محاسبه پروفیل سرعت موج برشی با استفاده از برگردان بیضی وار امواج رایلی (قسمت دوم)

پیک ثانویه موجود در شکل 4 ماهیت متفاوتی نسبت به پیک مشاهده شده در شکل 3 دارد. پیک مشاهده شده در شکل 4 ماهیت مصنوعی دارد. نکته قابل توجه در مورد این پیک ثانویه این است که نسبت مؤلفه افقی به عمودی میدان موج و بیضی وار امواج رایلی دارای انرژی یکسانی هستند. این نکته نشانگر این واقعیت است که تقریباً میدان موج در این محدوده فرکانسی فقط از امواج رایلی تشکیل شده است. باید توجه داشت که این پیک در فرکانس 5 هرتز در منطقه شهری اتفاق افتاده است و منبع این پیک فعالیت های بشری است. جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره محاسبه پروفیل سرعت موج برشی با استفاده از برگردان بیضی وار امواج رایلی با مطالعات ژئوفیزیک در آسیا ژئوفیزیک تماس بگیرید.

برگردان بیضی وار

علاوه بر فرکانس تشدید مد پایه امواج رایلی در زمینه تحلیل اثرات ساختگاهی، پارامترهایی مانند سرعت موج برشی و ضخامت لایه رسوبی نیز دارای اهمیت است. درگذشته به دست آوردن این پارامتر ها کاری پرهزینه و مشکل بوده است. البته در سال های اخیر با افزایش کاربرد میکروترمور ها روش های مختلفی به منظور به دست آوردن این پارامتر ها معرفی شده است؛ که به دو دسته آرایه ای و تک ایستگاهی تقسیم می شوند.

روش های آرایه ای به طور کلی روش های دقیق تر و پیچیده تری هستند؛ که با بعضی محدودیت ها روبرو میباشند؛ که در بخش 2 به آن ها اشاره شد. روش های تک ایستگاهی به مراتب روش های آسان تر و کم هزینه تری هستند و البته دارای محدودیت هایی نیز هستند.

محاسبه پروفیل سرعت موج برشی با استفاده از برگردان بیضی وار امواج رایلی

برای برگردان بیضی وار امواج رایلی، ابتدا بیضی واری مربوط به هر ایستگاه با استفاده از روش RayDec محاسبه شد. برای برگردان بیضی وار امواج رایلی با استفاده از الگوریتم NA باید قسمتی از نسبت بیضی وار مورد استفاده قرار گیرد که مفیدترین اطلاعات را داشته باشد.

به این منظور فاصله بین کمینه اصلی و ماکسیم اصلی از منحنی جداسازی شد و در الگوریتم NA استفاده شد (Hobiger et al., 2013 ). برای مدل ورودی یک مدل 20 لایه که تا عمق 400 متری را پوشش می دهد، مطالعات ژئوفیزیک در آسیاژئوفیزیک در نظر گرفته شد. همچنین محدوده سرعت موج برشی از کمترین مقدار 150 متر بر ثانیه تا 3500 متر بر ثانیه در نظر گرفته شد؛ که محدوده بسیار بالای محسوب می شود (به ندرت سرعت در مدل های به دست آمده در عمق 400 متر از 2000 متر بر ثانیه بیشتر شد).

سرعت موج برشی

دلیل انتخاب این محدوده برای سرعت موج برشی این بود که با محدود نکردن مدل ورودی عملکرد الگوریتم سنجیده شود. همچنین در این مرحله نواحی کم سرعت در مدل سازی وارد نشدند و در بخش 4 به صورت مجزا به این مسئله پرداخته شد. پس از اجرای الگوریتم و تحلیل خروجی سعی شد تا حدی مدل سازی ادامه پیدا کند تا انطباق خوبی بین مدل ورودی و مدل های ساخته شده به دست آید (شکل 5).

پس از انجام مدل سازی از خروجی میانگین سرعت موج برشی تا عمق 30 متری برای 5 مدل که بهترین انطباق را با منحنی بیضی وار ورودی داشتند به دست آمد(شکل 6) و بر اساس استاندارد Eurocode 8 تقسیم بندی شدند؛ که همه مدل ها در کلاس C که مربوط خاک با نهشت های عمیق با چگالی متوسط شامل ماسه، سنگ ریزه و خاک رس فشرده شده باضخامت بین چند ده متر تا چند صد متر است؛ را نشان داد.

