از زلزله چه می دانید

حالت خاصی از تغییر شکل توده های سنگی است که در آن پدیده های گسیختگی در مقیاس متفاوت رخ می دهد یا هر نوع لرزش زمین در اثر عبور امواج لرزه ای زلزله است. عامل ایجاد مواج لرزه ای، پاسخ زمین به انرژی های اندوخته است.

نظریه Elastic rebound که پس از زلزله ۱۹۰۶ سن فرانسیسکو توسط راید (Reid) ارائه گردیده و قادر است نحوه بروز زلزله را به وسیله اعمال تنش به طرفین یک گسل، به صورت ذیل توجیه نمایند:
 اجسام در برابر نیرو تا حد الاستیک مقاومت کرده و انرژی را در خود ذخیره می کنند اما با افزایش تنش در بیش از حدالاستیک، سنگ می شکند و امواج لرزه ای را آزاد می کند و بعد به شکل اولیه خود برمی گردند. اگر این نیرو در اعماق به سنگ وارد شوند سنگ خاصیت شکل پذیر از خود نشان می دهند. عمقی که در آن زمین لرزه رخ می دهد زون لرزه زا (schisosphere) نامیده می شود.
مشخصات زلزله کانون ژرفی یا مرکز زلزله ( Hypocenter) یا (Focus): جایی است که در اثر گسیختگی در پوسته امواج لرزه ای آزاد می شود.
کانون سطحی زلزله (Epicenter): نزدیکترین فاصله کانون به سطح زمین است که به طور طبیعی دارای بیشترین شدت لرزش است.
ژرفای زلزله (Focal Depth): فاصله بین کانون ژرفی زلزله تا سطح زمین است. فاصله زلزله (?): فاصله بین مرکز سطحی تا ایستگاه ثبت زلزله است.

زلزله ها بر پایه ژرفا به انواع زیر تقسیم می شوند:
– زلزله های کم ژرفا: با عمق کمتر از ۷۰ کیلومتر
– زلزله های با ژرفا متوسط: عمق ۳۰۰-۱۰۰ کیلومتر
– زلزله های باژرفای بیشتر از ۳۰۰ کیلومتر( Earthquake group) گروه زلزله ،زلزله یک لرزش واحد نیست بلکه به صورت دسته ای از لرزشها ست.
اگر نمودار گروه زلزله را در طول زمان رسم وجود دارد که بزرگترین لرزش است .زمین لرزه هایی قبل از لرزش اصلی Main shock کنیم یک لرزه شاخص یا را پیش لرزه و لرزه بعد از زلزله اصلی را پس لرزه گویند.معمولا پس لرزه ها فراوان ترند.

مشخصات زلزله (عوامل موثر در ایجاد زلزله )

الف) زلزله های مصنوعی به طور خلاصه عوامل زیر باعث ایجاد این زلزله ها می شوند: ۱- پر و خالی کردن مخازن و دریاچه های سدهای بزرگ با طول تاج بیشتر ۱۰۰ m 2- ایجاد چاههای بهره برداری و تزریق آب ۳- انفجارات هسته ای ۴- انفجارات معادن و باربرداری از آنها به صورت برداشتن حجم زیادی از سنگها
ب ) زلزله های طبیعی ۱- فورانهای آتشفشانی ۲- فروریختن غارهای زیرزمینی ۳- زمین لرزه های تکتونیکی : که ۹۰% زلزله ها از این نوعند.

نحوه آزاد شدن انرژی :

– پیشلرزه : گاهی پیش از بروز زلزله اصلی , لرزه هایی با بزرگی کمتر از زلزله اصلی به وقوع می پیوندد که معمولا فراوانی آنها با نزدیک شدن به زمان وقوع لرزه اصلی افزایش می یابد.
– لرزه اصلی : در اینجاست که بیشترین انرژی ذخیره شده در محیط به یکباره آزاد می شود .
-پسلرزه : لرزه های خفیفی است که اغلب پس از لرزه اصلی در پیرامون کانون زلزله روی میدهند.فراوانی آنها با گذشت زمان کاهش می یابد.
– دسته لرزه : مجموعه ای از لرزه های رویداده در یک منطقه که در مقطع زمانی هفته یا ماه به وقوع می رسد. فراوانی آنها پس از رسیدن به یک حد بیشینه کاهش می یابد.
-ریز لرزه : زلزله هایی با بزرگای ۳ یا کوچکتر می باشند.اغلب افزایش ناگهانی و منظم آنها نشانه قریب الوقوع بودن زمین لرزه اصلی را نشان می دهد.

