Καθορισμός του μηχανισμού γένεσης

Transcript

1 Καθορισμός του μηχανισμού γένεσης Σκοπός Σκοπός της άσκησης αυτής είναι ο καθορισμός του μηχανισμού γένεσης ενός σεισμού με βάση τις πρώτες αποκλίσεις των επιμήκων κυμάτων όπως αυτές καταγράφονται στους σεισμολογικούς σταθμούς. Με τον τρόπο αυτό παρέχεται η δυνατότητα του προσδιορισμού των χαρακτηριστικών της διάρρηξης (είδος διάρρηξης, γεωμετρικά χαρακτηριστικά του επιπέδου του ρήγματος, καθορισμός των αξόνων μέγιστης συμπίεσης και μέγιστου εφελκυσμού), πληροφορίες οι οποίες είναι απαραίτητες για τη γνώση του πεδίου των τάσεων σε μία περιοχή και οι οποίες είναι πολλές φορές αδύνατον να αποκτηθούν με άλλο τρόπο. Δεδομένα παρατήρησης Για τον καθορισμό του μηχανισμού γένεσης είναι απαραίτητες οι ακόλουθες πληροφορίες: 1. Καταγραφή των πρώτων αποκλίσεων των επιμήκων κυμάτων σε αρκετούς σεισμολογικούς σταθμούς 2. Υπολογισμός των επικεντρικών αποστάσεων και των αζιμουθίων ως προς την εστία των σεισμολογικών σταθμών που παρέχουν την παραπάνω πληροφορία 3. Υπολογισμός των γωνιών αναχώρησης για τις ακτίνες των επιμήκων κυμάτων τα οποία διαδίδονται από την εστία προς το σταθμό. Αυτό απαιτεί τη γνώση του εστιακού βάθους και τις ταχύτητες διάδοσης των επιμήκων κυμάτων. Οι τελευταίες πληροφορίες βασίζονται σε γνωστά μοντέλα του φλοιού της Γης και δίνονται είτε γραφικά (Σχήμα 1) είτε υπό μορφή πίνακα. Δείτε τον πίνακα που ακολουθεί όπου οι γωνίες αναχώρησης δίνονται σε συνάρτηση με την επικεντρική απόσταση. 1

2 Σχ. 1. Μεταβολή της γωνίας αναχώρησης, i, της σεισμικής ακτίνας από την εστία του σεισμού σε συνάρτηση με την επικεντρική απόσταση, Δ, για εστιακό βάθος ίσο με 10 km και ταχύτητα επιμήκων κυμάτων στην εστία του σεισμού ίση με 6.8 km/sec. Πίνακας 1. Τιμές της γωνίας αναχώρησης σε συνάρτηση με την επικεντρική απόσταση. Γνωρίζοντας το αζιμούθιο του σταθμού και την αντίστοιχη γωνία αναχώρησης, το επόμενο βήμα είναι να τοποθετήσουμε τη θέση του συγκεκριμένου σταθμού πάνω σε δίκτυο στερεογραφικής προβολής. Χρησιμοποιούμε για το σκοπό αυτό δίκτυο προβολής ίσων εμβαδών (δίκτυο Lambert Schmidt). Θεωρούμε ένα σύνολο σταθμών, ο καθένας από τους οποίους έχει ένα αζιμούθιο και μία γωνία αναχώρησης η οποία αντιστοιχεί στην ακτίνα που αναδύεται σε αυτόν. Εφόσον οι γωνίες αναχώρησης μετρώνται από την 2

3 κατακόρυφη, η αντίστοιχη κλίση είναι απλά 90 ο i. Για να τοποθετήσουμε ένα σταθμό ο οποίος έχει αζιμούθιο 40 ο και η αντίστοιχη γωνία αναχώρησης είναι 60 ο, στρέφουμε το δίκτυο ώστε το σημείο της περιφέρειας που αντιστοιχεί στο αζιμούθιο να τοποθετηθεί στον ισημερινό και μετράμε από την περιφέρεια προς το κέντρο του κύκλου 90 ο 60 ο = 30 ο. Έχουμε έτσι ουσιαστικά τοποθετήσει ένα σημείο με κλίση 30 ο. Εναλλακτικά, μετράμε από το κέντρο προς την περιφέρεια 60 ο (Σχήμα 2). Μετά την εύρεση της θέσης του συγκεκριμένου σταθμού επαναφέρουμε το δίκτυο σε θέση Β Ν, και σημειώνουμε στη θέση αυτή το σύμβολο όταν η πρώτη απόκλιση είναι συμπίεση (C, compression) και το σύμβολο όταν η πρώτη απόκλιση είναι αραίωση (D, dilatation). Επαναλαμβάνουμε την ίδια διαδικασία έως ότου τοποθετηθούν όλοι οι σταθμοί με το κατάλληλο σύμβολο. 3

