رخداد زلزله قانونمند را بهتر بشناسیم

دکتر خلیل سرکاری‌نژاد، استاد بخش علوم زمین دانشگاه شیراز | وقوع زلزله مخرب و ویرانگر در شمال-غرب ایران، در ١٠ کیلومتری جنوب ازگله-سرپل ذهاب، با بزرگی ٧، ٣ ریشتر، همراه با‌هزار پس‌لرزه و در ژرف مرکز ١١ کیلومتری زمین، در تاریخ ٢١ آبان ١٣٩٦ منجر به از‌دست‌دادن بیش از ٥٠٠ نفر از هم‌وطنان عزیزمان شد. این زلزله تخریب و آسیب‌دیدگی بیش از ٣٠ هزارو ٥٠٠ واحد مسکونی در شمال-غرب کشور را به‌همراه داشت.

شدت این زمین‌لرزه به اندازه‌ای بود که امواج آن در شیراز به‌صورت سه موج لرزه‌ای حس شد. قبل از زمین‌لرزه ویرانگر شمال غرب ایران، زلزله‌های متعددی در هشتم و نهم آبان‌با شدت بسیار کمتری، در استان فارس، واقع در جنوب-غرب را چندین بار لرزاند.

سؤال اساسی آن است که چه پیوند قانونمندی بین زلزله‌های با قدرت کم در جنوب-غرب با زلزله پرقدرت شمال-غرب وجود دارد؟ آیا زلزله کم‌قدرت در جنوب-غرب نشانی از پیش‌لرزه شمال‌-غرب بوده است.

هدف از این نوشتار، بررسی عواملی است که از دیدگاه دانش زمین‌شناسی ساختاری منجر به حرکت گسل‌های زلزله‌زا می‌شود و توضیح اینکه روند کوه‌زایی را که منجر به زلزله می‌شود، به‌صورت‌کلی واکاوی کرده و سپس به جزئیاتی، چون انواع زون گسلش، قدرت زلزله و میزان تخریب (با توجه به بزرگی زلزله) بپردازیم تا بتوانیم بهینه‌ترین روش را برای کاهش خطرات زمین‌لرزه انتخاب کنیم.

کمربند کوه‌زایی آلپ-هیمالیا آرایشی از رشته‌کوه‌های زلزله‌خیز است که در راستای حاشیه جنوبی اوراسیا گسترش یافته است. این کمربند از جاوه تا سوماترا امتداد یافته و سپس از طریق هیمالیا و دریای مدیترانه از اقیانوس اطلس خارج می‌شود و در این مسیر، آلپ، کوه‌های کارپات، کوه‌های آسیای کوچک و ایران، هندوکش، هیمالیا و کوه‌های جنوب شرق آسیا را شامل می‌شود.

کوه‌زاد زاگرس تحت‌تأثیر برهم‎کنش پیچیده تنش‌های برشی افقی و تنش‌های عمودی فزاینده قرار دارد و در اثر برخورد پی‌سنگ گنیسی قاره آفریقا-عربستان با پوسته پی‌سنگ گنیسی ریز-قاره ایران و فرورانش پوسته اقیانوسی تیتیس در زیر ریز-پوسته قاره‌ای ایران شکل گرفته است.

منظور از کوه‎زایی عبارت است از یک پهنه وسیع خطی و یا کمانی و در مقیاس منطقه‎ای و جهانی که تحت‌تأثیر فشارهای تنش‌های برشی افقی و تنش‌های عمودی تکتونیکی قرار گرفته و دچار چین‎خوردگی و گسل‎خوردگی در طول میلیون‌ها سال شده و دگرشکل می‌شود.

گسل‎های ایجادشده در کوه‎زایی زاگرس که اکثرا شکستگی‎های خطی یا خمیده هستند، به دو دسته امتداد-لغز و شیب-‎لغز قابل تشخیص هستند. در گسل‎های امتداد-لغز، بلوک‎های پوسته حرکتشان افقی است؛ درصورتی‌که گسل‎های شیب-‎لغز، بلوک‎های پوسته حرکتی عمودی‌ای با شیب کم یا زیاد دارند.

