شناسایی و بررسی توان لرزه ای گسل های فعال اطراف شهر اصفهان
با توجه به سابقه ی زلزله در اصفهان و ثبت بیش از چند صد کهلرزه با بزرگی بین 2 تا 5 ریشتر در پژوهش های انجام گرفته توسط کارشناسان امور لرزه خیزی سازمان انرژی اتمی ایران طی سال های 1355 تا 1357، و همچنین طی فعالیت پایگاه لرزه نگاری استان اصفهان در سال های 2000 تا 2003 میلادی، لزوم توجه به وضعیت لرزه زمین ساختیِ این محدوده مشخص می گردد. به علت عدم تطبیق روند این فعالیت ها با معدود گسل های شناخته شده در اطراف اصفهان و با علم به این که نخستین و مهم ترین قدم در مطالعات لرزه خیزی هر ناحیه شناسایی عوامل ایجاد فعالیت های لرزه ای یعنی گسل های فعال می باشد، اهمیت شناسایی گسل های منطقه ی اصفهان روشن می شود. این مقاله بخشی از نتایج حاصل از پژوهش انجام یافته در این خصوص را ارائه می نماید. اگر دوست داشتید راجع به زلزله بیشتر بدانید می توانید به مقاله وحشتناک ترین زلزله تاریخ جهان سری بزنید. در آن مقاله می توانید با نقاط زلزله خیز دنیا بیشتر آشنا بشوید.
حداکثر بزرگی زلزله ی احتمالی (Ms) در اثر جنبش دوباره ی گسل ها برابر با 7/34 ریشتر تعیین گردیده، که مربوط به چند گسل از جمله گسل های شمال شرق اصفهان، نجف آباد و جنوب اصفهان به درازاهای 245، 235 و 165 کیلومتر می باشد. بیشینه ی شتاب افق در اثر جنبش دوباره ی گسل ها در شهر اصفهان به روش تحلیلی، مربوط به گسل های شمال شرق اصفهان و جنوب اصفهان بوده که برابر با 0/47 شتاب ثقل زمین تعیین شده است.
از جمله زمین لرزه های تاریخی شهر اصفهان، زمین لرزه ی تاریخیِ سال 722 هجری شمسی (1344 میلادی) می باشد. این زمین لرزه باعث تخریب باروری شهر و چند خانه شد و طی آن حدود 20 تن کشته شدند [1]. وقوع این زمین لرزه و ثبت کهلرزه ها در منطقه ی اصفهان اهمیت بررسی توان لرزه ای گسل های فعال را نشان می دهد.
مهم ترین مطالعات منتشر شده در خصوص وضعیت زمین شناسی و گسل های محدوده ی مورد بررسی، نقشه های تکنونیک و سایزموتکتونیک ایران به مقیاس 1/1000000 و نقشه های زمین شناسیِ تهیه شده توسط سازمان زمین شناسی کشور می باشند.
این مقاله بخشی از نتایج حاصل از پژوهش انجام یافته در خصوص شناسایی و بررسی گسل های فعال اطراف اصفهان را ارائه می نماید [2]. از جمله اهداف پژوهش انجام یافته عبارت اند از:
1- شناسایی گسل های محدوده ای به شعاع 100 کیلومتر در اطراف شهرستان اصفهان، با استفاده از پردازش داده های رقومی ماهواره ای.
2- انجام بازدیدها و اندازه گیری های صحرایی برای کنترل نتایج به دست آمده از پردازش تصاویر ماهواره ای.
3- تعیین ارتباط میان داده های کهلرزه ای موجود از محدوده ی اصفهان با گسل های شناسایی شده.
4- بررسی توان لرزه ای گسل های فعال و تعیین بیشینه ی شتاب افقی زمین به روش تحلیلی (Deterministic).
