فهرست مطالب

ژئوفیزیک ایران - سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 35، 1396)
  • سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 35، 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/10/20
  • تعداد عناوین: 12
|
  • شاهین عالمزاده، فرهنگ احمدی گیوی، علیرضا محب الحجه، دانیل یازجی صفحات 1-21
    در این پژوهش، چگونگی شبیه سازی جت جنب حار ه ای آفریقا-آسیا در وردسپهر زبرین در مقایسه با داده های بازتحلیل و همچنین شبیه سازی پاسخ این جت به تغییر اقلیم در خروجی مدل های مرحله پنجم از «پروژه مقایسه متقابل مدل های جفت شده» موسوم به CMIP5 ارزیابی و تحلیل می شود. داده های بازتحلیل مورد استفاده در این کار برای بررسی خطای مدل ها، ERA-Interim می باشد. این مطالعه بر مبنای شاخص های هندسی جت شامل عرض جغرافیایی یا به اختصار عرض جت، پهنا و تندی جت است، و منطقه جت به دو قطاع مجزای آسیا و آفریقا تقسیم می شود.
    مهم ترین ویژگی های چرخه فصلی جت در دوره گذشته که در میانگین چند مدلی CMIP5 شبیه سازی می شود، عبارت از شیب تغییرات مثبت (منفی) از فصل سرد (گرم) به گرم (سرد) در شاخص عرض جت و برعکس این چرخه در دو شاخص تندی و پهنای جت برای هر دو قطاع است. بر اساس نتایج بررسی، عرض جت در همه فصل ها و تندی جت در همه فصل ها به جز بهار در قطاع آسیا بیشتر از آفریقا است. این ویژگی ها به خوبی با داده های بازتحلیل همخوانی دارد و برای بیشتر فصل ها و شاخص ها، میانگین چند مدلی خطا استوار نمی باشد. خطاهای استوار برای عرض جت در میانگین چند مدلی، به تابستان و زمستان قطاع آفریقا (به ترتیب 86/1- و 90/0- درجه)، برای پهنای جت به تابستان قطاع آسیا (91/0 درجه) و برای تندی جت به زمستان و پاییز قطاع آفریقا (به ترتیب 92/2- و m/s 82/1) و تابستان آسیا (m/s 99/2-) مربوط می شود.
    پاسخ جت به گرمایش زمین، در همه شاخص ها و در بیشتر فصل های دو قطاع، در سناریوی RCP4.5 ضعیف تر از RCP8.5 است. در سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 میانگین جهانی واداشت تابشی کل ناشی از گسیل انسانی گازهای گلخانه ای تا سال 2100 (پایان قرن بیست ویکم) به ترتیب 5/4 و W/m2 5/8 فرض می شود. تغییرات برخی از شاخص ها در بعضی از فصل ها از دوره گذشته به آینده در میانگین همادی چند مدلی استوار است. تغییرات استوار مربوط به سناریوی RCP8.5 برای میانگین چند مدلی بدین صورت است که در فصل بهار، در هر دو قطاع آفریقا و آسیا، پهنای جت به ترتیب حدود 5/0 و 2/0 درجه و تندی جت در قطاع آسیا حدود m/s 1/1 افزایش می یابد. در تابستان، در قطاع آفریقا، تندی جت کاهش می یابد (حدود m/s 7/0) ولی در قطاع آسیا، جت علاوه بر تقویت (m/s 4/0)، حدود 8/0 درجه به سمت استوا جابه جا می شود. در فصل پاییز، در قطاع آفریقا، تندی جت کاهش (m/s 39/1-) یافته و عرض جت حدود 3/0 درجه به سمت قطب جابه جا می شود. دیگر نکته قابل توجه آن است که برای فصل زمستان و هر دو قطاع، میانگین چند مدلی تغییر استواری را در هیچ یک از شاخص های جت، به جز افزایش جزئی و نسبتا استوار در پهنا برای قطاع آفریقا (حدود 2/0 درجه) نشان نمی دهد.
    کلیدواژگان: جت آفریقا، آسیا، گرمایش زمین، مدل های CMIP5، خطای مدل ها، شاخص های هندسی، میانگین چند مدلی
  • مجتبی بابایی، وحید ابراهیم زاده اردستانی، الهام امیریان صفحات 22-32
    تشخیص لبه های چشمه های بی هنجاری، یک ابزار ضروری در تفسیر داده های میدان پتانسیل است. روش های زیادی برای تشخیص لبه ها وجود دارد که بسیاری از آنها شامل فیلترهای بالا گذر بر اساس مشتقات داده های میدان پتانسیل است. در این مقاله از یک روش تشخیص لبه ی جدید به نام فیلتر ریخت شناسی ریاضی پیشرفته (Enhanced Mathematical Morphology) یا EMM استفاده می شود. فیلتر EMM به صورت نسبت فرسایش مشتق افقی کل به اتساع مشتق افقی کل و یا ترکیبی از این دو عملگر تعریف می شود. این فیلتر می تواند لبه های منابع کم عمق و عمیق حتی با چگالی کم را به طور هم زمان نمایش دهد. فیلتر EMM به محاسبه مشتقات عمودی نیازی ندارد که همین امر باعث می شود این روش از نظر محاسباتی پایدار باشد. در این مقاله ضمن ارائه رابطه جدیدی برای فیلتر EMM، ابتدا این فیلتر به منظور اعتبار سنجی روش، بر روی داده های مصنوعی با و بدون نوفه اجرا و سپس بر روی داده های واقعی گنبد نمکی قم آزمایش شد و مرز بی هنجاری معلوم گردید.
    کلیدواژگان: تشخیص لبه، فیلتر ریخت شناسی ریاضی ارتقا یافته، فرسایش، اتساع، گنبد نمکی قم
  • محمد برازش صفحات 33-44
    روش استاندارد اویلر روشی خودکار در تفسیر داده های میدان پتانسیل است که در سال های اخیر استفاده از آن گسترش زیادی پیدا کرده است. نتایج این روش وابسته به دقت پارامتر اندیس ساختاری فرض شده دارد و در حضور چشمه های تداخلی دقت نتایج کاهش می یابد. به منظور از بین بردن این مشکل روش های متعددی بر اساس مشتقات این معادله طراحی شده اند که یکی از آنها دامنه سیگنال تحلیلی های جهتی است. دامنه سیگنال تحلیلی های جهتی توابعی همگن هستند و در معادله اویلر صدق می کنند که بدین وسیله می توان علاوه بر تخمین موقعیت چشمه به صورت هم زمان اندیس ساختاری را نیز تخمین زد. سیگنال تحلیلی های جهتی از مولفه های تانسور گرادیان گرانی به دست می آیند و در این مقاله در حالت کلی اثبات شده است که هرکدام از توابع دامنه سیگنال تحلیلی های جهتی در جهات x، y و z در معادله اویلر صدق می کنند. از ترکیبات آنها دو معادله جدید نتیجه شد که در تعیین موقعیت و اندیس ساختاری چشمه بسیار موثر است. کاربرد هرکدام از سیگنال تحلیلی های جهتی به صورت جداگانه و توامان در تعیین موقعیت و اندیس ساختاری به مدلی در حضور چشمه های تداخلی و نوفه گاوسی نسبتا بالا اعمال شد. دامنه سیگنال تحلیلی در جهت z و استفاده هم زمان از هر سه دامنه سیگنال تحلیلی های جهتی مشابه با دو معادله جدید معرفی شده در این مقاله نسبت به سایر معادلات نتایج بهتری ارائه دادند. سرانجام این روش ها بر روی داده های واقعی گرانی کانسار منگنزی صفو واقع در 25 کیلومتری شهرستان چالدران بکار رفت و برای این معدن مقداری برای عمق (حدودا 6 متر) و اندیس ساختاری با مقداری منفی و نزدیک به صفر تخمین زده شد.
