مدل‌سازی نظری توابع رهدهی و همدوسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی‌

نویسندگان

1 مدل‌سازی نظری توابع رهدهی و همدوسی

2 استاد، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

استحکام خمشی و در نتیجه ضخامت کشسان(Te)  سنگ‌کره اغلب با استفاده از روابط آماری موجود بین بی‌هنجاری گرانی و توپوگرافی به‌دست می‌‌آید. ضخامت کشسان لیتوسفر یکی از پارامتر‌‌های مهم در تعیین خواص و ویژگی‌‌های زمین‌‌شناختی پوسته و نیز رفتار رئولوژیکی آن است که می‌‌توان با استفاده از داده‌‌های توپوگرافی و بی‌هنجاری‌‌های گرانی آن را محاسبه و مورد بررسی قرار داد. در این پژوهش به مدل‌سازی تئوری دو تابع رهدهی و همدوسی که توابعی بنیادین در تخمین ضخامت کشسان سنگ‌کره هستند، پرداخته می‌‌شود. با در نظرگرفتن فرض‌‌های اولیه در مورد پارامترهایی همچون ضخامت کشسان صفحه، نرخ بارگذاری و نیز میزان همبستگی بین دو رژیم بارگذاری سطحی و زیر سطحی اعمال‌شده بر صفحه مور مطالعه و با استفاده از روش‌‌های طیفی مقدار این دو تابع را محاسبه و ترسیم کرده و ارتباط آنها با دو تابع رهدهی و همدوسی و نحوه تغییرات آنها را مورد بررسی قرارخواهیم داد. پس از بررسی مدل‌‌های تئوری توابع رهدهی و همدوسی به بررسی مقادیر مشاهده‌شده برای این دو تابع هدف با استفاده از داده‌‌های واقعی پرداخته و منخنی‌‌های حاصل را با مقادیر تئوری مقایسه خواهیم کرد. با بررسی مدل‌‌های تئوری این نکته دریافت شد که بهترین تابع برای تعیین ضخامت کشسان سنگ‌کره، استفاده از تابع همدوسی بوگه می‌‌باشد. دو تابع رهدهی هوای آزاد و نیز همدوسی هوای آزاد به‌ترتیب به‌دلیل وابستگی شدید به پارامتر‌‌های مؤثر و نیز همبستگی ناچیز با توپوگرافی منطقه مورد بررسی، گزینه‌‌های مناسبی برای تخمین Te نمی‌باشند. همچنین بر اساس نتایج حاصل از اثر تغییر پارامتر‌‌های مختلف بر تابع همدوسی این نکته دریافت شد که مقدار اولیه وارد شده برای پارامتر نرخ‌بارگذاری، تأثیر چندانی بر نتیجه حاصل نخواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Theoretical modelling of the coherence and admittance functions

نویسندگان [English]

  • Samira Ghalenovi 1
  • Vahid Ebrahimzadeh Ardestani 2
1 Ph.D. Student, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Professor, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

The flexural strength and consequently the elastic thickness (Te) of the lithosphere are often calculated utilizing the statistical relationships between gravity anomalies and topography data.
The elastic thickness of the lithosphere is one of the most important parameters in determining the geological properties and characteristics of the crust as well as its rheological behavior.
This prospective study was designed to investigate the use of the gravity and topography data in order to calculate the two fundamental functions, i.e. admittance and coherence, which are the basic functions for determining the elastic thickness of the lithosphere. In this research, the theory of the two objective functions is modeled. The study offers some important insights into the involved parameter and how they affected the functions. Additionally, the results show the impact of initial assumptions of different parameters on the retrieved value of the Te parameter.
Taking into account the initial assumptions about parameters such as the elastic thickness () of the plate, the loading ratio () and the degree of correlation () between the surface and subsurface loading regimes applied to the plate and using spectral methods, the value of these two functions are calculated. After examining the theoretical models, the real-data analysis is conducted in order to examine the observed values and compare them with the theoretical values. Based on what was mentioned in the following, this function can be able to retrieve the elastic thickness of the lithosphere. We concluded that:
One of the more significant findings to emerge from this study, by examining the theoretical models, is that the best function to determine the elastic thickness of the lithosphere is to use the Bouguer coherence function. A comparison of the results reveals that the characteristic curves of the admittance function will change drastically with the change of the involved parameters. Consequently, having complete knowledge of the structure of the region and involved parameters is essential while using free air admittance in order to determining Te.
As it was illustrated in this research, the characteristic curve of the coherence function can be used to determine Te based on the roll over wavelength.
For the reason that there was no significant change in the shape of characteristic curve of the functions with the initial value of the loading ratio (), this parameter had less impact on the inversion process. Having considered rare correlation between free air gravity and topography, it is reasonable to accept that the free air coherence method is less applicable in determining Te than Bouguer coherence. The findings from previous studies provide support for the key arguments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Admittance
  • cogerence
  • elastic thickness
  • geodynamics
  • gravity
  • lithosphere