موقعیت جغرافیایی و زمین شناسی منطقه
محدوده ی مورد مطالعه به شکل دایره ای به شعاع 100 کیلومتر و به مرکزیت شهرستان اصفهان می باشد (شکل 1). این منطقه در زون های ساختاری زاگرس مرتفع، سنندج - سیرجان و مجموعه ی ماگمایی ارومیه دختر قرار گرفته است. کمربند کوه زایی زاگرس بخشی از رشته کوه های آلپ - هیمالیا می باشد. این کوه زایی بخشی از کوه زایی تتیس می باشد که بین اوراسیا و قطعات پراکنده ی گندوانا به دنبال اشتقاق قاره ای و تصادم قاره ای بین آفریقا - عربستان با ایران مرکزی صورت گرفته است [3].داده ها و روش های مورد استفاده
داده های رقومی ماهواره ای
استفاده از تکنیک سنجش از دور در زمینه های مختلف، از جمله مطالعات زمین شناسی باعث کاهش زمان و هزینه ی مطالعات و همچنین بالا رفتن دقت نتایج می گردد. در این مطالعه نیز برای شناسایی گسل های منطقه، داده های رقومی ماهواره ای پردازش شده اند. بدین منظور، داده های TM ماهواره ی لندستِ پنج، مورد بررسی قرار گرفته اند. به منظور استفاده از قدرت تفکیک طیفی داده های TM و قدرت تفکیک مکانی داده های Spot و IRS در حوالی شهر اصفهان، این داده ها با یکدیگر تلفیق شده اند. برای این منظور، از روش های مختلفی از جمله ادغام به روش Brovey و تکنیک RGBI استفاده شده است.از عکس های هوایی به مقیاس 1/20.000 نیز در مناطق خاصی استفاده شده و گسل ها و شکستگی ها با دقت برداشت شده اند. با قرار دادن یک لایه برداری بر روی این اطلاعات و تصاویر ماهواره ای، گسل های فعال مهم پس از انجام پردازش های مختلف با دقت بالایی شناسایی و ترسیم گردیدند.
شکل 1: تصویر ماهواره ای پردازش شده از ححدوده ی مورد مطالعه. این تصویر حاصل ترکیب باندهای سنجنده ی TM به صورت (RGB=741) پس از اعمال فیلتر گذر بالا از نوع (Sharpen 2) و اجرای کشیدگی از نوع یکنواخت کردن تصویر (Histogram Equalize) برای هر باند می باشد.
داده های لرزه ای
با وجود توسعه ی خوبی که طی سال های گذشته در شبکه ی لرزه نگاری کشور به وجود آمده است، هنوز به دلیل تعداد نسبتاً محدود ایستگاه های لرزه نگاری، معمولاً تنها زمین لرزه هایی که بزرگی متوسط و بالا دارند، ثبت می گردند. با استفاده از شبکه های حساس محلی می توان با دقت بالایی زمین لرزه های با بزرگی های کوچک را ثبت نمود. خوشبختانه در دو مقطع زمانی مختلف توسط شبکه های محلی، زمین لرزه های منطقه ی اصفهان کانون یابی شده اند.داده های ثبت شده توسط بخش زلزله شناسی سازمان انرژی اتمی
نخستین مطالعه ی انجام گرفته در خصوص وضعیت لرزه خیزی ناحیه ی اصفهان، تحقیقات انجام یافته توسط کارشناسان امور ویژه ی زلزله شناسی سازمان انرژی اتمی ایران می باشد [4]. به منظور شناخت وضعیت لرزه خیزی ناحیه ی اصفهان در ارتباط با احداث مرکز تکنولوژی هسته ای اصفهان، شبکه ی حساس لرزه نگاری شامل هفت دستگاه ترابرپذیر در اطراف شهر اصفهان نصب و به مدت بیش از دو سال، طی مرداد ماه سال 1355 تا آذرماه 1357 مورد بهره برداری واقع شدند.زمین لرزه های ثبت شده در این محدوده، بزرگی های متفاوت داشته و با دوایری با شعاع های مختلف و به رنگ نارنجی در چهار دسته نمایش داده شده اند. دسته ی نخست دارای بزرگی بین 1 تا 2 ریشتر (12 مورد)، دسته ی دوم دارای بزرگی بین 2 تا 3 ریشتر (73 مورد)، دسته ی سوم با بزرگی های بین 3 تا 4 ریشتر (79 مورد) و دسته ی چهارم با بزرگی های بین 4 تا 5 ریشتر (12 مورد) می باشند (شکل 2).
