روش‌های محاسبه مدت دوام زلزله

مدت دوام زلزله به مدت زمانی اطلاق می‌شود که انرژی کرنشی ذخیره‌شده در امتداد گسل آزاد می‌شود. یکی از چالش‌های اساسی در مطالعات زلزله‌شناسی، تعریف دقیق و مؤثر مدت زمان حرکت نیرومند زمین است. تاکنون محققان به یک تعریف واحد و مورد توافق در این زمینه دست نیافته‌اند.

این موضوع باعث شده است که بسته به نوع تحلیل، اهداف تحقیقاتی، و اطلاعات در دسترس، از تعاریف مختلفی برای مدت زمان زلزله استفاده شود. یکی از سوالات اصلی در این حوزه این است که کدام بخش از رکورد زلزله باید به عنوان مدت زمان نهایی حرکت نیرومند زمین در نظر گرفته شود.

در این مقاله آموزشی، به بررسی سه تعریف رایج از مدت زمان زلزله پرداخته می‌شود:

• مدت زمان بازه‌ای (Bracket Duration)
• مدت زمان یکنواخت (Uniform Duration)
• مدت زمان معنی‌دار (Significant Duration)

هر یک از این تعاریف دارای ویژگی‌ها، مزایا و محدودیت‌های خاص خود هستند که در ادامه به تفصیل به آنها خواهیم پرداخت.

مدت زمان بازه‌ای-روش Bracket

مدت زمان بازه‌ای (Bracket Duration) یکی از روش‌های رایج برای تعریف مدت دوام زلزله است. در این روش، مدت زمان به عنوان فاصله زمانی بین اولین و آخرین عبور شتاب از یک آستانه مشخص تعریف می‌شود. با این حال، این تعریف دارای محدودیت‌هایی است؛ زیرا تنها به دو نقطه (اولین و آخرین ماکزیمم) توجه دارد و به جزئیات تغییرات شتاب در طول زلزله توجه نمی‌کند.

یکی از ایرادات این روش این است که اگر آستانه شتاب انتخاب‌شده کوچک باشد، ممکن است برای زلزله‌هایی که پس از شکست اصلی با ریزلرزه‌های متوالی همراه هستند، مدت زمان طولانی‌تری محاسبه شود. این امر می‌تواند نتایج این روش را ناپایدار کند. با این وجود، روش Bracket برای تحلیل‌های اولیه و درک کلی از مدت زمان حرکت نیرومند زمین مفید است. نمونه‌ای از کاربرد این روش در شکل زیر ارائه شده است.

برای محاسبه مدت دوام زلزله با استفاده از روش Bracket در نرم افزار MATLAB کلیک کنید.

مدت زمان یکنواخت – روش Uniform

دومین گروه از تعاریف مدت زمان حرکت نیرومند زمین، به نام مدت زمان یکنواخت (UD) می‌باشد که مانند مدت زمان بازهای به صورت تابعی از یک سطح مشخص از آستانه شتاب تعریف می‌شود با این تفاوت که بجای اولین و آخرین تجاوز از یک سطح آستانه مشخص، زمان به صورت جمع فواصل زمانی در قسمت‌هایی که شتاب بزرگتر از یک سطح آستانه مشخص است تعریف می‌شود. حساسیت این تعریف نسبت به آستانه شتاب در مقایسه با مدت زمان بازهای کمتر است ولی ایراد آن این است که به صورت یک پنجره زمانی ناپیوسته در طول حرکت قوی زلزله تعریف می‌شود.

مدت زمان معنی دار – روش Significant

اساس دسته سوم از تعریف‌ها، توزیع تجمعی انرژی زلزله است که با استفاده از شتابنگاشت تعیین می‌گردد. این تعریف مدت زمان معنی‌دار می‌باشد. مدت زمان معنی‌دار بر اساس انتگرال مربع شتاب زمین محاسبه می‌شود. در اکثر این تعریف‌ها از شدت آریاس استفاده می‌شود.

مدت زمان دوام معنی‌دار به‌صورت فاصله زمانی که درصد معینی از شدت آریاس را شامل می‌شود، تعریف می‌گردد. این درصد توسط محققین مختلف به صورت‌های متفاوتی فرض می‌شود که متداول‌ترین آنها بر اساس فاصله‌ی زمانی 5-95 درصد و 5-75 درصد شتاب آریاس ارائه می‌شود.

نتیجه گیری

در این مقاله آموزشی، سه روش اصلی برای محاسبه مدت دوام زلزله مورد بررسی قرار گرفت. هر یک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند و بسته به نوع تحلیل و اطلاعات در دسترس از آنها استفاده می‌شود:

1.  Bracket: با وجود سادگی، به دلیل وابستگی به مقادیر اولیه و انتهایی تجاوز از آستانه شتاب، ممکن است نتایجی ناپایدار ارائه دهد و برای زلزله‌هایی با پس‌لرزه‌های طولانی مدت چندان مناسب نباشد.
2.  Uniform: این روش نسبت به تغییرات آستانه شتاب حساسیت کمتری دارد و بخش‌هایی از زلزله که شتاب از آستانه معین عبور کرده را در نظر می‌گیرد. با این حال، به دلیل تعریف ناپیوسته‌ی بازه‌های زمانی، ممکن است برای برخی تحلیل‌ها محدودیت‌هایی داشته باشد.
3.  Significant: با تکیه بر توزیع تجمعی انرژی و شدت آریاس، رویکرد دقیق‌تری به تحلیل مدت زمان دارد. این روش به‌ویژه برای تحلیل‌هایی که بر اساس انرژی زلزله هستند، مفید است. این روش به دلیل استفاده از درصدهای مشخصی از شدت آریاس، مقایسه‌ای مناسب میان زلزله‌های مختلف ارائه می‌دهد.

در نهایت، انتخاب مناسب‌ترین روش به اهداف تحقیق، نوع داده‌ها و حساسیت تحلیل بستگی دارد.