ارزیابی خطر لرزه‌ای به روش‌های تحلیل سلسله مراتبی و شاخص فعالیت نسبی زمین ساختی، جنوب خاوری ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا گروه علوم زمین، دانشکده علوم و فناوری های همگرا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی.

2 دانشیار گروه علوم زمین، دانشکده علوم و فناوری های همگرا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی.

3 استادیار، گروه زمین شناسی، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی.

10.22034/gmpj.2022.336082.1342

چکیده

ارزیابی خطر زمین ‌لرزه همواره نیازمند شناخت دقیق رفتار گسل‌ها می‌باشد. گستره جنوب خاوری کشور با دارا بودن مجموعه‌ای پیچیده از گسل‌های فعال و لرزه‌زا، همواره شاهد رویداد زمین ‌لرزه‌های مهیب در اعصار گذشته بوده است. به همین رو در این مطالعه، ضمن محاسبه تعدادی از شاخص‌های ریخت‌ زمین ‌ساختی مهم در منطقه مطالعاتی، با استفاده از دو روش شاخص زمین ‌ساخت فعال و تحلیل سلسله مراتبی، به بررسی و شناخت میزان فعالیت زمین ساختی گسل‌های منطقه پرداخته شده است. نتایج این تحقیق منجر به شناسایی مناطق با بالاترین میزان خطر رخداد زمین ‌لرزه گردید. در مقایسه دو روش یاد شده با پارامترهای زمین ساخت فعال و شواهد صحرایی، به روشنی می‌توان برتری روش تحلیل سلسله مراتبی نسبت به شاخص زمین‌ ساخت فعال را مشاهده نمود. براساس نتایج حاصل از تحلیل سلسله مراتبی، چهار پهنه زمین ساختی مهم در این بررسی تعیین گردید. از این میان، دو دسته حوضه با فعالیت زمین ساختی بسیار بالا شناسایی شد که یکی در شمال خاوری منطقه در راستای گسل‌هایی چون گوک و کوهبنان و دیگری در جنوب باختری محدوده و در جوار گسل‌هایی مانند ساردوئیه، لاله‌زار و رفسنجان قرار دارند. به علاوه حوضه‌های با فعالیت زمین‌ ساختی بالا نیز در راستای گسل‌های مهم اما با سابقه لرزه‌خیزی کمتر مثل گسل‌های نایبند، ماهان-جوپار، راین و دلفارد قرار گرفته‌اند. قرارگیری مراکز جمعیتی در حوضه‌های با فعالیت زمین‌ ساختی بسیار بالا تا بالا و همجواری با گسل‌های فعال و شناخته شده منطقه، لزوم توجه بیشتر به ساخت و ساز در این محدوده را نشان میدهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Seismic hazard assessment by Analytic Hierarchy Process(AHP) and Relative Tectonic Activity Index(Iat) methods, Southeastern Iran

نویسندگان [English]

  • shahrzad Ameri 1
  • Ali Solgi 2
  • Ali Sorbi 3
  • Alireza Farrokhnia 3
1 Department of Earth Science, Faculty of converging science and technologies, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Department of Earth Science, Faculty of converging science and technologies, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
3 Department of Geology, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.
چکیده [English]

Introduction

The sensitivity of the drainage pattern to the active tectonics processes leads to a geomorphic expression that provides a useful tool to evaluate relative tectonic activity (Cox, 1994). Geomorphic indices provide a useful method for assessing the extent of tectonic activity; Especially in areas where earthquakes happen on faults in which there was not enough information in advance.

The study area is in the west of Lut block, southeast of Iran, which is in the range of longitude from 55°22ˊ 15˝ to 58° 31ˊ17˝E and latitude from 28°50ˊ4˝ to 31°9ˊ30˝N. This region has a long history of devastating earthquakes, the historical types of which date back to around 1850AD.