شکل 2: کانون سطحی کهلرزه های ثبت شده توسط کارشناسان بخش زلزله شناسی سازمان انرژی اتمی ایران طی سال های 1355 تا 1357 که به رنگ نارنجی نشان داده شده اند، به همراه کهلرزه های ثبت شده توسط پایگاه لرزه نگاری مؤسسه ی ژئوفیزیک دانشگاه تهران در استان اصفهان طی سال های 2000 تا 2003 میلادی، که به رنگ زرد نمایش داده شده اند، در محدوده ای به شعاع 100 کیلومتر در اطراف شهر اصفهان.
داده های پایگاه لرزه نگاری مؤسسه ی ژئوفیزیک
دومین مرحله از برداشت فعالیت های لرزه ای منطقه ی اصفهان طی سال های 2000 تا 2003 میلادی در کم تر از 3 سال توسط پایگاه لرزه نگاری موسسه ی ژئوفیزیک دانشگاه تهران در استان اصفهان انجام گرفته است. زمین لرزه های ثبت شده در این دوره نیز مشابه با داده های دوره ی نخست با دوایر زردرنگی با چهار اندازه ی متفاوت، هماهنگ با همان بزرگی های قبلی ترسیم شده اند (شکل 2). تعداد 204 کهلرزه با بزرگی بین 1 تا 2 ریشتر، تعداد 128 کلهرزه با بزرگی بین 2 تا 3 ریشتر، تعداد 5 کهلرزه با بزرگی بین 3 تا 4 ریشتر و تنها یک کهلرزه با بزرگی بین 4 تا 5 ریشتر طی این دوره توسط پایگاه لرزه نگاری موسسه ی ژئوفیزیک ثبت گردیده است.در صورتی که هر دو دسته ی داده های لرزه ای هم زمان مورد بررسی قرار گیرند، هماهنگی خوبی بین آن ها دیده می شود. هماهنگی و هم پوشانی بالای دو دسته داده های لرزه ای ثبت شده در دو مقطع زمانی متفاوت که توسط محققان و دستگاه های مختلف برداشت شده اند، صحت و دقت آن ها را تأیید می کند. همان گونه که مشاهده می شود، متأسفانه بیش ترین تمرکز داده های لرزه ای در مناطق جنوبی شهر اصفهان می باشد.
سیستم های گسلی منطقه
پس از پردازش داده های رقومی ماهواره ای هم زمان با انجام بازدید صحرایی و بررسی عکس های هوایی منطقه، تعداد زیادی از گسل های اصلی و فرعِی محدوده شناسایی گردید. در مرحله ی بعدی نیز گسل های فعال اصلی محدوده مشخص شد. همان گونه که مشاهده می شود، ارتباط بسیار منطقی و دقیقی میان گسل های اصلی و کهلرزه های ثبت شده در محدوده ی مورد مطالعه وجود دارد (شکل 3). در مطالعه ی انجام گرفته تعداد 63 گسل فعال دارد (شکل 3). در مطالعه ی انجام گرفته تعداد 63 گسل فعال مهم در محدوده ی مورد بررسی شناسایی گردید که بخش اعظم آن ها برای نخستین بار شناسایی و معرفی شدند . این گسل ها را می توان به 6 دسته ی کلی به این قرار تقسیم کرد:1- گسل های با راستای 120 الی 130 درجه
2- گسل های با راستای 70 درجه
3- گسل هایی با راستای شمالی - جنوبی
4- گسل های با راستای 150 درجه
5- گسل های با راستای شرقی - غربی
6- گسل های با راستای 35 درجه
شکل 3: تصویر ماهواره ای پردازش شده از محدوده ی مورد مطالعه همراه با گسل های فعال شناسایی شده و کهلرزه های ثبت شده در این محدوده. پردازش این تصویر مشابه شکل 1 است.
