سازمان نقشه برداری کشور 14 آذر 1399 ساعت 12:05 https://www.ncc.gov.ir/fa/news/3195/نگرشی-نظریه-وگنر-چشمه-های-لرزه-زا-رفتارمکانیکی-لیتوسفر-فلات-ایران-چرا-زلزله-قسمت-بالای-پوسته-رخ-میدهد -------------------------------------------------- عنوان : نگرشی بر نظریه وگنر - چشمه های لرزه زا و رفتارمکانیکی لیتوسفر در فلات ایران- چرا زلزله های فلات ایران در قسمت بالای پوسته رخ میدهد؟ دکتر حمیدرضا نانکلی رئیس اداره ژئودینامیک(رئیس کمیته زمین لرزه و آتشفشان) اداره کل زمین سنجی و نقشه برداری -------------------------------------------------- بیشتر زمین لرزه های فلات ایران در قسمت پوسته رخ میدهد که دارای عمقی بین  ۸ تا ۲۵  کیلومتر با فراوانی ۱۵ کیلومتر  هستند و این همان قسمت شکننده پوسته است که دارای رفتار الاستیک با گرمای کم  است  لذا  رفتار این قسمت با  رفتار   منتل متفاوت است و دی کوپل میشوند. هر قسمت رفتار خاص خود را دارد که تابع فشار  درجه حرارت گرم و سرد  دانسیته  و رئولوژی خشک و تر است . بیشترین تعداد زمین لرزه نیز در خط درزه که محل برخورد دو صفحه عربی و اوراسیا است رخ میدهد.  البته در مناطقی از جهان مثل  تبت عکس این قضیه را داریم رفتار پوسته و منتل کوپل است و مثل هم عمل میکنند. رفتاری کاملا متفاوت با ساختار لیتوسفر ایران .  نتایج حاصل از شبکه ایستگاه های دائمی GNSS سازمان نقشه برداری کشور که شامل  سری های زمانی میدان سرعت و استرین است به عنوان مقادیر و شرایط مرزی اولیه در مدلسازی تکتونیکی و  رفتارگسل ها  و چرخه زلزله نقش اساسی دارد که نمو نه های آن در زلزله اهر ورزقان سراوان سرپل ذهاب مشا و بم به خوبی دیده شده و همچنین مقایسه آن با استربن لرزه ای کمک شایانی در این زمینه خواهد بود.  نتایج حاصله از مدلسازی نشان میدهد که  ژئوترم سرد و رئولوژی خشک تطا بق خوبی با  لیتوسفر  فلات ایران دارد. متن : نگرشی بر نظریه وگنر - چشمه های لرزه زا و رفتارمکانیکی لیتوسفر در فلات ایران- چرا زلزله های فلات ایران در قسمت بالای پوسته رخ میدهد؟   براساس نظريه وگنر موقعيت قاره ها در دوران هاي مختلف زمين شناسي متغيروبا وضعيت فعلي بسيار متفاوت بوده وشكل كنوني نتيجه ميليونها سال فعاليت وتكامل پوسته زمين است . براساس نظريه وي قاره ها درچندين ميليون سال پيش بصورت خشكي واحدي بودندكه وي آن را پانگه آ ناميد. اين ابرقاره پس از مدتي به دو قاره بزرگ اوراسيا در شمال و گندوانا در جنوب تقسيم و اقيانوس بزرگي به نام تتيس در ميان اين دو قاره شكل گرفت. اين نظريه مثل ساير نظريه هاي جديد در ابتدا با مخالفت هاي فراواني روبرو گشت، ليكن با گذشت زمان و پيشرفت تكنولوژي و بدست آوردن شواهدي جديد مورد تاييد قرارگرفت. با وجود اين تا اواسط دهه 60 ميلادي مكانيزم علمي صحيحي براي توضيح جدايي قاره ها پيدا نشد و نظريه هاي مختلفي كه هركدام داراي اشكالاتي بودند ارائه شد. دراين سالها نظريه زمين ساخت ورقه اي در مجامع علمي مطرح گرديد شايد با نگاهي به نقشه هاي جهاني لرزه خيزي اين سوال براي ما پيش آمده باشدكه چرا زمين لرزه ها بصورت يكنواخت در سراسر كره زمين پراكنده نبوده و معمولا در زونهاي باريكي قرار مي گيرند و چرا آتشفشانها و كوهستانها نيز در اين نواحي مشاهده مي شوند. نظريه زمين ساخت صفحه اي براي پاسخ به اين سوالات دلايل قانع كننده اي داشت براساس اين نظريه پوسته جامد كره زمين يكپارچه نبوده وازصفحه هاي منفصلي تشكيل شده كه نسبت به يكديگر در حال حركت هستند. اين صفحه ها با نام ورقه هاي زمين ساختي معروف هستند اين صفحه ها شامل صفحه هاي اصلي وفرعي مي باشند كه بر روي گوشته بالايي كره زمين كه حالت نيمه مذاب و پلاستيك داشته شناورهستند. تعداد صفحات اصلي پوسته زمين توسط برخي از محققين 8صفحه ذكر شده است كه عبارتنداز صفحه آفريقا، صفحه اروپا، آسيا، صفحه آمريكاي شمالي، صفحه آمريكاي جنوبي ،صفحه هند و استراليا، صفحه اقيانوس منجمد جنوبي. صفحات پوسته كره زمين به سه حالت عمده نسبت به يكديگردر حرکت هستند.يا اين صفحات از همديگر دور مي شونديا به يكديگر نزديك مي شوند يا درمجاورت يكديگر حركت مي كنند. حركت اين صفحات باعث تجمع انرژي در مرز صفحه ها ونهايتا آزادشدن آن وبوجود آمدن زمين لرزه ها مي گردد. از لحاظ آماري بيشترين وبزرگترين زمين لرزه ها در مرز بين صفحات روي مي دهند. بيروني ترين لايه زمين پوسته ناميده مي شود كه سخت بوده و بر روي مواد چگال تر و خميري گوشته شناور و درحال جابجايي دائمي است. ضخامت پوسته بين 10تا65كيلومتر متغيراست و شامل پوسته اقيانوسي و پوسته قاره اي  میباشد.پوسته اقيانوسي در زيراقيانوسها است كه 71% پوسته را تشكيل داده و نسبت به پوسته قاره اي از سنگهاي جوانتري تشكيل شده است. سن اين سنگها كمتراز 200ميليون سال و ضخامت اين پوسته بين 6تا11كيلومتر متغيرو جنس سنگهاي آن عمدتا بازالت تئوليتيك بدون اوليوين است. پوسته قاره اي در زير خشكي ها قرار دارد كه 29% سطح زمين را تشكيل مي دهند. خشكي ها را مي توان به 6قاره تقسيم نمود. پوسته زمين بيشترين ضخامت، با ميانگين30تا40كيلومتر را در زير قاره ها دارد و بيشترين ضخامت آن 70كيلومتر است. اين پوسته از پوسته اقيانوسي مسن تر بوده وسن برخي از سنگهاي متشكله آن به بيش از 8/3ميليارد سال مي رسد. پوسته قاره اي از دو بخش  بالا و پايين تشكيل شده است. بخش بالايي عمدتا شامل سنگهاي گرانيت و بخش پائيني از سنگهاي بازالت و ديوريت است. 15تا35كيلومتري فوقاني پوسته زمين بقدر كافي شكننده است كه توان ايجاد زمين لرزه را داشته باشد وبنابراين محل وقوع عمده زمين لرزه ها است.   چشمه های لرزه زا   چشمه های لرزه زا (seismic sources) عارضه هایی هستند که زمین لرزه از آن ها منشا می گیرد و موج های صادر شده از آن ها در تمام جهات در درون زمین پخش می شود. گسله ها مهم ترین چشمه های لرزه زا هستند، اما زمین لرزه ها ممکن است در موارد نادر از فعالیتهای آتشفشانی، ریزش سقف غارها و انفجارهای هسته ای نیز ایجاد شود. حرکتهایی که بصورت دائم، کند و نامحسوس در بخش های بیرونی زمین روی می دهند، سبب ایجاد تنش (Stress) در پوسته زمین می گردند. این تنش ها به تدریج انباشته می شوند و هنگامی که مقدار آن ها از حد مقاومت سنگ ها بیشتر می شود، گسیختگی روی می دهدبه این ترتیب بخش بزرگی از تنش هایی که در طی چند ده چندصد یا چندین هزارسال انباشته شده اند در زمانی بسیار کوتاه به ناگهان رها می شود. این فرایند بازجهش کشسانی (elastic rebound)  خوانده می شود.