اکثر گسل‌های زاگرس، گسل‎های شیب-‎لغز با شیب کم و به آن‌ها گسل‌های خمیده رورانده می‌گویند. علت رورانده‌نامیدن آن‌ها در این است که به‌صورت خمیده‌اند و در عمق سطح گسل‌خوردگی کم‌شیب هستند و هرچه عمق کمتر می‌شود، سطح گسل شیب بیشتری پیدا می‌کند و مانند آسانسور و پیوسته، لایه‌های قدیمی‌تر را از عمق به‌همراه خود بالا آورده و روی لایه‌های جوان‌تر قرار می‌دهد.

در زاگرس، این گسل‎های شیب-‎ لغز موازی چین‌خوردگی‌های زاگرس، در جهت شمال‌غرب-جنوب‌غرب کشیده شده‌اند و جهت شیب سطح آینه گسلی آن‌ها به‌طرف شمال‌-شرق است.

گسل‎های امتداد-لغز با زاویه زیادی نسبت به گسل‎های شیب‎-لغز قرار گرفته‎اند و به گسل‌های شیب‌-لغز اجازه می‌دهند که میلیارد‌ها تن از پوسته و رسوبات روی آن‌ها را از شمال-شرق به‌طرف جنوب-غرب به مقدار ٢، ٣ تا ٣. ٥ سانتی‌متر در سال جابه‌جا کرده و درواقع در جهت جنوب‌-غرب نقش بولدوزر را بازی کنند.

اینها، مجموعه‌ای از گسل‌های پیوسته یا گسسته‌ای هستند که سامانه گسلی کوه‌زایی زاگرس را تشکیل می‌دهند. مجموعه گسل‎های شیب-‎لغز سامانه روراندگی زاگرس، آرایشی قانونمند از گسل‎هایی است که از نظر جنبش‎شناختی، هندسی و مکانیکی با هم مرتبط هستند و حرکت و فعالیت یکی از گسل‎ها، گسل‎های دیگر را تحت‌تأثیر قرار می‎دهد و به‌صورت قانونمند وقتی یکی از گسل‌ها فعال می‌شود و حرکت می‌کند، سپس در یک بازه زمانی طولانی غیرفعال شده و گسل دیگری بعد از او به‌صورت دو ماراتن جای او را می‌گیرد و فعالیت خود را شروع می‌کند و این روند ادامه پیدا می‌کند.

این آرایه‌های گسلی مانند دانه‌های زنجیر به‌صورت نهان و پیدا به هم پیوسته‌اند. حرکت این گسل‌ها کاملا قانونمند و طبیعی است و در جهت پایین‌آوردن انرژی جنبشی این کُره دینامیک است. کُره فعال زمین بخشی بسیار کوچکی از منظومه شمسی است و از نظر مقایسه، منظومه شمسی مانند سر سوزنی است بسیار کوچک که در بخش خارجی‌تر کهکشان راه شیری قرار دارد.

دانشمندان حدس می‌زنند تعداد ستارگان کهکشان راه شیری به ٤٠٠ میلیارد بالغ شود. بیشتر این ستارگان از زمین قابل مشاهده نیستند. تقریبا هر چیزی که ما می‌توانیم در آسمان ببینیم، به کهکشان راه شیری تعلق دارد. چرخش مارپیچی کهکشان راه‌شیری تأثیر مستقیمی روی حرکات و انرژی منظومه شمسی و زمین دارد.

بیشتر زمین‎شناسان معتقدند گسل‎هایی فعال در نظر گرفته می‎شوند که در ١٠ هزار سال گذشته تاکنون حرکت گسلی داشته‎اند؛ گسل‎هایی که در دو میلیون سال گذشته فعالیتی نداشته و حرکتی نکرده‌اند، گسل غیرفعال نامیده می‎شوند.