گسل های حوالی شهر اصفهان
به دلیل پوشش وسیع آبرفت های دشت اصفهان توسط مناطق زراعی و مناطق مسکونی، تشخیص گسل های حوالی شهر در این مناطق به سادگی میسر نمی باشد. با عنایت به تأثیر تعدادی از گسل ها در ارتفاعات اطراف شهر اصفهان، محل عبور آن ها در آبرفت ها شناسایی شده است (شکل 4). به منظور بالا رفتن دقت نتایج، استفاده از روش های ژئوفیزیکی و حفر گمانه ها در مناطق حساس و مشکوک به وجود گسل در این خصوص راه گشا می باشد. در صورت شناسایی محل عبور گسل ها می توان حریم های خاصی را برای آن ها در نظر گرفت و طراحی فضاهای شهری را با احتیاط بیش تری انجام داد.شکل 4: تصویر ماهواره ای پردازش شده از اطراف شهر اصفهان. گسل های اصلی با ضخامت بیش تر و گسل های فرعی با خط چین نمایش داده شده اند. این تصویر حاصل ترکیب باندهای سنجنده ی TM و سنجنده ی IRS به صورت (RGBI=741+Pan) پس از اعمال فیلتر گذر بالا از نوع (Sharpen 2) و اجرای کشیدگی از نوع خطی 99 درصد برای باند پانکروماتیک و یکنواخت کردن تصویر (Histogram Equalize) برای باندهای سنجنده ی TM می باشد.
بررسی توان لرزه ای گسل های فعال
با عنایت به این که زمین لرزه های ایران مرکزی معمولاً بزرگ و با دوره ی بازگشت طولانی می باشند، عدم ثبت زمین لرزه های بزرگ در راستای گسل ها نشانگر لرزه زا نبودن آن ها نمی باشد. عدم وقوع زمین لرزه در شهرستان بم نیز مثالی از فواصل طولانی وقوع زمین لرزه می باشد. با شناسایی دقیق گسل های فعال در پوسته ی ایران زمین می توان احتمال وقوع زمین لرزه ها را با دید بهتری پیش بینی نمود.در این بررسی با بهره گیری از رهیافت تعیینی، بیشینه ی شتاب افقی خطر زمین لرزه ی ناشی از جنبش گسل ها در شهر اصفهان محاسبه شده است. بدین منظور با استفاده از چند رابطه ی پیشنهادی حداکثر بزرگی های به دست آمده محاسبه شده و سپس میانگین آن ها به عنوان مبنا در نظر گرفته می شود. با قبول این فرض که در زمین لرزه های احتمالی آینده حدود 50 درصد از درازای گسل ها جنبا می شوند، از روابط تجربی که میان درازای گسل و بزرگی زلزله ی احتمالی وجود دارد، استفاده شده است. همچنین، با توجه به این که حداکثر میزان حرکت گسل در یک رویداد در زمین لرزه ی طبس با بزرگی MS=7.4 برابر با 80 کیلومتر بوده است، در این پژوهش نیز با دید محافظه کارانه حداکثر درازای گسل که در یک رویداد می تواند دچار جابه جایی شود، برابر با 80 کیلومتر در نظر گرفته شده است. روابط به کار گرفته شده عبارت اند از [7، 6، 5]:
1- رابطه ی ارائه شده توسط مهاجر اشجعی و نوروزی (1978)
MS=5.4+Log LR
LR نیمی از طول گسل بر حسب کیلومتر می باشد.
2- رابطه ی نوروزی (1985)
MS=1.259+1.244Log LR
این رابطه برای گسل های تا درازای 85 کیلومتر و بزرگی MS بزرگ تر یا مساوی 6 ریشتر به دست آمده و LR نیمی از طول گسل بر حسب متر می باشد.