مراجع

رحیمی و غلام‌زاده (1395). برآورد رابطه وابستگی فرکانسی ضریب کیفیت امواج فشارشی در جزیره قشم. مجله ژئوفیزیک ایران، 11(2)، 110-118.‎
قلعه‌نویی، س.، ابراهیم‌زاده اردستانی، و (1399). تعیین ضخامت کشسان سنگ‌کره در رشته‌کوه زاگرس با استفاده از تابع رهدهی. فیزیک زمین و فضا, 47(1)، 59-75.‎
کلوندی، ف.، متقی، خ.، و شبانیان(1395). مطالعه ساختار سنگ‌کره در منطقه برخوردی زاگرس شمالی با استفاده از وارون‌سازی هم‌زمان توابع گیرنده و منحنی‌های پاشش امواج سطحی. مجله ژئوفیزیک ایران, 10(4), 48-61.‎
 متولی عنبران, سید هانی, ابراهیم‌زاده اردستانی, وحید, زین, هرمان(1390). تعیین مدل پوسته و سنگ‌کره نواحی البرز، ایران مرکزی و خزر جنوبی با استفاده از داده‌های ژئوئید وتوپوگرافی. مجله ژئوفیزیک ایران, 6(1), 1-11.‎
نوزاد خلیل, توحید, متقی, سیدخلیل(1396). بررسی هندسه مرزهای ناپیوستگی در مکران ساحلی با استفاده از مهاجرت و مدل‌سازی توابع گیرنده. مجله ژئوفیزیک ایران, 11(3), 157-173.‎
Audet, P., & Mareschal, J. C. (2007). Wavelet analysis of the coherence between Bouguer gravity and topography: application to the elastic thickness anisotropy in the Canadian Shield. Geophysical Journal International, 168(1), 287-298.
Banks, R. J., Parker, R. L., & Huestis, S. P. (1977). Isostatic compensation on a continental scale: local versus regional mechanisms. Geophysical Journal International, 51(2), 431-452.
Burov, E. B. (2010). The equivalent elastic thickness (Te), seismicity and the long-term rheology of continental lithosphere: time to burn-out “crème brûlée”?: insights from large-scale geodynamic modeling. Tectonophysics, 484(1-4), 4-26.
 Burov, E. B., & Molnar, P. (1998). Gravity anomalies over the Ferghana Valley (central Asia) and intracontinental deformation. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 103(B8), 18137-18152.
Burov, E., & Diament, M. (1995). Isostasy, equivalent elastic thickness, and inelastic rheology of continents and oceans. Geology, 24(5), 419-422.
Eshagh, M., Tenzer, R., & Eshagh, M. (2020). Elastic thickness of the Iranian lithosphere from gravity and seismic data. Tectonophysics, 774, 228186.
Forsyth, D. W. (1985). Subsurface loading and estimates of the flexural rigidity of continental lithosphere. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 90(B14), 12623-12632.
Ghalehnovi, S., Ardestani, V. E., & Pysklywec, R. N. (2020). Determination of elastic thickness of the lithosphere using gravity and topography data: a case study for the Golpayegan, Arak, and the Qom Blocks. Arabian Journal of Geosciences, 13(23), 1-12.
Karner, G. D., & GD, K. (1982). Spectral representation of isostatic models.
Karner, G. D., & Watts, A. B. (1982). On isostasy at Atlantic‐type continental margins. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 87(B4), 2923-2948.
Kirby, J. F., & Swain, C. J. (2008). An accuracy assessment of the fan wavelet coherence method for elastic thickness estimation. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 9(3).
Kirby, J. F., & Swain, C. J. (2009). A reassessment of spectral Te estimation in continental interiors: The case of North America. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 114(B8).
Laske, G., Masters, G., Ma, Z., & Pasyanos, M. (2013). Update on CRUST1. 0—A 1-degree global model of Earth’s crust. Paper presented at the Geophys. Res. Abstr.
Parker, R. L. (1972). The rapid calculation of potential anomalies. Geophysical Journal International, 31(4), 447-455.
Pirouz, M., Avouac, J. P., Hassanzadeh, J., Kirschvink, J. L., & Bahroudi, A. (2017). Early Neogene foreland of the Zagros, implications for the initial closure of the Neo-Tethys and kinematics of crustal shortening. Earth and Planetary Science Letters, 477, 168-182.
Simons, F. J., & Olhede, S. C. (2013). Maximum-likelihood estimation of lithospheric flexural rigidity, initial-loading fraction and load correlation, under isotropy. Geophysical Journal International, 193(3), 1300-1342.
Stephenson, R., & Lambeck, K. (1985). Isostatic response of the lithosphere with in‐plane stress: Application to central Australia. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 90(B10), 8581-8588.
Timoshenko, S. P., & Woinowsky-Krieger, S. (1959). Theory of plates and shells. McGraw-hill.
Watts, A. B. (2001). Isostasy and Flexure of the Lithosphere. Cambridge University Press.
Watts, A. B., & Burov, E. B. (2003). Lithospheric strength and its relationship to the elastic and seismogenic layer thickness. Earth and Planetary Science Letters, 213(1-2), 113-131.
Zamani, A., Samiee, J., & Kirby, J. F. (2014). The effective elastic thickness of the lithosphere in the collision zone between Arabia and Eurasia in Iran. Journal of Geodynamics, 81, 30-40.
Zuber, M. T., Bechtel, T. D., & Forsyth, D. W. (1989). Effective elastic thicknesses of the lithosphere and mechanisms of isostatic compensation in Australia. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 94(B7), 9353-9367.
مجله ژئوفیزیک ایران
دوره 16، شماره 2
شهریور 1401
صفحه 45-61

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار