یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی

یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی

مدل‌سازی عددی تمرکز تنش و تغییرشکل در گسل فعال بناروان با استفاده از روش المان محدود و اعتبارسنجی لرزه‌خیزی

نویسندگان
1 گروه آموزشی جغرافیا - دانشگاه فرهنگیان - تهران - ایران
2 دانشیار، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز
چکیده
این پژوهش با هدف شبیه‌سازی و تحلیل الگوی تغییرشکل و تمرکز تنش در گسل بناروان، به عنوان یک گسل فعال به طول بیش از ۲۰ کیلومتر با روند شمال‌غربی-جنوب‌شرقی در رشته‌کوه بزقوش (شمال غرب ایران)،انجام شد.برای دستیابی به این هدف، از یک رویکرد ترکیبی شامل مطالعات میدانی، تحلیل رژیم تنش، مدل‌سازی آنالوگ فیزیکی و مدل‌سازی عددی به روش المان محدود استفاده گردید. داده‌های لرزه‌خیزی مورد استفاده در این پژوهش، شامل زمین‌لرزه‌های تاریخی و دستگاهی تا سال ۲۰۱۷ میلادی است که از کاتالوگ‌های معتبر بین‌المللی (مانند ISC و NEIC) و داده‌های مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران گردآوری شده است. همچنین داده‌های GPS مربوط به ۵ ایستگاه دائمی و نیمه‌دائمی متعلق به شبکه‌های محلی و ملی (تا سال ۲۰۱۳) برای اعتبارسنجی مدل جابه‌جایی به کار رفته است. نتایج تحلیل‌های ژئودینامیکی، حاکمیت یک رژیم تنش فشاری با مؤلفه امتدادلغز بارز را در منطقه تأیید کرد. مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار ANSYS با ابعاد مدل دوبعدی شامل محیطی به مساحت ۸۲/۷۱۶ کیلومتر مربع و محیط ۷۷/۱۰۲ کیلومتر، با استفاده از المان PLANE182 و اندازه مش ۲۰۰ متر نشان داد که تمرکز تنش و کرنش در امتداد گسل یکنواخت نیست و بیشترین تمرکز در نواحی انتهایی و خمشی گسل رخ می‌دهد. این نواحی به عنوان کانون‌های بحرانی برای رخداد زمین‌لرزه‌های آینده با بزرگای قابل توجه شناسایی شدند. در مقابل، بیشترین جابه‌جایی در مرکز صفحه گسل اتفاق می‌افتد. همچنین، نتایج نشان داد که افزایش ضخامت زون گسل (در بازه ۳۰ تا ۲۵۰ متر) و تغییر پارامترهای مکانیکی سنگ‌های میزبان (مدول یانگ ۳۰-۴۰ GPa و ضریب پواسون ۰.۲-۰.۳)،تأثیر قابل‌توجهی بر الگوی توزیع تنش و تغییرشکل دارد.اعتبار مدل با تطابق قابل قبول خروجی‌های آن با داده‌های مستقل،از جمله نقشه‌های لرزه‌خیزی و داده‌های ژئودزی، تأیید شد. این مطالعه نشان می‌دهد که روستاهای واقع در مجاورت نواحی انتهایی گسل (به ویژه در شرق منطقه) در معرض بالاترین سطح خطر لرزه‌ای قرار دارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Modeling of Stress Concentration and Deformation Along the Active Banaravan Fault Using the Finite Element Method with Seismicity-Based Validation

نویسندگان English

Fariba Hemmati 1
Behzad Zamani Ghareh-Chamani 2
1 Department of Geography Education, Farhangian University, Tehran,Iran
2 Associate Professor, Department of Geology, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz
چکیده English

This research aimed to simulate and analyze deformation patterns and stress concentration along the Banaravan Fault, an active NW-SE trending fault over 20 km long in the Bozqush Mountains of northwest Iran. A combined approach including field studies, stress regime analysis, physical analog modeling, and finite element numerical modeling was employed. Seismicity data (historical and instrumental up to 2017) from ISC, NEIC, and the University of Tehran’s Geophysics Institute, along with GPS data from five stations (up to 2013), were used for model validation.

Geodynamic analyses confirmed a compressional stress regime with a significant strike-slip component. Numerical modeling using ANSYS software (2D domain, PLANE182 elements, 200 m mesh) revealed that stress and strain concentration along the fault is non-uniform, with maximum values occurring at fault tips and bends—identified as critical foci for potential future significant earthquakes. In contrast, maximum displacement occurs at the central portion of the fault plane. Increasing fault zone thickness (30–250 m) and variations in host rock properties (Young’s modulus 30–40 GPa, Poisson’s ratio 0.2–0.3) considerably influence stress distribution and deformation patterns.

Model validity was confirmed through acceptable agreement between model outputs and independent seismicity maps and geodetic data. The study indicates that villages near the fault termination zones, particularly in the eastern part of the region, face the highest seismic hazard levels. These findings provide a scientific basis for settlement risk management and the design of earthquake-resistant structures.

کلیدواژه‌ها English

Finite element modeling
active faults
Banaravan Fault
Bozgush Mountains
seismic hazard analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 25 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 28 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 30 خرداد 1405