سالهاست که اثر شرایط محلی زمین شناسی و خاک بر شدت لرزش های زمین و میزان خسارات زمینلرزه و اهمیت تحلیل پاسخ توده های خاک در برابر حرکات زمینلرزه شناخته شده است. تجربه زمینلرزه هایی همچون زمینلرزه منجیل-رودبار (1369) و بم (1382) به وضوح بیانگر این واقعیت است که توزیع بیشینه شتاب و خسارات زمینلرزه به شدت به اثرات ساختگاه و شکل هندسی آن به صورت چند بعدی وابسته است. تغییرات خواص فیزیکی و شکل هندسی لایه های خاکی زیرسطحی باعث تغییر در مشخصات جنبش نیرومند زمین همچون محتوای فرکانسی و مقادیر طیفی می گردد. بعلاوه تحقیقات اخیر اثر تغییرات جانبی ساختار زیرسطحی خصوصاً حوزه های رسوبی کوچک مقیاس بر محتوای فرکانس های بالا (>1hz) را آشکار ساخته است. در این تحقیق، اثر تغییرات جانبی ساختار زیر سطحی به ویژه شکل هندسی حوزه رسوبی کوچک مقیاس بر حرکات توانمند زمین و ویژگی های بزرگنمایی دوبعدی ساختگاه در شهر بم مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مدل دوبعدی ساختار زیرسطحی شهر بم توسط برنامه کامپیوتری flac 2d مدلسازی شده و مورد تحلیل دینامیکی قرار گرفته است. سپس در نقاط مختلف مدل تابع بزرگنمایی خاک با استفاده از نسبت طیفی حرکت خروجی به ورودی محاسبه و تغییرات دامنه طیفی در محدوده های مختلف فرکانسی تعیین گردیده است. سپس با مقایسه توابع بزرگنمایی تجربی و توابع بزرگنمایی دوبعدی متناظر آنها به کمک بهینه سازی مشاهده ای مدل دوبعدی ساختار زیرسطحی تصحیح گردیده است. درنهایت، مقایسه نتایج حاصل از تحلیل یک بعدی، دوبعدی و توابع بزرگنمایی حاصل از روش ساختگاه مرجع از سویی نشانگر وجود ساختار زیرسطحی پیچیده در بم و از سوی دیگر گویای لزوم انجام تحلیل دو و یا حتی سه بعدی اثرات ساختگاهی به منظور برآورد صحیحی از پاسخ زمین و شتاب سطحی در حوزه های رسوبی کوچک مقیاس است.

زمین لرزه یکی از مخرب ترین بلایای طبیعی است که همواره جوامع انسانی را از لحاظ مالی و جانی تهدید می کند. ایران به واسطه قرارگیری روی کمربند آلپ-هیمالیا از کشورهای زلزله خیز جهان است و تاکنون شاهد زمین لرزه های بسیار بزرگ و مخرب بوده که هرچند سال یک بار رخ می دهد. از سوی دیگر جمعیت رو به رشد و احداث ساختمان های مرتفع، خسارت های ناشی از این زمین لرزه های بزرگ را خصوصاً در شهرهای بزرگ افزایش می دهد. کرج یکی از پرجمعیت ترین شهرهای ایران است که در سال های اخیر توسعه صنعتی و اقتصادی قابل توجهی داشته، لذا شناخت وضعیت تشدید ناشی از زمین لرزه در آبرفت های جوان آن که ساختگاه بسیاری از سازه های عمرانی و صنعتی است اهمیت ویژه ای دارد. در میان روش های مختلفی که جهت مطالعه اثرات ساختگاه وجود دارد، اندازه گیری ارتعاشات محیطی به لحاظ آسانی، اقتصادی بودن و در دسترس بودن در همه زمان ها و مکان ها از ارزش و اهمیت خاصی برخوردار است. مرسوم ترین روش جهت بررسی اثرات ساختگاه استفاده از تحلیل طیفی مولفه افقی به عمودی h/v (روش ناکامورا) است. به منظور بررسی اثرات ساختگاهی در شهر کرج از داده های میکروترمور در 37 نقطه شهر در راستای پروفیل شمالی- جنوب غربی استفاده گردید که نمایانگر فرکانس غالب در محدوده ی4/0 تا 2 هرتز است. نتایج نسبت طیفی h/v تحت اثر ساختار زمین شناسی منطقه است، بر مبنای این فرض می توان منحنی h/v تئوری را با شناخت از ساختار زمین شناسی منطقه تولید کرد. بدین منظور مدل سازی یک بعدی با استفاده از نرم افزار deepsoil به روش خطی در سطوح کرنش پایین در سه مرحله انجام گردید. در ابتدا با استفاده از داده های گمانه درون چاهی که تا حداکثر عمق پنجاه متر در بیست و یک گمانه و صد متر در یک گمانه موجود بودند، آبرفت با ضخامت کم حدود 17 تا 85 متر دارای سنگ بستر مهندسی با سرعت 760 متر بر ثانیه در نظر گرفته شد که نمایانگر بزرگنمایی در محدوده فرکانسی بالاتر نسبت به داده های میکروترمور بود. با توجه به اطمینان از صحت نتایج تجربی که توسط محققان مختلف دنیا به اثبات رسیده است از اختلاف نتایج در توابع بزرگنمایی حاصل از روش تجربی و تئوری می توان نتیجه گرفت که دو متغیر سرعت موج برشی یا عمق سنگ بستر و ضخامت آبرفت به درستی مدل نشده اند. بنابراین جهت رسیدن به فرکانس محدوده 7/0 تا 1 هرتز منطبق بر قله میکروترمورها مدل سازی با در نظر گرفتن عمق بیشتر آبرفت و استفاده از پروفیل سرعت موج برشی به دست آمده از داده آرایه بر روی سنگ بستر زمین شناسی با سرعت 1300 متر بر ثانیه انجام گرفت. نتایج این مدل سازی با قله میکروترمورها در تحلیل طیفی h/v منطبق و نمایانگر وجود کنتراست موثر در عمق 200 تا 300 متر است، بااین حال توابع بزرگنمایی به دست آمده در این مدل قله های فرکانس پایین در روش تجربی را پوشش نمی داد. بنابراین برای به دست آوردن مدل بهتر با در نظر گرفتن شرایط زمین شناسی منطقه، کنتراست عمیق در حدود 2 کیلومتری زمین که ناشی از تفاوت جنس سنگ بستر بود در نظر گرفته شد و نتایج به دست آمده با توابع بزرگنمایی میکروترمورها دارای انطباق خوبی است. در پایان با استفاده از نتایج حاصل، ساختار زیرسطحی زمین در شهر کرج به صورت دوبعدی ترسیم گردید.

