شکل ۳ - ۱ نقشه توپوگرافی و مدل سایه رقومی ایران, ۲۷
شکل ۳ – ۲ نقاط نمونه برداری و اندازه گیری گرانش در ایران, ۲۸
شکل ۳ – ۳ آنومالی هوای آزاد بر مبنای مدل در ایران, ۲۹
شکل ۳ – ۴ آنومالی بوگر که بر مبنای آنومالی هوای آزاد محاسبه شده. ۳۰
شکل ۳ – ۵ عمق ناپیوستگی موهو در ایران ۳۱
شکل ۳ – ۶ ضخامت پوسته میانی در ایران ۳۲
شکل ۳ – ۷ ضخامت پوسته بالای در ایران ۳۳
شکل ۳ – ۸ ضخامت پوشش رسوبی در ایران ۳۴
شکل ۳ – ۹ چگالی گوشته بالایی در ایران ۳۵
شکل۳ – ۱۰ چگالی پوسته پایینی در ایران ۳۶
شکل۳ – ۱۱ چگالی پوسته میانی در ایران ۳۷
شکل۳ – ۱۲ چگالی پوسته بالایی در ایران ۳۸
شکل۳ – ۱۳ چگالی پوشش رسوبی بر روی پوسته بالایی بر گرفته شده ۳۹
شکل۳ – ۱۴ هندسه تبدیل فوریه موجک بادبزنی ۴۴
شکل۳ – ۱۵ الگوریتم روش محاسبه توابع همدوسی و ادمیتنس ۴۶
شکل ۴ - ۱ نقشه ضخامت الاستیک موثر ایران بر اساس روش همدوسی ۵۵
شکل ۴ – ۲ نقشه ضخامت الاستیک موثر بر مبنای روش ادمیتنس ۵۹
شکل ۴ – ۳ نقشه نسبت بار زیر سطحی به سطحی در ایران. ۶۱
شکل ۴ – ۴ پروفایل تغییرات سطح موهو در محاسبه میزان ضخامت الاستیک موثر در زاگرس ۶۲
شکل ۴ – ۵ محل محاسبه هر کدام از نواحی ضخامت الاستیک موثر ۶۴
شکل ۴ – ۶ مقایسه ضخامت الاستیک موثر بدست آمده از روش پریودوگرام و موجک ۶۵
شکل ۴ – ۷ نتایج استحکام تجمعی سنگ کره در دو پروفیال در ایران ۶۶
شکل ۴ – ۸ محورهای ناهمسانگردی مکانیکی در ایران. ۶۸
شکل ۴ – ۹ محورهای ناهمسانگردی مکانیکی به دست آمده از روش MTM. 72
شکل ۴ – ۱۰ جهت استرس کانونی زلزله ها و مقایسه آن با محورهای ناهمسانگردی مکانیکی ۷۴
شکل ۴ – ۱۱ نمودار میزان اختلاف بین بردارهای استرس و جهت محور ناهمسانگردی مکانیکی ۷۵
شکل ۴ – ۱۲ بردارهای ناهمسانگردی مکانیکی و لرزه ای ۷۶
فصل اول مقدمه
انگیزه و هدف از مطالعه
ایران یکی از کشورهایی است که به شدت تحت تاثیر خطرهای زمین شناختی است. در طول تاریخ مردم به شدت در مقابل این خطرات آسیب پذیر بوده اند. از طرف دیگر به خاطر موقعیت زمین شناختی از منابع غنی و سرشار معدنی و نفتی نیز برخوردار می باشد. این دو عامل باعث می شود که مطالعات زمین شناختی در درجه بالایی از اهمیت قرار بگیرند. هر چند که در دهه اخیر میزان این مطالعات افزایش چشمگیری یافته است، اما هنوز راه زیادی برای رسیدن به نگاهی جامع به وضعیت زمین شناختی ایران باقی مانده است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
یکی از عناصر مهم در وضعیت زمین ساختی ایران، سنگ کره[۱] آن است که بر اساس دانش ما تحقیقات بسیار محدودی در این مورد صورت گرفته است. بیشتر این مطالعات بر مبنای تحقیقاتی است که بر روی امواج حاصل از زلزله ها و سرعت حرکت آنها بوده است و هیچ گونه مطالعه جامع و هدفمندی بر روی سنگ کره ایران صورت نگرفته است، در حالی که ویژگی های فیزیکی سنگ کره است، که میزان و نحوه تغییر شکل [۲]و نوع واکنش آن را نسبت به نیروهای حاشیه صفحه [۳]مشخص می کند. بر این اساس مطالعه بر روی سنگ کره یکی از مطالعات بنیادین در علوم زمین می باشد. ایران خسارت های جانی و مالی بسیاری را در طول تاریخ از وضعیت زمین ساختی خود متحمل شده است لذا مطالعه بر روی سنگ کره آن امری الزامی می باشد.
