پیکر شناسی زمین لغزش ها
مقدمه
بلایای طبیعی به عنوان بزرگترین دشمن طبیعی انسان باعث کشته و مجروح شدن سالانه صدها هزار تن و بی خانمان شدن میلیون ها نفر در سراسر جهان می شود. از این رهگذر زمینلغزش به عنوان یکی از معضلات جهانی پیش روی انسان که همواره در سراسر جهان باعث تلفات سالانه هزاران نفر و وارد آمدن خسارات سنگین مالی و اقتصادی به مناطق مسکونی می شود دارای اهمیت خاصی می باشد؛ خصوصاً که با افزایش جمعیت و اسکان در مناطقی که مستعد رویداد زمینلغزش هستند آمارهای جهانی تلفات و خسارات مالی ناشی از این پدیده ، پیوسته در حال افزایش می باشد.
با توجه به این نکته که زمینلغزش ها نسبت به سایر بلایای طبیعی مثل سیل، آتشفشان، زلزله و … مدیریت پذیرتر و قابل پیش بینی تر می باشند لذا شناخت این پدیده در جهت جلوگیری از خسارات ناشی از آن از اهمیت بنیادی در مقابله با بلایای طبیعی بر خوردار است.
این نوشتار به منظور شناخت پیکره زمینلغزشها، ضمن طبقه بندی انواع زمینلغزش ها بر اساس طبقه بندی وارنز، به معرفی بخش های مختلف یک زمینلغزش شاخص می پردازد.
معرفی
نیروی ثقل زمین همواره سبب اعمال یک نیروی پایین سو به مواد می شود . در اثر اعمال این نیرو که نتیجه تجزیه نیروی وزن در روی دامنه می باشد مواد ناپایدار موجود در دامنه ها در جهت رسیدن به پایداری بر روی دامنه شروع به حرکت کرده و بر اساس عوامل مختلفی مانند هندسه دامنه، نوع مواد، نوع حرکت و سرعت حرکت مواد انواع حرکات دامنه ای را به وجود می آورند.
زمینلغزش اصطلاحی است که در بر گیرنده کلیه انواع حرکات دامنه ای بوده و عموما به کلیه رویدادهایی گفته می شود که در اثر ناپایداری در دامنه ها اتفاق افتاده و سبب جابجایی توده ای از مواد در طول دامنه می شود این اصطلاح در بر گیرنده کلیه فرایند هایی است که منجر به حرکت توده ای از مواد شامل سنگ، خاک، یا ترکیبی از آنها به سمت پایین دامنه می شود فرایند های فوق سبب حرکت مواد به صورت لغزش، واژگونی، جریان، ریزش، خزش و گسترش جانبی می شوند، گاهی این حرکات چنان سریع هستند که سرعت انها به ده ها کیلومتر در ساعت می رسد و گاهی چنان آهسته هستند که جز با گذشت زمان و از روی شواهد نشان دهنده حرکت، نمی توان به وجود حرکت پی برد.
تجزیه نیروی وزن بر روی دامنه ( معماریان 1374 )
طبقه بندی زمین لغزش ها
وارنز ( D.J Varnes ) در سال 1976 بر اساس ویژگیهای اصلی زمینلغزش یعنی نوع حرکت و نوع مواد جابجا شده نوعی از طبقه بندی زمین لغزش را ارائه داد که بعنوان ساده ترین و رایج ترین طبقه بندی زمینلغزش بکار می رود. از ویژگیهای اصلی این طبقه بندی استفاده از مشخصه های است که پس از رویداد زمینلغزش نیز حفظ شده و با گذشت زمان کمتر دستخوش تغییر می شوند و از این ویژگی آن می توان برای دسته بندی زمینلغزشهای قدیمی نیز استفاده کرد. همچنین استفاده از نوع حرکت برای طبقه بندی از ویژگیهای دیگر این طبقه بندی است که باعث می شود مکانیسم تغییر شکل به عنوان عامل مهمی در ارزیابی پایداری دامنه ها ، در این طبقه بندی موثر باشد (Mathewson1981).
در این طبقه بندی حرکات دامنه ای بر حسب شکل و سرعت حرکت مواد به 5 دسته سقوط، واژگونی، لغزش، گسترش جانبی و روانه تقسیم شده اند.
در طبقه بندی وارنز مواد درگیر در حرکت به دو دسته سنگ بستر و خاکهای مهندسی تقسیم می شوند. که این مواد بنا به تعریف انجمن زمین شناسی مهندسی ( IAEG ) به قرار جدول شماره 2 تقسیم بندی شده اند طبق این تعریف خاکهای مهندسی به دو دسته واریزه و خاک تقسیم می شوند که خاک عبارت است از مواد ریز دانه ای که حداقل 50 درصد ذرات آن در اندازه ماسه، سیلت یا رس باشد.