در این رساله از چند روش ترکیبیِ شبیه سازی به منظور تولید نگاشتهای مصنوعی جنبش نیرومند زمین استفاده شده است. بر این مبنا دو روشی که پیش از این در برخی دیگر نقاط دنیا استفاده شده بود به عنوان روشهایی پیشرفته برای شبیه سازیِ دو زلزله ی رخ داده در کشور استفاده و همچنین یک روش شبیه سازی که کیفیت خروجی داده های مصنوعی را بهبود می بخشد به عنوان نوآوری ارائه شده است. روش ترکیبیِ دو بعدیِ "مجموع مد-تفاضل محدود" برای شبیه سازی زلزله 17 اکتبر 2009 تهران، که در سالهای اخیر اولین زلزله ی نزدیک به شهر تهران بوده که از آن داده ی جنبش نیرومند ثبت شده، مورد استفاده قرار گرفت. این زلزله در طول دو پروفیل شرقی-غربی و جنوب شرقی-شمال غربی به صورت دو بعدی مدلسازی شده و نتایج آن با داده های واقعی ثبت شده مقایسه شده است. با وجود کمبود داده های پایه برای اجرای روند دقیقِ شبیه سازی، نشان داده شده که استفاده و کاربرد روشهای پیشرفته که فیزیک چشمه، مسیر و اثرات سایت را در فرآیند خود لحاظ می کنند چگونه توانایی تخمین های قابل قبول را بدست می دهند. با استفاده از این روش میزان تخمینیِ تشدید در تهران بر اثر رسوبات محلی در فرکانس های مختلف محاسبه شده است. شکل موج شتاب نگاشتها، سرعت نگاشتها و طیفهای پاسخِ مشاهده و مصنوعی با هم مقایسه و شرح داده شده اند. در ادامه از یک روش سه بعدیِ نوین که پیش از این تا محدوده ی فرکانسی پایین (1 هرتز) مورد استفاده قرار گرفته بود به کار برده شد تا زمین لرزه بم را شبیه سازی نماییم. این روش برای اولین بار در ایران مورد استفاده قرار گرفته و برای اولین بار تا محدوده فرکانسی بالا (6 هرتز) بسط داده شده است که نتایج آن به وضوح نشان از بهبود کیفیت نگاشتهای مصنوعی در حالت سه بعدی دارد. در اینجا با استفاده از "روش مجموع مد و ردگیری پرتو" در کنار تخمین wkbj، موج لرزه ای از چشمه تا گیرنده انتشار داده می شود و در طول مسیر بر مبنای مدهای امواج لرزه ای که بر پایه ی مدلهای سه بعدی تولید می شوند، نگاشت مورد نظر به روز و تکمیل می گردد. برای شبیه سازی زمین لرزه بم چند روش یک و دو بعدی استفاده شد و در نهایت نتایج با روش سه بعدی مذکورد مقایسه گشته و روند بهبود کیفیت، در حوزه زمان و فرکانس، به روشنی نشان داده شده است. در انتها روشی جدید در این رساله پیشنهاد داده شده است از ترکیب سه روش "مجموع مد، تفاضل محدود و تابع گرین" بهره برده ایم تا محدودیت های دو روش ابتدایی ارائه شده را بر طرف نماییم. بر این اساس یک پس لرزه از زمین لرزه بم با بزرگای متوسط به روش ترکیبیِ "مجموع مد-تفاضل محدود" شبیه سازی و از نگاشت مصنوعی تولید شده به عنوان تابع گرین استفاده شده تا رخداد اصلی زمین لرزه بم تولید شود. روش پیشنهادی این حسن بسیار بزرگ را دارد که چشمه نقطه ای که در دو روش قبلی مورد استفاده قرار میگرفت را به چشمه گسترده ارتقاء داده تا از این طریق کیفیت نتایج شبیه سازی به ویژه در حوزه فرکانس را به میزان قابل توجهی بهبود دهیم. این روش در سه ایستگاه، ابارق، محمدآباد و سد جیرفت به منظور مقایسه میان داده های مشاهده و مصنوعی مورد ارزیابی قرار گرفته است.