    کلیدواژگان: اویلر، واهمامیخیت، سیگنال تحلیلی های جهتی، تانسور گرادیان گرانی
  • حامد قنبر نژاد مغانلو، محمد علی ریاحی، مجید باقری، سید محسن سیدعلی صفحات 45-56
    لرزه شناسی اکتشافی به طور گسترده ای مورد توجه مهندسین نفت بوده است، به طوری که بیشترین میزان هیدروکربن های شناخته شده در سال های اخیر با استفاده از روش های لرزه ای بوده است. تعیین محدوده مخزن با استفاده از روش لرزه شناسی بازتابی به طور جدی از سال 1930 شروع شده و تاکنون مورد توجه بوده است. قدرت تفکیک بالای داده ها و هزینه پایین در مقایسه با حفاری، این روش غیرمستقیم را در اکتشاف هیدروکربن ها بسیار ضروری نموده است. تاکنون روش های مختلفی برای تعیین محدوده مخازن هیدروکربنی معرفی شده است که یکی از معروف ترین آنها روش های وارون سازی داده های لرزه ای است.
    در وارون سازی پس از برانبارش، از داده های لرزه ای پس از برانبارش استفاده می شود. در این حالت تنها اطلاعاتی که می تواند از روی داده ها تخمین زده شود، مقاومت صوتی موج تراکمی می باشد. در وارون سازی هم زمان پیش از برانبارش که از داده های لرزه ای پیش از برانبارش استفاده می کند، علاوه بر مقاومت صوتی موج تراکمی، اطلاعات موج برشی، چگالی و همچنین نسبت پواسون از روی داده ها قابل استخراج می باشد. بنابراین وارون سازی هم زمان پیش از برانبارش اطلاعات بیشتری را نسبت به وارون سازی پس از برانبارش نتیجه می دهد. در این مقاله از روش وارون سازی هم زمان داده های لرزه ای پیش از برانبارش برای تعیین محدوده مخزنی در یکی از میادین هیدروکربنی خلیج فارس استفاده شده است. با استفاده از این روش، کمیت های مقاومت صوتی موج تراکمی، مقاومت صوتی موج برشی و چگالی تخمین زده شدند. در محدوده مخزنی کمیت های مورد نظر با کاهش غیرعادی مواجه شدند که دلیلی بر وجود ناهنجاری هیدروکربنی در این محدوده است و به این ترتیب محدوده مخزن مورد نظر شناسایی شد.
    کلیدواژگان: وارون سازی هم زمان پیش از برانبارش، وارون سازی پس از برانبارش، مقاومت صوتی موج تراکمی، محدوده مخزن، مقاومت صوتی موج برشی، چگالی
  • رضا جوان نژاد، سرمد قادر صفحات 57-7
    در پژوهش حاضر، به بررسی خطای بریدگی و آهنگ همگرایی روش مک کورمک فشرده مرتبه چهارم با پیمایش زمانی رونگه-کوتا چهار مرحله ای پرداخته می شود. برای انجام این تحلیل از معادله فرارفت خطی یک بعدی استفاده شده است که دارای حل تحلیلی است. خطای بریدگی برای روش های مک کورمک مرتبه دوم، مک کورمک فشرده مرتبه چهارم با پیمایش زمانی مرتبه دوم و مک کورمک فشرده مرتبه چهارم با پیمایش زمانی رونگه-کوتا چهار مرحله ای استخراج و بیان شده است. برای به دست آوردن خطای بریدگی از معادله فرارفت خطی یک بعدی با ضریب ثابت استفاده شده است. همچنین برای بررسی دقت آهنگ همگرایی برای روش های متفاوتی از جمله لکس وندرف، لیپ فراگ، بیم وارمینگ و همچنین روش های مک کورمک کلاسیک با گسسته سازی های مکانی مرتبه دوم و فشرده مرتبه چهارم و گسسته سازی زمانی رونگه-کوتا چهار مرحله ای به دست آمده است. نتایج نشان می دهد آهنگ همگرایی به دست آمده برای مسئله خطی متناسب با آهنگ همگرایی نظری می باشد. در ادامه نتایج حل عددی برای مسئله تنظیم راسبی غیرخطی ناپایا و برای حالت های یک بعدی و دو بعدی با استفاده از روش مک کورمک فشرده مرتبه چهارم با پیمایش زمانی رونگه-کوتا چهار مرحله ای مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج به دست آمده از روش مذکور برای دو مسئله یک و دو بعدی با نتایج حاصل از کارهای سایر محققان گویای عملکرد مناسب این روش است به ویژه هنگامی که میدان حل با ناپیوستگی همراه باشد.
    کلیدواژگان: روش مک کورمک فشرده، دقت عددی، خطای بریدگی، تنظیم راسبی غیرخطی
  • سعید فرهادی پور، مجید آزادی، عباسعلی علی اکبری بیدختی، امید علیزاده چوبری، حبیب الله سیاری صفحات 75-89
    توفان های خاک که امروزه در بسیاری از مناطق ایران (به خصوص در غرب و جنوب غرب ایران) فراوانی وقوع بالایی دارد، علاوه بر تاثیر نامطلوب بر سلامتی بشر از طریق آلودگی هوا، تاثیر قابل ملاحظه ای بر خواص نوری و توازن تابشی منطقه می گذارد. در مطالعه حاضر اثرات تابشی ناشی از توفان خاک در بازه زمانی 16 تا 21 ژوئن 2012 در منطقه غرب و جنوب غرب ایران با استفاده از مدل عددی WRF-Chem بررسی شده است. ابتدا عملکرد مدل با استفاده از داده های اندازه گیری ایستگاهی (ایستگاه های اندازه گیری آلودگی وابسته به سازمان محیط زیست و ایستگاه های AERONET) و داده های ماهواره ای MODIS، OMI و CALIPSO مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج ارزیابی مدل نشان از برآورد بیشتر غلظت PM10 در ایستگاه اهواز و در اغلب موارد برآورد کمتر مقادیر عمق نوری هواویزها (aerosol optical depth) در ایستگاه های AERONET دارد. با این حال، عملکرد مدل در شبیه سازی روند تغییرات و میزان گرد و خاک در طی توفان مذکور قابل قبول است، به طوری که توزیع افقی و قائم گرد و خاک شبیه سازی شده توسط مدل و مشاهده شده توسط ماهواره الگوهای تقریبا مشابهی را نشان می دهند. ذرات گرد و خاک در سقف جو و سطح زمین دارای اثرهای سرمایشی، اما در میانه جو دارای اثر گرمایشی هستند. میانگین پریشیدگی تابش طول موج کوتاه توسط گرد و خاک در منطقه غرب و جنوب غرب ایران در بازه زمانی 17 تا 20 ژوئن 2012 در سطح زمین، میانه جو و سقف جو به ترتیب 27/7-، 79/1 و W m-2 47/5 برآورد شد.