هدف از این مطالعه بررسی و محاسبه مهمترین ویژگی فیزیکی سنگ کره یعنی ضخامت الاستیک می باشد. میزان تغییرات این ویژگی، عکس العمل سنگ کره را نسبت به نیروهای وارده بر آن مشخص می کند. در این مطالعه با بهره گرفتن از داده های ثقلی[۴] و ارتفاعی[۵]، میزان تابع وابسته به طول موج همدوسی[۶] را محاسبه نموده و با بهره گرفتن از مدل پوسته نازک [۷]و کمینه کردن میزان محاسبه شده با مقدار بدست آمده از مدل تئوری، مقدار ضخامت الاستیک موثر [۸]یا Te را محاسبه نموده و الگو و مقدار آن را با پارامتر های ژئوفیزیکی و زمین ساختی ایران به منظور رسیدن به درکی بهتر از وضعیت تغییر شکل سنگ کره و تاثیر آن بر وضعیت زمین شناختی ایران مقایسه می گردد.
۲.۱ آشنایی با مفاهیم اساسی و تاریخچه آنها
در طول زمان مفاهیم مرتبط با ایزوستازی و خمش سنگ کره گسترش پیدا کرده و مدل هایی برای چگونگی عملکرد آن ارائه شد که به صورت خلاصه در این قسمت شرح داده خواهد شد.
ایزوستازی
ایزوستازی[۹] یکی از مفاهیم بنیادی در علوم زمین است. این مفهوم بر پایه قرار گرفتن پوسته کم چگال، بر روی گوشته با چگالی بالاتر بنا نهاده شده است. ایزوستازی بیان کننده یک حالت ایده ال است، حالتی که قرار گرفتن گوشته و پوسته در وضعیت تعادل، در نبود نیروهای برهم زننده تعادل، را توصیف می کند. اما فرآیندهای سطحی زمین مثل شکل گیری توده های یخ، رسوب گذاری در حوضه ها یا شکل گیری کوه های آتشفشانی که حجم عظیمی از جرم را به صورت یک وزنه بزرگ بر روی پوسته ایجاد می کند می تواند این وضعیت تعادل را برهم زند.
ایزوستازی واژه ای یونانی و به معنای ” هم ایستایی[۱۰]” است. این واژه برای اولین بار در ۱۸۸۲ میلادی معرفی شد اما مفهوم آن مدتها قبل یعنی در عصر رونسانس مورد بحث قرار گرفت. برای اولین بار لئوناردو داوینچی [۱۱]به مفهوم ایزوستازی اشاره کرد. وی بیان نمود” که هر چه یک توده جرمی از مرکز خود فاصله بیشتری داشته باشد ، سبکی بیشتری پیدا می کند. با فرسایش کوهها و انتقال رسوبات به دریاها ، مناطق فرسایش یافته سبکتر می شوند.” بعد از حدود ۲۰۰ سال از بیان این تفکر، اولین تلاش ها برای مشخص کردن شکل زمین توسط انگلستان و فرانسه شروع شد. انجمن سلطنتی انگلستان به رهبری نیوتن[۱۲] معتقد بودند که کره زمین در قطب ها دچار مسطح شدگی گردیده و در مقابل فرانسوی ها به رهبری کاسینی [۱۳]به مسطح شدن در استوا اعتقاد داشتند. بر این اساس گروهی برای اندازه گیری میزان درجه انحراف نصف النهار در نقاط مختلف زمین اعزام شدن و با اندازه گیری هایی که در اکوادور در نزدیکی استوا و در فنلاند در نزدیکی قطب شمال صورت گرفت مشخص شد که زمین در قطب های خود دچار مسطح شدگی است. اما بعد ها بوگر[۱۴]، ریاضی دان و ستاره شناس فرانسوی که عضو این تیم تحقیقاتی بود با توجه به این مسئله که اندازه گیری صورت گرفته در کوه های آند بوده و در کنار توپوگرافی بلندتری نسبت به فنلاند قرار داشته این موضوع رو مورد ارزیابی قرار داد. وی بیان نمود که جرمی که در اکوادور وجود داشته موجب خطا در اندازه گیری شده اما خطای بدست آمده بسیار کمتر از میزان خطایی بود که آن جرم می باید در اندازه گیری ایجاد می نمود. این صورت مسئله ای بود که منجر به شکل گیری مفهوم علمی ایزوستازی شد. اولین بار واژه جبران[۱۵] توسط ستاره شناس و ریاضی دان ایتالیایی بوسکوویچ[۱۶] بیان شد. وی بیان نمود که “انبساط گرمایی [۱۷]در مواد اعماق زمین منجر به ایجاد بالا آمدگی [۱۸]در لایه های سطحی زمین می شود و این بالا آمدگی دلیلی بر وجود جرم اضافی در اعماق نیست و این مسئله در کوه ها منجر به جبران جرمی برای جرم اضافه در سطح می شود.” در طی یک قرن بعد دانشمندان بر اساس مشاهدات و اندازه گیری های که در طبیعت و آثار انسان زاد انجام دادند سعی در درک و گسترش مفهوم ایزوستازی نمودند، از این میان می توان به آثار بالا و پایین رفتن ستون های معبد سراپیس[۱۹] در ایتالیا و یا خمش محور شاقولی در کنار کوه های هیمالیا در هندوستان اشاره نمود. این مشاهدات در نهایت به دو فرضیه بنیادی آیری[۲۰] و پرات[۲۱] منجر شد.