باید در نظر گرفت که می‌توان از روی شواهد ساختاری روی صفحه گسل چندین حرکت گسلی را به‌صورت خراشیدگی یا خط آینه گسلی که بر اثر حرکت دو صفحه گسلی روی همدیگر که در گذشته شکسته و به‌روی یکدیگر کشیده است، تشخیص داد یا از علم دیرینه‌لرزه‎شناسی برای زلزله‌های تاریخی کمک گرفت.

بردار نیروی وارده جهت گسلش یا حرکت این گسل‌ها به دو نیروی تنش‎های برشی، افقی و تنش‌های عمودی، فشارشی تقسیم می‌شوند. تنش برشی بسیار مخرب‌تر از تنش عمودی است و سبب دگرشکلی چرخشی می‌شود. تنش‎های برشی، افقی و تنش‌های عمودی که در اثر فشار و حرکت تدریجی پوسته گنیسی قاره‎ای آفریقا-عربستان به‌طرف شمال-شرق، به مقدار ٢٣ تا ٣٥ میلی‎متر در سال است، باعث می‌شود ما با خزش سامانه راندگی گسل‎های زاگرس روبه‌رو باشیم.

خزش سالانه گسل‌ها را به‌عنوان خزش تکتونیکی نیز یاد می‌کنند. خزش گسل‎‌ها را زلزله‌های تدریجی می‌نامند که مقدار بزرگی آن‌ها ممکن است به اندازه یک زلزله مخرب باشد. زلزله‌های تدریجی کم‌کم به جاده‌ها، پی‌سازه‌ها و پل‌ها خسارت وارد می‌کنند.

باید در نظر گرفت که هرکدام از زلزله‌های تدریجی ممکن است به زلزله‌ای مخرب، با بزرگی گشتاور ٥ تا ٧ تبدیل شوند و منطقه وسیعی را تحت‌تأثیر خود قرار ‎دهند. اطلاعات لازم برای محاسبه بزرگی گشتاور زمین‌لرزه را از لرزه‌نگار به دست می‌آورند.

مقیاس ریشتر لگاریتمی است؛ یعنی افزایش یک واحد در مقیاس ریشتر نشان‌دهنده افزایش ١٠ واحدی در دامنه موج است؛ به‌عبارت‌دیگر دامنه موج در زلزله شش‌ریشتری، ١٠ برابر دامنه موج زلزله پنج‌ریشتری است و دامنه موج هفت ریشتری، ١٠٠ برابر زلزله پنج‌ریشتری است؛ به‌عبارت‌دیگر میزان انرژی آزادشده زلزله شش‌ریشتری، معادل منهای ٣٠ کیلوتُن انفجار هسته‎ای است و میزان انرژی آزادشده زلزله با بزرگی هفت، معادل منهای یک مگاتُن انفجار هسته‎ای است.

برای مقایسه، بمبی که در سال ١٩٤٥ میلادی روی هیروشیما انداخته شد، براساس گزارش‌های موجود نزدیک به منهای ١٥ کیلوتُن قدرت داشته است؛ ٣١ برابر انرژی آزادشده زلزله‌ای با بزرگی شش و معادل انرژی آزادشده زلزله‌ای با بزرگی هفت است.

امروزه از مقیاس بزرگی گشتاور به‌جای مقیاس ریشتر استفاده می‌شود و برای زلزله‌های با بزرگی پنج بسیار دقیق‌تر است و براساس انرژی کُرنش الاستیک یا کشسان آزادشده توسط زلزله و گسلش محاسبه می‌شود. همان‌طور که قبلا گفته شد، خزش گسلی را زلزله‌های تدریجی می‌نامند که مقدار بزرگی آن‌ها ممکن است به اندازه یک زلزله مخرب به بزرگی ٦ تا ٧ برسد و پی‌سازه‌ها و جاده‌ها را به‌تدریج تخریب کند.

ما هرگز این خزش تکتونیکی را احساس نمی‌کنیم. یکی از سامانه‌های گسلی که در‌حال‌حاضر مکانیسم زلزله تدریجی یا خزش تکتونیکی را به نمایش می‌گذارد، سامانه گسلی سبزپوشان در شمال‌-غرب شهر شیراز است. در سطح آینه گسل، به همراه خزش گسلی، بلورهای کانی کالیست به‌صورت خطواره روی سطح گسل رشد می‌کنند.