3- رابطه ی آمبرسیس و ملویل (1982)
MS=4.629+1.429Log LR
این رابطه برای زمین لرزه های بزرگ تر از 6 ارائه شده و LR نیمی از طول گسل بر حسب کیلومتر می باشد.
نتایج محاسبات انجام گرفته برای 27 گسل بزرگ محدوده در جدول 1 ارائه شده است.
جدول 1: بزرگی احتمالی زمین لرزه های ناشی از جنبش گسل های فعال اصلی محدوده ی مورد بررسی.
1- رابطه ی مهاجر اشجعی و نوروزی، 1978، 2- رابطه ی نوروزی، 1985، 3- رابطه ی آمبرسیس و ملویل، 1982.
برای تعیین بیشینه ی شتاب افقی از دو رابطه ی زیر استفاده شده و میانگین آن ها به عنوان مبنا در نظر گرفته شده است [8، 9]:
1- رابطه ی (Donovan, 1973) که برای کالیفرنیا ارائه شده است.
Y=1080 e 0.5M (R+25)-1.32
که در آن:
Y= بیش ترین شتاب افقی زمین بر حسب cm/sec2
M= بزرگی زلزله در مقیاس ریشتر
R = فاصله ی شهر اصفهان تا کانون درونی زلزله بر حسب کیلومتر
2- رابطه ی تغییر یافته (Donovan, 1973) که به وسیله ی شرکت (Dames and Moore) برای ایران پیشنهاد گردیده است.
Y=1080 e 058M (R+25)-1.32
بیشینه ی شتاب افقی برای فعالیت شش گسل فعال اصلی که از شهر اصفهان و یا از نزدیکی شهر عبور می کنند، محاسبه و در جدول (2) نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده می شود، بیش ترین بیشینه ی شتاب افقی در صورت جنبش دوباره ی گسل های جنوب اصفهان و شمال شرق اصفهن بوده که برابر با 0/47 شتاب ثقل زمین می باشد.
جدول 2: تعیین حداکثر شتاب افقی ناشی از فعالیت گسل های اصلی و نزدیک به شهر اصفهان به روش تحلیلی. عمق کانون زمین لرزه های احتمالی 15 کیلومتر در نظر گرفته شده است. 1- رابطه ی (Donovan, 1973)، 2- رابطه ی تغییر یافته (Donovan, 1973)، به وسیله ی شرکت (Dames and Moore) برای ایران.
نتیجه گیری و پیشنهاد
با وجود قرار گیری شهر اصفهان در زون ساختاری سنندج - سیرجان که از نظر خطر وقوع زمین لرزه نسبت به دیگر مناطق ایران آرام تر می باشد، یافته های پژوهش انجام یافته لزوم توجه بیش تر به خطر زمین لرزه در شهر اصفهان را نشان می دهد. از جمله نتایج به دست آمده عبارت اند از:1- شناسایی 63 گسل فعال با ده ها و در مواردی تا چند صد کیلومتر درازا در محدوده ای به شعاع 100 کیلومتری شهر اصفهان.
2- تطبیق صدها کهلرزه ی ثبت شده توسط شبکه ی لرزه نگاری سازمان انرژی اتمی و شبکه ی لرزه نگاری مؤسسه ی ژئوفیزیک دانشگاه تهران در استان اصفهان، با راستای گسل های فعال شناسایی شده خصوصاً در محل تلاقی گسل ها.
3- وجود چند گسل فعال مهم با راستاهای مختلف در نزدیکی شهر اصفهان و ثبت کهلرزه های متعدد در نزدیکی آن ها، خصوصاً در بخش های جنوی و جنوب غربی اصفهان که از نظر خود زمین لرزه قابل توجه می باشد. از 13 مورد نظر خطر زمین لرزه ی ثبت شده با بزرگی بین 4 تا 5 ریشتر طی دو دوره ی فعالیت شبکه های لرزه نگاری، 12 مورد در جنوب غرب اصفهان و تنها یک مورد در جنوب میمه رخ داده است.
