مدل عددی تکتونیک کششی در تخمین تنش مورد نیاز ریزش بلوک ها در گسل های نرمال

مقدمه زمین­لرزه­های گرانشی متاثر از تکتونیک کششی در پوسته هستند که برخلاف سازوکارهای امتدادلغز و فشاری که انرژی الاستیک بر گرانش غلبه دارد، گرانش مسئول ریزش گسلی فرادیواره و رخداد زمین­لرزه است. بنابراین گسیل انرژی بصورت امواج الاستیک پس از دوره بین­لرزه­ای، در گسلش نرمال، متفاوت از دیگر سازوکارهای گسلی است. با افزایش حجم توده­ی درگیر و نیز شیب گسل نرمال، جابجایی عمودی بزرگتر می­شود که منجر به انرژی لرزه­ای آزاد شده بزرگتر خواهد شد. در نتیجه، بزرگای زمین­لرزه بیشتر می­شود. هرچند به­طور معمول، زاویه شیب فعال شدن گسل­های نرمال در حدود ۶۰ درجه در نظر گرفته می­شود، اما اگر اصطکاک داخلی سنگ­ کم باشد، میزان شیب کمتری مورد انتظار است. بنابراین در این شرایط انرژی گرانشی آزاد شده توانایی گسیل انرژی لرزه ای زیاد را نخواهد داشت. نمونه­های طبیعی از مدل عددی در این مطالعه می­تواند منطبق بر موقعیت­های ژئودینامیکی باشد که با فعالیت گسترده گسل کششی و زمین­لرزه­های مرتبط مشخص می­شود. افزون بر این، بحث تقسیم انرژی در زمین­لرزه­ها مطرح است و انرژی پتانسیل ذخیره شده توسط حجم درگیر در طول ریزش هم­لرزه با انرژی استنتاج شده از بزرگای زمین­لرزه قابل مقایسه و تحلیل است. صرف نظر از منشا زمین­لرزه­ (الاستیک یا گرانشی)، انرژی پتانسیل محاسبه می­شود که نشان می­دهد در تخصیص انرژی، انرژی موجود نسبت به انرژی آزاد شده توسط امواج زمین­لرزه چه نسبتی دارد. بنابراین گسیل انرژی توسط سایر پدیده­های زمین­شناسی (گرمایش برشی، شار حرارتی و مهمتر از همه شکستگی)، مطابق با مطالعات پیشین می­تواند مطرح شود. در این تحقیق، تخمین تنش مورد نیاز برای وقوع ریزش بلوک­ها در گسل­های نرمال از طریق مدل­سازی بلوک دولایه­ای­­ با شرایط پوسته فوقانی شکننده بررسی شده است. لذا نازک شدگی پوسته پایینی در طول دوره­های ثابت بین­لرزه­ای در نظر گرفته شده است و بنابراین در کنار محیط کششی، تغییر شکل پیوسته برشی نیز اعمال شده است. با دانستن نرخ کشش در مرحله بین­لرزه­ای، تنش لازم برای گسیختگی تمام ضخامت پوسته شکننده مورد آزمون، تخمین زده می­شود. مواد و روش­ها در این مقاله در ادامه کار دوگلیونی (Doglioni, ۲۰۱۵)، با فرض انتقال تغییر شکل ثابت پوسته پایینی شکل پذیر به سمت بالا ولی ویژگی­های متفاوت مواد سنگی و محدوده­ی شکننده توسط اتساع در یک گوه ­ی مزدوج با گسل نرمال فعال اصلی، از طریق مدل­سازی بلوک شامل دولایه­­ ساده با شرایط پوسته فوقانی شکننده، رفتار گسل­ها بررسی شد.  به منظور آزمایش مدل لرزه ای، مدل سازی دینامیکی اجزاء محدود با استفاده از نرم افزار کامسول انجام شده است. در اینجا به طور ویژه بر روی سقوط هم­لرزه­ فرادیواره تمرکز شده است و زوایای شیب گسل­های مختلف اتخاذ شده­اند. مدل دینامیکی اجزاء محدود در این مطالعه که به­منظور سقوط هم­لرزه­ فرادیواره متمرکز است، از تقریب کرنش صفحه دوبعدی و رئولوژی الاستیک مدل دوگلیونی (Doglioni, ۲۰۱۵) با ویژگی­های شخصی سازی شده واحدهای شکننده رسوبی (مدول یانگ: ۴.۵e+۱۰ Pa؛ نسبت پواسون: ۰.۱۵) بهره می­برد. داده­های بیشتر مدل در جدول ۱ ارائه شده است. این مدل ۳۰ کیلومتر عمق و ۱۰۰ کیلومتر عرض دارد و در دو قسمت متمایز توسط گسل­های نرمال جدا شده است. شبکه اجزاء محدود از عناصر لاگرانژ خطی مثلثی ساخته شده است. گرانش به عنوان نیروی تنه­ای به همه عناصر با فرض چگالی ثابت (۲۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب) و شتاب گرانش (۹.۸۱m∙s-۲) اعمال می­شود. رفتار گسل به صورت یک بدنه تماس (جفت­های تماسی) مدل سازی می شود که در مکان و زمان، متفاوت است (حالت قفل یا باز). بحث و نتایج در مطالعه حاضر، ترتیب المان­های مدل مبتنی بر یک شبکه غیرساختاری به­گونه­ای است تا بتوان از تاثیرگذاری ساختار ماتریس های اسپارس بر عملکرد عملیات جبر خطی جلوگیری کرد. در حالی که پوسته پایینی به طور پیوسته دارای رفتار برشی است، پوسته بالایی شکننده قفل می­شود و بنابر نتیجه کار، یک گوه انبساطی تصور می­شود که عرض این مثلث در اینجا به صورت فرضی به گونه­ای تصویر شده است که بر یک بخش آنتی تتیک نسبت به گسل قفل شده که حدود دارای ۵/۳ کیلومتر ضخامت است، تاثیر کند. با نازک شدگی پوسته پایینی شکل­پذیر توسط جریان ویسکوز در طول دوره ثابت بین­لرزه­ای، زون انتقال شکننده-شکل­پذیر (BDT) با یک گرادیان فشار مشخص می­شود در حالی که پوسته پایینی ویسکوز-پلاستیک، تغییر شکل پیوسته برشی نشان می­دهد. نتیجه­گیری برش پیوسته در پوسته پایینی مدل اجزاء محدود، نشان دهنده قفل شدن پوسته بالایی شکننده در مرحله بین­لرزه­ای از یک چرخه لرزه­ای است. با اعمال کشش ۲ میلی­متر/سال در مرحله بین­لرزه­ای، پوسته شکننده با ضخامت حدود ۱۲ کیلومتر به حدود ۱۶۰ مگاپاسکال نیاز دارد تا تحت کشش گسیخته شود. بنابراین، با افزایش لغزش تجمعی از مرز دو لایه یعنی BDT به سمت شوک اصلی، ۵۰ درصد شکستگی­های حاصل از دوره بین­لرزه­ای دوباره بسته (ریکاوری) می­شوند. با توجه به سرعت کمتر کشش در مدل حاضر نسبت به مدل­های پیشین، اختلاف نتیجه تنش مورد نیاز برای شکست پوسته شکننده می­تواند ارتباط معنا داری با نرخ کشش داشته باشد.

کلیدواژه ها:

زمین لرزه گرانشی ، حجم درگیر ، گسل ، اصطکاک