برآورد احتمالاتی خطر زمین‌لرزه با شبیه‌سازی مونت‌کارلو در گستره کرمانشاه و پیرامون

نوع مقاله : سایر مقالات

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

2 مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران

3 دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

برای ارزیابی بیشینه شتاب جنبش‌زمین در حوزه زمان و نیز حوزه بسامد در گستره کرمانشاه، برآورد احتمالاتی با شبیه‌سازی مونت-کارلو و به‌کارگیری مدل 7 خوشه‌ای تعیین شده برای چشمه زمین‌لرزه با ترکیب خوشه‌بندی K-means وزن‌دار و بهینه‌سازی توده ذرات (PSO)، انجام شده است. تعداد بهینه خوشه‌ها با اعمال الگویتم PSO-WK-means بر توزیع مکانی زمین‌لرزه‌ها و توجه به شاخص‌های اعتبارسنجی به ‌صورت خودکار تعیین شده است. فهرست زمین‌لرزه‌های مصنوعی با روش نمونه‌برداری تصادفی با جایگزینی، که در آن هر عضو بیش از یکبار شانس انتخاب شدن را دارد، تهیه شده است. مقادیر بیشینه شتاب جنبش‌زمین (PGA) و شتاب طیفی (SA) در دوره‌های 2/0 و 2 ثانیه و میرایی 5%، برای دوره بازگشت 50 و 475 سال (به ترتیب معادل 63% و 10% احتمال فزونی در 50 سال) برای گستره 46 تا 48 درجه طول شرقی و 34 تا 36 درجه عرض شمالی، که از زلزله‌خیز‌ترین بخش‌های زاگرس است، محاسبه شده است. برای دوره بازگشت 475 سال، بیشینه شتاب جنبش‌زمین معادل g31/0 برای ازگله، میان‌راهان، حمیل، نهاوند، مریوان و بیجار به‌دست آمده ‌است.
برآورد خطر زمین‌لرزه تخمین بیشینه مقدار جنبش زمین در ساختگاه یا منطقه موردنظر در پنجره زمانی مشخص است. نتایج برآورد خطر زمین-لرزه از مهم‌ترین و پایه‌ای‌ترین داده‌ها در مهندسی زلزله برای محاسبه سطح مشخصی از خسارت و آسیب‌پذیری در طراحی سازه‌ها است؛ اما، وجود عدم‌قطعیت‌ها در تعیین پارامترهای مشخصه زمین‌لرزه، رابطه‌های تضعیف، پیش‌بینی زمان زمین‌لرزه‌های آینده، بزرگی، مسافت چشمه تا ساختگاه و موارد دیگر، باعث پیچیدگی محاسبات و لزوم ارائه روش‌های جدید شده است (تنهواز و کمبل، 2003). با توجه به اینکه در برآورد خطر زمین‌لرزه به روش‌های مرسوم قطعیتی و احتمالاتی، وجود عدم-قطعیت در تعیین هندسه چشمه و پارامترهای لرزه‌خیزی اجتناب ناپذیر است، به تدریج شبیه‌سازی مونت‌کارلو به محاسبات تحلیل خطر زمین-لرزه راه پیدا کرد. . شپیرا (1983) و جانسون و کویاناگی ((1983 ساختار اولیه رویکرد شبیه‌سازی مونت‌کارلو را برای تحلیل خطر زمین-لرزه معرفی کردند و نشان دادند که چگونه می‌توان از شبیه‌سازی فهرست زمین‌لرزه‌ها، برای تجزیه و تحلیل خطر زمین‌لرزه استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