آزادشدن تنش مزبور با انتشار موجهای لرزه ای (زمین لرزه) همراه است.بیشتر زمین لرزه های دنیا در ژرفای نسبتا کمی از خارجی ترین بخش زمین سرچشمه می گیرند. بنابراین لازم است که ساختار و رفتار مکانیکی بخش خارجی زمین یا سنگ کره را مورد بررسی قرار دهیم. پوسته زمین در بخش های مختلف آن ضخامت های متفاوتی دارد امابطور متوسط می توان ضخامتی در حدود 35کیلومتر را برای پوسته در بخش های قاره ای(خشکی ها) در نظرگرفت. در زیر پوسته گوشته قرار داردکه به علت تفاوت ترکیب سنگ شناسی نسبت به پوسته رفتار مکانیکی متفاوتی دارد. در خودپوسته نیز مواد نسبت به هم تفاوتهایی دارند اما دو عامل دیگر بر رفتار مکانیکی سنگهای پوسته بیشترین اثر را می گذارند. فشار ودما. با عبور از سطح به ژرفای زمین این دو عامل افزایش می یابند، افزایش فشار سبب می گردد مقاومت سنگها در برابر گسیختگی یا حرکت برروی گسله ها افزایش یابد و افزایش دما سبب می شود سنگها بیشتر بصورت خمیری رفتار کنند تابصورت ترد و شکننده . به عبارت دیگر تنش وارده بر سنگها در بخش های بالایی زمین در فاصله های زمانی کوتاه با حرکت بروی گسله ها و شکستگی ها آزاد می شود اما در بخش های ژرف تر زمین سنگها می توانند تنش های بیشتری را تامدت زمانهای طولانی تر تحمل کنند واین سبب انباشته شدن کرنش کشسان (elastic strain) در سنگها می شود. به همین علت است که بیشتر زمین لرزه های بزرگ نه نزدیک به سطح زمین، که در ژرفا روی می دهند.   گزارش کار گروه کمیته زلزله و آتشفشان  سازمان نقشه برداری کشور   زمین ساخت ورقه ای فلات ایران   كشور ايران به عنوان بخشي از كمر بند كوهزايي آلپ- هيماليا همواره از زلزله خيزي بالايي در طول تاريخ برخوردار بوده است، به گونه‌اي كه بخش‌هاي مختلف كشور توسط زمين لرزه‌هاي ويرانگر متعددي پوسته تخريب شده است و اين پديده طبيعي به عنوان مهمترين بلاي طبيعي كشور محسوب مي‌شود. زمين لرزه بازتاب يك رويداد زمين شناختي است كه بصورت جنبش در سطح زمين ظاهر مي‌شود. گسيختگي در پوسته جامد زمين كه بدليل جنبش‌هاي برشي در دو سوي گسل‌ها روي مي‌دهد عامل اصل بروز زمين لرزه بوده و پيامد مستقيم انباشتگي تنش‌ها در پي جا به جايي ورقه‌هاي زمين ساختي نسبت به يكديگر مي‌باشد. در اين تنش‌هاي فشار شيء ناشي از بازشدگي درياي سرخ و حركت ورقه آفريقا –عربستان در راستاي شمال-شمال خاوري و نيز حركت ورقه هند در راستاي شمال-شمال باختري موجب حركت و جابجايي نسبت متفاوت در پوسته‌ها و قطعات گوناگون قاره‌اي و اقيانوسي ايران مي‌شود و درنتيجه عامل فراواني زمين لرزه‌هاي در ايران است.   