در حرکت‌های شدید گسلی، امکان رشد تدریجی این کانی‌ها در سطح آینه گسل وجود ندارد، ولی در خزش گسلی، این کانی‌ها به‌همراه حرکت تدریجی گسل، به‌تدریج عناصر را از اطراف می‌گیرند و رشد می‌کنند. سامانه گسلی سبزپوشان از شمال‌-غرب شیراز آغاز شده و تا جنوب شهرستان قیر ادامه دارد.

گسل سبزپوشان درعین خطرناک بودن یکی از زیباترین خطواره آینه گسلی حاوی خطواره بلورهای کالسیت را (که دلیلی است بر خزش گسل و حرکت تدریجی) نشان می‌دهد. سامانه گسلی سبزپوشان از قطعات گسلی خمیده تشکیل شده است و مانند دانه‎های زنجیر به همدیگر پیوند دارند.

این قطعات گسلی با زلزله‌های مخربی (با بزرگی ٦، ٥، ٦. ٢، ٦. ٢، ٤. ٢) شیراز و اطراف آن را لرزانده است. گسل سبزپوشان بعد از زمین‌لرزه ١٣٧١، به خواب زمستانی فرورفته و ممکن است دوباره از خواب بیدار شود و با زلزله‌ای به بزرگای ٦. ٥ تا ٧، شیراز و حومه را بلرزاند و تخریب کند.

تعدادی دیگر از گسل‎های فعال و درعین‌حال خطرناک نیز وجود دارند که می‌توانند انرژی کُرنش الاستیک یا کشسان ذخیره‌شده مخربی را آزاد کنند و گسل‌های دیگر را تحت‌تأثیر قرار دهند. گسل‌های فعال و خطرناک در استان فارس عبارت‌اند از گسل سروستان (با داشتن فعالیت لرزه‌ای با بزرگی ٥، ٦، ٤، ٧. ٥) و گسل کره‎بس (با فعالیت لرزه‌ای با بزرگی ٤. ١، ٤. ٧).

گسل راهدار (٦، ٣، ٥. ٢، ٥. ١، ٤. ٩، ٤. ٦) نیز یکی‌دیگر از گسل‌های فعال است. این قطعات گسلی تحت انباشتگی فزاینده تنش‎های عمودی و افقی قرار دارند. تعدادی از این گسل‌ها و نه‌تمامی آنها، گسل به‌ارث‌رسیده پی‎سنگی هستند که قسمتی از پوسته قاره‎ای گنیسی آفریقا-عربستان را به‌صورت شکنا قطع کرده‌اند، ولی عمق آن‌ها آنقدر زیاد نیست تا حالت نوردپذیر به‌خود بگیرند.

گسل‌های پی‌سنگی گنیسی از سطح زمین تا عمق چهار کیلومتری حالت شکنا دارند. از عمق چهار تا ١٥ کیلومتر به‌علت افزایش حرارت با افزایش عمق پوسته حالت گذار بین شکنا-نوردپذیر را به خود می‌گیرند.

با افزایش عمق از ١٥ تا ٣٥ کیلومتری و نیز افزایش حرارت ٦٥٠ - ٤٥٠ درجه سانتی‌گراد در پوسته، کاملا حالت نوردپذیر و یا خمیرسان دارند. گسل‌خوردگی شکنا زلزله‌زا است، ولی ادامه این حرکت گسلی در عمق ١٥ تا ٣٥ کیلومتری زمین نوردپذیر است و تشکیل پهنه برشی را می‌دهد. سطح گسل‌خوردگی این سامانه‌ها در میلیون‌ها سال حالت کششی داشته‌اند و بعد از برخورد پوسته آفریقا-عربستان با پوسته ریز-قاره ایران به حالت فشارشی تغییرشکل داده‌اند.