الف) ایزوستازی بر مبنای آیری
آیری اعتقاد داشت که پوسته با چگالی پایین بر روی لایه مایعی با چگالی بیشتر از پوسته شناور است. وی وضعیت پوسته ای که بر روی گدازه شناور است را با تکه های الوار بر روی آب مقایسه نمود. با این فرضیه وی این گونه متصور شد که نواحی مرتفع ریشه ای با چگالی کمتر دارند. در نگاه وی آنومالی گرانشی محلی، متاثر از جاذبه مثبت مناطق مرتفع و جاذبه منفی پوسته کم چگال است. مطابق تصویر ۱- ۱، به صورت خلاصه وی چگالی پوسته را به صورت قائم در مناطق مختلف متفاوت می دانست.
شکل ۱- ۱ مدل ایزوستازی بر مبنای Airy-Heiskanen بر این مبنا ضخامت ستون سنگی بر روی سطح compensation ثابت است اما چگالی تغییر می کند (Watts, 2001).
ب) ایزوستازی بر مبنای پرات
پرات، نظریه آیری را که بر ۳ مبنای، فرض کردن پوسته نازک، کم چگال بودن پوسته و این که بر مبنای مدل های زمین شناختی قرن ۱۹ نبود، مورد انتقاد قرار داد و مدل خود را در سال ۱۸۵۹ ارائه نمود. وی پوسته را با ضخامت ۱۵۰ کیلومتر در نظر گرفته و پوسته را ضخیم می دانست. وی اینگونه متصور بود که در مناطق کم ارتفاع مانند دشت ها، چگالی مواد در عمق زیاد و در مناطق مرتفع و کوهستانی چگالی مواد تشکیل دهنده پوسته در اعماق کم می شود، در نتیجه مطابق تصویر ۱- ۲ تغییر چگالی به صورت جانبی و نه قائم اعتقاد داشت .
شکل ۱ - ۲ مدل ایزوستازی بر مبنای Pratt- Hayford بر این مبنا ضخامت ستون سنگی بر روی سطح compensation متغیر است اما چگالی ثابت است (Watts, 2001).
تا پایان قرن نوزده، ایزوستازی تنها یک ایده بود و شواهد موثری در رابطه با آن وجود نداشت تا اینکه در اواخر قرن ، هیفورد[۲۲] رئیس سازمان مساحی و نقشه برداری ایالات متحده به خطایی در نقشه برداری مناطق ساحلی برخورد کرد که حتی با تصحیح اثر توپوگرافی این خطا هنوز غیر قابل قبول می نمود. بنابر این برای اولین بار تصحیح ایزوستازی به صورت محلی به کار گرفته شد. هیفورد به دلایل نامشخص نظریه پرات را به صورت عملی درآورد و مدل پرات-هیفورد را ارائه نمود.
هیفورد این مدل را بر مبنای فرضیات زیر بنا نهاد:
جبران ایزوستای در تمام مناطق یکسان عمل می کند.
لایه جبران کننده دقیقاً در زیر کوه ها قرار دارد و ضخامت آن تا عمق جبران Dc ادامه دارد.
چگالی پوسته در زیر سطح دریا با چگالی پوسته در سواحل برابر است.