کمیته دائمی بازنگری آیین­نامه طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله، 1393، آیین­نامه طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله، ویرایش چهارم، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی ، تهران.
موسوی بفروئی، س.، ح.، میرزائی، ن.، شعبانی، ا. و اسکندری قادی، م.، 1393، پهنه­بندی خطر زمین‌لرزه در ایران و برآورد مقادیر بیشینه شتاب برای مراکز استان‌ها: مجله فیزیک زمین و فضا، 40، 38-15.
Assatourians, K. and Atkinson, G. M., 2013, EqHaz: An open‐source probabilistic seismic‐hazard code based on the Monte Carlo simulation approach: Seismological Research Letters, 84(3), 516-524.
Ansari, A., Firuzi, E. and Etemadsaeed, L., 2015, Delineation of Seismic Sources in Probabilistic Seismic‐Hazard Analysis Using Fuzzy Cluster Analysis and Monte Carlo Simulation: Bulletin of the Seismological Society of America, 105(4), 2174-2191.
Berberian, M., 1981, Active faulting and tectonics of Iran. In: Gupta H. K., Delany, F. M. (eds.) Zagros-Hindukush-Himalaya Geodynamic evolution, Am: Geophys, Union and Geol, Soc Am, Geodyn, Ser, 3, 33-69.
Berberian, M., 1995, Master “blind” thrust faults hidden under the Zagros folds: active basement tectonics and surface morphotectonics: Tectonophysics, 241(3-4), 193-224.
Boore, D. M. and Atkinson, G. M., 2008, Ground motion prediction equations for the average horizontal component of PGA, PGV, and 5%- damped PSA at spectral periods between 0.01 s and 10.0 s: Earthquake Spectra, 24(1), 99-138.
Baker, C., Jackson, J. and Priestley K., 1993, Earthquakes on the Kazerun Line in the Zagros mountains of Iran: strike-slip faulting within a fold-and-thrust belt: Geophysical Journal International, 115(1), 41-61.
Campbell, K. W. and Bozorgnia, Y., 2008, NGA ground motion model for the geometric mean horizontal component of PGA, PGV, PGD and 5% damped linear elastic response spectra for periods ranging from 0.01 to 10 s: Earthquake Spectra, 24(1), 139-171.
Chiou, B. S. J. and Youngs, R. R., 2008, An NGA model for the average horizontal component of peak ground motion and response spectra: Earthquake Spectra, 24(1), 173-215.
Campbell, K. W. and Bozorgnia, Y., 2014, NGA-West2 ground motion model for the average horizontal components of PGA, PGV, and 5% damped linear acceleration response spectra: Earthquake Spectra, 30(3), 1087-1115.‏
Cornell, C. A., 1968, Engineering seismic risk analysis: Bulletin of the Seismological Society of America, 58, 1583-1606.
Ebel J. E. and Kafka, A. L., 1999, A Monte Carlo approach to seismic hazard analysis: Bulletin of the Seismological Society of America, 89(4), 854-866.
Ghodrati Amiri, G., Mahdavian, A. and Dana, F. M., 2007, Attenuation relationships for Iran: Journal of Earthquake Engineering, 11, 469- 492.
Ghodrati Amiri, G., Khorasani, M., Mirza Hessabi, M. and Razavian Amrei, S. A., 2010, Ground motion prediction equations of spectral ordinates and Arias intensity for Iran: Journal of Earthquake Engineering, 14, 1-29.
Ghasemi, H., Zare, M., Fukushima, Y. and Koketsu, K., 2009, An empirical spectral ground motion model for Iran: Journal of Seismology, 13, 499-515.
Han, S.W. and Choi, Y. S., 2008, Seismic hazard analysis in low and moderate seismic region-Korean peninsula: Structural Safety, 30, 543-558.
Hamzehloo, H., Alikhanzadeh, A., Rahmani, M. and Ansari, A., 2012, Seismic hazard maps of Iran, In: Proceedings of the 15th world conference on earthquake engineering, Lisbon, Portugal.
Jackson, J. A., 1980, Reactivation of basement faults and crustal shortening in orogenic belts: Nature, 283(5742), 343-346.
Johnson, C. E. and Koyanagi, R. Y., 1988, A Monte-Carlo approach applied to the estimation of seismic hazard for the state of Hawaii: Seismological Research Letters, 59(1), 18.
Jackson, J. and McKenzie, D., 1984, Active tectonics of the Alpine-Himalayan Belt between western Turkey and Pakistan: Geophysical Journal International, 77, 185-264.
Jackson, J. Haines, J. and Holt, W., 1995, The accommodation of Arabia‐Eurasia plate convergence in Iran. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 100 (B8), 15205-15219.
