بررسی همگرایی مدلهای ساختار سرعت موج برشی حاصل از تحلیل منحنی بیضیواری امواج سطحی ارتعاشات محیطی 1

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دوره دکتری، دانشکده زمین‌شناسی، پردیس علوم، دانشگاه تهران

2 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شبستر

3 عضو هیات علمی گروه علوم زمین/ دانشگاه تبریز

چکیده

تعیین وضعیت ساختار سرعت موج برشی از ملزومات شناسایی ساختگاه است. روشهای مرسوم به خصوص در ساختگاه‌های دارای آبرفت های ضخیم لایه دارای محدودیت هایی برای این منظور هستند. در این مطالعه از روش اندازه گیری تک ایستگاهی امواج خرد لرزه و برگردان نسبت بیضیواری امواج سطحی جهت شناسایی ساختار خاک استفاده شده است. ساختگاه مورد مطالعه در جنوب تهران قرار داشته و ضخامت قابل توجهی از آبرفت‌های نرم دارد. نسبت بیضیواری با استفاده از نرم‌افزار Geopsy و روش تحلیل زمان فرکانس به دست آمده است. با توجه به همگنی و یکنواختی لایه های زیر سطحی ساختگاه از میانگین نسبت بیضیواری چهار ایستگاه داده برداری خرد لرزه برای برگردان و استخراج ساختار سرعت موج برشی استفاده شده است. همچنین به سبب عدم قطعیت در فرایند برگردان و به منظور بررسی همگرایی و پایداری جوابها 5 مدل اولیه مختلف در نظر گرفته شده و فرایند برگردان در هر مدل 3 بار تکرار گردیده است. نتایج حاصله دارای خطای بسیار کمی هستند و سنگ کف لرزه‌ای را در عمق حدود 100 متری نشان می‌دهد. همچنین مدلهای مختلف دارای همگرایی مناسبی هستند که حاکی از اعتماد پذیری روش مورد استفاده برای استخراج ساختار سرعت موج برشی است.1

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Convergence of shear wave velocity structure models obtained from ellipticity analysis of surface waves of ambient vibrations1

نویسندگان [English]

  • Shahram Maghami 1
  • Ahmad Zarean 2
  • Ebrahim Asghari Kaljahi 3
1 PhD Student, School of Geology, College of Science, University of Tehran
2 Islamic Azad University Shabestar Branch, Tabrīz, Iran Department of Civil Engineering
3 Associate Prof./University of Tabriz
چکیده [English]

Shear wave velocity structure of the surficial layer of the earth is one of the requirements in many of site investigation programs. Conventional methods, especially in sites with thick alluvial layers, have limitations for this purpose. In this study, single-station measurement of micro-tremors and surface-wave ellipticity inversion were used to identification of soil structure. The study site is located in the south of Tehran and has a considerable thickness of soft alluvial layers. The ellipticity ratio was obtained using Geopsy software employing the time-frequency analysis method. Due to the uniformity of the subsurface layers of the site, the mean ellipticity ratio curve of the four seismic measurements stations was used to inversion and extraction of the shear wave velocity structure. Due to the uncertainty in the inversion process and to investigate the convergence and stability of the solutions, five different initial models are considered and the inversion process has been repeated 3 times in each model. There is a very little error in inversion results, where they show that the seismic bedrock exists at a depth of about 100 meters. Also, different models have good convergence indicating the reliability of the method used to derive the shear wave velocity structure.1

کلیدواژه‌ها [English]