همچنین مدل سرعت موج برشی میانگین تا عمق 400 متری برای این5 مدل به دست آمد؛ که در شکل 6 نتایج به دست آمده برای این 4 ایستگاه آمده است.

روند تغییرات میانگین سرعت موج برشی آسیا ژئوفیزیک

در شکل 7 روند تغییرات میانگین سرعت موج برشی تا عمق 30 متر برای ایستگاه های موجود در جدول 1 نشان داده شده است. محاسبه پروفیل به دلیل این که نوفه های محیطی باعث تغییر در شیب منحنی بیضی وار امواج رایلی می شوند؛ ممکن است باعث به وجود آمدن اشتباه در نتیجه شوند و به همین منظور در قسمت برگردان امواج رایلی ایستگاه های که از نظر عدم وجود نوفه های مزاحم در بهترین حالت قرار داشته اند و کیفیت بهتری داشته اند؛ مورد بررسی قرار گرفتند.

در مورد فرکانس تشدید مد غالب تمام 24 ایستگاه موردبررسی قرار گرفتند؛ که در شکل 8 و جدول 2 قابل مشاهده هستند. عمق سنگ بستر لرزه ای (با فرض سرعت 750 متر بر ثانیه برای سنگ بستر لرزه ای) به عنوان پارامتری که نشان دهنده ضخامت لایه رسوبی در منطقه دارای اهمیت است؛ که مقادیر مربوط به آن در جدول 1 نشان داده شده است.

برگردان بیضی وار امواج رایلی

در برگردان بیضی وار امواج رایلی برای ایستگاه های موردبررسی محدوده فرکانسی استفاده شده به صورت تقریبی بین فرکانس های 1 تا 5 هرتز است که خود نشان دهنده وجود خاک نرم باضخامت بیش از چند ده متر در منطقه است. آسیا ژئوفیزیک مد غالب امواج رایلی که بیشترین انرژی را با خود حمل می کند. پایه امواج رایلی است.

این مد نسبت به دیگر مد های امواج رایلی تأثیری بیشتری در منحنی بیضی وار امواج رایلی دارد و باعث حذف شدن تأثیر مد های بالاتر در فرکانس های بالاتر بر روی منحنی بیضی وار می شود (Bard, 1999). در عملیات برگردان (مطالعات ژئوفیزیک در آسیاژئوفیزیک) نیز فر شد که تمام انرژی موجود مربوط به مد پایه است و از دیگر مدهای امواج رایلی صرف نظر شد.

نتایج به دست آمده

به همین دلیل نتایج به دست آمده در این قسمت شامل اطلاعات کلی در مورد خاک منطقه است. همچنین با مقایسه اطلاعات موجود مربوط به سه گمانه در حوالی ایستگاه K5 که مقادیر Vs30 به دست آمده برای این گمانه ها 202،209 و 203 متر بر ثانیه بود؛ محاسبه پروفیل می توان نتیجه گرفت که این روش اگرچه دارای تباین بالایی نیست؛ اما روند کلی تغییرات سرعت موج برشی را به خوبی می تواند تشخیص بدهد.

پیک ثانویه محاسبه پروفیل

همان طور که در قسمت قبل گفته شد؛ پیک ثانویه می تواند نشانگر نواحی با اختلاف سرعتی بالا در منطقه باشد. در ایستگاه مورد بررسی تعدادی پیک ثانویه مشاهده شد؛مطالعات ژئوفیزیک در آسیاژئوفیزیک ولی به دلیل نبود امکانات حفاری در منطقه و مطالعات پیشین در این مورد یک ایستگاه برای بررسی این پدیده در خارج از شهر کرمان (شکل 9) بررسی شد. سعی شد این ایستگاه بر روی قنات های دفن شده قرار داشته باشد.

تا از وجود ناحیه سرعت پایین در منطقه اطمینان حاصل شود. همان طور که در شکل 10 مشاهده میشود، این ایستگاه در حد فاصل بین دو چاه قنات دفن شده قرار دارد. همچنین در این منطقه زمین های کشاورزی وجود دارند و دارای خاکی نرم است. داده برداری در ایستگاه G1 به مدت یک ساعت انجام شد؛ تا از کیفیت سیگنال به دست آمده اطمینان حاصل شود.