امواج لرزه ای (Earth quake waves):

 امواج درونی (پیکره ای) Body waves : این امواج از درون زمین عبور می نمایند، بدین ترتیب که از سرچشمه به تمام جهات انتشار می یابند. از این رو به امواج آزاد (Free waves) نیز معروفند.

امواج درونی ۲ نوعند:

۱- موج اولیه (طولی، فشاری، کششی) longitudinal wave : اولین موجی که توسط گیرندهای زلزله ثبت می شوند . علت سرعت بالای آن نظیر امواج صوتی، امتداد ارتعاش ذراتش در امتداد ارتعاش ذراتش در امتداد انتشار آن است. این حرکت سبب ایجاد انقباض و انبساط در محیط خود می شوند ولی هیچگونه تغییر شکل برشی در آنها به وجود نمی آیند. این امواج در تمام محیطها (جامد، مایع، گاز) حرکت می کنند . سرعت حرکت موجهای P در یک محیط همگن تابع دانسیته (چگالی) _ انعطافپذیری (میزان الاتیسته) آن می باشد. سرعت حرکت موج P از رابطه زیر به دست می آید. VP= E مدول یانگ ، V ضریب پواسیون ، P دانسیته موج اولیه در راستای ارتعاش می باشد. موج سبب تغییر حجم اجسام می گردد .عملکرد این موج در هنگام زلزله بصورت ایجاد صدا , تکان دادن درب ها و پنجره ها می باشد.

2– موج برشی transversal waves : دومین موجی که توسط گسرندهای زلزله ثبت می شوند، موج ثانویه یا S است. جهت حرکت این موجها عمود بر جهت انتشار آنها میباشد. این امواج تنها از محیطهای جامد عبور می کنند چرا که سیالات تحت تاثیر واتنش برشی قرار نمی گیرندبنابراین آنها را موج برشی نیز می نامند. این امواج باعث تغییر شکل در اجسام می شود ولی هیچگونه تغییر حجمی را ایجاد نمی کند. سرعت این امواج کمتر از امواج p است. (شکل۱)

موجهای برشی بر حسب حرکات خود به ۲ صورت دیده می شوند:
۱- موج SH (موج برشی افقی)
۲- موج SV (موج برشی عمودی) – سرعت VS از رابطه زیر به دست می آید.
ب) امواج سطحی (Sur face waves): این امواج پس از برخورد امواج حجمی به سطوح انفصالی ایجاد و سپس در امتداد سطح زمین یا سطوح ناپیوستگی زیرزمین یا سطح آب منتشر می گردند. امواج سطحی ۲ دسته اند:

۱- موج لاو (LQ): سومین موجی است که توسط لرزه نگاشتها ثبت می شوند. حرکت این امواج شبیه به مولفه افقی برشی (SH) است, از این رو فقط در لرزه نگاشتهای افقی ثبت می شوند. در سطوح ناپیوستگی پوسته انتشار می یابند. سرعت موج لاو با موج S برابر است ولی از آنجایی که موج S مستقیما از عمق حرکت می کند, زودتر از موج لاو به ایستگاه لرزه نگاری می رسد.

۲- موج ریلی (rayleih): چهارمین موجی است که توسط گیرندهای لرزه ای ثبت می شوند. حرکت این امواج بر روی یک صفحه قائم منطبق بر امتداد انتشار آن در یک مدار بیضیوی قهقرایی صورت می پذیردو در بالاترین نقطه مسیر در خلاف جهت انتشار موج است . یعنی شبیه موج اقیانوس , تنها با این تفاوت که ذرات آب در این حالت در جهت انتشار موج است به عبارت دیگر این موج ترکیبی از دو موج P و مولفه قائم موج برشی (SV) می باشد. لذا هر دو لرزه نگاشت افقی و قائم آنرا ثبت می کنند. سرعت این امواج ۹۲/۰ موج S است(شکل زیر) قدرت تخریب این امواج به این صورت است: LR> LQ> S> P