4 Σχ. 2. Απεικόνιση σε δίκτυο στερεογραφικής προβολής σεισμολογικού σταθμού με αζιμούθιο 40 ο ως προς το επίκεντρο του σεισμού και γωνία αναχώρησης 60 ο. Εκτέλεση της άσκησης Βήμα 1 Δίνεται πίνακας σεισμολογικών σταθμών οι οποίοι κατέγραψαν την πρώτη κίνηση του σεισμού της Θεσσαλονίκης της 20 ης Ιουνίου 1978 (Μ6.5), οι επικεντρικές αποστάσεις, Δ, τα αζιμούθιά τους, Α, ως προς το επίκεντρο και οι πρώτες αποκλίσεις (C ή D) των επιμήκων, Ρ, κυμάτων. Με βάση το σχήμα 1 ή τον πίνακα 1, βρείτε τις γωνίες αναχώρησης και συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα. Σταθμός Επικεντρική Αζιμούθιο Γωνία Πρώτη Απόσταση Αναχώρησης Απόκλιση ΑΤΗ o 60 o C TIR o 40 o D SAR o 57 o D VIE o 54 o C FIR o 53 o D 4

5 Βήμα 2 Τοποθετείστε ένα διαφανές χαρτί πάνω σε δίκτυο στερεογραφικής προβολής Lambert Schmidt. Σημειώστε πάνω στο χαρτί το κέντρο και την περίμετρο, καθώς και τις θέσεις των Β, Α, Ν και Δ. Βήμα 3 Σημειώστε το αζιμούθιο του πρώτου σταθμού στην περίμετρο του διαφανούς χαρτιού και στρέψτε το δίκτυο ώστε το σημείο αυτό να συμπέσει με το σημείο με αζιμούθιο 0, 90, 180 ή 270. Μετρείστε τη γωνία αναχώρησης από το κέντρο του δικτύου για το συγκεκριμένο αζιμούθιο. Το τελευταίο σημείο δίνει την τομή της συγκεκριμένης ακτίνας του επιμήκους κύματος με το κάτω ημισφαίριο στερεογραφικής προβολής. Σημειώστε στο σημείο αυτό τη θέση του συγκεκριμένου σταθμού με το κατάλληλο σύμβολο ( για συμπίεση (C) και για αραίωση (D). Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε και διαφορετικά χρώματα για καλύτερη διάκριση. Σημείωση: Η κατάλληλη απόσταση, d, της θέσης κάθε σταθμού από το κέντρο του δικτύου είναι: δικτύου. d = 2 Rsin i όπου R είναι η ακτίνα του συγκεκριμένου 2 Βήμα 4 Περιστρέφοντας το δίκτυο πάνω στα χαρτογραφημένα δεδομένα προσπαθείστε να βρείτε ένα μέγιστο κύκλο (μεσημβρινό) ο οποίος να διαχωρίζει με τον καλύτερο δυνατό τρόπο τα τεταρτημόρια των συμπιέσεων και αραιώσεων (Επίπεδο 1). Αυτός ο μέγιστος κύκλος αντιπροσωπεύει το ίχνος τομής του πιθανού επιπέδου του ρήγματος και του βοηθητικού επιπέδου με το κάτω ημισφαίριο της εστιακής σφαίρας. Σημείωση 1: Όλοι οι μεσημβρινοί είναι μέγιστοι κύκλοι (γραμμές που ενώνουν Β και Ν). Σημείωση 2: Διαφορετικές πρώτες αποκλίσεις κοντά η μία στην άλλη πιθανόν να οφείλονται στην μη ευκρινή πρώτη απόκλιση λόγω του μικρού πλάτους της πρώτης απόκλισης. Αυτό συμβαίνει κοντά στα δύο ορικά επίπεδα (ρήγματος και βοηθητικού) λόγω της μετάβασης από το ένα τεταρτημόριο στο άλλο. Από 5