مکانیک لیتوسفر   شكست مواد زماني اتفاق مي‌افتد كه تغییر شکل دائمی رخ می‌دهد و در این حالت مقدار استرس deviatoric به یک حد بحرانی می‌رسد که به آن استرس تسلیم می‌گوییم. این شکست می‌تواند بصورت تغیير شکل ناپیوسته مثل یک ترک یا تغییرشکل پیوسته وغیر قابل برگشت یعنی رفتار پلاستیک باشد که در حالت اول تغییرشکل مواد بصورت شکننده یا brittle  تعریف می شود و در حالت دوم بصورت ductile یا خمیری شکل تعریف می‌گردد. گسل، چین خوردگی به عنوان مثالهایی از رفتارهای شکننده و خمیری هستند. قانون هوك توصيف رفتار الاستيك است جائيكه تنش با  كرنش رابطه‌ي مستقيم دارد. ويژگي حالت الاستیک این است که تغییر شکل آن آنی است یعنی به محض برداشتن نیرو جسم به حالت اولیه خود برمی‌گردد. از این نوع رفتار می‌توان به قسمت بالایی پوسته زمین جائیکه فشار و درجه حرارت کم می‌باشد و همچنین به موج‌های لرزه‌ای اشاره کرد.  در رئولوژی ترم solid به موادی اطلاق می‌شود که تنش وارده به آنها به مرحله تسلیم یا yield نرسیده باشد واين درحالي است كه پایداری مواد تحت يك فشار ثابت را سيال مي‌‌گويند. اگر ماده‌اي به حالت سيال رفتار كند معادلات اساسي متفاوتي دارند که مهمترین ويژگي مواد در این حالت ویسکوزیته است . خزش نوعی خاصیت غیرخطی مواد است که درآن مواد به تغییر شکل خود تحت بار ثابت ادامه می‌دهند. در ژئوديناميك، خزش برای تغییر شکل‌های ایجاد شده در (گوشته)مورد استفاده قرار مي‌گيرد. دوره خزش به نوعی خاصیت غیرخطی مواد است که در آن مواد به تغییر شکل خود تحت بار ثابت ادامه می‌دهند. يعني موادي كه درحال خزش هستند درحقيقت مي‌توانند در زمان‌های طولانی مانند یک سيال در نظر گرفته‌اند. هم مدل نيوتني و هم مدل غیرنيوتني مي‌توانند در رفتار خزشی استفاده ‌شوند. در سيال نيوتني يك رابطه‌ي خطّي بين نرخ استرین واسترس وجود دارد در حاليكه در سيّال غيرنيوتني نرخ استرین با توان nام استرس ارتباط دارد که در درجه حرارت بالا استفاده می‌شود. نکته قابل توجه اینکه بین تغییر شکل الاستیک و ویسکوزیک مرحله transient  وجود دارد. تركيب اين سه فاز مي‌توانند با مدل‌های ماکسول و برگر شبیه‌سازی گردد.   همانطوریک که گفته شد قسمت بالای لیتوسفر شامل صفحات مسطح شکننده و گسل‌ها می باشد. قوانین آمونتون و کولمب برای تغییر شکل های شکننده استفاده میشوند. با استفاده از قانون آمونتون (Turcott, 1982)  و لغزش این صفحات (یا دو طرف گسل نسبت به هم) می‌توان به تغییر شکل‌های شکننده یا Brittle  دست پیدا کرد. در این راستا ضریب اصطکاک به عنوان یک پارامتری که مقاومت در برابر لغزش را نشان می‌دهد به همراه استرس برشی و استرس نرمال تعریف می‌گردد.   عمومی‌ترین مکانیزیمی که برای تشریح تغییرشکل‌های شکننده در قسمت بالای لیتوسفر(پوسته) استفاده می‌گردد، شکست برشی یا shear failure می‌باشد که معمولا با قانون کولمب بیان می‌گردد.   نتیجه گیری   مطالعه رفتار و مرز تغییر شکل لیتوسفر به عنوان لایه مکانیکی قوی‌ای که شامل پوسته و منتل بالایی است، از جمله مباحث روز علوم ژئودینامیک به‌شمار می‌آید.  