:25000 تهيه شود.

لرزه خيزي
 

لرزه خيزي يک ناحيه به منظور تخمين حرکت نيرومند زمين، مورد نياز است. لرزه خيزي ناحيه اي را مي توان با استفاده از اطلاعات لرزه خيزي و زمين شناسي بررسي کرد. اطلاعات زمين شناسي از نقشه هاي گسل هاي فعال، که براي اغلب نواحي در دسترس مي باشند، جمع آوري مي گردد. اطلاعات زمين شناسي گسل ها نيز در ارزيابي قابليت لرزه اي اهميت ويژه اي دارند؛ به خصوص براي مناطقي که اطلاعات در دسترس درباره ي زلزله هاي تاريخي محدود هستند. در همين راستا، همچنين ميزان فعاليت گسل ها و سازوکار آن ها تعيين مي گردد. شکل هاي 1 و 2 و 3 اين موارد را در مطالعه اي که در شهر قم انجام گرفته، نشان مي دهند.
تخمين لرزش نيرومند زمين به دو روش انجام مي گيرد: روش هاي تحليلي (قطعي نگري) و روش هاي احتمالاتي. در روش تحليلي، اطلاعات لرزه خيزي و زمين شناسي براي تعيين اين که چه زلزله اي ناحيه ي مورد نظر را تحت تأثير قرار مي دهد و نيز تعيين مشخصات زلزله هاي فرضي با قابليت ايجاد خسارات ويرانگر در آينده ي قابل پيش بيني، کاربرد دارند. در روش احتمالاتي، لرزه خيزي به صورت احتمال وقوع زلزله در يک دوره ي زماني ارزيابي مي شود. در مطالعات ريزپهنه بندي، دوره ي بازگشت 475 سال درنظر گرفته مي شود.

براي يک ارزيابي قابل اعتماد در يک ناحيه، افزون بر لرزه خيزي لازم است کاهيدگي و زوال حرکت نيرومند زمين نيز مشخص شود. مطالعات متعددي براي مشخص شدن روابط کاهيدگي شتاب نيرومند زمين در نواحي مختلف جهان انجام گرفته است. استفاده از اطلاعات و روابط کاهيدگي تجربي متفاوت، نتايج متفاوتي به همراه دارد. از همين رو، انتخاب يک رابطه ي مناسب براي به کارگيري در منطقه ي مورد بررسي بسيار بااهميت بوده و در عين حال امري مشکل است. در اين رابطه لازم است ويژگي هاي زمين شناسي و ژئوتکنيکي ناحيه ي مورد بررسي محلوظ گردد، زيرا در نظر نگرفتن آن ها مي تواند نتايجي دور از واقعيت به دست دهد. نتيجه ي مطالعات لرزه خيزي معمولاً در يک نقشه ي شتاب سنگ حداکثر (PRA) با دوره ي بازگشت 475 سال منعکس مي گردد که در مورد شهر قم در شکل 5 آمده است.

پي‌نوشت‌ها:
 

1- استاديار مجتمع عالي آموزشي و پژوهشي صنعت آب و برق اصفهان.
 

منبع: ماهنامه ي فني - تخصصي دانش نما، شماره ي پياپي 173-172.