The occurrence of earthquakes on previously unknown faults (Bam, 2003) and the need to pay attention to areas in this part that have not yet experienced a devastating earthquake despite being surrounded by active faults (Kermen city), are the most important reasons that led us to find the best way of morphotectonic analysis and compare the results to seismic structures and data as a tool to identify structures and their activities also to estimate the seismic risk.

Methodology

To obtain the drainage network layer, basins area, and water dividing layer in the study area, the hydrological modeling process was done by Arc GIS10.3 software. The basic data used are 30 m resolution DEM and geological maps. Also, to investigate the relationship between seismicity and tectonic activity, seismic data were used for earthquakes greater than 0.4 Mw.

In this study, the results of calculating 7 geomorphic indices, including stream length-gradient index(SL), drainage basin asymmetry(Af), hypsometric integral(Hi), the ratio of valley-floor width to valley height(Vf), index of drainage basin shape(Bs), index of mountain front sinuosity(Smf), and Transverse Topographic Symmetry Factor(T), for 51 basins were analyzed by Iat and AHP methods. Finally, by using seismic data and field studies, we discuss our findings to compare the accuracy of AHP and Iat methods in analyzing morphometric indices to assess seismic risk, which is the aim of this paper.

Results and Discussion

The evaluation of the distribution of relative tectonic activity in the study area according to Iat, which is obtained by averaging the different classes of morphotectonic indices, divided the region into three categories in terms of tectonic activity. Class2, class3 and class4, have allocated 5.9%, 54.9%, and 39.2% of the total study area to themselves, respectively. It should be noted that none of the basins were in class1. 43.2% of epicenters were located in basins with high activity and 17.6% in low ones. Since the Iat index is not based on the weighting of the indices, all the indices were calculated with equal importance ratios. Therefore, there are some inconsistencies in comparing the Iat distribution map with the main structures of the region and the epicenter of the earthquakes.

The AHP makes it possible to determine the amount of tectonic activity in the study area base on the weight and importance of each index compared to others, instead of relying solely on the average of each index (Iat). The values of the coefficient of determination(R2) are extracted from the graph of the indicators relative to each other. The correlation coefficient(R) was calculated from the roots of R2. After checking the acceptability of the Inconsistency, the final weights assigned to each of the indicators are (0.015)Bs, (0.012)Smf, (0.025)AF, (0.021)T, (0.104)Hi, (0.116)Vf, (0.708)SL. These results were classified into four categories. Accordingly, class1, class2, class3 and class4, occupy 21%, 24%, 31%, 24% of the total study area, in turn. The basins with very high and high tectonic activity, are all located along the main faults of the region, in addition, the distribution of earthquakes in these basins (81.8.% of earthquakes were in high active basins and 4.4% in low ones), shows how they are consistent with the results of AHP.

Conclusion

In this study, we tried to more accurately assess the impact of active tectonics and determine the most appropriate method for analyzing geomorphic indices, by comparing the results obtained from Iat and AHP methods. Proper matching of geomorphic features, calculated indices, and classification of relative tectonic activity obtained by the AHP, with the main structures, field observations, seismic data and previous studies in the study area, confirms the significant superiority and higher accuracy of AHP over the Iat in the identification of tectonically active areas which subsequently leads us to seismic hazard assessment. Based on the final map derived from the AHP, the study area was divided into four tectonic activity classes. The results show that morphological features in the study area are strongly affected by the main faults. The basins along them, generally show very high to high tectonic activity rates. The existence of many active faults, the epicenter of earthquakes and the location of most cities in the study area within or adjacent to basins with very high to moderate tectonic activity indicate the need for attention and additional studies there.