علل وقوع زمین لغزشها
به طورکلی دلایل وقوع زمینلغزش را می توان به سه دسته کلی عوامل زمین شناسی، عوامل ریخت شناسی و عوامل انسانی دسته بندی نمود ( USGS, Fact sheet ) که در زیر تقسیم بندی مربوط به هر دسته ذکر شده است :
عوامل زمین شناسی
الف) وجود مواد حساس یا ضعیف
ب) وجود مواد هوا زده
ج) حضور موا د برش یافته، درزه دار یا ترک خورده
د) ناپیوستگی با جهت یافتگی مخالف ( لایه بندی، شیستوزیته، گسل، سطوح تماس) و…
و) تفاوت در نفوذپذیری و یا سختی مواد
عوامل ریخت شناسی
الف) بالا آمدگی ناشی از فعالیتهای تکتونیکی یا آتشفشانی
ب) حذف فشار سربار ناشی از ذوب یخچالها
ج) فرسایش رودخانه ای ، موجی یا یخچالی در پنجه دامنه یا حاشیه های کناری آن
د) فرسایش زیر زمینی ( انحلال ، جوشش)
ذ) بارگذاری رسوبی بر روی دامنه یا بالای آن
ن) حذف پوشش گیاهی ( آتش سوزی، خشکسالی )
و ) ذوب شدن برفها
ه ) هوازدگی ناشی از یخ زدن – ذوب شدن
ی) هوازدگی ناشی از انقباض – انبساط
عوامل انسانی
الف ) حفاری بر روی دامنه یا پنجه آن
ب ) بارگذاری بر روی دامنه یا بالای آن
ج ) افت سطح آب زیر زمینی
د ) قطع درختان جنگلی
ذ ) آبیاری
ن ) معدنکاری
و ) نوسانات لرزه ای مصنوعی
ه ) نشت آب از تاسیسات
انواع حرکات دامنه ای
ریزش( Fall) :
ریزش ها حرکات دامنه ای در دامنه های پر شیب هستند که یک توده منفصل از مواد، صرفنظراز اندازه خود از دامنه جدا شده وبصورت حرکت در هوا، غلتیدن یا جهش بر روی دامنه به سمت پایین دامنه حرکت می کند ریزش بیشتر در دامنه های قائم یا نزدیک به قائم انجام می شود. سرعت حرکت ذرات ریزشی ممکن است زیاد تا بسیار زیاد، اندازه آنها متفاوت و جنسشان سنگ یا خاک باشد.
راپ و هات چینسون ریزشها را به دو دسته اصلی تقسیم می کنند:
1- سقوط مواد سنگی و یا خاکی که در طی آن مواد از توده سنگ اصلی جدا می شوند.
2- سقوط تخته سنگهایی که قبلا ً از پرتگاه جدا گردیده و بر آن جای گرفته اند.
تاثیر شیب در نوع حرکت مواد ریزشی بر روی دامنه
واژگونی( Topple ) :
واژگونی هنگامی اتفاق می افتد که یک گسیختگی کششی ناشی از گوه یخی، گیاهی یا سایر عوامل ناپایداری، سبب چرخش مواد حول یک نقطه شود (Mathewson, 1981).در اثر چرخش مواد امتداد نیروی ثقل جسم از سطح مقطع آن خارج شده و سبب واژگونی جسم می شود. در صورتی که شیب دامنه مناسب باشد قطعات سنگ پس از واژگونی ممکن است حرکت خود را بصورت ریزش یا لغزش بر روی دامنه ادامه دهند . لغزش عمدتاً در بلوکهای سنگی اتفاق می افتد و طبق طبقه بندی وارنز به ندرت در خاکها و واریزه نیز دیده می شود.
دو نوع واژگونی در موادسنگی قابل تشخیص می باشد ( Goodman & Bray, 1976 ):
واژگونی در بلو کهای سنگی درزه دار:
این واژگونی در نتیجه گسیختگیهایی که از قبل در بدنه توده سنگی وجود داشته اند اتفاق می افتد اکثر واژگونی ها در این دسته قرار گرفته و به دو صورت ساده یا متوالی اتفاق می افتند.