6 την άλλη μεριά αυτή η παρατήρηση ενισχύει τον καθορισμό των επιπέδων αυτών και οδηγούμαστε έτσι στην καλύτερη λύση. Βήμα 5 Διατηρώντας το επίπεδο 1 σε θέση Β Ν, μετρείστε σε απόσταση 90 o πάνω στον ισημερινό και σημειώστε τη θέση του πόλου του επιπέδου αυτού (Πόλος 1). Όλοι οι μέγιστοι κύκλοι που διέρχονται από τον σημείο αυτό είναι κάθετοι στο πρώτο επίπεδο. Εφόσον το δεύτερο πιθανό επίπεδο (Επίπεδο 2) πρέπει να είναι κάθετο στο πρώτο, πρέπει να διέρχεται από τον πόλο 1. Βρείτε πάλι το κατάλληλο επίπεδο που διαχωρίζει αραιώσεις από συμπιέσεις. Βήμα 6 Βρείτε τον πόλο του δεύτερου επιπέδου και χαράξτε το επίπεδο δράσης (Επίπεδο 3, καλύτερα με διακεκομμένη γραμμή). Το τελευταίο αυτό επίπεδο είναι κάθετο στα δύο πρώτα, δηλαδή είναι ένας μέγιστος κύκλος ο οποίος διέρχεται από τους πόλους των δύο πρώτων επιπέδων. Βήμα 7 Σημειώστε τις θέσεις των αξόνων μέγιστης συμπίεσης (Ρ) και μέγιστου εφελκυσμού (Τ) πάνω στο επίπεδο δράσης και δείξτε τη διεύθυνσή τους προς (Ρ) και από (Τ) το κέντρο της εστιακής σφαίρας. Οι θέσεις τους στο επίπεδο δράσης βρίσκονται στο κέντρο των αντίστοιχων τεταρτημορίων συμπιέσεων και εφελκυσμού, δηλαδή 45 από τα σημεία τομής των δύο πρώτων επιπέδων με το επίπεδο δράσης. Σημείωση: Όλες οι γωνίες στο δίκτυο προβολής πρέπει να μετρούνται πάνω σε μέγιστους κύκλους! Βήμα 8 Σημειώστε το διάνυσμα ολίσθησης, ενώνοντας το σημείο τομής του επιπέδου του ρήγματος με το βοηθητικό επίπεδο, με το κέντρο του δικτύου. Εάν το κέντρο βρίσκεται σε τεταρτημόριο εφελκυσμού τότε το διάνυσμα ολίσθησης κατευθύνεται προς το κέντρο. Εάν το κέντρο του δικτύου βρίσκεται σε τεταρτημόριο συμπιέσεων τότε το διάνυσμα ολίσθησης έχει την αντίθετη κατεύθυνση. Το διάνυσμα ολίσθησης δείχνει τη φορά ολίσθησης στο πάνω τέμαχος του ρήγματος. 6

