تحلیل پاسخ لرزه ای حوضه رسوبی قم با استفاده از روش اجزای طیفی در حوزه زمان و فرکانس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زمین شناسی مهندسی، دانشکده زمین شناسی، پردیس علوم، دانشگاه تهران

2 گروه زمین شناسی مهندسی،بخش زمین شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در دهه‌های گذشته، اهمیت ویژگی‌های زمین‌شناختی ساختگاه بر شدت و وسعت خرابی‌ها در بسیاری از رخداد‌های لرزه‌ای آشکار گردیده است. چگونگی ارتباط این ویژگی‌ها با دامنه و محتوای فرکانسی جنبش‌ها، تحت عنوان پاسخ لرزه‌ای ساختگاه مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در پژوهش حاضر، پاسخ لرزه‌ای یک مقطع دو بعدی از رسوبات واقع در بخش شرقی ساختگاه رسوبی شهر قم مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور از مدلسازی عددی اجزای طیفی در حوزه زمان بهره گرفته شده و نتایج با اعمال تبدیل فوریه، در فضای فرکانس نیز بررسی و ارائه شده است. نتایج حوزه زمان نشان می‌دهد که بزرگترین دامنه جنبش‌ها، با فاکتور بزرگنمایی 10، در بخش‌های جنوب شرقی محدوده شهری مشاهده می‌شود. همچنین دلیل اصلی افزایش مدت زمان جنبش‌ها در حوضه، امواج سطحی منشأ گرفته از لبه‌های حوضه می‌باشد. نتایج در حوزه فرکانس بیان می‌دارد که اساسی‌ترین محدوده‌ی فرکانس بزرگنمایی در حوضه، با بیشینه نسبت-های بزرگنمایی در حدود 20، از حدود فرکانس 8/0 هرتز برای بخش‌های جنوبی پروفیل مورد بررسی تا حدود 2 هرتز برای بخش‌های شمالی تغییر می‌کند که این محدوده‌ی بزرگنمایی نیز با مشاهدات پیشین همخوانی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Seismic response analysis of Qom sedimentary basin using Spectral Element Method in time and frequency domain

نویسندگان [English]

  • Shahram Maghami 1
  • Abdollah Sohrabi-Bidar 1
  • Niloufar Babaadam 2
1 Department of Engineering Geology, Faculty of Science, University of Tehran,
2 Department of Engineering Geology, Faculty of Science, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

In recent decades, the importance of the geological features of the site on the severity and extent of damages has become apparent in many seismic events. How these properties relate to the amplitude and the frequency content of the movements is studied as the title of site seismic response. In the present study, the seismic response of a two-dimensional section of sediments located in the eastern part of the sedimentary basin Qom city has been investigated. For this purpose, numerical modeling has been performed using Spectral Element Method in time domain and the results also studied and presented in frequency domain by applying Fourier transform. The results in the time domain show that the largest amplitudes of movements can be observed in the southeastern parts of the urban area. These findings are in agreement with previous studies. Also, it is revealed that the main reason for increase of the duration of the movements in the basin is the surface waves originating from the edges of the basin. The results in the frequency domain indicate that the most important amplifications in the basin can be seen from about 0.8 Hz for the southern parts of the profile to about 2 Hz for the northern parts. This amplification range also agrees with previous observations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seismic Response
  • Spectral Element Method
  • Numerical Modeling
  • Site effects
رمضی، ح.ر.، 1381."لرزه­زمین­ساخت، لرزه­خیزی و برآورد خطر نسبی زمین­لرزه استان قم"، سازمان مسکن و شهرسازی استان قم.
سهرابی بیدار, ع., مقامی, ش., زارعان, ا., اصغری کلجاهی, ا. (1399). "بررسی همگرایی مدلهای ساختار سرعت موج برشی حاصل از تحلیل منحنی بیضیواری امواج سطحی ارتعاشات محیطی", نشریه انجمن زمین شناسی مهندسی ایران,
سهرابی بیدار، ع.، جاسم پور ، ل.، 1392."بررسی اثر آبرفت­های عمیق بر پاسخ لرزه­ای یک­بعدی در شهر قم"، مجلة فیزیک زمین و فضا، دوره 39، شماره  3، صفحه 15-31.
شرکت آب منطقه ای قم، 1387."گزارش ژئوالکتریک دشت قم"، وزارت نیرو.
پژوهشگاه بین­المللی زلزله­شناسی و مهندسی­زلزله، 1384"گزارش نهایی مطالعات لرزه­خیزی و ریزپهنه­بندی لرزه­ای قم"، شهرداری قم .
زمانی پدرام، م.، حسینی، ح.، "نقشه زمین شناسی 100.000/1 منطقه قم"، سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور.
 
