・ What is the Earthquake Source? منبع زلزله چی است؟

transcript

・ What is the Earthquake Source? منبع زلزله چی است؟ Elastic Rebound

برگشت االستيکی Fault Slip Double-couple Force

قوه های کپل دوکانه–لغزش به روی شکست

・ Seismic Moment Tensor وکتور مومنت سايزميک

・ Models of Earthquake Faults مودل شکست های زلزله

・ Earthquake Size سايز يا اندازه زلزله Magnitudes مقدار Seismic Moment مومنت سايژميک Energy انرژی

・ Focal Mechanisms, and Construction

Earthquake Sources, Magnitude, and Focal Mechanisms منبع زلزله، مقدار و ميکانيزم مرکز زلزله

The Source منبع 　　　　 Fault mechanisms

ميکانيزم شکست 　

The Shaking لرزش ها 　 Wave propagation

　 پخش يا انتشار زلزله 　 Structures 　

ساختمانها

What is an Earthquake ? زلزله چی است؟

Giuseppe Mercalli(1850-1914)

John Milne(1850-1913)

Chang Heng ‘Seismometer’ AD132

Ewing (1855-1935)

UK Science Museum/Science & Society Picture Library

What is the cause of Earthquakes ?چی سبب بوجود آمدن زلزله های ميگردد؟ ・ Associated with faults

به شکست ارتباط دارد (source or cause?) (منبع يا علت؟)

・ Associated with magma? آيا با مگما ارتباط دارد؟

(Most) Earthquakes are fault movementsاکثر زلزله ها به سبب حرکت شکست .ها بوجود می آيد

University of Tokyo Earthquake Research Institute

・ Failureشکست・ Build-up of stress (strain energy)ذخيره سترسها (انرژی سترين)・ Difficult to predict time and placeپيش بينی زمان و محل مشکل است・ Breaks at weakest pointدر نقطه ضعيف شکست رخ می دهد・ Hear precursorsnشنيدن عاليم ابتداِي ・ Sound of breaking same as seismic waves .صدای شکست که مشابه به صدای امواج سايزميک می باشد

Breaking of Chopstickشکست چوب (چوبهای که برای خوردن غذا مورد استفاده می شود

Elastic Rebound Theory Reid (1910)

(Data in 1851-65, 1874-92, 1906)8.5 feet offset in San Andreas faultfrom 1906 earthquake. Marin County

)1910تيوری ارتجاعيت االستيکی (ريد،

19068.5فيت ساحه بيجا شده در شکست سان اندری ايز از اثر زلزله سال

San Francisco EarthquakeApril 18, 1906 زلزله سانفرانسسکو 1906اپريل سال 18

Mw 7.7-7.9 مقدار 470 km rupture of San Andreas fault

ک. م به روی470شکست شکست سان اندری ايس بوجود امد

www.uwgb.edu/DutchS/EarthSC202Notes/quakes.htm

Equivalent Body Forces جسمی معادل های قوه

Single Forceقوه واحد

Dipoleدايپول يا دارای دو جهت

Couple(Single Couple)کپل (کپل واحد)

Double Coupleکپل دوگانه

Controversy settled by Maruyama (1963)

ماريوياما اختالف نظر را دل 1963سال

حل کرد. او نشان داد که قوه های کپل دوگانه

معادل به لغزش شکست می .باشدShowed that DoubleCouple was equivalentto fault slip

Single Couple versus Double Couple کپل واحد و کپل دوگانه

・ P polarity pattern same جهت های قطب مشابه اند ・ S polarity pattern different جهت های قطب مختلف اند・ Single Couple ‘resembles’ fault slip کپل واحد به لغزش در سطح شکست مشابه است

Single Coupleکپل واحد

Double Coupleکپل دوگانه

( ) ( , ) ( )pq q p

M t f t dV η η

(Lay and Wallace p.343)

Moment tensor: dipoles and couplesوکتورهای مومنت: دايپول يا دارای دو قطب و کپل

9 components نهه مرکبه هاSymmetric matrix so 6 independentمترکس متناظر

0322331132112 MMMMMM

332211 MMM

Moment Tensor for an Explosionوکتور مومنت برای يک انفجار

2112 MM

031132323332211 MMMMMMM

⇒North

Moment Tensor for Fault Slip وکتور مومنت برای لغزش در سطح شکست

Double Coupleکپل دوگانهFault – Slipلغزش در سطح شکست

Types of faults انواع شکست ها

Thrust (Reverse) fault شکست معکوس

NormalFault شکست نورمال

Strike-slip faultCourtesy of IRIS

کوتاه شدن

طويل شدن

شکست سترايک سلپ

Courtesy of the University of Leeds

شکست سترايک سلپ

حرکت جانبی چپ حرکت جانبی

راست

لغزش به جهت سترايک شکست

1940 Imperial Valley, California (Ms 7.1) )7.1 وادی امپريل،کالفورنيا (شدت 1940سال

ー＋

＋ー

This type more likely to produce large tsunamis

P-wave first motion

P امواجحرکات ابتدايی

Harvard/NEIC Moment Tensor Solutions NEICجهات مومنت وکتور هارورد و

اين جهات اصالح شده برای زلزله امروز در نزديک سوماترا است. اين جهات

� ساعت معلومات 9تقريباثبت شده برای زلزله را در بر دارد. به علت بزرگی زلزله زمان انقطاع زلزله