    کلیدواژگان: توفان گرد و خاک، مدل WRF، Chem، داده های ماهواره، پریشیدگی تابش
  • یاسین ناسوتی، براتعلی فیض آبادی، سید مجتبی تاجور، عزیز ناسوتی صفحات 90-104
    برای تعیین موقعیت منابع مولد بی هنجاری های میدان پتانسیل نیاز به پردازش و تفسیر دقیق نقشه های بی هنجاری حاصل از برداشت داده های میدان پتانسیل است. تفسیر بی هنجاری های میدان پتانسیل با استفاده از روش های مختلفی انجام می گیرد. در این مقاله جهت تفسیر و جداسازی بی هنجاری های میدان پتانسیل از فیلترهای ژئوفیزیکی مانند روش روند سطحی، زاویه تیلت و ادامه فراسو استفاده گردید. در نهایت نقشه های هر یک از این روش ها تهیه و نتایج با هم مقایسه شد. نتایج حاصل از این نقشه ها نشان می دهد که هشت ساختمان تاقدیسی، پنج ساختمان ناودیسی، تعداد زیادی گسل و گنبد نمکی در ناحیه مورد بررسی وجود دارد. از بین تاقدیس های تفسیر شده، تاقدیسB از عمق و ابعاد قابل توجه تری برخوردار است، به طوری که با ادامه فراسوی 3000 متر اثر این تاقدیس باقی مانده است. همچنین هیچ گونه توده آذرینی بر روی نقشه مغناطیسی آن مشاهده نشده است. از آنجا که هیدروکربورها در سنگ های رسوبی یافت می شوند و در سنگ های آذرین وجود ندارند، بنابراین می توان این تاقدیس را از نظر تجمع منابع هیدروکربوری، تله مناسبی تلقی کرد. این نقشه ها یکی شدن گسل جنوب تاقدیس کوه سرخ با گسل جنوب تاقدیس سیاه کوه را تایید می کنند. همچنین این نقشه ها نشان می دهند که سیاه کوه ادامه کوه سرخ است که به وسیله فعالیت گسل های منطقه، فرسایش و نهشته شدن رسوبات جدید از هم جدا شده اند.
    کلیدواژگان: روند سطحی، زاویه تیلت، ادامه فراسو، تفسیر زمین شناسی، تله های نفتی، ایران مرکزی
  • علی اکبر میمندی پاریزی، میلاد محمدیان، عباس مهدویان صفحات 105-118
    فلات ایران از نظر وقوع زلزله یکی از فعال ترین مناطق دنیا بوده و هر از چند گاهی زمین لرزه های مخرب و مصیبت بار با آسیب های جانبی و مالی وسیع در کشورمان به وقوع می پیوندد که پیشگیری از وقوع یا کاهش تلفات جانی و مالی ناشی از این زلزله ها در کشورمان ایران از اهمیت خاصی برخوردار است. خرابی های وارده به سازه در زلزله های گذشته که مطابق با آیین نامه ها طراحی گردیدند نقاط ضعف شیوه های موجود در طراحی لرزه ای سازه ها را به خوبی مشخص ساخته است. لذا در حال حاضر بیشتر آیین نامه های طراحی لرزه ای به سرعت به سمت طراحی بر اساس عملکرد حرکت می کنند که ساختمان با توجه به عملکردی که در زلزله از خود نشان می دهد طراحی گردد. با این اوصاف در سال های اخیر بحث رفتار غیر خطی و روش عملکردی در ارزیابی لرزه ای سازه ها مطرح گردیده است. اگرچه دقیق ترین شیوه در ارزیابی رفتار لرزه ای سازه ها استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی است، اما دستورالعمل های معتبر (دستور العمل هایی همچون ATC و یا FEMA، آیین نامه های بهسازی لرزه ای ساختمان)، استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی فزاینده بار افزون را به دلیل سادگی در به کارگیری و تفسیر نتایج توصیه کرده اند. در پژوهش پیش رو ضوابط دستور العمل های مذکور در خصوص ارزیابی لرزه ای سیستم های برون محور (EBF) با الگوهای مختلف بار جانبی در روش بار افزون سنتی و بار افزون پیشرفته در مقایسه با تحلیل دینامیکی غیرخطی مورد ارزیابی قرارگرفته است؛ و نتایج به صورت پیشنهاد هایی ارائه شده اند؛ اما در کل نتایج حاکی از آن است که اختلاف میان پاسخ های حاصل از روش های مختلف بار افزون، در سازه های کوتاه مرتبه ناچیز است.
    کلیدواژگان: تحلیل پوش آور، تحلیل دینامیکی غیر خطی، الگوی بار جانبی، تیر پیوند، دستورالعمل فما
  • سجاد زارعی، امین رحیمی دلخانی، نوید امینی صفحات 114-156
    در این پژوهش از روش اجزاء محدود (FEM) به منظور مدل سازی امواج الکترومغناطیس استفاده شده است. با توجه به قابلیت های این روش، ابتدا معادلات ماکسول در حیطه مکان گسسته سازی می شوند، سپس شرایط مرزی به منظور جذب امواج در کرانه های مدل اعمال می شود که از روش مرز جاذب مرتبه اول کلایتون و انگکوئیست استفاده شده است. در روش FEM عبارت مرز یک جمله جداگانه می باشد، به همین دلیل اعمال شرایط مرزی در این روش بسیار آسان تر از روش تفاضل محدود (FDM) است. پس از گسسته سازی مکانی با استفاده از روش FEM، گسسته سازی زمانی معادلات با استفاده از روش تفاضل محدود مرکزی صورت می گیرد. گسسته سازی زمانی معادلات، حجیم ترین و زمان برترین بخش محاسبات در مدل سازی هستند که نحوه گسسته سازی مکانی نقش بسزایی در این فرآیند ایفا می کند. با توجه به تنک بودن و متقارن بودن ماتریس های تشکیل شده در روش FEM، درصورتی که از الگوریتم های بهینه به منظور محاسبات و ذخیره سازی ماتریس ها در این روش استفاده شود، زمان و هزینه محاسباتی به طور قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت که در این تحقیق چند تکنیک به منظور کاهش حجم و زمان محاسبات در نرم افزار متلب ارائه شده است. فرمول ها و روابط ارائه شده در این تحقیق به شکل ماتریسی هستند که به راحتی در نرم افزار متلب قابل کد نویسی می باشند. به منظور بررسی روش FEM در مدل سازی داده های GPR، الگوریتم های توسعه داده شده بر روی مدل های زمین شناسی فرضی آزمایش شده است که نتایج حاصل از مدل سازی دارای دقت قابل قبولی هستند.
