شبیه سازی مکانیکی رفتار لرزه ای پوسته

آهنگ رویداد زمین لرزه در پوسته زمین تابع متغیر های گوناگونی است، که گاهی می توان تاثیر آنها بر روانه شناسی (rheology) پوسته را با مدلهای مکانیکی به خوبی شبیه سازی نمود. مهمترین این متغیرها عبارتند از اصطکاک بر روی سطح گسله و روانه شناسی سنگ های پوسته زمین که تأثیر زیادی بر روی نرخ (rate) و حالت (state) لغزش در طی زمین لرزه ها دارند. به نظر می رسد شبیه سازی اصطکاک و نرخ لغزش بر روی گسله ها و تأثیر آن ها بر فرایند گسیختگی می تواند اطلاعات خوبی را در زمینه سازوکار گسلش زمین لرزه ای فراهم آورد. در این پژوهش ابتدا به بررسی ویژگی های اصطکاکی سنگها پرداخته شده است و به دنبال آن مطالبی درباره تاریخچه مدلسازی مکانیکی زمین لرزه ها و انواع مدل های مکانیکی برای شبیه سازی رویدادها آورده شده است. سپس انواع مدل هایی که به این منظور در این پژوهش ساخته شد، تشریح می شوند و نتایج حاصل از آزمایش بر روی آن ها مورد بحث قرار می گیرند. در پایان، مقایسه ای بین این مدل ها و نمونه هایی از زمین لرزه های طبیعی صورت می گیرد. مدل های ساخته شده شامل انواع مدل های مکانیکی تک بعدی و دو بعدی می باشند که دربردارنده جرم هایی است که با یکدیگر از راه فنرهایی پیوند دارند و بر روی یک سطح لغزش دارای اصطکاک می لغزند. نیروی لازم برای کشش جرم ها با یک موتور الکتریکی تامین می شود و سرعت کشش قابل تنظیم است. متغیرهای اصلی در این مدل ها که با ترکیب آن ها تلاش شد رفتار گسلش به عنوان تابع مورد بررسی قرار گیرد عبارت هستند از ثابت فنرها، یکسان بودن یا نبودن ثابت فنرها، اصطکاک زیر جرم ها و سرعت کشش دستگاه. برای نمایش نتایج آزمایش ها به طور معمول از نمودار انرژی پتانسیل در برابر زمان استفاده شده است. نتایج مدل های تک بعدی دربردارنده اطلاعاتی در باره زمان و مکان زمین لرزه ها، تأثیر نرخ لغزش (slip rate) گسله ها بر رویداد زمین لرزه، ارتباط بین رویدادهای لرزه ای همسایه با یکدیگر و اثر تفاوت اصطکاک بخش های مختلف سطح لغزش بر شیوه آزاد شدن انرژی پتانسیل می باشند.مدل تک بعدی با فنرهای یکسان و سرعت کمینه کشش دستگاه رفتاری را نشان می دهد که با مدل ساده و کلاسیک چرخه زمین لرزه راید (reid) قابل مقایسه است. چنان که انتظار می رفت، افزایش سرعت کشش دستگاه، اثر نرخ لغزش را بر دوره بازگشت زمین لرزه ها آشکار ساخت. استفاده از فنرهای دارای ثابت های فنر متفاوت در مدل سبب می شود رابطه بین بزرگا و بسامد لرزه ها دچار پراکندگی و بی نظمی شود. استفاده از اصطکاک متفاوت در زیر جرم ها تا حدودی نقش مانع (barriers) را در راستای گسل ها شبیه سازی می کند. در مدل های دو بعدی بیشتر به بررسی ارتباط بین رویداد لرزه اصلی و پس لرزه ها پرداخته ایم. از نتایج این مدل ها آشکار شد در یک رویداد لرزه ای، پس لرزه هایی که پس از رویداد لرزه اصلی رخ می دهند، برای بارگذاری انرژی پتانسیل زمین لرزه بعدی لازم هستند. پس لرزه های روی داده در این مدل ها در سطوحی از مدل که نمایانگر ژرفای بیشتر زمین هستند، ایجاد می شوند و در گذرزمان، انرژی پتانسیل و ژرفای آن ها کاهش می یابد. در سطوحی از مدل که نمایانگر بخش های بالای پوسته در زمین واقعی هستند، زمین لرزه های ناشی از کسر لغزش روی می دهند. برای تعادل مدل های دوبعدی ناچار شدیم با افزایش میزان اصطکاک در بخشی از مدل، وزن جرم ها را در بخش دارای اصطکاک کمتر افزایش دهیم. نتایج این مدل ها مطابقت به نسبت خوبی را با قانون اُمُری (omori) نشان می دهد. بر پایه مجموعه داده های این پژوهش می توان بخش هایی از ویژگی های روانه شناختی گسل ها در طی زمین لرزه را توصیف کرد. مقایسه نتایج این داده های آزمایشگاهی با داده های زمین لرزه های طبیعی می تواند به شناخت بهتر فرایند پیچیده گسلش زمین لرزه ای یاری برساند.