تخمین سریع بزرگی و فاصله رومرکزی زلزله برای منطقه البرز با استفاده از روش B-Δ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی زلزله، موسسه آموزش عالی آل طه،تهران، ایران

2 استادیار پژوهشکده زلزله شناسی، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

3 دانشیار، پژوهشکده زلزله شناسی، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

چکیده

در روش B-Δ با تخمین بزرگا و فاصله رومرکزی زلزله در هر ایستگاه قبل از رسیدن امواج مخرب زلزله به ایستگاه، می­ توان درصورتی‌که مقادیر تخمین زده شده از یک حد آستانه مشخص بزرگ‌تر باشد اعلام هشدار نمود. با بررسی اطلاعات ایستگاه بر اساس ثانیه ­های ابتدایی موج P (3 ثانیه) و با برازش تابع ساده‌ای به بخش ابتدایی پوش‌نگاشت لرزه ­ای، ضرایب مناسب توسط روش برازش کمترین مربعات به دست می­ آیند. از این­رو برای تخمین بزرگا و فاصله رومرکزی بر اساس ثانیه­ های ابتدایی موج P و برآوردی از بزرگای زمین ­لرزه در حال وقوع پیش از رسیدن جنبش ­های مخرب (موج S)، به روابطی تجربی نیاز است که با تهیه نگاشت زمین ­لرزه­ های قبلی در هر منطقه و پردازش آنها به دست می ­آیند. با توجه به تعداد کم زلزله ­های ثبت شده در تهران، وقوع زلزله 25 مهرماه 1388 شهرری فرصتی برای بررسی خصوصیات ژئوفیزیکی منطقه ایجاد شده است. این زلزله به لحاظ تعداد ایستگاه ­های ثبت‌کننده و فاصله رومرکزی کم از شهر تهران از اهمیت فراوانی برخوردار است و نیز به‌عنوان گواهی بر فعالیت لرزه­خیزی گسل­های جنوبی شهر تهران محسوب می­شود. همچنین زمین ­لرزه نیرومند 8 خرداد 1383 کجور- فیروزآباد که در حد فاصل بلده و مرزن‌آباد به وقوع پیوست (بخش شمالی تهران)، دارای 147 شتاب‌نگاشت برای مطالعه می ­باشد. با استفاده از 76 نگاشت مؤلفه ­ی قائم شتاب‌نگاشت‌های زلزله­ های مذکور، برای تخمین فاصله رومرکزی رابطه ­ی logΔ=-0.211logB+1.74±0.43 برای منطقه­ ی مورد مطالعه به ­دست آمده است. برای تخمین بزرگا ازPmax ، بیشترین دامنه موج P در بخش ابتدایی، استفاده می ­شود. در این مطالعه رابطه تخمین بزرگا به ­صورت  Mest = 1.83log Pmax–1.4logB+5.5±0.49 حاصل شده است. روابط به‌دست‌آمده می­ توانند به­ عنوان روابطی قابل اطمینان و مناسب در سامانه هشدار سریع منطقه البرز به کار گرفته شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Magnitude and Epicentral Distance Estimation from a Single Seismic Record in the Alborz Region

نویسندگان [English]

  • Mahsa Kazemi 1
  • Majid Mahood 2
  • Hamid Zafarani 3
1 M.Sc. Graduated, Ale-Taha Institute of Higher Education, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Seismology Research Center, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran, Iran
3 Associate Professor, Seismology Research Center, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran, Iran
چکیده [English]

Rapid estimation of the epicentral distance and magnitude is of fundamental importance for real time earthquake detection and earthquake early warning systems (EEWS). Earthquake magnitude and P-wave amplitude are important parameters for EEWS, yet their dependence on source mechanism, focal depth and epicentral distance (Δ) has not been fully studied. We examined a method to estimate an earthquake’s magnitude and epicentral distance using the initial part of P-wave data (within 3 s) for application in EEWS. The B-Δ method is used to estimate the epicentral distance from a single station data in a short time. In order to quantitatively evaluate the difference in observed seismic waveforms, we used a simple function with the form of y(t) = B.t.exp(-At) and determined A and B in terms of the least-squares method by fitting this function to the initial part of the waveform envelope. logB is inversely proportional to logΔ, where Δ is the epicentral distance. This relation holds true regardless of earthquake magnitude. By using this relation, we can roughly estimate the epicentral distance nearly immediately after the P-wave arrival. Then, we can readily estimate the magnitude from the maximum amplitude observed within a given short time interval after the P-wave arrival by using an empirical magnitude–amplitude relation that includes the epicentral distance as a parameter. B values are calculated on the basis of 76 vertical-component accelerograms of the Alborz region in a magnitude range Mw 4.5-6.2 and epicentral distances less than 100 km. By using this method, we could estimate the epicentral distance and earthquake magnitude by specific relations for this region. We showed the amplitude of the large earthquake increases gradually with time, whereas that of the small earthquake decreases soon after P-wave arrival, which is consistent with the observation by other researchers.
This method, as a whole, works well for estimating an earthquake magnitude from a B value and the maximum amplitude observed within a quite short time (e.g., 3 sec) from the P-wave arrival. However, some improvements may be required for near earthquakes and for ill-natured earthquakes for which the fault rupture process is rather complicated, such as the Mosha fault with different segments. One measure that we can take to cope with this difficulty is to estimate the magnitude repeatedly with time as the amplitude increases. The term logB may be replaced with other functions such as log(log B). In order to determine the best functional formula for this term, we need further investigations with more earthquake data covering a larger range of magnitudes, depths, and distances. The other parameter A, may be useful for distinguishing shallow and deep earthquakes and large and small earthquakes. This can be an option for future studies.
This method can apply as a new stand-alone seismographic system that detects an earthquake and issues a warning immediately after the arrival of P-wave. The greatest advantage of this method is its accuracy and rapidness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Earthquake Early Warning Systems
  • B-Δ method
  • Alborz
  • Iran
  1. Noda, S., Yamamoto, S., and Sato, S. (2012) New method for estimation earthquake parameters for earthquake early warning system. Q. Rep. Railway Tech. Res. Inst., 53(2), 102-106.
  2. Heidari, R. (2016) Quick estimation of the magnitude and epicentral distance using P wave for earthquakes in Iran. Bull. Seismol. Soc. Am., 106, 29-39.
  3. Odaka, T., Ashiya, K., Tsukada, S., Sato, S., Ohtake, K. and Nozaka, D. (2003) A new method of quickly estimating epicentral distance and magnitude from a single seismic record. Bull. Seismol. Soc. Am., 93, 526-532.
  4. Mahood, M., Mokhtari, M., and Zafarani, H. (2016) Prediction of magnitude and epicentral distance from a single seismic record: a case study of the Ahar-Varzaghan Earthquake. International Journal of Geohazards and Environment, 2(4), 208-213.