واژگونی ایجاد شده در نتیجه شکستگیهای کششی حاصل از زیر شویی :
زیر شویی مواد باعث ایجاد شکستگی کششی در پشت توده شده و منجر به واژگونی توده شود. این پدیده در صخره های دریایی یا در دیواره سنگی کناره رودخانه ها در مناطق کوهستانی که در معرض زیر شویی قرار دارند اتفاق می افتد.
واژگونی در بلوکهای سنگی درزه دار
نمایی طرح گونه برای توصیف اجزا و ابعاد لغزش
لغزش ها و دیرینه لرزه شناسی
زمین لغزش ها در بسیاری از محیطها، تاریخچه زمین شناسی را در خود حفظ می کنند که این سوابق می توانند برای تحلیل احتمال منشاء لرزه ای یک زمین لغزش مورد استفاده قرار گیرند.
اگر شواهد نشان دهنده احتمال منشاء لرزه ایی یک یا گروهی از زمین لغزش ها باشد و همچنین تعیین زمان رویداد زمین لغزش ممکن باشد در این صورت می توان به یک زمینلرزه تاریخی و بعضی از خصوصیات آن پی برد.
چنین مطالعات دیرینه لرزه ایی می تواند در بازسازی تاریخ لرزه ایی یک محل یا منطقه کمک کند. در مناطقی که منشاء لرزه ایی چندگانه دارند و همچنین در مناطقی که گسلهای سطحی مخفی می باشند مطالعه دیرینه لرزه ایی گسیختگی های زمین ابزاری با ارزش در مطالعات خطرپذیری و ریسک منطقه می باشد که در این امر تفسیر تاریخچه فعالیت گسلهای منفرد بسیار با اهمیت می باشد.
تحلیل دیرینه لرزه ایی یک زمین لغزش شامل 3 مرحله می باشد:
1- تشخیص یک ساختار به عنوان زمین لغزش.
2- تعیین سن زمین لغزش.
3- نشان دادن این موضوع که زمین لغزش در اثر جنبش حاصل از زمین لرزه روی داده است.
این مقاله درباره هر یک از این سه مرحله سخن گفته و به بحث درباره روش های تفسیر نتایج حاصل از چنین مطالعاتی براساس بازبینی دانش رایج در ارتباط با تحلیل دیرینه لرزه ایی یک زمین لغزش می پردازد.
بیشتر زمین لرزه های متوسط تا بزرگ باعث ایجاد زمین لغزش می شوند. زمین لغزش ها در بسیاری از محیطها، سوابق زمین شناسی که می توانند در تشخیص احتمال منشاء لرزه ای یک زمین لغزش مورد تحلیل قرار گیرند را در خود حفظ می کنند.
چنین مطالعات دیرینه لرزه ای یک زمین لغزش می تواند در بازسازی تاریخ لرزه ایی یک محل یا منطقه کمک کند. مطالعات دیرینه لرزه ایی زمین لغزش به طور اساسی با مطالعات دیرینه لرزه ایی گسل متفاوت می باشد. با توجه به این نکته که مطالعات گسل بدنبال مشخص کردن تاریخچه جابجایی یک گسل مشخص می باشد و مطالعات زمین لغزش بدنبال مشخص کردن تاریخچه لرزه ای یک محل یا منطقه صرفنظر از منبع زمین لرزه می باشد. در مناطقی که دارای منشاء لرزه ای چند گانه می باشند و همچنین در مناطقی که دارای گسلهای سطحی مخفی می باشند مطالعه دیرینه لرزه ای گسیختگی های زمین، ابزار ارزشمندی در مطالعات خطرپذیری و ریسک منطقه می باشد که در این امر تفسیر تاریخچه فعالیت گسلهای منفرد بسیار با اهمیت می باشد.
همانطور که بعداً در این مقاله باعث خواهد شد در عمل زمین لرزه های باند کوتاهی که می توانند توسط بررسی دیرینه لرزه ایی زمینلغزش ها مورد تفسیر قرار گیرند دارای بزرگای 6 – 5 می باشند این حد از بزرگا قابل مقایسه یا شاید هم مقداری کمتر از حد بزرگا برای مطالعات دیرینه لرزه ای گسل باشد. مشخصاً زمین لرزه های بزرگ شواهد بسیار بیشتر و گسترده تری از زمین لغزش را نسبت به زمین لرزه های کوچکتر به جا می گذارد.
تحلیل دیرینه لرزه ایی زمین لغزش شامل 3 مرحله می باشد:
1- وجود یک ساختار به عنوان زمین لغزش
2- تعیین سن زمین لغزش
3- نشان دادن این مطلب که زمین لغزش در اثر جنبش حاصل از زمین لرزه روی داده است.
