بررسی مدل Q-Velocity برای فلات ایران با استفاده از امواج سطحی به منظور شبیه‌سازی جنبش نیرومند زمین
مجری پروژه:
حسین حمزه‌لو
همکاران:
حبیب رحیمی
جولیانو پانزا
فرانکو واکاری
چکیده
هدف این مطالعه تهیه نقشه‌های توموگرافی دوبعدی سرعتهای فاز، گروه و ضرایب جذب برای نواحی مختلف فلات ایران با استفاده از روش معکوس‌سازی غیر خطی است. برای این منظور، مدهای اساسی امواج ریلی، در طول ۱۵۸۶ مــسیر، که شرایط دو ایستگاهی را دارا بودند، با استفاده از روش تحلیل فرکانس-زمان (FTAN) از لرزه-نگاشتهای مورد نظر جدا و بیش از ۲۴۰ منحنی پراکندگی سرعت گروه و فاز و بیش از ۱۵۰ منحنی ضرایب جذب بین ایستگاهی برآورد گردیدند. پوشش خوب مسیرهای دو ایستگاهی امکان برآورد نقشه‌های به دست آمده از توموگرافی دوبعدی با قدرت تفکیک جانبی برتر از مطالعات جهانی و منطقه‌ای موجود را فراهم و مقادیر پایین نسبی سرعت فاز، گروه و ضرایب جذب بالا در پهنه فلات ایران ارائه گردید. بر اساس روش الگوریتم، منطق فازی و با استفاده از شیب و عرض از مبدأ، روابط خطی برازش شده به منحنی‌های توابع سرعت فاز، گروه و ضریب جذب امواج ریلی، فلات ایران به پنج ناحیه همگن تقسیم‌بندی گردید.
برای برآورد منحنی‌های تئوری ضرایب جذب برای مدل زمین غیرکشسان از کد نوشته شده در این مطالعه بر اساس روش اندرسون استفاده شده‌است. برای این منظور، به برآورد مشتقات جزئی نسبت به پارامترهای ساختار زمین نیاز است، که با استفاده از روش تحلیلی و ارتقای کدهای موجود محاسبه گردیدند. در مرحله بعد، منحنی-های تئوری و مشاهده‌ای به دست آمده در دو مرحله قبل با استفاده از روش معکوس‌سازی غیرخطی هدجگ برای برآورد ساختار سرعت و جذب امواج برشی، به کار برده شدند. برای محاسبه ساختارهای عمقی، مقادیر میانگین منحنی‌های سرعت فاز، گروه و ضرایب جذب برای کلیه سلولهای قرار گرفته در هر پهنه به دست آمده از توموگرافی دوبعدی محاسبه و با استفاده از روش معکوس‌سازی غیرخطی هدجگ، ساختارهای عمقی کشسان و غیرکشسان پوسته و گوشته بالایی برآورد گردید. ساختارهای سرعتی و جذب به دست آمده در نواحی مذکور، با ساختارهای سرعتی ارائه شده برای مناطق مختلف پهنه ایران مقایسه و مدل ضریب جذب-سرعت برای اولین بار برای نواحی مختلف ایران ارائه شد که در مطالعات کاربردی مانند زلزله‌شناسی مهندسی قابل استفاده است.