    کلیدواژگان: رادار نفوذی زمین (GPR)، روش اجزاء محدود (FEM)، مدل سازی عددی، شرایط مرزی جاذب (ABC)
  • امیر امیرپور اصل میاندوآب، قهرمان سهرابی، نوید شاد منامن، هاشم طباطبایی رئیسی صفحات 119-127
    کانسار آهن گوتیتی مرتبط با سیستم چشمه های آب گرم منطقه موئیل در یک کیلومتری جنوب روستای موئیل، واقع در 17 کیلومتری جنوب خاوری مشکین شهر از توابع استان اردبیل، و در دامنه غربی کالدرای سبلان در شمال باختری ایران قرار دارد. در این تحقیق با استفاده از مطالعات ژئوفیزیکی انجام گرفته در منطقه مذکور شامل روش مغناطیس سنجی در مرحله نخست، به حجم 750 نقطه به عنوان روش اکتشافی غیر مستقیم و روش مقاومت ویژه الکتریکی در مرحله بعد، به عنوان روش مستقیم (هم زمان با استفاده از سه آرایش گرادیان، شلومبرگر و ونر) به حجم هفت پروفیل به طول های 150 تا 350 متر و نیز حفاری اکتشافی به روش گمانه زنی پودری به تعداد 16 گمانه به عمق متوسط 15 متر، نحوه گسترش قائم و افقی و شرایط کانه زایی آهن مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس اطلاعات روش مغناطیس سنجی، اولا احتمال وجود کانه زایی مگنتیتی در زیر رخنمون گوتیتی بررسی و منتفی شد. همچنین با مقایسه اطلاعات مذکور با شواهد زمین شناسی موجود، مشخص شد نواحی با آنومالی مثبت بالا مرتبط با توده های گرانیتی، آنومالی حد واسط مرتبط با کانه زایی آهن و نواحی با آنومالی منفی مرتبط با چشمه های مولد کانه زایی می باشند. وجود یک گسل اصلی با امتداد شمال غرب – جنوب شرقی و یک گسل متقاطع فرعی عمود بر گسل اصلی در نقشه مغناطیسی قابل تشخیص است. همچنین شواهد گسل اصلی و نیز یک لایه آبدار در نیمرخ های مقاومت ویژه الکتریکی آشکار است. لایه آهن دار با مقاومت الکتریکی متوسط بین لایه آبدار و لایه آذرآواری با مقاومت بالا قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از اندازه گیری های مغناطیسی و مقاومت ویژه الکتریکی تطابق خوبی با اطلاعات زمین شناسی و حفاری های اکتشافی انجام گرفته در منطقه مورد مطالعه دارد.
    کلیدواژگان: ژئوفیزیک، مغناطیس سنجی، مقاومت ویژه، گوتیت، معدن موئیل
  • محمدعلی شریفی، سعید فرزانه، مونا کوثری صفحات 128-143
    استفاده از سیستم های بینایی مبنای نجومی به عنوان روشی ارزان و مناسب به منظور تعیین مختصات نقاط می تواند به عنوان روشی کمکی و همچنین جایگزین برای سیستم های تعیین موقعیت جهانی در نظر گرفته شود. علاوه بر آن با استفاده از این سیستم می توان حرکت ماهواره های جاسوسی را نیز رصد نمود. با توجه به استفاده این سیستم ها از تصاویر رقومی، کیفیت حاصله نقش مهمی در کیفیت خروجی نهایی خواهد داشت. نوفه های ایجاد شده در مرحله اخذ تصویر ازجمله اثراتی هستند که باعث مخدوش شدن کیفیت تصویر می شوند. در این مقاله الگوریتم جدیدی با الهام از روش های مبتنی بر معادلات نفوذ گرما برای کاهش نوفه تصاویر نجومی ارائه گردیده است. از ویژگی های مهم این روش جلوگیری از تغییر مکان عوارض در تصاویر یا به عبارت دیگر حفظ ساختار تصویر است زیرا تشخیص بسیار دقیق مراکز ستارگان تاثیر بسزایی در انطباق آنها با کاتالوگ خواهد داشت. این روش بر این اصل استوار است که روشنایی لبه های موجود در تصاویر واقعی به تدریج تغییر می یابد. بر این اساس برای حل عددی معادلات نفوذ گرما به منظور حفظ لبه ها، لازم است همسایگی هایی با عمق بیش از یک پیکسل در نظر گرفته شود. با این کار موقعیت های واقعی حفظ می شوند. این الگوریتم بر روی تصاویر مختلف آزمایش شده و عملکرد آن با الگوریتم های موجود مقایسه شده است. نتایج عددی حاصل از مقایسه چهار معیار بین الگوریتم پیشنهادی با فیلتر میانگین و میانه نشان می دهد که روش ارائه شده در این مقاله، از عملکرد بهتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: تشخیص مراکز ستارگان، معادلات نفوذ گرما، کاهش نوفه، رد ماهواره
  • توحید نوزاد خلیل، سیدخلیل متقی صفحات 157-173
    منطقه مکران بخشی از فرورانش فعال حاصل از همگرایی صفحات عربی و اوراسیا است. زاویه مخروطی کم و ضخامت زیاد رسوبات در منشور افزایشی از ویژگی های متمایز کننده این منطقه هستند. در این مطالعه، با استفاده از داده های جمع آوری شده در منطقه مکران ساحلی توسط ایستگاه باند پهن چابهار توابع گیرنده P و S و با استفاده از چهار ایستگاه کوتاه دوره، تابع گیرنده P محاسبه شد. مهاجرت به عمق توابع گیرنده P نشان می دهد که یک مرز (احتمالا مرز موهو) در عمق 27 کیلومتری در زیر ایستگاه چابهار قرار دارد که شیبی اندک، در حدود 5/2 درجه، رو به شمال دارد. بررسی تغییرات دامنه فاز های تبدیلی بر روی مولفه های شعاعی و مماسی تابع گیرنده P در ایستگاه چابهار وجود یک لایه ناهمسانگرد تا عمق حدود 9 کیلومتر که احتمالا مرتبط با رسوبات فلسی شکل در گوه برافزایشی است را تایید می کند. مقدار عمق های تخمینی 9 و 27 کیلومتر برای رسوبات و مرز موهو از مدل سازی هم زمان تابع گیرنده و منحنی پاشش محاسبه شده است. محاسبه و برانبارش توابع گیرنده S برای ایستگاه CHBR یک پالس منفی با تاخیر زمانی 10 تا 13 ثانیه (متناسب با عمق 80 تا 100 کیلومتر) را در زیر این ایستگاه نشان می دهد که می تواند مرتبط با مرز لیتوسفر اقیانوسی با استنوسفر باشد.
    کلیدواژگان: مکران ساحلی، تابع گیرنده، ساختار عمیق
|
  • Shahin Alemzadeh, Farhang Ahmadi-Givi, Alireza Mohebalhojeh, Daniel Yagi Pages 1-21
    In this study, a set of models from the phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) is used to examine the simulation of the upper-tropospheric subtropical African–Asian jet and its response to global warming. The ERA-Interim re-analysis dataset is used here to assess the model biases in representing the seasonal-mean jet features in the historical period (1980–2005). This study analyzes the geometrical parameters of the jet including “latitude”, “speed” and “width” in each season and for two separate sectors of the jet region: “North Africa” and “Southwest Asia”, which is briefly named “African” and “Asian” hereafter.