مقیاس های سنجش قدرت زلزله

 شدت زلزله (Earthquake intensity): یک مقیاس مشاهده ای و غیر دستگاهی است که بستگی به فاصله کانون تا مکان مورد نظر، مدت دوام لرزش، نوع خاک، عمق سنگ کف ودارد. مقیاس شدت زلزله مرکالی است که در سال ۱۹۰۲ بین ۱۰ – ۱ است. در ۱۹۳۲ مقیاس اصلاح شده مرکالی (MMI) که از ۱۲ – ۱ است. در MMI 4 نوع masonavy داریم:
۱- نوع A: طراحی خوب، اجزاء خوب، همراه با بتون و تیرآهن.
۲- نوع B: دارای تیرآهن و بتن می باشد اما طراحی و اجرای خوبی ندارند در مقابل نیروهای جانبی مقاوم نیست.
۳- نوع C: طراحی و اجزاء معمولی است. در سازه از سیمان استفاده شده ولی در مقابل نیروهای جانبی مقاوم نیست.
۴- نوع D: بدون طراحی ساخته شده و سیمان و فلز ندارند و از نظر نیروی جانبی پایدار نیست.

مزایای مقیاس مرکالی

۱- بدون وجود ایستگاه لرزه نگاری می توان شدت زلزله ها را با توجه به خرابی سازه ها اندازه گیری کرد.
۲- برای زمین لرزه های تاریخی برآوردی میتوان ارائه داد.

معایب این واحد:

۱- گزارشات غیر واقعی و گزافه گویی در شرح زلزله
۲- مناطقی که هیچ نوع حیاتی در آن وجود ندارد.
۳- دقت شدت زلزله پائین است. از روی شدت زلزله می توان منحنی های هم شدتIsolseismical line را رسم نمود.

جدول تعیین شدت خرابی بر اساس مقیاس مرکالی: توصیف- میزان تخریب- نوع احساس- مقیاس
I. توصیف:احساس نمی شود, مگر در شرایط ویژه.تنها توسط دستگاه های لرزه نگار قابل ثبت است
II.توصیف:توسط افراد در حال استراحت و در طبقات بالای ساختمان ها حس می شود.برخی اشیاء آویزان ممکن است نوسان کنند.
III.توصیف:در فضای باز و در طبقات بالایی ساختمان ها کاملا قابل احساس است.مردم آنرا بصورت زلزله شناسایی نمی کنند .ارتعاش مانند عبور کامیون است. مدت زمان لرزش قابل تخمین است.
IV.توصیف:در طی روز در فضای بسته توسط افراد زیادی حس می شود و در فضای باز عده معدودی حس می کنند.در شب عده ای را از خواب بیدار می کند .بشقاب ها ,پنجره ها و درب ها تکان خورده و صدا می کنند. در ماشین های ایستاده ارتعاش قابل درک است.