واژه‌های کلیدی
ساختارهای کشسان و غیرکشسان پوسته و گوشته بالایی، امواج سطحی، فلات ایران، توموگرافی دوبعدی، مشتقات جزئی
Q-Velocity model for Iranian Plateau Using Surface Waves for Simulation of SGM
Authors: H. Hamzehloo, H. Rahimi, G.F. Panza, F. Vaccari
Abstract
In this study, we purposed first elastic and anelastic structure of the lithosphere and asthenosphere of the Iranian Plateau is derived by means of tomographic techniques applied to local phase, group velocities and local attenuation coefficients of Rayleigh wave fundamental mode. We used commonly known as Hedgehog nonlinear inversion method to evaluate of the velocity structure. We improved Hedgehog to derive attenuation structure by using attenuation coefficients of Rayleigh wave fundamental mode. For this goal, we conducted a tomographic inversion of Rayleigh wave dispersion and attenuation coefficient to obtain, two-dimensional (2-D) phase, group velocity and attenuation coefficient tomographic images in the period range from 10 s to 100 s for the Iranian Plateau. An automated regionalization of a reduced domain of the Earth’s surface, without a-priori seismotectonic information, is achieved by means of the slope and zero-frequency intercept of dispersive and attenuative linearized frequency dependence relations used as an input to a fuzzy logic clustering algorithm. For this purpose, the fundamental mode of Rayleigh waves, recorded along 1586 paths by 29 broad-band stations, has been identified by applying the frequency time analysis (FTAN) to each epicenter-station path which, at the same time, satisfies the two-station method conditions. The fundamental modes, identified by FTAN, are used to determine the inter-station path average phase, group velocities and attenuation coefficient at selected periods. With this procedure, more than 240 group and phase velocity dispersion curves and 150 attenuation coefficient curves have been processed to obtain tomographic maps by applying the Yanovskaya-Ditmar formulation, for periods in the range between 10 and 100 s. Each tomographic map has been discretized with a grid of 0.5° of latitude per 0.5° of longitude. In such a way it has been possible to divide the Iranian Plateau into five homogeneous regions in terms of slope and zero-frequency intercept of attenuation and dispersion relations. The regionalization is based upon the optimum number of clusters estimated by calculation of validation indexes. The dense path coverage in the Iranian Plateau permits to produce images that have substantially higher lateral resolution than is currently available from global and regional group velocity studies. Our results demonstrate that the Iranian Plateau is characterized by low crustal and uppermost-mantle group and phase velocities and high attenuation coefficient. Tomographic maps at high frequencies are well correlated with the upper crust structure and especially with sediments layers thickness. The regionalization of the areas is well correlated with the main tectonic features of the study area and mimics a recently proposed tomographical sketch. Our results are comparable with existing group velocities and other local body wave attenuation studies in different parts of Iran. Averaged dispersion curves of phase, group velocities and attenuation coefficients representing each rather homogeneous region are computed. The regions defined in such a way are compared with known seismotectonic domains. Finally, we used fully non-linear inversion procedure, commonly known as hedgehog (Valyus et al., 1969; Valyus, 1972; Knopoff, 1972; Panza, 1981; Panza et al., 2007) to derive tomographic images of the elastic and anelastic structure of the lithosphere and asthenosphere of the Iranian Plateau.
Keywords:
Elastic and anelastic Structure, Surface Waves, Iranian Plateau, 2D Tomography, Partial derivative.
بررسی مدل Q-Velocity برای فلات ایران با استفاده از امواج سطحی به منظور شبیه‌سازی جنبش نیرومند زمین
/در نشریات /توسط adminحسین حمزه‌لو
همکاران:
حبیب رحیمی
جولیانو پانزا
فرانکو واکاری
چکیده
هدف این مطالعه تهیه نقشه‌های توموگرافی دوبعدی سرعتهای فاز، گروه و ضرایب جذب برای نواحی مختلف فلات ایران با استفاده از روش معکوس‌سازی غیر خطی است. برای این منظور، مدهای اساسی امواج ریلی، در طول ۱۵۸۶ مــسیر، که شرایط دو ایستگاهی را دارا بودند، با استفاده از روش تحلیل فرکانس-زمان (FTAN) از لرزه-نگاشتهای مورد نظر جدا و بیش از ۲۴۰ منحنی پراکندگی سرعت گروه و فاز و بیش از ۱۵۰ منحنی ضرایب جذب بین ایستگاهی برآورد گردیدند. پوشش خوب مسیرهای دو ایستگاهی امکان برآورد نقشه‌های به دست آمده از توموگرافی دوبعدی با قدرت تفکیک جانبی برتر از مطالعات جهانی و منطقه‌ای موجود را فراهم و مقادیر پایین نسبی سرعت فاز، گروه و ضرایب جذب بالا در پهنه فلات ایران ارائه گردید. بر اساس روش الگوریتم، منطق فازی و با استفاده از شیب و عرض از مبدأ، روابط خطی برازش شده به منحنی‌های توابع سرعت فاز، گروه و ضریب جذب امواج ریلی، فلات ایران به پنج ناحیه همگن تقسیم‌بندی گردید.