    The main features of the observed seasonal cycle of the jet in the re-analysis data is well captured in ensemble multimodel mean historical simulations: jet latitude increase (decrease) from cold (warm) to warm (cold) season and vice versa are correctly simulated for jet speed and width. In addition, in all seasons, the jet latitude and speed is greater in Asian sector than the African except for springtime jet speed. Despite the large inter-model spread in the historical jet simulations, the models do not show large systematic biases in most cases (seasons). However, systematic biases in each of the geometrical jet indices are found in some seasons: most models exhibit equatorward jet biases in summertime and wintertime of the African sector (about 1.8° and 0.9° of latitude respectively, in multimodel mean), positive biases in jet width in summertime Asia (0.9° in multimodel mean), negative biases in jet speed in summertime Asia and wintertime of the African sector (approximately 2.9 m/s) and positive jet speed biases in autumntime of the African sector (1.8 m/s). There is large spread across the models in the historical jet simulations and finding the sources of this spread and the model biases is a significant challenge that should be addressed in future works.
    In almost all seasons and for all of the geometrical jet indices, the multimodel mean jet response to climate change is stronger in RCP8.5 than RCP4.5 integrations. Robustness and the quantitative value of the multimodel mean jet response in each of the jet indices vary among different seasons and sectors. In winter months, we found no robust response in any of the geometrical jet indices in African or Asian sector except for a slight and relatively robust increase in jet width (0.2° of latitude in RCP8.5) in African sector. However, in other seasons, we found robust multimodel mean changes in jet indices between the historical period and the end of twenty first century (2076–2099) in the RCP8.5 scenario: In spring, models predict a robust increase in jet width of about 0.5° and 0.2° of latitude in African and Asian sectors, respectively, and also a robust increase in jet speed of 1.1 m/s for Asian sector. In summer, in the African sector, the jet speed is found to be decreased (0.7 m/s), whereas in the Asian sector, jet speed will increase (0.4 m/s), and it will move equatorward by 0.8° of latitude.
    Keywords: African–Asian jet, global warming, CMIP5 models, model biases, geometric jet indices, multimodel mean
  • Mojtaba Babaei, Vahid Ebrahimzade Ardestani, Elham Amirian Pages 22-32
    Enhancement on the edges of the causative source is a tool in the interpretation of potential field data. There are many methods for recognizing the edges, most of which involve high pass filters based on derivatives of potential field data. In this paper, a new edge detection method is introduce, called the enhanced mathematical morphology (EMM) filter for interpretation of field data. The EMM filter uses the ratio of the erosion of the total horizontal derivative to the dilation of the total horizontal derivative to recognize the edges of the sources, and can display the edges of the bodies simultaneously. Edge detection of the potential field data has been widely used as a significant tool for geophysical exploration technologies, which can delineate the horizontal locations of causative sources. Normally, various high-pass filters are used to recognize the edges of the potential field data (Evjen 1936; Fedi and Florio 2001; Verduzco et al. 2004; Cooper and Cowan 2006; Cooper and Cowan 2011; Ma and Li 2012; Ma 2013).
    The EMM filter uses the ratio of the erosion of THD to the dilation of THD to recognize the edges of the source. Mathematical morphology was developed by Matheron and Serra in 1964 (SERRA, 1983); which is an image analysis and recognition tool. The structuring element (SE) is a basic operator in mathematical morphology, used to interact with an image and to draw conclusions about how a shape fits or misses the shapes in the image. SE consists of a matrix of 0s and 1s that can have any arbitrary shape and size. The basic operations of mathematical morphology are dilation and erosion. Dilation is defined as the maximum value in the window ascertained by the SE. Erosion is defined as the minimum value in the window ascertained by the SE. The EMM filter is expressed as (Lili et al., 2013):
    where imerode (F,SE) and imdilate (F,SE) represent the erosion and dilation of the THD, respectively.
    In this paper, a new relationship is presented for EMM filter that is tested on synthetic data with and without noise as well as the real potential field data in Qom salt dome. The EMM method successfully delineates the edges of the causative sources, which gives better resolution of the deeper source than other filters, and can display the edges of the bodies in a more centralized way. In this article, a new relationship is defined for the EMM filter as:
    The EMM filter was used to recognize the edges of the sources. It can display the edges of the shallow and deep bodies simultaneously. The EMM filter does not require the computation of vertical derivatives, which makes this method computationally stable. The EMM filter is tested on synthetic, and real potential field data in Qom salt dome and the edge detection was done with reasonable results.
    Keywords: edge detection, enhanced mathematical morphology, filter, Erosion, dilation, Qom salt dom
  • Mohammad Barazesh Pages 33-44
    The components of Gravity Gradient Tensor (GGT) is used for second-order derivatives of the gravitational potential field in the directions x, y and z in a Cartesian coordinate system. The third column of the gravity gradient tensor is Hilbert transform pairs of the first and the second columns. Many methods have been designed to estimate the depth, the horizontal position and the type of the sources from gravity gradient tensor components. Often, these methods are used derivatives of potential field data or their compounds in directions x, y, and z. Standard Euler deconvolution method is an approach in the interpretation of potential field data. It is able to locate the sources and to estimate the regional parameters with the assumption of the structural index. This approach is an automated method that has seen rapid development in recent years. The result of this method closely related to the precision of the assumed structural index parameter, and the accuracy is reduced in the presence of interference sources. Euler deconvolution of the directional analytic signal amplitudes is one of many methods to eliminate this problem. It is shown that the components of the gravity vector satisfy Euler's equation. Thus, it is proved that the amplitudes of directional analytic signal are homogenous and by putting in Euler's equation can estimate the location and the structural index of the gravity anomalies. In addition, two new equations were obtained from the combination of directional analytic signal amplitudes that is very effective in locating and estimating the structural index of gravity sources.
    This paper was examined the application of Euler's equation of the directional analytic signal amplitudes to determine the location and the structural index of gravity anomaly sources. First, it is proved that each of directional analytic signal amplitudes in directions x, y, and z satisfy Euler's equation. Second, using the combination of directional analytic signal amplitudes derived two new equations that is more successful in determining the location (horizontal positions and depth) and source type (structural index) directly over the edges of gravity anomaly sources. The maxima of analytic signal amplitude in the z- direction place directly on the edge of the anomaly sources, but the maxima of analytic signal amplitude in the x- and y- directions deviate from the edges. That is why the simultaneous use of two or three-directional analytic signal amplitude can provide more accurate solutions.
    The method described above was tested on the synthetic model in the presence of relatively high level Gaussian noise and interference sources. Finally, the method was applied to the Safoo manganese ore and obtained horizontal position, depth (~6 m) and structural index. MATLAB software was used to apply the above-mentioned methods.
    Keywords: Euler deconvolution, directional analytic signal amplitudes, gravity gradient tensor
  • Hamed Ghanbarnejad Moghanloo, Mohammad Ali Riahi, Majid Bagheri, Seyed-Mohsen Seyedali Pages 45-56
    Poststack seismic inversion generally transmutes seismic amplitude to P-wave acoustic impedance, which lacks low-frequency component due to the stacking process. This component should be compensated using well logs as a priori constraint. If this low-frequency trend is known with adequate accuracy, poststack inversion could produce precise results. Nevertheless, in most cases, the mentioned information are far from the true model. In such cases, poststack inversion results could have high uncertainty. Because there is no mode conversion at normal incidence, postsatck inversion is completely acoustic, hence P-wave impedance is the only information which can be extracted from poststack inversion of P-wave data.
    In simulations prestack inversion, in addition to the P-wave acoustic impedance, S-wave information, density, and Poisson’s ratio can also be derived from prestack data. Thus, prestack inversion can be used to get more information than poststack inversion. The two-step process of acoustic impedance and shear impedance by model-based inversion is replaced by one-step pre-stack simultaneous inversion.
    In order to apply simultaneous inversion method to our prestack seismic data, the data should be transformed from offset domain to angle domain as the first step. A useful approach is to calculate offset as a function of incidence angle, using Snell’s Law to follow the ray path through the layers if velocity information is available. The next step is to build initial models of acoustic impedance, shear impedance, and density. We built these initial models using sonic log, Delta-Time Shear (DTSM) log and RHOB log which were available in the interest area.
    There are two relationships that should hold for these wet rocks. The first relationship uses this fact that in wet clastics the ratio of the s-wave velocity over p-wave velocity should be constant within a rock layer. After reformulation of the mentioned trend, one can understand that the natural logarithm of shear impedance has a linear relationship with the natural logarithm of acoustic impedance. The second fact uses Gardner equation. After reformulation of the Gardner relation, it is understandable that the natural logarithm of density has a linear relationship with the natural logarithm of acoustic impedance, too.
    We determined k , kc , m and mc which respectively are slope of the natural logarithm of shear impedance against natural logarithm of acoustic impedance, intercept of the natural logarithm of shear impedance against natural logarithm of acoustic impedance, slope of the natural logarithm of density against natural logarithm of acoustic impedance, intercept of the natural logarithm of shear impedance against natural logarithm of acoustic impedance.
    Besides, we need a set of angle-dependent wavelets which are derived from angle stacks. Hence, we built three angle stacks; near-angle stack (0 to 11 degrees), middle-angle stack (11 to 20 degrees) and far-angle stack (20 to 29 degrees). Using these angle stacks, we built three statistical angle-dependent wavelets from three angle stacks. Finally, with log information, we built an initial model for acoustic impedance and tried to solve the inversion matrix using conjugate gradient method. Solving the equation, we can derive acoustic impedance, shear impedance, and density sections simultaneously from prestack data. Using simultaneous inversion, we identified hydrocarbon reservoir.
    Keywords: prestack simultaneous inversion, poststack inversion, P, wave acoustic impedance, reservoir area, S, wave acoustic impedance, density
  • Reza Javannejad, Sarmad Ghader Pages 57-7
    By increasing the computing power of computers, the advantage of high-resolution numerical methods for numerical simulation of the governing equations of fluid flow is further emphasized. Recently, increasing the accuracy of numerical methods used for simulation of fluid dynamics problems, particularly the geophysical fluid dynamics problems (e.g., shallow water equations) has been the subject of many research works.
    The compact finite difference schemes can provide a simple way to reach the main objectives in the development of numerical algorithms, i.e., having a low cost on the one hand and a highly accurate computational method on the other hand. These methods have also been used for numerical simulation of some geophysical fluid dynamics problems.
    However, by splitting the derivative operator of a l compact centra method into one-sided forward and backward operators, a family of compact MacCormack-type schemes can be derived (Hixon and Turkel, 2000). While these classes of compact methods are as accurate as the original compact central methods used to derive the one-sided forward and backward operators, they need less computational work per grid point.
    The present work is devoted to the assessment of the accuracy of different methods. The one-dimensional advection equation with the known analytical solution is employed as a prototype model. Also, the truncation error of the traditional second-order MacCormack scheme, the standard fourth-order compact Mac-Cormack scheme, and a fourth-order compact MacCormack scheme with a four-stage Runge–Kutta time marching method are studied. Furthermore, to be able to examine the accuracy, the Lax–Wendroff, the leap-frog and the Beam–Warming methods combined with the second-order and fourth-order compact finite difference methods for spatial differencing are also used. In addition, the convergence rates of different methods are studied. It can be seen that the convergence rates are in agreement with the theoretical order of convergence.
    In this work, the traditional second-order MacCormack scheme (MC2), the standard fourth-order compact Mac-Cormack scheme (MC4) developed by Hixon and Turkel (2000) and a fourth-order compact MacCormack scheme with a four-stage Runge–Kutta time marching method (MCRK4) are used for numerical solution of the unsteady and non-linear Rossby adjustment problem (one- and two-dimensional cases). In the one-dimensional case, a single layer shallow water model is used to study the unsteady and nonlinear Rossby adjustment problem. The conservative form of the two-dimensional shallow water equations is used to study the unsteady and nonlinear Rossby adjustment problem in the two-dimensional case. For both cases, the time evolution of a fluid layer initially at rest with a discontinuity in height filed is considered for numerical simulations.
    Keywords: compact MacCormack scheme, numerical accuracy, truncation error
  • Saeid Farhadipour, Majid Azadi, Abbasali Aliakbari Bidokhti, Omid Alizadeh Choobari, Habib Allah Sayari Pages 75-89
    Dust aerosols make a considerable contribution to the climate system through their radiative effects due to their abundance in the atmosphere. Recent observations suggest that over the past decade, dust events have become more frequent in many parts of Iran, especially in the west and southwest. Through their radiative forcing, dust aerosols have significant effects on the regional radiation budget of the atmosphere, while their adverse effects on human health have also raised serious concerns. The primary aim of the present study is to examine the radiation effects associated with a severe dust storm that occurred in west and southwest Iran on 16 to 21 June 2012. To this end, the Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem) model was used. Two simulations were conducted: a model setup that did not include dust aerosols, and the one that included dust aerosols and their feedback to the atmosphere. A two-way interactive nested domain (nesting ratio:1:3) simulations were performed using 98 Í 90 and 151 Í 139 horizontal grid points, respectively. In the vertical, 27 σ-levels were used. The grid spacing for the two domains were 45 and 15 km, respectively. Simulations ran from 16 to 22 June 2012, and the first 24 hours was considered as the spin-up time. Meteorological initial conditions were obtained from the Global Forecast System (GFS) data at 0.5˚Í 0.5˚ resolution. The performance of the model was evaluated using the available observed data, including PM10 observations in Ahwaz located in southwest Iran, available AErosol RObotic NETwork (AERONET) data in nearby areas, and aerosol products of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), the Ozone Monitoring Instrument (OMI) and the Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) carried on board the Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) spacecraft. Results indicate that PM10 concentration in Ahwaz is overestimated by the model, while simulated aerosol optical depth (AOD) is underestimated compared to the observed AERONET data. Relatively, good agreement is found between the model results and satellite products, and temporal evolution of the dust events is also well-simulated. Thus, generally, the performance of the model is acceptable for accurate simulation of the dust event. Our analysis indicated that radiative effects of dust particles cause cooling at the surface and top of the atmosphere, but warming in the middle of the troposphere. On average, perturbation of shortwave radiation by dust aerosols in the west, and southwest Iran is estimated to be -7.27, 1.79 and -5.47 W m-2 at the surface, in the middle and at the top of the atmosphere, respectively. Average perturbation of the longwave radiation by dust aerosols over the same region was estimated to be 2.2, -1.61 and 0.59 W m-2 at the surface, in the middle and at the top of the atmosphere, respectively. Thus, the net (shortwave longwave) radiative effect of dust aerosols averaged in west and southwest Iran is found to be -5.07, 0.19 and -4.88 W m-2 at the surface, in the middle and at the top of the atmosphere, respectively.