توصیف:زلزله توسط هر فردی قابل احساس است. بسیاری ازخواب بیدار می‌شوند. برخی از پنجره‌ها, بشقابها و غیره شکسته می‌شوند. گچ‌کاریهای ساختمانها ترک می‌خورند. اشیای ناپایدار واژگون می‌گردند. سر و صدای درختان و سایر اشیای مرتفع شنیده می‌شود و آونگ ساعتها متوقف می‌گردند. دربها باز و بسته می‌شوند و امتداد حرکت زمین‌لرزه قابل درک است.
VI. توصیف:زلزله توسط بسیاری از افراد حس می‌شود و بسیاری از مردم وحشت‌زده به فضای باز پناه می‌آورند. اشیای سنگین جابجا می‌شوند و قطعات از گچ‌کاری کنده می‌شود. دودکشها فرو می‌ریزند و خسارات جزئی به بار می‌آید. افراد به حالت نامتعادل قدم می‌زنند و یا می‌ایستند. پنجره‌ها, دربها و بشقابها شکسته می‌شوند. ساختمانهای خشتی و ضعیف ترک برمی‌دارند. زنگهای کوچک به صدا در می‌آیند.میزان تخریب:افتادن اشیاء
VII. توصیف:مردم وحشت‌زده به فضای باز فرار می‌کنند. خسارت بسیار کمی در ساختمانهایی که خوب طراحی و ساخته شده‌اند وارد می‌شود. به ساختمانهای متوسط و معمولی خسارات جزیی و متوسط وارد می‌گردد. خسارات قابل ملاحظه‌ای در ساختمانهای ضعیف و بد طراحی شد, وارد می‌شود. خسارت به ساختمانهای نوع(D) شامل ترک و فرو افتادن گچ‌کاریهاست و آجرهای سست لق می‌شوند. ترکهایی در ساختمانهای نوع (C) به وجود می‌آید. ایستادن مشکل می‌شود و اثاثیه شکسته می‌شوند. زنگهای بزرگ به صدا در می‌آیند. زهکشهای سیمانی آبرسانی خسارت می‌بینند. لغزشهای کوچک اتفاق می‌افتد..(شکل۷)-میزان تخریب:تخریب غیر سازه-نوع احساس:متوسط
VIII. توصیف:خسارت در ساختمانهایی که طراحی ویژه شده‌اند, بسیار جزیی است و در ساختمانهای معمولی نوع (C ) با فروریزشهای جزیی همراه است و در ساختمانهای ضعیف نوع (D) بسیار شدید است. دیوارهای جداکننده به خارج از قاب ساختمان پرتاب می‌شوند. دودکشها, ستونها, دیوارها و دودکشهای کارخانه‌ها و سنگهای یادبود سقوط می‌کنند. اشیای سنگین واژگون می‌گردند. تغییراتی در سطح آب چاهها ایجاد می‌شود. ماسه و گل به مقدار کم بیرون زده می‌شوند. رانندگی مشکل می‌گردد. ترکهایی در زمینهای مرطوب و شیبهای ملایم ایجاد می‌شود. تغییراتی در آب و درجه حرارت چشمه‌ها و چاهها ایجاد می شود. خانه‌های اسکلت دار بر روی سطح پی حرکت می‌کند. شاخه‌های درختان شکسته می‌ شوند..(شکل-میزان تخریب:تخریب سازه ای در حد متوسط-نوع احساس:سنگین
IX. توصیف:خسارت قابل ملاحظه‌ای در ساختمانهایی که طراحی ویژه شده‌اند, ایجاد می‌شود. ساختمانهای اسکلتی خوب طراحی شده کج میشوند. ساختمان بر روی پی تغییر مکان می‌دهد. ترکهایی آشکار در زمین ایجاد می‌گردد. خطوط لوله زیرزمینی شکسته می‌شوند. وحشت عمومی بر مردم غالب می‌شود. ساختمانهای نوع (D) ویران می‌گردند و بر ساختمانهای نوع (C ) خسارت سنگین وارد می‌گردد و گاهی کاملاً فرو می‌ریزند. ساختمانها خسارت جدی می‌بینند و خسارت اساسی به پی وارد می‌گردد. در مناطق آبرفتی ماسه و گل بیرون می‌آیند.میزان تخریب: تخریب سازه در حد زیاد- نوع احساس:مخرب X. توصیف:سازه‌های چوبی خوب ساخته شده ویران می‌شوند. بسیاری از سازه‌های اسکلت‌دار بنایی به همراه پی ویران می‌شوند. در زمین ترکهای بزرگی ایجاد می‌گردد. خطوط راه آهن کج می‌شوند. زمین لغزشهای قابل ملاحظه‌ای در کنار رودخانه‌ها و شیبهای ملایم اتفاق می‌افتد. آب سر و صداهای زیادی (چلپ و چلوپ) می‌کند. خسارات جدی به سدها و مخازن وارد می‌گردد. در زمین, لغزشهای بزرگ اتفاق می‌افتد و آب از مخازن و کانالها و رودخانه‌ها و دریاچه‌ها و غیره بیرون ریخته می‌شود. میزان تخریب:فاجعه -نوع احساس:بسیار مخرب
XI. توصیف:ساختمانهای کمی, استوار باقی می‌مانند. پلها ویران می‌گردند. خطوط لوله زیرزمینی کاملاً غیر قابل استفاده می‌شوند. خطوط راه‌آهن به شدت کج می‌شوند. زمین باتلاقی می‌شود. لغزشهایی در زمینهای نرم ایجاد می شود.  میزان تخریب: XII.توصیف:خسارت کلی, امواج برروی سطح زمین مشاهده می‌شوند. اشیاء به هوا پرتاب می‌شوند و سنگهای بزرگ جابجا می شوند.