  • velocity structure
  • micro-tremor
  • Inversion
  • ellipticity
  • Ambient Vibration
جعفری محمدکاظم، رزم خواه آرش، کشاورزبخشایش محمد، 1382، پهنه بندی سرعت موج برشی آبرفت های گستره تهران، نشریه دانشکده فنی، جلد 37، شماره 2، صفحه 213-225.
داوودی محمد، حق شناس ابراهیم، میرجلیلی مصطفی، 1387، کاربرد روش آرایه‌ای خردلرزه‌ها در تعیین پروفیل سرعت موج برشی لایه‌های تحت الارضی در یک سایت نمونه در شهر تهران (پارک شقایق)، زلزله شناسی و مهندسی زلزله، دوره 10، شماره 4، ویژه نامه فارسی، صفحه 205-215.
سلطانی سعید، ابراهیم حق شناس، محسن فضلوی، 1396، پهنه بندی سرعت موج برشی در شهر اراک با استفاده از بیضیواری امواج رایلی استخراج شده از اندازه گیریهای خردلرزه های محیطی، علوم و مهندسی زلزله، سال چهارم، شماره دوم، صفحه 33-48.
شعبانی الهام، میرزایی نوربخش، حق شناس ابراهیم، اسکندری قادی مرتضی، 1390، روش بازنگری شده خودهمبستگی مکانی برای ارزیابی سرعت موج برشی، مجله فیزیک زمین و فضا، دوره 37، شماره 3، صفحه 71-85.
قلندرزاده عباس؛ علی کاوند، 1389، تعیین سرعت موج برشی در لایه‌های رسوبات آبرفتی با به کارگیری اندازه‌گیری‌های میکروترمور، نشریه مهندسی عمران و نقشه برداری، مقاله 6، دوره 44، شماره 4، صفحه 525-536.
مهندسین مشاور پژوهش عمران راهوار، 1397، گزارش نهایی مطالعات ژئوتکنیک و مهندسی پی پروژه مرکز مدیریت بحران کشور، سازمان مجری ساختمانها و تاسیسات دولتی و عمومی.
یزدان فر روزبه، ناصر حافظی مقدس، حسین صادقی، محمدرضا قائمقامیان، 1394، بررسی داده های سرعت موج برشی و برآورد عمق لازم برای تحلیل دینامیکی اثر آبرفت در شهر مشهد، نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد نهم، شمارۀ 4 ، صفحه 3207-3226.
 