    Keywords: dust storm, WRF, Chem, satellite data, perturbation of radiation
  • Yasin Nasuti, Brat Ali Feizabadi, Seyed Mojtaba Tajvar, Aziz Nasuti Pages 90-104
    South of Semnan province is an important region in Iran for the formation of oil traps, which has been received much attention for several decades. Many sulfur mines have also been discovered in this area. The sulfur is most probably derived from natural gases that are guided by regional faults. Numerous anticlines and salt domes are also present in this area, playing an important role in the formation of oil traps. As a consequence, this region seems to have a great potential to form hydrocarbon traps. Since the area is covered by Tertiary, Quaternary to current sediments, gravity, and magnetic studies are very useful to investigate and explore the geological structures in this region.
    Gravity and magnetic studies, in a trapezium grid, were performed to investigate the underground structures, sediment thicknesses, plutonic and volcanic igneous rocks and also hydrocarbon traps. Data acquisition was carried out on 86 profiles with a northwest-southeast trend. The distance between profiles and acquisition stations were selected to be 1000 meter. Due to the presence of swamps, mountainous areas, river, terrain, etc., some stations were removed from the survey plan. In addition, some transects measured in a direction deviating from the straight line. As a result, in some of the profiles, a number of missing stations can be observed. In some of the transects, profiling was not conducted in a regular 1000 m line spacing too. The average magnetic inclination and declination are 53.8 and 4.2 degrees, respectively, and the average total magnetic field is estimated 48181 nT as well. The gravity and magnetic data were collected simultaneously.
    In this study, to interpret and discern potential field anomalies, we applied geophysical filters such as surface trend, the tilt angle, and upward continuation. After producing a geophysical map for each method, the results were jointly interpreted. Joint interpretation demonstrated that eight anticlines, five synclines, several faults and salt domes could be recognized. Among these anticlines, anticline B has a considerable depth and dimension so that with 3000 m upward continuation, the gravity field can still be seen. Meanwhile, no igneous rocks were observed on the magnetic maps. Therefore, this anticline can be considered as an appropriate trap for the accumulation of hydrocarbon. These maps confirm the joining fault to the south of Kohe- Sorkh anticline with the fault to the south of Siah-Koh anticline, which are located in the south of Abulabad.
    The results show that the potential methods appear to be promising to characterize subsurface structures for the initial phase of hydrocarbon explorations. These maps also show that the Siah-Kuh is a continuation of Kuh-Sorkh, which are separated by regional fault activities, erosion, and new sedimentation. Consequently, it is suggested to use numerical modeling to define the shape, dimension and depth of anomalies, especially for the interpreted anticline B. Finally, a seismic survey can be performed over the potential anomalies that might have hydrocarbon accumulation.
    Keywords: surface trend, tilt angle, upward continuation, geological interpretation, oil traps, Central Iran
  • Ali Akbbar Meymandi Parizi, Milad Mohammdian, Abbas Mahdavian Pages 105-118
    Natural disasters and their harmful impacts have always been one of the most challenging problems all over the world. As such phenomena are inevitable since the distant past mankind has been trying to predict them spatially and temporally and evaluate their loss. Earthquake, as a natural disaster, could not be predicted in time. However, its magnitude and location are predictable to some extent and so is the corresponding loss. Theoretical and computational advances in civil engineering lead to a precise understanding of structures’ behavior and earthquakes. Therefore, in the recent decades, nonlinear behavior and performance-based method have been introduced in the seismic evaluation of structures. Many studies have been carried out in this field by research centers and agencies like FEMA and ATC, resulted in useful guidelines. Eccentrically braced frames have high stiffness and suitable energy damping against the lateral forces like the earthquake. In this bracing system, the required stiffness and formability of the frame is provided by the link beam, and are dependent on the details and characteristics of the link beam. In recent years, Eccentrically Braced Frames (EBF) has been utilized as a resistant system against the earthquake lateral forces. The research has shown that the EBF have the ability to combine a high stiffness in the elastic range as well as an excellent ductility and energy dissipation in the inelastic range. Currently, seismic design provisions of most building codes are based on strength or force (base shear) considerations. These building codes are generally regarding the seismic effects as equivalent static forces with a height wise distribution, which is consistent with the first vibration mode shape. However, the design basis is being shifted from strength to deformation in modern performance-based design codes. Determining the shear story and overturning moment under earthquake excitation is an important problem in the seismic design of structures. There are several approaches in order to estimate an acceptable accurate response for the shear story and overturning moment of the structure in the nonlinear region. Both ATC and FEMA approaches are good ideas to evaluate the seismic performance, but more simplified approaches should be applied in seismic design codes. Most of the seismic design codes suggest a very simple relation for estimating the shear story in design base earthquake. In this study, some criterions of the mentioned guidelines are studied, which are about seismic evaluation of the eccentric braced frame (EBF) systems, then the suggestions are offered. In this research, a comparative study has been done to analyze the behavior of regular steel building structures of 4, 8, 12 and 16 stories, located in zones of high seismic hazard and soil type 2. Three-dimensional building systems composed of steel frame system with Intermediate Link Beam (EBF) have been selected for investigation. These 3D building structures have been considered with 4, 8, 12 and 16 stories. Then, the performance level of all regular structures is evaluated in one hazard level (with the return period of 475 years). In order to evaluate the performance level of the aforementioned structures, they were modeled three dimensionally using SAP V14.00 software for both nonlinear static and dynamic analysis. The criteria for predicting the target location guidelines ATC-40, FEMA-356 and modified methods in FEMA-440 were used. The loading pattern design for nonlinear static analysis of single-mode and modal pushover (MPA) was used. For nonlinear time history dynamic analysis out of nine coupled ground motion accelerations from the strong motion database of PEER, with a minimum of 20 km and maximum 45 km from the source and magnitude range of 6 to 7.5 were selected. The performed procedures in FEMA-356 and proposed plastic hinges in this guideline are utilized for performing the static nonlinear analysis. The soil type II was considered having the shear wave limit between 375 to 750 m/sec. The result and the accuracy of pushover analysis has been compared with the nonlinear time history analysis. This indicates that the results obtained by FEMA-440, are closer to the results of the nonlinear time history dynamic analysis. It is also concluded by the investigating of the shear story and overturning moment of the mentioned models that these parameters are dependent greatly on the length of the link beam and inadequacy of push-over analysis in demonstrating tall buildings performance are other results of this study.
    Keywords: lateral load patterns, link beam, pushover analysis, FEMA, nonlinear dynamic analysis
  • Sajjad Zarei, Óamin Rahimi Dalkhani, Navid Amini Pages 114-156
    Ground-penetrating radar (GPR) is a popular geophysical method for high-resolution imaging of the shallow subsurface structures. Numerical modeling of radar waves plays a significant role in interpretation, processing, and imaging of GPR data. A number of different approaches have been presented for the numerical modeling of GPR data. The most common approach for GPR modeling is the finite-difference method (FDM) because the FDM approach is conceptually simple and easy to program. The difficulties in applying boundary conditions at non-linear boundaries and the lack of sufficient accuracy in complex geometries are the most important drawbacks of FDM.