بزرگی زلزله (Earthquake magnitude)

یک مقیاس کمی و دستگاهی است که واحد آن ریشتر است که به صورت لگاریتم بیشینه دامنه نگاشت ثبت شده بر روی لرزه نگاشت استاندارد و برای فاصله ۱۰۰ کیلومتری از سرچشمه زلزله بدین ترتیب تعریف نموده است:
ML ریشتر بزرگی محلی، A بیشینه دامنه ثبت شده، A دامنه زلزله مبنا که بر اساس امواج P است.
ولی در ایستگاههای دورتر از ۶۰۰ km امواج p از بین می رود و به امواج سطحی تبدیل می شوند. این مقیاس ها از دقت بالایی برخوردار نیستند.
الف) مرکز زلزله دقیقا یک نقطه نیست
ب) معمولا لرزه نگاری در فاصله ۱۰۰ کیلومتر وجود ندارد و باید از چند لرزه نگار در فواصل مختلف استفاده نمود و نتیجه حاصله را تصحیح کرد.

ج) بزرگی زلزله درباره اثرات زلزله بر روی ساختمانها و … مستقیما اطلاعاتی را به دست نمی دهد.
د) به دلیل غیر یکنواختی پوسته زمین و انواع مختلف گسلها، این مقیاس دقت کافی ندارد.
ه) مقیاس ریشتر برای زلزله بسیار بزرگ دچار اشکال می گردد.

انواع مقیاسهای بزرگی

۱- mb ( body magnitude): بزرگترین دامنه امواج لرزه ای موج p است. از آنجا که زلزله‌های ژرف دارای امواج سطحی کوچک یا بی‌اهمیت هستند, در زلزله شناسی اندازه‌گیری دامنه موج P (که تحت تأثیر عمق کانونی قرار نمی‌گیرد) متداول است و به وسیله آن بزرگی موج P تعیین می‌گردد. mb= log 10 ( A/T) + Q ( ?, h) T دوره زمانی دریافت موج P، Q تابعی از عمق و فاصله ، A دامنه موج P

MS (surface magnitude) -2 : بزرگترین دامنه موج سطحی یاموج S است. از آنجا که در زلزله‌های دوردست (فاصله سطحی بیش از ۲۰۰۰ کیلومتر), موجهای سطحی با دوره تناوب حدود ۲۰ ثانیه غالب هستند, گوتنبرگ به منظور کمی کردن این زلزله‌ها, مقیاس موج سطحی را تعریف نمود. این مقیاس مبتنی بر اندازه‌گیری دامنه امواج سطحی با دوره تناوب ۲۰ ثانیه می‌باشد که برای زمین لرزه هایی که در فاصله دورتر از km 600 ثبت شده به کار می روند.

MS= log 10 ( A/T( + 1.66 log ?10+3.3

 3– MW (Work magnitude):بزرگای گشتاوری برای زلزله های بزرگتر از ۵/۷ تعریف شده است. زیرا زمین در این حالت از موج اشباع شده است. این مقیاس به علت نقصهای مهم مقیاس محلی ریشتر, مقیاس بزرگی موج حجمی و تا اندازه‌ای مقیاس بزرگی موج سطحی در تشخیص زلزله‌های بزرگ ابداع شده است. از آنجا که در زلزله‌های بسیار بزرگ, بیشتر انرژی توسط امواج با فرکانس کوتاهتر آزاد می‌گردد, اکثر محققین ترجیح دادند که برای تخمین انرژی آزاد شده از پارامترهای استاتیکی نظیر گشتاور لرزه‌ای استفاده نمایند. گشتاور لرزه‌ای برای هر زلزله بزرگ به واسطه امواج درونی دوره بلند, امواج سطحی, نوسانات آزاد و داده‌های مساحی از طریق فرمول ذیل سنجیده می‌گردد.

MO= ? . S . A سطح گسل MW= logM0-10.2 (cm2) ضریب سختی برشی زمین جابجایی (cm)

MD -4 :از این مقیاس بزرگی برای اندازه‌گیری سریع زلزله‌های کوچک (M<=3) استفاده فراوان می‌شود. در این مقیاس بر اساس مدت کل زلزله بر حسب ثانیه, یک بزرگی به آن منسوب می‌شود. در رخدادهای کوچک, معمولاً بین بزرگی مدت و بزرگی اندازه گیری شده با مقیاس ریشتر (M<=3) همبستگی وجود دارد. اما آزمونهای میزان کننده همیشه فراهم نیستند و چون MD عمدتاً برای اندازه‌گیری زلزله‌های کوچک وضع شده است و بیشتر برای زلزله شناسان اهمیت دارد تا مهندسین.