The findings of this paper show how using a suitable way of morphometric analysis can help us to identify areas with the potential for seismic hazards. Due to its low-cost and timesaving, this method can be a good alternative for expensive and complex methods, especially in vast and remote places. As a result, it can be a useful tool for regional planners and decision-makers involved in seismic risk assessment and disaster risk reduction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Active tectonics
  • morphotectonic indices
  • Analytic Hierarchy Process(AHP)
  • Seismicity
  • West of Lut block
آقانباتی‌، ع.، ‌‌1385. زمین ‌شناسی ‌ایران،‌ چاپ دوم، سازمان ‌زمین ‌شناسی ‌و‌ اکتشافات‌معدنی‌کشور‌، 586 صفحه.
امیری، ف.، 1386. مکان‌یابی پست‌های فشار قوی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی.
بهرامی، ش.، اکبری، ا.، و معتمدی راد، م.، 1393. تحلیل ژئومتری حوضه‌های زهکشی با استفاده از شواهد ژئومورفولوژی تکتونیک (مطالعه موردی: چهار حوضه زهکشی صدخرو، کلاته سادات، فاروبرومان و گلیان). فصلنامه‌ی علمی- پژوهشی فضای جغرافیایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر، سال چهاردهم، شماره 48، صص. 222-199.
جمیل, م.، مریدی فریمانی, ع .ا، و محمدی آرا, س.,1390. بررسی مورفوتکتونیکی گسل لکر‌کوه ، ایران مرکزی, دومین همایش علوم زمین و نکوداشت استاد پیشگام علم زمین‌شناسی ایران دکتر عبدالکریم قریب, آشتیان.
حسینی استاد، ن.، رادفر، ش، و شفیعی بافتی، ش.، 1395. بررسی تکتونیک فعال منطقه سیرچ کرمان. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم، دانشگاه شهید باهنر کرمان.
رادفر، ش، و پورکرمانی، م.، 1384. ریخت ‌زمین‌ ساخت گسل کوهبنان، فصلنامه علوم زمین، زمستان 1384، سال پانزدهم، شماره 58، صص 166 -183.
رشیدی، ا.، 1397. ارزیابی خطر زمین ‌لرزه گسلش در منطقه کرمان رفسنجان (جنوب خاور ایران). زمین‌ساخت، دوره  2 , شماره  8 ; صص 53 – 70.
سبزه‌ئی، م.، نوازی، م.، عزیزیان، ح.، شهرکی، ع.، سیفوری، س.، قمیشی، آ.، حسینی، س.ز.، ضبیحی، م.ر.، و حدادان، م.، 1999. نقشه زمین شناسی کرمان با مقیاس 1:100000، سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور.
شاه ‌پسندزاده، ‌م.، و ‌حیدری، ‌م.، ‌‌1375. بررسی‌ مقدماتی ‌لرزه‌خیزی، ‌لرزه ‌زمین ­ساخت ‌و ‌خطر ‌رویداد‌ زمین لرزه- گسلش‌ در ‌پهنه استان ‌کرمان‌، مؤسسه ‌بین ‌المللی ‌زمین لرزه ‌شناسی ‌و ‌مهندسی ‌زمین لرزه‌، ‌21صفحه.
صفاری، ا.، موسیوند، ج.، افتخاری، م.، 1390. تحلیل توسعه کاربری‌های شهری در مناطق لغزشی با استفاده از تلفیق مدل‌های تصمیم‌گیری چند معیاره مطالعه موردی: حوضه رود – دره فرحزاد، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، جلد 19، شماره 22، صص 107-85.
طالبیان، م.، قرشی، م، و کوثری، ا.، 1397. زمین ‌ریخت‌ شناسی و ساز و کار گسلش زمین‌لرزه‌های 10 و 21 آذرماه  1396هجدک کرمان، فصلنامه علوم زمین، سال بیست و هشتم، شماره 110، صص  247- 254.
عبادی نژاد، ع.، یمانی، م.، مقصودی، م.، شادفر، ص.، 1386. ارزیابی عملگرهای فازی در تعیین توانمندی زمین لغزش(مطالعه موردی حوزه آبریز شیرود)، علوم و مهندسی آبخیز داری ایران، سال اول، شماره 2، صص 44-39.
کسمایی، ب.، عباسی، م.ر، و الماسیان، م.، 1389. بررسی ساختارهای مرتبط با گسل لکرکوه با توجه به شواهد مورفولوژی، فصلنامه زمین، سال پنجم، شماره 3، صص 87 - 98.