Aki, K., 1988. Local site effects on ground motion. Earthquake Engineering and Soil Dynamics II-Recent Advances in Ground Motion Evaluation, Geotechnical Special Pudlication 20, 103–155.
Ampuero, J.P., 2008. SEM2DPACK: A Spectral Element Method tool for 2D wave propagation and earthquake source dynamics User’s Guide.
Anderson, J.G., Bodin, P., Brune, J.N., Prince, J., Singh, S.K., Quaas, R., Onate, M., 1986. Strong Ground Motion from the Michoacan, Mexico, Earthquake. Science (80-. ). 233, 1043–1049.
Boaga, J., Renzi, S., Vignoli, G., Deiana, R., Cassiani, G., 2012. From surface wave inversion to seismic site response prediction: Beyond the 1D approach. Soil Dynamics and Earthquake Engineering.
Chaljub, E., Maufroy, E., Moczo, P., Kristek, J., Hollender, F., Bard, P.Y., Priolo, E., Klin, P., De Martin, F., Zhang, Z., Zhang, W., Chen, X., 2015. 3-D numerical simulations of earthquake ground motion in sedimentary basins: Testing accuracy through stringent models. Geophysical Journal International. 201, 90–111.
Delavaud, E., Cupillard, P., Festa, G., Vilotte, J.P., 2006. 3D spectral element method simulations of the seismic response in the Caracas basin. Proc. of the Third International Symposium on the Effects of Surface Geology on Seismic Motion 1, 512–522.
Di Giulio, G., de Nardis, R., Boncio, P., Milana, G., Rosatelli, G., Stoppa, F., Lavecchia, G., 2016. Seismic response of a deep continental basin including velocity inversion: The Sulmona intramontane basin (Central Apennines, Italy). Geophysal Journal International.
Dravinski, M., Mossessian, T.K., 1987. Scattering of Plane Harmonic P, Sv, and Rayleigh Waves By Dipping Layers of Arbitrary Shape. Bulletin of the Seismological Society of America. 77, 212–235.
Herak, M. (2008). ModelHVSR-A Matlab® tool to model horizontal-to-vertical spectral ratio of ambient noise. Computers and Geosciences, 34(11), 1514–1526
Kamalian, M., Kazem, M., Reza, M., 2008. Site effect microzonation of Qom , Iran. Engineering geology. 97, 63–79.
Kawase, H., Aki, K., 1989. A study on the response of a soft basin for incident S, P, and Rayleigh waves with special reference to the long duration observed in Mexico City. Bulletin of the Seismological Society of America. 79, 1361–1382.
Khan, S., van der Meijde, M., van der Werff, H., Shafique, M., 2019. The impact of topography on seismic amplification during the 2005 Kashmir Earthquake. Natural Hazards and Earth System Sciences. 1–18.
Komatitsch, D., Liu, Q., Tromp, J., Süss, P., Stidham, C., Shaw, J.H., 2004. Simulations of ground motion in the Los Angeles basin based upon the spectral-element method. Bulletin of the Seismological Society of America.
Komatitsch, D., Tromp, J., 2002. Spectral-element simulations of global seismic wave propagation - I. Validation. Geophysal Journal International.
Komatitsch, D., Vilotte, J.P., 1998. The Spectral Element Method : An Efficient Tool to Simulate the Seismic Response of 2D and 3D Geological Structures. Bulletin of the Seismological Society of America.
Lee, S.J., Chan, Y.C., Komatitsch, D., Huang, B.S., Tromp, J., 2009. Effects of realistic surface topography on seismic ground motion in the Yangminshan region of Taiwan based upon the spectral-element method and LiDAR DTM. Bulletin of the Seismological Society of America. 99, 681–693.
Liu, Q., Yu, Y., Zhang, X., 2015. Three-dimensional simulations of strong ground motion in the Shidian basin based upon the spectral-element method. Earthquake Engineering and Engineering Vibrations.
Maghami, S., Sohrabi-Bidar, A., Bignardi, S., Zarean, A., Kamalian, M., 2021. Extracting the shear wave velocity structure of deep alluviums of “Qom” Basin (Iran) employing HVSR inversion of microtremor recordings. Journal of Applied Geophysics.
Majidinejad, A., Zafarani, H., Vahdani, S., 2017. Dynamic simulation of ground motions from scenario earthquakes on the North Tehran Fault. Geophysal Journal International.
Makra, K., Chávez-García, F.J., Raptakis, D., Pitilakis, K., 2005. Parametric analysis of the seismic response of a 2D sedimentary valley: Implications for code implementations of complex site effects.Soil Dynamic and Earthquake Engineering. 25, 303–315.
Miksat, J., Wen, K.L., Wenzel, F., Sokolov, V., Chen, C.T., 2010. Numerical modelling of ground motion in the Taipei Basin: Basin and source effects. Geophysal Journal International.
Mossessian, T.K., Dravinski, M., 1987. Application of a hybrid method for scattering of P, SV, and Rayleigh waves by near-surface irregularities. Bulletin of the Seismological Society of America. 77, 1784–1803.
Oral, E., Gélis, C., Bonilla, L.F., 2019. 2D P-SV and SH spectral element modelling of seismic wave propagation in nonlinear media with pore-pressure effects. Geophysal Journal International. 1–52.
Oral, E., Gélis, C., Bonilla, L.F., Delavaud, E., 2017. Spectral element modelling of seismic wave propagation in visco-elastoplastic media including excess-pore pressure development. Geophysal Journal International. 211, 1494–1508.
Pilz, M., Parolai, S., Stupazzini, M., Paolucci, R., Zschau, J., 2011. Modelling basin effects on earthquake ground motion in the Santiago de Chile basin by a spectral element code. Geophysal Journal International.
Stacey, R., 1988. Improved transparent boundary formulations for the elastic -wave equation. Bulletin of the Seismological Society of America.