ایستگاه های داخل شهر کرمان

در ادامه مانند ایستگاه های داخل شهر کرمان پردازش های اولیه شامل به دست آوردن بیضی وار امواج رایلی و همچنین نسبت H/V انجام شد.

همان طور که در شکل 11 قابل مشاهده است، پیک اصلی در محدوده زیر یک هرتز قرار دارد؛ مطالعات ژئوفیزیک که نشانگر وجود خاک بسیار نرم در منطقه است. البته باید توجه داشت با توجه به دستگاه های استفاده شده در این پژوهش نمی توان به صورت دقیق عددی را برای فرکانس غالب منطقه در نظر گرفت.

مدل سازی سرعت مطالعات ژئوفیزیک در آسیا ژئوفیزیک

برای مدل سازی سرعت از همان پارامتر های استفاده شده برای ایستگاه های داخل شهر کرمان استفاده شد. همچنین نواحی سرعت پایین در مدل سازی سرعتی وارد شدند؛ تا تأثیر پیک ثانویه بر روی مدل سازی سرعتی مشاهده شود. همان طور که در شکل 12 مشاهده می شود، مدلسازی سرعتی یک نواحی سرعت پایین در محدوده عمق 10 تا 20 متر را نشان می دهد. باید توجه داشت که به دلیل ماهیت کلی روش نمی توان یک عمق دقیق در نظر گرفت.

درواقع باید یک محدوده برای پدیده های رؤیت شده در نظر گرفت. همچنین پارامتر Vs30 برای این ایستگاه در حدود 135 متر بر ثانیه محاسبه شد؛ که نشان دهنده وجود خاک بسیار نرم در منطقه است.

نتیجه گیری مطالعات ژئوفیزیک در آسیا ژئوفیزیک

نتایج این مطالعه بر سرعت کم و ضخیم بودن رسوبات تأکید دارند که با نتایج مطالعات زمین شناسی همخوانی دارد. محاسبه پروفیل بر اساس جدول کمک پناه و همکاران (2002) چون سرعت موج برشی زیر 350 متر بر ثانیه و میزان بسامد غالب خاک زیر ایستگاه های برداشت شده 5/2 هرتز است؛ لذا خاک منطقه مورد مطالعه سست ارزیابی میشود. لذا با توجه به ضخامت بالای رسوبات و نوع خاک ارزیابی شده، افزایش احتمالی خسارت در محدوده مورد مطالعه قابل پیش بینی است.

بیضی وار امواج رایلی

به دست آوردن بیضی وار امواج رایلی با استفاده از روش RayDec و استخراج مدل سرعتی ساختگاه با استفاده از الگوریتم بهینه شده NA تا عمق سنگ بستر لرزه ای می تواند اطلاعات تکمیلی مانند Vs30 و تخمین عمق سنگ بستر لرزه ای را علاوه بر محدوده فرکانس تشدید غالب خاک به ما بدهد. محاسبه پروفیل نتایج به دست آمده در این مطالعه با اطلاعات موجود گمانه در نزدیکی ایستگاه K5 صحت سنجی شده و می توان بر قابل اعتماد بودن نتایج تأکید نمود.

همچنین از قیاس نتایج مطالعه حاضر با نتایج مطالعات قبلی و آیین نامه 2800 در مورد نوع خاک شهر کرمان می توان نتیجه گرفت که هر چند این روش از تباین بالایی برخوردار نیست؛

تغییرات سرعت موج برشی

اما روند تغییرات سرعت موج برشی را به خوبی می تواند نشان دهد. همچنین در مواردی که ضخامت لایه های رسوبی در حد چند صد متر است، این روش می تواند به عنوان یک روش کمکی و یا به صورت مستقل نیز استفاده شود. در مواردی که لایه کم سرعت با اختلاف سرعتی بالا (در این تحقیق قنات) در منطقه وجود داشته باشد؛ با استفاده از برگردان بیضی وار امواج رایلی می توان عمق تقریبی این پدیده را شناسایی کرد. این روش در مواردی که اطلاعات کلی در مورد منطقه مورد نیاز است، مانند تحلیل خطر زمین لرزه و … قابل استفاده است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با آسیا ژئوفیزیک و ژئوتکنیکی تماس بگیرید.

اینستاگرام آسیا ژئوفیزیک