. ثانيه بود300برای تحليل

Single-force earthquakes volcanic eruptions and landslides

Kanamori et al. 1984مونت سينت هلن،امريکا

زلزله های که به سبب قوه واحد بوجود می آيند

فوران آتشفشانها و زمين لغزشها

وقايع سلسلهقوه های قوه های عمودی

افقی

Circular Crack – Sato and Hirasawa, 19731973 سيتو و هيره ساوا،–درز دايروی

Haskell, 1964 sumatra

Haskell Line Source منبع خط هسکيل

Dislocation Sourcenي منبع تغيير موقيعت يا بيجاي

2004, Sumatra earthquake ،2004 زلزله سوماترا Ishii et al., Nature, 2005

Kinematicsکنماتيکس

Complicated Slip Distributions توزيع لغزشهای پيچيده

1999 Chi-Chi, Taiwan Earthquake در تايوان1999زلزله چی چی سال

Earthquake Size – Magnitude سايز يا اندازه زلزله- مقياس يا شدت

M = log A – log A0Richter, 1958

Charles Richter1900-1985

چارليس ريختر1985-1900

log of amplitudeلوگاريتم دامنه Distance correction

اصالح فاصله

ML 1-0.1 مقياس محلی و امواج سطحی مقياس محلی کالفورنيا

ثانيه

Mj JMA (اداره متيورول جاپان) ثانيه 10-5 مقياس محلی و امواج سطحی

mb دوره کوتاه شدت امواج جسمی P ثانيه 5-1 امواج

Ms ثانيه 20 امواج سطحی دوره طويل شدت امواج سطحی

Mw ثانيه 200 < دوره بسيار طويل امواج سطحی شدت مومنت

Me مقدار يا شدت انرژی P ثانيه20-0.5 امواج برادبند

Mwp P دوره طويل مقدار مومنت امواج P ثانيه 60-10 امواج

Mm 200 < امواج سطحی دوره بسيار طويل شدت منتل

ثانيه

Types of Magnitude Scales حدود دوره انواع مقياس های شدت

Period range

Relationship between different Magnitude scalesرابطه ها برای سکيل های مختلف اندازه گيری شدت زلزله

Earthquake size - Seismic Moment سايز زلزله- مومنت سايزميک

)()(0 tuStM

M4 M5 M6

Seismic Moment = Rigidity)(Area)(Slip))(مساحت)(لغزش) سختیلغزش مومنت سايزميک= (

Slip (S)　 (S)لغزش

Area (A)(A) مساحت

2004Sumatra

Seismic moments and fault areas of some famous earthquakes

بعضی از مومنت های سايزميک و مساحت شکستزلزله های مهم

ثانيه

Period range

ثانيه

Period range

Mm Mantle MagnitudeMm مقدار منتل

Mm = log10(X()) + Cd + Cs – 3.9

Distance Correction

اصالح فاصله

Source Correctionاصالح منبع

Spectral Amplitudeدامنه فريکونسی های متفاوت

・ amplitude measured in frequency domain دامنه در دومين يا ساحه فريکونسی اندازه گيری شده

・ surface waves with periods > 200 sec ثانيه200امواج سطحی دارای دوره های <

∫uz(t)dt ∝ Mo

Mwp P-wave moment magnitude

Mwp مقدار مومنت امواج يا P

Mwp P-wave moment magnitude

Mo = Max |∫uz(t)dt| 43r/Fp

Mw = (log10Mo)/1.5 – 10.73

・ Quick magnitude from P wavePمقدار سريع از امواج

・ Uses relatively long-period body waves (10-60 sec)� طويل المدت ده الی شصت ثانيه استفاده می کند از امواج جسمی نسبتا・ Some problems for M>8.0 　

بعضی مشکالت موجود استM>8.0برای

Magnitudes for the 2004 Sumatra Earthquake سوماترا2004مقدار يا شدت ها برای زلزله سال

mb 7.0 1 sec P wave 131 stations

mblg 6.7 1 sec Lg waves 6 stations

Mwp 8.0 – 8.5 60 sec P waves

Ms 8.5 - 8.8 20 sec surface waves 118 stations

Mw 8.9 - 9.0 300 sec surface waves

Mw 9.1 - 9.3 3000 sec free oscillations

1944 TonankaiMw 8.1

1946 Nankai Mw 8.1

1995 KobeMw 6.9

Fault Areas of Damaging Earthquakesساحه شکست که در زلزله خساره ديد

　 Deathsتلفات

1944 12231946 13301995 5310

Radiated Energy = 1.5Mw + 11.8

Seismic Radiated Energy انرژی های بوجود آمده از زلزله ها

Kanamori, 1977

Focal Mechanism Solutions جهات ميکانيزم مرکز زلزله

Also called “beachball diagrams” “fault plane solutions”همچنان به نام دياگرام های بيچ بال يعنی جهات سطح شکست نيز ياد می .گرددTell us the geometry and mechanism of the fault in a simple diagram