نعمتی، م، و عباسنژاد، ا.، 1400. زمین ‌ریخت ‌شناسی و زمین ‌ساخت جنبا وابسته به گسل‌های استان کرمان، فصلنامه زمین ساخت، سال چهارم ، شماره 17، صص 1-18.
نعمتی، م، و میلان، ف.، 1397. شاخص‌های زمین ‌ریخت ‌شناسی، زمین‌ ساخت جنبا و لرزه‌خیزی حوضه‌های لوت و جازموریان استان کرمان. فصلنامه علمی پژوهشی زمین ‌شناسی محیط زیست سال دوازدهم، شماره 24، صص 33-45.
نقشه حوضه‌های اصلی آبریز استان کرمان، نقشه شماره: 28-1، نقشه 1:2250000، تحلیل موقعیت طبیعی و محیط زیست، برنامه آمایش استان کرمان، معاونت برنامه‌ریزی، استانداری کرمان، وزارت کشور.
Alipoor, R., Poorkermani, M., Zare, M., El Hamdouni, R. (2011). Active tectonic assessment around Rudbar Lorestan dam site, High Zagros Belt (SW of Iran). Geomorphology, 128, pp.1–14. doi:10.1016/j.geomorph.2010.10.014
Allen, M. B., Kheirkhah, M., Emami, M. H., Jones, S. J. (2011). Right-lateral shear across Iran and kinematic change in the Arabia–Eurasia collision zone. Geophysical Journal International, 184, pp.555–574. doi: 10.1111/j.1365-246X.2010.04874.x.
Allen, C. R., Amand, P. St., Richter, C. F., Nordquist, J. M. (1965). Relationship between seismicity and geologic structure in the Southern California region. Bulletin of the Seismological Society of America, 55 (4), pp.753–797. https://doi.org/10.1785/BSSA0550040753
Ambraseys, N.N. & Melville, C.P. (1982). A History of Persian Earthquakes. Cambridge University Press, London, 219 p.
Ambraseys, N.N. (1975). Studies in historical seismicity and tectonics. Geodynamics Today, Royal Society, London, pp.7–16.
Ameri, S., Solgi, A., Sorbi, A., & Farrokhnia, A. (2022). Identifcation of faults with seismic hazard potential based on morphotectonic analysis, Kerman city (Southeastern Iran). Earth Sciences Research Journal, 26(1), pp.23-38. doi:10.15446/esrj.v26n1.83186.
Argyriou, Athanasios V., Teeuw, Richard M., Rust, Derek, Sar ris, Apostolos. (2015). GIS multi-criteria decision analysis for assessment and mapping of neotectonic landscape deformation: A case study from Crete, Geomorphology,
doi: 10.1016/j.geomorph.2015.10.018.
Arian, M. (2013). Physiographic-Tectonic Zoning of Iran’s Sedimentary Basins. Open Journal of Geology, 3, pp.169-177. http://dx.doi.org/10.4236/ojg.2013.33020
Bagha, N., Arian, M., Ghorashi, M., Pourkermani, M., El Hamdouni, R., Solgi, A. (2014). in the Tehran basin, central Alborz, northern Iran. Geomorphology, Evaluation of relative tectonic activity. doi:10.1016/j.geomorph.2013.12.041.
Berberian, M. (2005). The 2003 Bam Urban Earthquake: a predictable seismotectonic pattern along the western margin of the rigid Lut block, southeast Iran. Earthquake Spectra, 21, pp.35-99.
Berberian, M. (2014). Earthquakes and coseismic surface faulting on the Iranian plateau; a historical, social, and physical approach (Developments in Earth Surface Processes 17). Amsterdam, Netherlands, Elsevier, 776 p.
Berberian, M., Jackson, J.A., Fielding, E., Parsons, B.E., Priestly, K., Qorashi, M., Talebian, M., Walker, R., Wright, T.J., Baker, E. (2001). The 1998 March 14 Fandoqa earthquake (Mw6.6) in Kerman, southeast Iran: re-rupture of the 1981 Sirch earthquake fault, triggering of slip on adjacent thrusts, and the active tectonics of the Gowk fault zone. Geophysical Journal International, 146 (2), pp.371–398.