برای برآورد منحنی‌های تئوری ضرایب جذب برای مدل زمین غیرکشسان از کد نوشته شده در این مطالعه بر اساس روش اندرسون استفاده شده‌است. برای این منظور، به برآورد مشتقات جزئی نسبت به پارامترهای ساختار زمین نیاز است، که با استفاده از روش تحلیلی و ارتقای کدهای موجود محاسبه گردیدند. در مرحله بعد، منحنی-های تئوری و مشاهده‌ای به دست آمده در دو مرحله قبل با استفاده از روش معکوس‌سازی غیرخطی هدجگ برای برآورد ساختار سرعت و جذب امواج برشی، به کار برده شدند. برای محاسبه ساختارهای عمقی، مقادیر میانگین منحنی‌های سرعت فاز، گروه و ضرایب جذب برای کلیه سلولهای قرار گرفته در هر پهنه به دست آمده از توموگرافی دوبعدی محاسبه و با استفاده از روش معکوس‌سازی غیرخطی هدجگ، ساختارهای عمقی کشسان و غیرکشسان پوسته و گوشته بالایی برآورد گردید. ساختارهای سرعتی و جذب به دست آمده در نواحی مذکور، با ساختارهای سرعتی ارائه شده برای مناطق مختلف پهنه ایران مقایسه و مدل ضریب جذب-سرعت برای اولین بار برای نواحی مختلف ایران ارائه شد که در مطالعات کاربردی مانند زلزله‌شناسی مهندسی قابل استفاده است.
واژه‌های کلیدی
ساختارهای کشسان و غیرکشسان پوسته و گوشته بالایی، امواج سطحی، فلات ایران، توموگرافی دوبعدی، مشتقات جزئی
Authors: H. Hamzehloo, H. Rahimi, G.F. Panza, F. Vaccari
Abstract
In this study, we purposed first elastic and anelastic structure of the lithosphere and asthenosphere of the Iranian Plateau is derived by means of tomographic techniques applied to local phase, group velocities and local attenuation coefficients of Rayleigh wave fundamental mode. We used commonly known as Hedgehog nonlinear inversion method to evaluate of the velocity structure. We improved Hedgehog to derive attenuation structure by using attenuation coefficients of Rayleigh wave fundamental mode. For this goal, we conducted a tomographic inversion of Rayleigh wave dispersion and attenuation coefficient to obtain, two-dimensional (2-D) phase, group velocity and attenuation coefficient tomographic images in the period range from 10 s to 100 s for the Iranian Plateau. An automated regionalization of a reduced domain of the Earth’s surface, without a-priori seismotectonic information, is achieved by means of the slope and zero-frequency intercept of dispersive and attenuative linearized frequency dependence relations used as an input to a fuzzy logic clustering algorithm. For this purpose, the fundamental mode of Rayleigh waves, recorded along 1586 paths by 29 broad-band stations, has been identified by applying the frequency time analysis (FTAN) to each epicenter-station path which, at the same time, satisfies the two-station method conditions. The fundamental modes, identified by FTAN, are used to determine the inter-station path average phase, group velocities and attenuation coefficient at selected periods. With this procedure, more than 240 group and phase velocity dispersion curves and 150 attenuation coefficient curves have been processed to obtain tomographic maps by applying the Yanovskaya-Ditmar formulation, for periods in the range between 10 and 100 s. Each tomographic map has been discretized with a grid of 0.5° of latitude per 0.5° of longitude. In such a way it has been possible to divide the Iranian Plateau into five homogeneous regions in terms of slope and zero-frequency intercept of attenuation and dispersion relations. The regionalization is based upon the optimum number of clusters estimated by calculation of validation indexes. The dense path coverage in the Iranian Plateau permits to produce images that have substantially higher lateral resolution than is currently available from global and regional group velocity studies. Our results demonstrate that the Iranian Plateau is characterized by low crustal and uppermost-mantle group and phase velocities and high attenuation coefficient. Tomographic maps at high frequencies are well correlated with the upper crust structure and especially with sediments layers thickness. The regionalization of the areas is well correlated with the main tectonic features of the study area and mimics a recently proposed tomographical sketch. Our results are comparable with existing group velocities and other local body wave attenuation studies in different parts of Iran. Averaged dispersion curves of phase, group velocities and attenuation coefficients representing each rather homogeneous region are computed. The regions defined in such a way are compared with known seismotectonic domains. Finally, we used fully non-linear inversion procedure, commonly known as hedgehog (Valyus et al., 1969; Valyus, 1972; Knopoff, 1972; Panza, 1981; Panza et al., 2007) to derive tomographic images of the elastic and anelastic structure of the lithosphere and asthenosphere of the Iranian Plateau.
Keywords:
Elastic and anelastic Structure, Surface Waves, Iranian Plateau, 2D Tomography, Partial derivative.