ژئودینامیک-پیشرفته

آکادمی مهندسی ژئودزی » کتاب و جزوات درسی » ژئودینامیک پیشرفته

ژئودینامیک پیشرفته

در تاریخ : 10.10.48

توسط : irangeo

نظرات : 0

بازدیدها : 22 391

مطالعات ژئوديناميك در ايران به طور جدي از سال 1377 به منظور پايش تغييرات پوسته زمين در سازمان نقشه برداري آغاز گرديد و از همان زمان فعاليتها و تحقيقات ويژه اي در اين راستا انجام شد. اين مطالعات عمدتاً با همكاري مراكزي مانند سازمان زمين شناسي كشور، پژوهشگاه بين المللي زلزله، موسسه ژئوفيزيك، دانشگاههاي مونت پليه و ژوزف فوريه و استراسبورگ كشور فرانسه انجام گرفته اند. بر مبناي اين مطالعات، شبكه ژئوديناميك سراسري مشتمل بر 120 ایستگاه دائم GPS در سال 1383 به منظور بررسي حركات تكتونيك طراحي شد و از همان زمان شروع به کار کرد. اين شبكه شامل 120 ايستگاه مي باشد كه در قالب يك شبكه اصلي مشتمل بر 40 ايستگاه و سه شبكه محلي با نامهاي آذربايجان، تهران و خراسان و با توجه به دو پارامتر لرزه خيزي و جمعيت طراحي شده است. از جمله كاربردهاي اين شبكه مي توان به تعيين ميدان سرعت، ميدان استرين، تحقيقات مربوط به شرايط جوي، مدلسازي پوسته، تعيين نشست و بالاآمدگي پوسته را نام برد.

مهمترین فرایندهای ژیودینامیکی

سیل :
سیلها نتیجه جریان ناگهانی آب سطحی حاصل از بارش ، مخصوصا رگبارند. در مواردی نیز تخریب سدهای طبیعی ایجاد شده بر اثر زمین لرزه‌ها در جلو مسیر آب ، یا هجوم آب به ساحل که ناشی از مد بیش از اندازه است، می تواند سیلهای بزرگی را ایجاد نماید. نواحی ساحلی و دره رودها در اقلیمهای خشک مستعدترین نقاط برای ایجاد سیل اند. وقوع یک سیل رابطه ای مستقیم با شرایط توپوگرافی و اقلیمی دارد.
بشر با ساختمانسازی در دشت سیلابی خود را در معرض خطرهای ناشی از سیلاب قرار می دهد. یکی از دلایل ایجاد سیل در بسیاری نقاط ، استخراج آب زیرزمینی ، نفت و گاز از زمین است که اغلب نشست منطقه وسیعی از زمین را به همراه دارد. با فرونشینی زمین ، قابلیت سیل گیر بودن آن نیز افزایش می‌یابد. کنترل سیلاب معمولا پرخرج و محتاج احداث سیل بندها و تمهیدات دیگر است. از نوشت زمین نیز می توان با تزریق همزمان آب در موقع استخراج نفت یا گاز جلوگیری به عمل آورد.

فرسایش :
فرسایش سطح زمین بر اثر آب جاری ، نیروی امواج ، جریان باد و یخچالها ایجاد می شود. در صورتی که فرسایش در مناطق مرتفع ایجاد شود قادر است دامنه‌ها را ناپایدار نموده و باعث رسوبگذاری در دریاچه‌ها و مخازن بشود. وقوع فرسایش در خشکی‌ها تابعی از پوشش گیاهی ، وضعیت توپوگرافی ، شرایط آب و هوایی و زمین شناسی است.
حذف پوشش گیاهی موجود ، جهت انجام فعالیتهای عمرانی و افزایش شیب دامنه‌ها ، از عوامل مهم افزایش سرعت جریان آب سطحی و تسریع فرایند فرسایش توسط انسان است. افزایش فرسایش در یک محل ، به معنی افزایش رسوبگذاری در نواحی پایین است که آب ساکن وجود دارد. افزایش رسوبگذاری در این نقاط ضمن صدمه زدن به محیط زیست جانداران آبزی ، ظرفیت ذخیره سیلاب محیط را کاهش می دهد.

گسیختگی دامنه‌ها :
ریزش ، لغزش و جریان خاک و سنگ در سراشیبها نتیجه هوازدگی و تخریب مصالح طبیعی افزایش شیب دامنه بر اثر فرسایش و فعالیتهای تکتونیکی و عوامل دیگری چون زمین لرزه و بارندگی و ذوب برفهاست. وقوع این حوادث عمدتا وابسته به وضعیت توپوگرافی ، زمین شناسی و اقلیمی منطقه است. حرکات توده‌هایی از مصالح در بستر دریاها معمولا ناشی از زمین لرزه‌ها ، نیروی امواج و بارگذاری ناشی از رسوبگذاری است. گرچه در برخی شرایط زمین شناسی احتمال وقوع حرکات دامنه‌ای بیشتر است ولی گسیختگی طبیعی دامنه‌ها اغلب وابسته به شدت و درجه اشباع زمین است.
یکی از عوامل مهم تحریک گسیختگی دامنه‌ای توسط بشر ایجاد برشها و حفاریها در روی دامنه است. علاوه بر اینها حذف پوشش گیاهی ، احداث خاکریز بر روی دامنه و تغییر در شرایط زهکشی طبیعی ، که منجر به وروز آب به دامنه می شود، از دیگر عوامل موثر در حرکات دامنه است.

نشست و فروریزش زمین :
وقوع فروریزش یا نشست طبیعی سطح زمین اغلب محدود به زمینهای غاردار و حفره‌دار آهکی است. در چنین شرایطی آب و هوا عاملی تعیین کننده است. ایجاد غار بر اثر حل شدن آهک در آب زیرزمینی به کندی تمام انجام می شود و فروریزش ناشی از آن نیز به ندرت اتفاق می افتد. در مقابل اگر در ناحیه‌ای با سنگهای غاردار ، برای مدتی سطح آب زیرزمینی به مقدار قابل ملاحظه‌ای پایین برود، فشار روباره در سقف غار افزایش یافته و احتمال فروریزش بیشتر می شود.
نشست و فروریزش زمین اغلب در نتیجه فعالیتهای بشر نیز صورت می گیرد. نشست تدریجی ولی قابل پیش بینی زمین ، سیل گیر بودن منطقه را افزایش می دهد یا اینکه باعث ایجاد شکستگی و گسل می شود که ممکن است ناحیه وسیعی را متاثر سازد و بالاخره ممکن است به سازه‌های موجود صدمه بزند.
نشست محلی زمین ممکن است بر اثر اشباع خاکهای فروریزنده ، مثل رسها یا آبرفتهای دره ای در اقلیمهای خشک ، آبکشی از زمین برای ایجاد حفاری و گوربرداری در آن و تغییر شکل و کمانش بیش از حد دیوارهای حایل گوربرداریها ایجاد می شود. نشست زمین در مقیاس ناحیه‌ای معمولا بر اثر استخراج سیالات (آب ، نفت و گاز) از زمین بر وقوع می پیوندد.
مهمترین عامل فروریزش زمین که باعث ایجاد حفره‌ای در سطح می شود افت سطح استیابی در سنگهای آهکی و دیگر سنگهای قابل حل است. پایین رفتن سطح آب زیرزمینی از یک طرف سرعت حل شدن مواد را افزایش داده و از طرفی فشار روباره را در سقف غارها بیشتر می کند. نتیجه نهایی هردو آنها ریزش سقف غار و ایجاد حفره و سوراخ در سطح زمین است.

زمین لرزه :
آثار زمین لرزه در سطح زمین به صورت کج شدن و گسل خوردن سنگها و لرزش زمین ، قابل تشخیص است. زمین لرزه علاوه بر تاثیر مستقیم بر سازه‌ها ممکن است باعث آبگونگی یا روانگرایی برخی از خاکها و نشست برخی دیگر شود. تاثیر زمین لرزه بر آب دریاها و دریاچه‌ها به صورت امواج عظیم (تسوناحی) تظاهر می کند. زمین لرزه‌ها پدیده‌هایی جغرافیایی اند، یعنی الزاما در همه جا به وقوع نمی پیوندند.
احتمال وقوع زمین لرزه در یک محل را تا حدی می توان از روی زمین لرزه‌های تاریخی و ثبت شده قبلی و در سالهای اخیر توسط تحلیل برخی از نتایج مطالعات ژیوفیزیکی ، پیش بینی کرد.
زمین لرزه ممکن است بر اثر تزریق مایعات در چاه‌های عمیق و احتمالا بر اثر استخراج سیالات از زمین نیز ایجاد شود. زمین لرزه‌های القایی علاوه بر آن در مخازن سدهایی که ارتفاع بیش از 100 متر دارند نیز مشاهده شده است. در این نوع وزن مخزن و مهمتر از آن فشار آب بین منفذی زیاد باعث لغزندگی و ایجاد جابجایی در امتداد سطوح ضعف سنگ می گردد و به این ترتیب زمین لرزه ایجاد می گردد.

آتشفشانی :
فعالیت آتشفشانها منجر به جریانهای گاه فاجعه آمیز گدازه و ابرها و غبارهای آتشفشانی می شود. ته نشست غبارها و خاکسترها ، پوشش گیاهی را از بین برده و تغییراتی را در محیط زمین شناسی به وجود می آورد. این خاکسترها ممکن است بر اثر گذشت زمان به رسهای منبسط شونده تبدیل شوند. امکان وقوع «آتشفشان» در یک محل از روی نشانه‌های سطحی و شواهد تاریخی امکان پذیر است ولی تعیین زمان وقوع یک آتشفشان امکان پذیر نیست.

آگاهی از چرخه های زمین لرزه نه تنها برای خطرات ناشی از آن می تواند مفید باشد بلکه می تواند اطلاعاتی درمورد چگونگی تغییر شکلهای انجام گرفته قبل و بعداز زمین لرزه در پوسته زمین را در اختیار قرار دهد. جهت گسترش و پیاده سازی یک مدل قابل اعتماد و دقیق از چرخه های زمین لرزه ای، نیازمند یک توصیف ریاضی از چگونگی تغییرات پارامترهای مربوطه همانند میدان جابجایی و استرین بصورت مکانی و زمانی هستیم. پارامترهای بسیار زیادی همانند بردار لغزش ، هندسه گسل و رئولوژی پوسته زمین می توانند در تغییرات زمانی و مکانی زمین لرزه ها دخیل باشند. جهت برآورد این پارامترها می بایستی از منابع اطلاعاتی مختلف استفاده کرده تا بتوان از ترکیب این منابع اطلاعاتی متفاوت مدلی از چگونگی تغییر شکل پوسته ارائه داد. اولین تلاش جهت مدلسازی تغییر شکل بعد لرزهای، مربوط به قرن بیستم و تئوری بازگشت الاستیک می باشد.
اندازه گیری تغییر شکل پوسته به روشهای مدرن امروزی تاثیرات مهمی در مطالعات زمین شناسی زمان حاضر دارد. با وجود اینکه این اندازه گیریها اطلاعات با ارزشی در مورد چگونگی تغییر شکل کنونی زمین در اختیار محققین قرار می دهند، ولی جوابی برای علت این تغییر شکلها ندارند. علاوه بر این، این اندازه گیریها نمی توانند رفتار زمین ساختی آینده زمین و یا رفتار گذشته آن را تعیین و توجیه کنند. به همین دلیل شاخه های مختلف علوم زمین از مدلهایی بر پایه ریاضیات و فیزیک استفاده می کنند. در مطالعات تغییر شکل پوسته، مدلهای گسلی که براساس اطلاعات زمین شناسی، ژئودتیکی و لرزه ای تنظیم شده اند دید با ارزشی از ویژگیهای تغییر شکل و رفتار آن در طول زمان فراهم می کنند. درک کامل از فرآیندهای موثر در یک چرخه زمین لرزه نیاز به آگاهی از چگونگی میدان جابجایی و استرینها در مناطق مختلف و نیز چگونگی تغییرات زمانی آنها در هنگام زلزله و دوران بعداز زلزله می باشد. می توان این دوره زمانی را در ترمهای تجمع استرین قبل از وقوع زلزله، جابجایی هم لرزه و جابجایی بعد لرزه بازسازی کرد. تجزیه و تحلیل این حالت از جابجایی پوسته به هم مرتبط هستند و ما نیاز به درک هر یک از آنها در جهت به دست آوردن یک تصور مناسب از آنچه که در منطقه ای، در یک زمان معین اتفاق می افتد خواهیم داشت. تا زمان حاضر، تجزیه و تحلیل کمی زیادی از تجمع استرین و جابجایی هملرزه در کاربردهای عملی مختلف مورد توجه واقع شده است ولی جابجایی بعد لرزه نسبتاً کم مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق، ما مایل به بازبینی این مساله(جابجایی بعداز لرزه ای) می باشیم. جابجایی بعد لرزه می تواند اطلاعات حساس و مهمی را از نقطه نظر ژئوفیزیکی ارائه دهد. این می تواند شامل تعیین ساختار رئولوژی در مناطق تکتونیکی فعال، تعیین پارامترهای زمین لرزه های بزرگ تاریخی و پیش بینی جابجایی بعد لرزه ای و نیز نحوه تجمع استرین بعداز زمین لرزه باشد. شواهد متعدد و گوناگونی می تواند دلیل بر بررسی اثرات تغییر شکل زمین بعداز زلزله های بزرگ باشد. در تعدادی از مشاهدات مستقیم بعداز زلزله تغییر شکلهای قائم و مسطحاتی زیادی مورد تایید واقع شده است. الگوی تغییر شکل ارتفاعی و مسطحاتی بعداز زمین لرزه می تواند متاثر از تغیرات الاستیک در لایه بالایی لیتوسفر، مواد تشکیل دهده منطقه مورد نظر، طول، عرض و عمق گسل و نیز موارد دیگری باشد. مساله اساسی، تعیین میدان جابجایی بصورت تابعی از زمان، بعداز زمین لرزه می باشد. رایدلیک و ساکس (1990) نشان داده اند که اثرات اصلی در ارتباط با جابجایی بعد لرزه ای را می توان از طریق رئولوژی ماکسول توضیح داد. در مدل آنها زلزله در یک صفحه الاستیک بالای لایه ویسکوالاستیک با مفهوم نیم فضا رخ می دهد. استرسهای ناشی از جابجایی های هم لرزه ای بتدریج تسلیم استرسهای ناشی از آستونسفر می شوند. تاثیر تسلیم شدن در لایه الاستیک بالا، تولید یک پالس استرس است که از منطقه اصلی به اطراف منتشر می شود. تکامل این پالس با پراکندگی در زمان و مکان رخ می دهد. آن پالس معمولاً با سرعت 40 کیلومتر در سال نزدیک منطقه اصلی تا 5 کیلومتر در سال در فواصل دورتر حرکت می کند.

****************************************************************************************************

دانلود از درگاه اول