این مقاله هر یک از این مراحل را نشان داده و به بحث درباره روش های تفسیر نتایج بدست آمده از چنین مطالعاتی براساس بازبینی دانش رایج تحلیل دیرینه لرزه ایی زمین لغزش می پردازد.
تشخیص زمین لغزش:
زمین لغزش شامل انواع زیادی از حرکت مواد می باشند، در این مقاله سیستم طبقه بندی وارنز (1978) استفاده شده است که زمین لغزش ها را براساس نوع مواد در برگیرنده (خاک یا سنگ) و نوع حرکت (ریزش، واژگونی، لغزش، لغزش دورانی (Slump) ، جریانها و گسترش جانبی) دسته بندی کرده است. معمولاً سایر عوامل محدود کننده طبقه بندی برای نشان دادن سرعت حرکت، درجه شکست داخلی، میزان فعالیت و محتوای رطوبت استفاده می شوند ( وارنز 1978).
تشخیص سطح گسیختگی برای زمین لغزش های ساده و کاملاً توسعه یافته اخیر، می تواند نسبتاً ساده باشد در حالی که در زمین لغزش های قدیمی بدلیل فرسایش بیشتر زمین لغزش ها یا پیچیده بودن زمین لغزش ها یا غیر معمول بودن ریخت شناسی آنها تشخیص سطح گسیختگی مشکلتر می باشد.
چندین روش برای تشخیص و بررسی زمین لغزش ها منتشر شده است که نیازی به تکرار جزئیات آنها در اینجا نمی باشد.
به طور کلی زمین لغزش ها توسط ریخت شناسی غیرعادی تشخیص داده می شوند که شامل افتگاه کمانی یا خطی توده های چرخیده بسمت عقب، ریخت شناسی هاموکی یا پله ای ، تحدب پنجه، دریاچه یا زهکشی نامنظم می باشند. نوع متفاوت پوشش گیاهی یا سن غیرعادی گیاهان نیز در تشخیص زمین لغزش ها متداول می باشد.
زمین لغزش های زیردریایی با کمک از تکنیک دورسنجی دریایی قابل تشخیص می باشند (Field et al, 1982) . زمینلرزه ها می توانند مسبب رویداد انواع زمین لغزش ها باشند و همچنین انواع زمین لغزش های زمینلرزه ای می توانند بدون فعالیت لرزه ایی نیز روی دهند. بنابراین منشاء لرزه ای یک زمین لغزش به تنهایی نمی تواند مشخص کننده نوع زمین لغزش باشد، ولی بهرحال بعضی از انواع زمین لغزش ها بسیار بیشتر از انواع دیگر در نتیجه زمینلرزه روی می دهند. Solonenko، (1977) بعضی ازمشخصات متداول زمین لغزش های اتفاق افتاده در اثر زمینلرزه را در شوروی سابق شرح داده است. در یک مطالعه جامع Keefer (1984) فراوانی نسبی انواع مختلف زمین لغزش های حاصل از 40 زمین لرزه بزرگ از سراسر جهان را رده بندی نمود( جدول 1). در مجموع انواع زمین لغزش های گسیخته دارای فراوانی بیشتری نسبت به انواع زمین لغزش های پیوسته می باشند. زمین لغزش های زیر دریایی بدلیل سختی شناسایی آنها بطور نسبی نادر تر می باشند.
Keefer (1984) همچنین مشاهده کرد بیشتر زمین لغزش های القا شده توسط زمین لرزه در مواد دست نخورده اتفاق می افتند تا رسوباتی که قبلاً دچار لغزش شده اند از این رو تعداد زمین لغزش های دوباره فعال شده در مقایسه با تعداد کل زمین لغزشهای لرزه ای ناچیز می باشند. Keefer (1984) ویژگی های شاخص مناطق منشاء زمین لغزش های زمین لرزه ایی را توصیف کرده است. به طورکلی مواد دامنه ایی هوازده، برشی شده، شدیداً خرد شده یا درزه دار ، یا اشباع از آب ، بطور ویژه ایی برای لغزش در طول یک زمین لرزه مستعد می باشند.
Sackungen نوعی از گسیختگی های زمین هستند که بعضی از محققین عقیده دارند که شاید با جنبش های لرزه ای ارتباط داشته باشند.