جابه‌جایی این گسل‎‌ها می‎تواند انرژی ذخیره‌شده در سنگ‌های دارای انرژی کُرنش الاستیک و یا کشسان را ناگهان آزاد کند. این انرژی آزادشده سبب می‌شود که سطح زمین نزدیک به منبع زلزله تکان‌های شدیدی خورده و امواج به سطح زمین برسد.

این امواج که در اثر آزادشدن انرژی به‌طورمتوسط سرعت شش کیلومتر در ثانیه را دارند، موقعی که از لایه‌های زمین به هوا می‌رسند در اثر اصطکاک با هوا، صدای شدیدی به‌همراه تخریب را از خود بروز می‌دهند. علت آنکه به‌همراه زمین‌لرزه صدای بم و وحشتناک به گوش ما می‌رسد به‌دلیل این اصطکاک است. با توجه به این اصل که «زلزله ما را نمی‌کشد، بلکه ساختار‎های سست بنیان این کار را انجام می‌دهند»، گسل‌های فعال فارس سه هدف هم‌زمان را دنبال می‎کنند:

در مرحله اول در‎‎هم‌کوبیدن و تخریب ساختمان‎های قدیمی مسکونی و غیرمسکونی مقاوم‌نشده شیراز، اطراف شیراز، شهر‌ها و دهات در محدوده شدت لرزش باتوجه به حرکت گسلی. دومین هدف، بعضی از سازه‌های شهرک مهر امام‌رضا، لپویی و صدرا به‌دلیل رعایت‌نکردن مقررات و یا نادیده‌گرفتن ضوابط مربوط به تاب‎آوری ساختمان‌ها در مقابل زلزله، به‌ویژه ضوابط آیین‎نامه دو هزارو ٨٠٠ که به‌علت پایین‌آوردن هزینه ساخت، کیفیت پایین مصالح، ضعف در اتصالات سازه‌ای یا سقف سنگین سبب می‌شود در اثر زلزله، سازه‌هایی با مقاومت ضعیف از حالت الاستیک یا کشسانی که فقط سازه می‌لرزد و بعد به حالت اولیه خود برمی‎گردد، به حالت پلاستیک یا نوردپذیر و غیرقابل بازگشت تغییر شکل ‎دهد که به‌معنای آن است که مقاومت سازه درهم‌شکسته شده و تخریب یا دچار آسیب‎دیدگی شدید می‌شود؛

همان‎گونه که در بعضی از سازه‌های شمال-غرب کوه‌زایی زاگرس در اثر زلزله‌ای با بزرگی ٧. ٣ درهم کوبیده شد. هدف سوم، آپارتمان‎های ساخته‌شده و بیمارستان جدید در‌حال ساخت در طول بزرگراه حسین الهاشمی که روی رسوبات گچی، مارن رسی و ماسه سنگی تشکیلات رسوبی رازک و در مسیر گسل بنا شده است.

این رسوبات نه‌تن‌ها در مقابل زلزله مقاومتی از خود نشان نمی‌دهند، بلکه به دلیل رفتار غیرمقاوم، خود به زون تشدیدکننده لرزه تبدیل می‎شوند و امواج زلزله را تقویت می‌کنند و شتاب نیروهای افقی برشی را افزایش می‌دهند. بررسی حالت شارش غیرمقاوم می‎تواند نمایانگر عدم‌مقاومت این رسوبات در نگهداری پی‌سازه‌ها باشد. حال سؤال این است که چه باید کرد؟

• استفاده از دانش زمین‌شناسی ساختاری به‌منظور شناخت هرچه بیشتر گسل‌های فعال به‌صورت ریزساختاری از نظر جنبش شناختی، هندسی و مکانیکی و برآورد جهت و مقدار نسبی تنش و کُرنش فزاینده به گسل‌ها.

• واکاوی ریسک‌پذیری مناطق و تهیه نقشه‌های ارزیابی خطر تخریب لرزه‌ای و ارزیابی مقاومت مصالح در پیوند با نقشه‌های ساختاری.
• همچنین اجرای کامل و دقیق ضوابط مربوط به تاب‎آوری سازه‌ها در مقابل زلزله.