Bull, W. B. & McFadden, L. D. (1977). Tectonic geomorphology north and south of the Garlock fault, California. In: Doehring, D. O. (Ed.), Geomorphology in Arid Regions. Proceedings of the Eighth Annual Geomorphology Symposium. State University of New York, Binghamton, pp.115–138.
Bull, W. B. (2007). Tectonic Geomorphology of Mountains: A New Approach to Paleoseismology California. Blackwell, Malden.
Cannon, P.J. (1976). Generation of explicit parameters for a quantitative geomorphic study of Mill Creek drainage basin. Okla. Geol. Notes, 36 (1), pp.3–16.
Cox, R. T. (1994). Analysis of Drainage Basin Symmetry as a Rapid Technique to Identify Areas of Possible Quaternary Tilt Block Tectonics: An Example from the Mississippi Embayment. Geological Society American Bulletin, 106, pp.571-581.
Davis, W. M. (1899). The Geographical Cycle. The Geographical Journal, 14 (5), pp.481-504. doi: 10.2307/1774538.
El Hamdouni, R., Irigaray, C., Fernandez, T., Chacón, J., Keller, E. A. (2008). Assessment of relative active tectonics, southwest border of Sierra Nevada (southern Spain). Geomorphology, 96, pp. 150-173. doi:10.1016/j.geomorph.2007.08.004
Font, M., Amorese, D., Lagarde, J.L. (2010). DEM and GIS analysis of the stream gradient index to evaluate the effects of tectonics: the Normandy intraplate area (NW France). Geomorphology, 119, pp.172–180.
Foroutan, M., Meyer, B., Sébrier, M., Nazari, H., Murray, A. S., Le Dortz, K. M., Shokri, A., Arnold, M., Aumaître, G., Bourlès, D., Keddadouche, K., Solaymani Azad, S. & Bolourchi, M. J. (2014). Late Pleistocene- Holocene right slip rate and paleoseismology of the Nayband fault, western margin of the Lut block, Iran. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 119 (4), pp.3517-3560. doi:10.1002/2013JB010746.
Hack, J. T. (1973). Stream-profiles analysis and stream-gradient index. Journal of Research of the U.S. Geological Survey, 1, pp.421–429.
Hare, P. W. & Gardner, T. W. (1985). Geomorphic indicators of vertical neotectonism along converging plate margins, Nicoya Peninsula, Costa Rica. In: Morisawa, M., Hack, J. T. (Eds.), Tectonic Geomorphology. Proceedings of the 15th Annual Binghamton Geomorphology Symposium. Allen and Unwin, Boston, pp.123–134.
Keller, E. A. & Pinter, N. (2002). Active Tectonics: Earthquakes, Uplift, and Landscape. Second Edition. Prentice Hall, New Jersey, USA, 338 p.
Keller, E. A. (1986). Investigation of active tectonics: use of surficial Earth processes. In: Wallace, R. E. (Ed.), Active Tectonics, Studies in Geophysics. National Academy Press, Washington DC, pp.136–147.
Mayer, L. (1990). Introduction to Quantitative Geomorphology. Prentice Hall, Englewood, Cliffs, NJ.
Mosavi, E. and Arian, M. (2015). Neotectonics of Kashaf Rud River, NE Iran by Modified Index of Active Tectonics (MIAT). International Journal of Geosciences, 6, pp.776-794. doi: 10.4236/ijg.2015.67063.