7 Βήμα 9 Βρείτε το αζιμούθιο (γωνία παράταξης) των δύο πρώτων επιπέδων. Οι γωνίες αυτές μετρώνται δεξιόστροφα από το Βορρά μέχρι το σημείο όπου το συγκεκριμένο επίπεδο τέμνει την περιφέρεια κλίνοντας προς τα δεξιά. Βήμα 10 Μετρείστε τις γωνίες κλίσης των δύο πρώτων επιπέδων τοποθετώντας τα σε θέση μέγιστου κύκλου. Η γωνία αυτή είναι η διαφορά από την περιφέρεια μέχρι το ίχνος του επιπέδου (μέτρηση γωνίας πάνω στον ισημερινό). Βήμα 11 Καθορίστε τη διεύθυνση της ολίσθησης (δηλαδή την κίνηση) πάνω στα δύο πρώτα επίπεδα, τα οποία είναι πιθανά επίπεδα ρήγματος. Επιτυγχάνεται χαράζοντας ένα διάνυσμα από το κέντρο του δικτύου προς τους πόλους 1 και 2 (ή αντίθετα από τους πόλους προς το κέντρο, όπως αναφέρθηκε παραπάνω). Το διάνυσμα από το κέντρο προς τον πόλο 1 (2) δείχνει τη διεύθυνση ολίσθησης πάνω στο επίπεδο 2 (1). Η γωνία ολίσθησης είναι θετική όταν το κέντρο του δικτύου βρίσκεται μέσα σε συμπιέσεις (δηλαδή ανάστροφη διάρρηξη) και αρνητική όταν το κέντρο του δικτύου βρίσκεται μέσα σε αραιώσεις (δηλαδή κανονική διάρρηξη). Στην πρώτη περίπτωση (0 ο έως 180 ) η γωνία ολίσθησης μετριέται πάνω στο επίπεδο τοποθετημένο σε θέση μεσημβρινού από το Νότο προς το Βορά. Στην πρώτη περίπτωση ( 180 έως 0 ο ) η γωνία ολίσθησης μετριέται πάνω στο επίπεδο από το Βορρά προς το Νότο. Σημείωση: Για τη διάκριση του είδους της διάρρηξης σύμφωνα με τη γωνία ολίσθησης δείτε τον πίνακα που ακολουθεί. Είδος λ διάρρηξης Δεξιόστροφη Δεξιόστροφη με κανονική συνιστώσα κλίσης Κλίσης Κανονική Κλίσης Κανονική με αριστερόστροφη συνιστώσα Αριστερόστροφη Κλίσης Ανάστροφη με αριστερόστροφη συνιστώσα Κλίσης Ανάστροφη Δεξιόστροφη με ανάστροφη συνιστώσα κλίσης Δεξιόστροφη Βήμα 12 Το αζιμούθιο του άξονα μέγιστης συμπίεσης και μέγιστου εφελκυσμού, αντίστοιχα, είναι ίσο με το αζιμούθιο της ακτίνας που διέρχεται από τα σημεία όπου προβάλλονται οι άξονες αυτοί. Η κλίση τους είναι η αντίστοιχη γωνία κλίσης αυτών των διανυσμάτων (μετριέται πάνω στον ισημερινό από την περιφέρεια προς το κέντρο). 7

8 Βήμα 13 Υπολογίστε τις παραμέτρους του επιπέδου του ρήγματος και του βοηθητικού επιπέδου, καθώς και των αξόνων τάσης και τοποθετείστε τα αποτελέσματα στον παρακάτω πίνακα. Διεύθυνση Κλίση Γωνία Ολίσθησης Επίπεδο 1 Επίπεδο 2 Αζιμούθιο Κλίση Άξονας συμπίεσης Άξονας εφελκυσμού Σημείωση: Οι γωνίες παίρνουν τιμές στα παρακάτω διαστήματα: 0 < αζιμούθιο < < κλίση < < γωνία ολίσθησης < 180 Βήμα 14 Η ερώτηση για το ποιό από τα δύο επίπεδα είναι το επίπεδο του ρήγματος και ποιο το βοηθητικό επίπεδο, δεν μπορεί να απαντηθεί από τη λύση του μηχανισμού γένεσης μόνο. Απαιτούνται επί πλέον πληροφορίες, όπως η χωρική κατανομή των μετασεισμών, το σεισμοτεκτονικό καθεστώς της περιοχής όπου έγινε ο σεισμός ή οποιαδήποτε άλλη πληροφορία όπως η επιφανειακή εμφάνιση του ρήγματος. Δεδομένου ότι γνωρίζουμε ότι το ρήγμα το οποίο προκάλεσε το σεισμό είναι αυτό που κλίνει προς το Βορρά, μπορούμε να απαντήσουμε στις παρακάτω ερωτήσεις: a. Αποφασίστε ποιο είναι το επίπεδο του ρήγματος (Επίπεδο 1 ή Επίπεδο 2)? b. Ποιος είναι ο τύπος της διάρρηξης? c. Ποια είναι η διεύθυνση ολίσθησης? d. Είναι η λύση συμβατή με τη διεύθυνση των ενεργών ρηγμάτων στην περιοχή και τον προσανατολισμό του επικρατούντος πεδίου των τάσεων? 8