ساکونژن به وسیله یک یا چند تا از ویژگی های زیر شناخته می شود:
1- گرابن ها یا گودالهایی نزدیک و موازی با قله پشته کوههای بلند
2- افتگاه هایی با ارتفاع چند متر که به موازات زمین ریخت شناسی می باشند
3- پشته های با قله مزدوج
4- برآمدگی پایین دامنه ها (Varnes et al 1989)
اثر زمین لغزش ها و ابزارهای ابتکاری کاهش آثار زمین لغزش بر محیط طبیعی
زمینلغزش ها بر محیط طبیعی زمین تاثیر می گذارند که از آن جمله اثرات آن بر
1- پیکرشناسی سطح خشکی و بستر دریا
2- جنگل ها و علفزارها و
3- سکونتگاه های جوامع بومی گیاهی و جانوری است.
اثرات پیکرشناختی خود بخشی از فرایند کلی افت ارتفاع سطح زمین در اثر عملکرد فرسایش و حرکت توده ای مواد به شمار می آیند. اثرات زمینلغزش بر پوشش گیاهی و حیات وحش بسیار منفی است و در برخی موارد وضعیتی فاجعه بار ایجاد می کند. با این وجود پیامدهای ناگوار زمینلغزش بر جوامع گیاهی و جانوری در طبیعت محلی بوده و به گونه ها امکان می دهد در طول زمان به حیات خود ادامه دهند. ممکن است در بلند مدت زمینلغزش ها حتی اثرات مثبتی بر زیستگاه های گیاهی و جانوری داشته باشند.
رهیافت بیوتکنیکی در کاهش زمینلغزش اثرات بسیار کمتری بر محیط نسبت به سازه های محافظ بتونی و اسکلت فلزی مرسوم دارند. محفاظت شیب بنابر رهیافت بیوتکنیکی، از عناصر مکانیکی (سازه ها) در ترکیب با عناصر زیست شناختی (گیاهان) استفاده می کند تا با کمترین تاثیر بر محیط زیست از گسیختگی دامنه و فرسایش جلوگیری نموده و آن را اصلاح کند.
سازه ها و شریان های حیاتی بسیار نوشته شده است. با این وجود نویسندگان کمی اثر زمینلغزش ها بر محیط طبیعی را بررسی کرده اند. برای مثال:
1- پیکرشناسی سطح زمین به ویژه کوهستان ها و سامانه های رودخانه ای چه در خشکی و چه در زیر دریا
2- جنگلها و علفزارها که بیشتر سطح قاره ها را می پوشانند
3- حیات وحش بومی که در سطح زمین و رودخانه ها، دریاچه ها و دریاها وجود دارد.
ما از واژه شناسی زمینلغزش براساس نظر Varnes (1978) و Cruden and Varnes (1996) استفاده نموده ایم. همانطور که بیان شده است واژه زمینلغزش همه انواع حرکات توده ای متاثر از نیروی گرانش را دربر می گیرد که دامنه آن مشتمل بر سنگ افت ها (rock fall)، لغزش ها (slides)، حرکت دورانی (slump)، بهمن ها (avalanches) و روانه ها (flow) بوده و همه انواع خشکی و زیردریایی حرکات توده ای را که بوسیله بارندگی (شامل بارش برف)، فعالیت لرزه ای و فوران آتشفشان رخ می دهند را تحت سیطره قرار می دهد. برای ساده سازی واژه روانه در واریزه (debris flow) روانه گلی، لاهار و debris torrent را شامل می شود.
اثرات بر پیکرشناسی سطح زمین
سطح زمین چه بر روی خشکی و چه در زیر اقیانوس به طور پیوسته با نیروهای داخلی و به ویژه نیروی گرانش که زمینلغزش را بوجود می آورند، تغییر می کند. اثر مستقیم پیکرشناختی زمینلغزش، کاهش زاویه شیب به گونه ای است که به پایداری بلند مدت دست یابد. " فرایندهای موثر به طور چشمگیری تغییر می کنند، حرکات بسیار بزرگ و سریع تا جابجایی های ناچیز و آهسته. نتیجه حاصل برهنه سازی منطقه منشاء، فرسایش متناوب مسیر انتقال و سپس رسوبگذاری است که درجه ماندگاری آنها متغیر است" (Small and Clark, 1982, p. 27). ما هیچ تلاشی جهت کمّی سازی اهمیت پیکرشناختی زمینلغزش در مقیاس جهانی یا حتی ناحیه ای (برای مثال نرخ فروکنی downcutting) انجام نداده ایم، مقداری که تعیین آن برای مناطق وسیع بسیار مشکل است. با این وجود ما مواردی از بزرگترین زمینلغزش های جهان را ارائه داده ایم که اطلاعات مفیدی درباره بیشترین تاثیر یک یا چند زمینلغزش ناحیه ای در اختیار قرار داده و همچنین اطلاعات محلی از نرخ پسروی شیب و صخره ها فراهم کرده است.
19