Kijko, A., 2004, Estimation of the maximum earthquake magnitude, Mmax: Pure and Applied Geophysics, 161, 1655–1681.
McGuire, K. K., 1976, FORTRAN computer program for seismic risk analysis: Open-File report 76- 67, United States Department of the Interior, Geological Survey- 102pp.
Molnar, P. and Chen, W. P., 1982, Seismicity and mountain building,  In Hsued K J (ed.) Mountain Building Processes, Academic Press, London, 41-57.
Mousavi-Bafrouei, S. H., Mirzaei, N. and Shabani, E., 2014, A declustered earthquake catalog for Iranian plateau: Annals of Geophysics, under review.
Musson, R. M. W., 1999a, Probabilistic seismic hazard maps for the North Balkan region: Annali Di Geofisica, 42, 1109–1124.
Musson, R. M. W., 1999b, Determination of design earthquakes in seismic hazard analysis through Monte Carlo simulation: Journal of Earthquake Engineering, 3, 463–474.
Mirzaei, N. and Gheitanchi, M. R., 2002, Seismotectonics of Sahneh fault, middle segment of main recent fault, Zagros mountains, western Iran: Journal of the Earth and Space Physics, 28(1), 1-8.
Nowroozi, A., 2005, Attenuation relations for peak horizontal and vertical accelerations of earthquake ground motion in Iran: a preliminary analysis: Journal of Seismology and Earthquake Engineering, 7, 109-128.
Shapira, A., 1983, Potential earthquake risk estimations by application of a simulation process: Tectonophysics, 95(1-2), 75-89.
Soghrat, M. R., Khaji, N. and Zafarani, H., 2012, Simulation of strong ground motion in northern Iran using the specific barrier model: Geophysical Journal International, 188(2), 645-679.
Shoja Taheria, J., Naserieh, S. and Hadic, G., 2010, A test of the applicability of NGA models to the strong ground-motion data in the Iranian plateau: Journal of Earthquake Engineering, 14(2), 278-292.
Sheikhhosseini, Z. Mirzaei, N., Heidari, R., and Monkaresi, H. 2021, Delineation of potential seismic sources using weighted K-means cluster analysis and particle swarm optimization (PSO): Acta Geophysica, 69(6), 1-12.
Snyder, D. B. and Barazangi, M., 1986, Deep crustal structure and flexure of the Arabian plate beneath the Zagros collisional mountain belt as inferred from gravity observations: Tectonics, 5(3), 361-373.
Tchalenko, J. S. and Braud, J., 1974, Seismicity and structure of the Zagros (Iran): the Main Recent Fault between 33 and 35 N: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 277(1262), 1-25.
Thenhaus, P. C. and Campbell, K. W., 2003, Seismic hazard analysis: Earthquake Engineering handbook, 8(1-2), 1-50.
Weatherill, G. and Burton, P. W., 2010, An alternative approach to probabilistic seismic hazard analysis in the Aegean region using Monte Carlo simulation: Tectonophysics, 492(1-2), 253-278.
Wiemer, S. and Wyss, M., 2000, Minimum magnitude of completeness in earthquake catalogs: Examples from Alaska, the western United States, and Japan: Bulletin of the Seismological Society of America, 90(4), 859-869.
Wiemer, S., 2001, A software package to analyze seismicity: ZMAP: Seismological Research Letters, 72(3), 373-382.
Wyss, M. A., Hasegawa, Wiemer, S. and Umino N., 1999, Quantitative mapping of precursory seismic quiescence before the 1989, m7.1 off-sanriku earthquake, japan: Annali Di Geofisica, 42(5), 851–869.
Yazdani, A., Shahpari, A. and Salimi, M.R., 2012, The use of Monte-Carlo simulations in seismic hazard analysis in Tehran and surrounding areas: International Journal of Engineering-Transactions C: Aspects, 25(2), 159-166.
Zafarani, H., Mousavi, M., Noorzad, A. S. and Ansari, A., 2008, Calibration of the specific barrier model to Iranian plateau earthquakes and development of physically based attenuation relationships for Iran: Soil Dynam, Earthquake Eng., 28(7), 550-576.
Zafarani, H. and Soghrat, M., 2012, Simulation of ground motion in the Zagros region of Iran using the specific barrier model and the stochastic method: Bull, Seism. Soc. Am., 102(5), 2031-2045.