در مورد شکل شکست و ميکانيزم شکست از طريق دياگرام ساده معلومات میدهدGenerally reconstructed from waveform data derived from the moment tensor (which is more general), but originally calculated using first motions – done here to illustrate the concepts

� از معلومات امواج که از وکتور مومنت بدست آمده ساخته می شود اما اکثرا� از حرکت های ابتدايی محاسبه می گردند. در اينجا بخاطر تشريح مثال عموما .مورد استفاده قرار گرفته است

Examples مثال ها

The stereographic projection ترسيم ستريوگرافيکThe geometry of first motions and how this is used to define fault motion. .شکل حرکات ابتدايی و چگونه از آنها برای تعريف حرکات ابتدايی استفاده می گردد

Two steps to understanding دو قدم برای دانستن

http://www.uwsp.edu/geo/projects/geoweb/participants/dutch/STRUCTGE/sphproj.htm

A method of projecting half a sphere onto a circle. روش ترسيم نيم کره در يک دايرهe.g. planes cutting vertically through the sphere plot as straight lines

سطوح عمود در داخل دايره به صورت خطوط .مستقيم ترسيم می شود

Images from http://www.learninggeoscience.net/free/00071/index.html

Stereographic projection ترسيم ستريوگرافيک

A template called a stereonet is used to plot data.

يک گراف بنام ستريونت برای ترسيم معلومات استفاده می شودExample – plotting planes (e.g. faults)

مثالهای ترسيم سطوح (شکست ها)

Stereonetsستريونت ها

Stereonets ستريونت ها

Example – plotting lines (e.g. ray paths)

مثال ترسيم خطوط

Example – pitch (or rake) of a line on a plane (e.g. the slip direction on a fault)

مثال پچ يا ريک يک خط در يک سطج (مانند جهت لغزش .در يک شکست)

Stereonets

Refresher on terminology مرور اصطالحات

سترايک

Energy and Polarity of “First Motions”

”انرژی و قطب های “حرکات اولی

courtesy of Ian Hill, University of Leicester, UK

Earthquake on a vertical planeزلزله باالی يک سطح عمودی

Determination of nodal planes

تعين سطوح نودل

Spreading of the seismic wave

پخش امواج سايزميک

Data on the surface,

interpreted in 3Dمعلومات در سطح که

به شکل سه بعدی تعبير گرديده اند

Take-off angleزاويه آغاز

Stein and Wysession, An Introduction to seismology, earthquakes and Earth structure

The angle (from vertical) that the ray leaves the earthquake = take-off angle

زاويه (از عمود اندازه شده) که اشعه زمين را ترک می کند زاويه آغاز .می باشد

Azimuth () and take-off angle ازيمت و زاويه آغاز

With a lot of recordings we can reconstruct faults with any orientations

با استفاده از ثبت های زياد ما می توانيم جهت های .شکست ها را ترسيم کنيم

Fault types and “Beach Ball” plots

انواع شکست ها و ترسيم بيچ بال

شکست نورمال

سترايک سلپ

Example Focal

mechanism diagrams

on the Azores-

Gibraltar fracture

zoneمثال دياگرام

ميکانيزم مرکز برای زون

شکست ازوريس جبرالتار

Same N-S fault, different slip direction

Stein and Wysession, An Introduction to seismology, earthquakes and Earth structure

Great review on the web at: : مرور عالی در وسايت

http://www.learninggeoscience.net/free/00071/

Things to Rememberنکاتی را که بايد به خاطر سپرد

1. Earthquake sources are a double couple force system which is equivalent to Fault Slipمنبع زلزله هاسيستم قوه های دبل کپل بوده که معادل به لغزش در شکست می باشد

2. The moment tensor describes the Force System for earthquakes and can be used to determine the geometry of the faulting مومنت وکتور سيستم قوه ها را برای زلزله ها تشريح می کند و می توان از آن برای تعين شکل هندسیشکست ها استفاده کرد

3. Earthquake ruptures begin from a point (hypocenter) and spread out over the fault plane� به تمام سطح شکست پخش می شود درز در شکست زلزله در يک نقطه (هايپوسنتر) آغاز می گردد و بعدا

4. The size of an earthquakes can be described by magnitudes, moment, and energy. Mm and Mwp are types of magnitudes used for tsunami warning systemsاندازه شدت زلزله را می توان به اساس مقدار، مومنت و انرژی تشريح کرد. مومنت منتل و مومنت .امواج پی انواع مقدار زلزله است که برای سيستم های آگاهی سونامی ها مورد استفاده قرار می گيرد

・ What is the Earthquake Source? منبع زلزله چی است؟

Documents