Mousavi-Bafrouei, S. H., Mirzaei, N. and Shabani, E. (2014). A decluttered earthquake catalog for the Iranian Plateau. Annals of geophysics, 57 (6), pp.1-25. doi:10.4401/ag-6395S0653.
Nemati, M., Jafari Hajatib, F., Rashidi, A., Hassanzadeh, R. (2020). Seismology of the 2017 Hojedk earthquakes (MN 6.0–6.1), Kerman province, SE Iran, Tectonophysics, 780 (2020) 228398. doi:10.1016/j.tecto.2020.228398
Perez-Pena, J.V., Azor, A, Azanon J.M., Keller, E.A. (2010). Active tectonics in the Sierra Nevada (Betic Cordillera, SE Spain): insights from geomorphic indexes and drainage pattern analysis. Geomorphology, 119, pp.74–87.
Pike, R. J. & Wilson, S. E. (1971). Elevation–relief ratio, hypsometric integral, and geomorphic area altitude analysis. Geological Society of America Bulletin, 82, pp.1079–1084.
Ramírez-Herrera, M. T. (1998). Geomorphic assessment of active tectonics in the Acambay Graben, Mexican volcanic belt. Earth Surface Processes and Landforms, 23, pp.317–332.
Rashidi, A., Khatib, M.M., Raeesi, M., Mousavi, S.M., Jamour, Y. (2018). Geometrickinematic characteristics of the main faults in the W-SW of the Lut Block (SE Iran). Journal of African Earth Sciences, doi:10.1016/j.jafrearsci.2017.12.027.
Regard, V., Bellier, O., Thomas, J.-C., Bourl`es, D., Bonnet, S., Abbassi, M. R., Braucher, R., Mercier, J., Shabanian, E., Soleymani, Sh. & Feghhi, Kh. (2005). Cumulative right-lateral fault slip rate across the Zagros–Makran transfer zone: Role of the Minab–Zendan fault system in accommodating Arabia–Eurasia convergence in southeast Iran. Geophysical Journal International, 162(1), pp.177–203.
Saaty, T. L. & Vargas, L. G. (1991). Prediction, Projection, and Forecasting. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, 251 p.
Saaty, T. L. (1977). A scaling method for priorities in hierarchical structures. Journal of Mathematical Psychology, 15, pp.231-281.
Saber, R., Çaglayan, A., Isik, V. (2018). Relative Tectonic Activity Assessment and Kinematic Analysis of the North Bozgush Fault Zone, NW Iran. Journal of Asian Earth Sciences, doi:10.1016/j.jseaes.2018.06.023.
Sharma, G., Champati ray, P.K., Mohanty, S. (2017). Morphotectonic analysis and GNSS observations for assessment of relative tectonic activity in the Alaknanda basin of Garhwal Himalaya, India. Geomorphology, doi: 10.1016/j.geomorph.2017.11.002.
Strahler, A. N. (1952). Hypsometric (area-altitude) analysis of erosional topography. Geological Society of America Bulletin, 63, pp.1117–1142.
Walker, R. T. & Jackson, J. A. (2004). Active tectonics and late Cenozoic strain distribution in central and eastern Iran. Tectonics, 23, TC5010. doi:10.1029/2003TC001529.
Walker, R.T. (2006). A remote sensing study of active folding and faulting in southern Kerman province, S.E. Iran. Journal of Structural Geology, 28, pp.654-668. doi:10.1029/2005TC001871
Walker, R.T.; Talebian, M.; Saiffori, S.; Sloan, R. A.; Rasheedi, A.; MacBean, N. & Ghassemi, A. (2010). Active faulting, earthquakes, and restraining bend development near Kerman city in southeastern Iran. Journal of Structural Geology, 32, pp.1046-1060. doi: 10.1016/j.jsg.2010.06.012.