4- بیشینه ی شتاب افقی در شهر اصفهان ناشی از جنبش دوباره ی گسل های جنوب اصفهان و شمال شرق اصفهان بوده که برابر با 0/47 شتاب ثقل زمین می باشد.
برای شناخت بهتر پارامترهای لرزه خیزی در منطقه ی اصفهان موارد زیر پیشنهاد می گردد:
1- انجام ریزپهنه بندی لرزه ای شهر اصفهان با توجه به نوع و ضخامت پوشش آبرفتی، به منظور بررسی پاسخ طیف طرح در مناطق مختلف شهری.
2- به کارگیری روش های مختلف ژئوفیزیکی (با عنایت به محدودیت های مناطق شهری)، حفر گمانه های اکتشافی و استفاده از سنجش از دور غیرفعال برای شناسایی بهتر و دقیق ترِ گسل ها در محدوده ی شهر اصفهان.
3- ثبت میزان جابه جایی گسل های فعالِ شناسایی شده در این پژوهش، با استفاده از روش های مختلف ژئودتیک، نظیر برداشت های نقشه برداری و استفاده از برداشت.
نویسنده: دکتر همایون صفایی (1)
پی‌نوشت‌ها:
1- دانشگاه اصفهان، گروه زمین شناسی Safaei @ sci.ui.ac.ir
2- قدردانی: از مدیر کل محترم سازمان بازسازی و حوادث غیرمترقبه ی استان اصفهان، جناب آقای مهندس شیشه فروش به خاطر پی گیری ایشان در اجرای پژوهش انجام یافته کمال تشکر را دارد. از معاونت محترم شهرسازی شهرداری اصفهان و کارشناسان محترم آن معاونت و همچنین از معاونت محترم تحقیقات و فن آوری دانشگاه اصفهان و همکاران ارجمند آن حوزه به خاطر همکاری در اجرای طرح پژوهشی شماره 7/3486 قدردانی می گردد.
1- آمبرسیز، ن. ن.، ملویل، ج. پ.، 1370، «تاریخ زمین لرزه های ایران»، ترجمه ی ابوالحسن رده، انتشارات آگاه، تهران، 674 صفحه.
2- صفایی، هـ.، 1384، «گزارش نهایی طرح پژوهشی: شناسایی و بررسی توان لرزه ای گسل های اطراف اصفهان، دانشگاه اصفهان، 111 صفحه.
3- Sengor, A. M. C., 1984-The cimmeride orogenic system and tectonics of Eurasia, Geo. Soc. Am., Spec. Pap., 195, 52p.
4- مهاجر اشجعی، ا.، 1360، ثبت و تفسیر لرزه های محلی و ویژگی های زلزله خیزی مناطق اصفهان و شهرکرد، امور ویژه ی زلزله شناسی سازمان انرژی اتمی ایران، 41 صفحه.
5- Mohajer- Ashjai, A. and Nowroozi, A. A., 1978. Observed and probable intensity zoning of Iran. Tectonophysics. 49, p. 149-160.
6- Ambraseys, N. N. and Melville, C. P., 1982, A history of Persian earthquakes, Cambridge earth science series, 219p.
7- Norozi, A. A., 1985, Empirical relations between magnitudes and fault parameters for earthquakes in Iran, Bull. Seism. Soc. Am., p. 1327-1338.
8- Donovan, N., 1973, Earthquake hazards for buildings, Building practices for disaster mitigation, building science series 46, Nat. Bur of standards, U. S. Dept. of commerce Washington D. C., P. 82-111.
9- Dams & Moor international, S. R., L., 1975, Report seismic studies, investigation of surface faulting proposed Medical center, Tehran, Iran. for Imperial Medical center of Iran, 22p., Tehran office.
ماهنامه ی فنی - تخصصی دانش نما، شماره ی پیاپی 173-172.