Bard P.-Y. et al., 2005, Guidelines for the Implementation of the H/V Spectral Ratio Technique on Ambient Vibration Measurements and Interpretation., SESAME Project Report Deliverable D23-12, European Commission – Research General Directorate Project No. EVG1-CT-2000-00026 SESAME.
Bard P.-Y., 1997, Local effects on strong motion ground motion: basic physical phenomena and estimation methods for microzoning studies, In: SERINA: seismic risk and integrated seismological, geotechnical and structural approaches. ITSAK, European Commission, Directorate General for Science and Development.
Benkaci Nassima, El Hadi Oubaiche, Jean-Luc Chatelain, Rabah Bensalem, Djillali Benouar and Khadidja Abbes, 2018, Non-Stability and Non-Reproducibility of Ambient Vibration HVSR Peaks in Algiers (Algeria), JOURNAL OF EARTHQUAKE ENGINEERING, doi.org/10.1080/13632469.2018.1537903.
Daubechies, I., 1992, Ten lectures on wavelets. Society for Industrial and Applied Mathematics Philadelphia, PA, USA.
Endrun, B., 2011, Love wave contribution to the ambient vibration H/V amplitude peak observed with array measurements, J Seismol, 15 (3), pp 443–472.
Fazlavi M., E. Haghshenas, 2015, Importance of mode detection in ambient noise array application for shear wave velocity profile determination, International Journal of Civil Engineering, Transaction B: Geotechnical Engineering, Vol. 13, No. 1, pp 62-72.
Fäh, D., Kind, F. and Giardini, D., 2001, A theoretical investigation of average H/V ratios, Geophys. J. Int., 145, 535–549.
Fäh, D., Kind, F. and Giardini, D., 2003, Inversion of local S-wave velocity structures from average H/V ratios, and their use for the estimation of site-effects. Journal of Seismology, 7, 449–467.
Grossmann, A. and Morlet, J., 1984, "Decomposition of Hardly Functions into Square Integrable Wavelets". Society for Industrial and Applied Mathematics, Journal of Mathematical Analysis, 15.
Haghshenas, E., Bard, P.Y., Theodulidis, N. et al., 2008, Empirical evaluation of microtremor H/V spectral ratio, Bull Earthquake Eng , 6(1), pp 75–108.
Hobiger, M. et al., 2013. Ground structure imaging by inversions of Rayleigh wave ellipticity: sensitivity analysis and application to European strongmotion sites, Geophys. J. Int., 192(1), 207–229.
Hobiger, M., Bard, P.-Y., Cornou, C. & Le Bihan, N., 2009. Single station determination of Rayleighwave ellipticity by using the random decrement technique (RayDec), Geophys. Res. Lett., 36(14), 0–4.
Hobiger, M., Le Bihan, N., Cornou, C. & Bard, P.-Y., 2012. Multicomponent signal processing for Rayleigh wave ellipticity estimation: application to seismic hazard assessment, IEEE Signal Process. Mag., 29(3), 29–39.
Lardies. J. and Gouttebroze, S., 2002, Identification of modal parameters using the wavelet transform. Int. J. Mech. Sci. 44, 2263- 2283.
Lunedei E., Malischewsky P., 2015, A Review and Some New Issues on the Theory of the H/V Technique for Ambient Vibrations. In: Ansal A. (eds) Perspectives on European Earthquake Engineering and Seismology. Geotechnical, Geological and Earthquake Engineering, vol 39. Springer, Cham
Pastén C, M Sáez, S Ruiz, F Leyton, J Salomón, P Poli, 2016, Deep characterization of the Santiago Basin using HVSR and cross-correlation of ambient seismic noise, Engineering Geology 201, 57-66.
Poggi, V., and D. Fäh, 2010, Estimating Rayleigh wave particle motion from three-component array analysis of ambient vibrations, Geophys. J. Int., 180(1), 251-267.
Poggi, V., Fäh, D., Burjanek, J., Giardini, D., 2012, The use of Rayleigh-wave ellipticity for site-specific hazard assessment and microzonation: application to the city of Lucerne, Switzerland, Geophys. J. Int., 188, 1154-1172.
Sanchez-Sesma, F.J. et al., 2011. A theory for microtremor H/V spectral ratio: application for a layered medium, Geophys. J. Int., 186(1), 221–225.
Satoh, T., Kawase, H., Iwata, T., Higaski, S., Sato, T., Irikura, K. and Huang, H. C., 2001, S-wave velocity structure of Taichung basin, Taiwan estimated from array and singlestation records of microtremors. Bull. Seism. Soc. Am, 91, 1267-1282.
Scherbaum, F., Hinzen, K.-G. & Ohrnberger, M., 2003. Determination of shallow shear wave velocity profiles in the Cologne/Germany area using ambient vibrations, Geophys. J. Int., 152, 597–612.
Wathelet, M., 2008, An improved neighborhood algorithm: parameter conditions and dynamic scaling. Geophysical Research Letters, 35, L09301.
Wathelet, M., D. Jongmans, and M. Ohrnberger, 2004, Surface wave inversion using a direct search algorithm and its application to ambient vibration measurements, Near Surface Geophysics 2, 211-221.
Wathelet, M., Jongmans, D., Ohrnberger,M. & Bonnefoy-Claudet, S., 2008. Array performances for ambient vibrations on a shallow structure and consequences over V s inversion, J. Seismol., 12(1), 1–19
Yamanaka, H., Takemura, M., Ishida, H. and Niwa, M., 1994, Characteristics of long-period microtremors and their applicability in exploration of deep sedimentary layers, Bull. Seism. Soc. Am. 84, no. 6, 1831–1841.
Yamazaki, F. and Ansary, M. A., 1997, Horizontal-to-vertical spectrum ratio of earthquake ground motion for site characterization, Earthquake engineering and structural dynamics 26 (7), 671-689.
Yan, B. F., Miyamoto, A. and Brühwiler, E., 2006, Wavelet transform-based modal parameter identification considering uncertainty. Journal of Sound and Vibration, 291, 285-301.