با استفاده از مدل‌سازی عددی سه‌بعدی به روش المان محدود و استفاده از یک ریولوژی ویسکوز وابسته به دما (خزشی) در دو حالت Wet و Dry رفتار مکانیکی لیتوسفر  با استفاده از دو ژئوترم Hot و Cold مورد بررسی قرار گرفت. ضخامت پوسته بالا و پایین و همچنین قسمت منتل بالایی براساس نگاشت‌های زلزله‌شناسی در مناطق مختلف  در نظر گرفته شده است. گسل‌ها به‌صورت المان‌های ویژه در مدل جاسازی شدند و از قانون کولمب پیروی می‌کنند. نتایج نشان می‌دهند که مرکز تغییر شکل (BDT) برای ژئوترم Cold و رئولوژی wet در عمق 5-10 کیلومتری و برای ژئوترم Cold و رئولوژی Dry در عمق 14 کیلومتری رخ می‌دهد. همچنین این مرز تغییر شکل (BDT) برای ژئوترم Hot به ترتیب در عمق 8 و 11 کیلومتری اتفاق می‌افتد. این نتایج با عمق زلزله‌هایی که در فلات ایران رخ می‌دهد، تطابق خوبی دارد و حاکی از آن است که استحکام لیتوسفر در قسمت پوسته متمرکز شده است.   محققین زیادی بر روی تعیین ضخامت پوسته - عمق موهو و لیتوسفر در مناطق مختلف کشور   کار کردند  که بر اساس نتابج آنها ضخامت پوسته بالای و پایینی و عمق موهو مشخص است. پوسته ایران از دو نوع قاره ای و اقیا نوسی است  که عمده آن قاره ای است و به صورت میکرو پلیت یا خرد قاره در کنار هم هستند. بررسي نقشه عمقي موهو در ايران نشانگر ضخيم بودن پوسته در ناحيه زاگرس با ضخامت تقريبي65 كيلومتر و نازك بودن پوسته در ناحيه سيرجان با عمق 20 كيلومتر مي‌باشد درساحل مكران 28 كيلومتر ، ناحيه البرز 30-35 كيلومتر ، شرق ايران 45 كيلومتر ، كوير لوت 35 كيلومتر ،دشت خوزستان 30-35 كيلومتر ، شمال تنگه هرمز 32 كيلومتر  .   بیشتر زمین لرزه های فلات ایران در قسمت پوسته رخ میدهد که دارای عمقی بین  ۸ تا ۲۵  کیلومتر با فراوانی ۱۵ کیلومتر  هستند و این همان قسمت شکننده پوسته است که دارای رفتار الاستیک با گرمای کم  است  لذا  رفتار این قسمت با  رفتار   منتل متفاوت است و دی کوپل میشوند. هر قسمت رفتار خاص خود را دارد که تابع فشار  درجه حرارت گرم و سرد  دانسیته  و رئولوژی خشک و تر است . بیشترین تعداد زمین لرزه نیز در خط درزه که محل برخورد دو صفحه عربی و اوراسیا است رخ میدهد.  البته در مناطقی از جهان مثل  تبت عکس این قضیه را داریم رفتار پوسته و منتل کوپل است و مثل هم عمل میکنند. رفتاری کاملا متفاوت با ساختار لیتوسفر ایران .  نتایج حاصل از شبکه ایستگاه های دائمی GNSS سازمان نقشه برداری کشور که شامل  سری های زمانی میدان سرعت و استرین است به عنوان مقادیر و شرایط مرزی اولیه در مدلسازی تکتونیکی و  رفتارگسل ها  و چرخه زلزله نقش اساسی دارد که نمو نه های آن در زلزله اهر ورزقان سراوان سرپل ذهاب مشا و بم به خوبی دیده شده و همچنین مقایسه آن با استربن لرزه ای کمک شایانی در این زمینه خواهد بود.  نتایج حاصله از مدلسازی نشان میدهد که  ژئوترم سرد و رئولوژی خشک تطا بق خوبی با  لیتوسفر  فلات ایران دارد.