    This paper presents a finite-element method, for simulation of ground-penetrating radar (GPR) in two dimensions in the time-domain. FEM is a powerful and versatile numerical technique for handling problems involving complex geometries and inhomogeneous media. The technique is based on a weak formulation of Maxwell’s equations. In the FEM method, the wavefield is discretized on the elements using Lagrange interpolation, and integration over an element is accomplished based upon the Gaussian-quad integration rule. The major difference between the various numerical methods is in the spatial discretization. In the elemental-based methods, the complex geometry of the problem is divided into several smaller and simpler elements, then the integrals are calculated for each element. These methods have no with any regular or irregular geometry. The responses of the model in the finite-element methods are approximated in nodal points, so nodal polynomials of Lagrange are used for interpolation of the model response. Besides, the systematic generality of the method makes it possible to construct general-purpose computer programs for solving a wide range of problems. In this paper, at first, Maxwell’s equations are discretized, then the boundary condition is applied to minimize artificial reflections from the edges of the computation domain. Although the governing equations and mechanisms are completely different between radar and seismic waves, most of GPR data processing approaches are derived from seismic data processing. Due to similarities in these two techniques, accordingly, we implement the first-order Clayton and Engquist absorbing boundary conditions (firstorder CE-ABC) introduced in the numerical finite-difference modeling of seismic wave propagation. This boundary condition is simple to apply. The presented formulations are in matrix notation that simplifies the implementation of the relations in computer programs, especially in MATLAB application. After spatial discretization with FEM, time discretization is done by Finite-Central Difference (FCD). The time discretization is the most massive and time-consuming step in modeling, which spatial discretization has an important role in this process. The stiffness, mass and damping matrices are sparse and symmetrical in FEM; so if we use the optimized numerical algorithms and storages strategies, computational costs and processing-time can be reduced significantly. To investigate the efficiency of FEM, the computer program has been written in MATLAB and has been tested on two models. The results show that the radar wave simulation via FEM is an accurate and effective approach in complex models.
    Keywords: ground, penetrating radar(GPR), finite, element method (FEM), numerical modeling, absorbing boundary conditions (ABC)
  • Amir Amirpour Asl Miandoab, Qahraman Sohrabi, Navid Shad Manaman, Hashem Tabatabaee Pages 119-127
    Moeil Goethite iron mineralization zone related to Moeil hot streams system is located in 1 Km south of the Moeil village, at 17 km southeast of Meshkin Shahr town in Ardebil province. This zone is at the western slopes of Sabalan caldera in the northwest part of Iran. The studied area is located in Central Iran zone according to Geological Structures’ classification by Stoklin (1988) and in Alborz-Azerbayjan zone according to Nabavi (1355). General lithology of this area consists of Cenozoic and Quaternary volcanic rocks and pyroclastic material related to the Sabalan volcanism. The reason for the high thermal gradient of the region is because of hot intrusive bodies in depth. In this area, geothermal liquids move upward via fractures and fault systems when the atmospheric water is penetrated and contacted with deep intrusive bodies then hot water springs (e.g., Geinarja and Moeil) have been generated consequently. Chlorinated hot water leaches iron of Ferro-magnesium minerals, through moving beside the mafic and intermediate rocks, and deposits iron hydroxides (Goethite and Limonite) on the surface. Moeil iron ore in the south of Meshkin Shahr is considered as a prominent iron ore related to the hot water springs in Iran. In this ore, the average amount of iron oxide (Fe2O3) is 70 percent. In this paper, extension of Iron ore body, and mineralization situation was studied in depth and horizon by implementation of two geophysical approaches, including magnetic method as an indirect way for exploration of Hematite and as a method for checking possibility of magnetite mineralization in depth (about 750 data points) and electrical resistivity method as a direct measurement (seven data profiles all with lengths between 150 to 350 meters) by utilizing three different arrays at the same time (Gradient, Schlumberger and Wenner arrays) and exploration boreholes (16 boreholes with depth of 15 meters). As a result of the magnetic survey, firstly, the possibility of magnetite mineralization has been rejected. Secondly, high positive magnetic anomalies are related to granitic rocks, intermediate positive anomalies are related to Iron ore body, and low anomalies are related to springs that the minerals become precipitated. Besides, the existence of two conjugate faults with NW-SE and NE-SW directions is clear in magnetic anomaly map. In electrical resistivity pseudo sections, the presence of a nearly vertical fault is obvious. In addition, the existence of an aquifer with a very low resistivity at the bottom is detectable. Iron mineralization as a nearly horizontal layer is located between this aquifer in deep and high resistivity volcanic sediments at the top. Finally, as an outcome of this study, it can be mentioned that results of both magnetic and electrical resistivity activities, geology evidences and exploration drilling results confirm each other. In general, the below results have been achieved through Magnetic and resistivity approaches: - Magnetite mineralization is not expected in this ore due to the relatively low intensity of recorded magnetic signals.
    - From the magnetism viewpoint, iron layers do not have a sharp difference with base rocks (tuff).
    - In some points, non-ferrous volcanic rocks (granitic) show high magnetism in comparison with mineralized zones. High intensity (more than 48550 nT) is related to these granitic bodies.
    - The intensity between 48550 nT and 48800 nT is related to the iron mineralized zone.
    - Results from geoelectric studies show that the specific resistivity between 150 and 700 ohm-meter is related to the iron layers, and the figures between 700 and 800 ohm-meter is associated with pyroclastic materials and volcanic rocks.
    Keywords: geophysics, magnetic method, resistivity method, Goethite, Moeil mine
  • Mohammad Ali Sharifi, Saeed Farzaneh, Mona Kosary Pages 128-143
    From ancient times, celestial bodies have been used by travelers and scientists for positioning and routing. By developing sciences, it was found that the celestial bodies form an accurate inertial system to use in navigation applications. In this system, each star is considered as a reference point in determining reference coordinate frame of the system. Due to the visibility of the satellite motion trace and the fundamental need to determine and modify satellites’ orbital parameters as well as to identify and locate espial satellites, determining the positional parameters of the satellite is also one of the modern and important applications of vision-based astronomical systems. In the modern vision-based astronomical systems, data collection is done using charge-coupled device (CCD) array. During the process of light collision to the surface of the CCD and then reading and measuring the number of photoelectrons as well as converting them to the digital numbers to store them as grey degree in each pixel, the smallest mistakes that result in lost or added electrons on each pixel can lead to distortion and noise in the image. The process of noise elimination should not only eliminate or reduce the noise but also avoid blurring the image and removing or relocating the edges of the image. To determine the primary orbit of the satellite using an optical method, the streak of the satellite must be extracted accurately because the misdiagnosis of the beginning and end points of the streak directly affects the accuracy of the determined orbit. Therefore, we need to find noise elimination methods that impose the lowest possible effects to the key complications of the astronomical images such as star and satellite streak. In this study, it is attempted to eliminate the noises using diffusion equation and solving it numerically. On the other hand, to identify the accurate position of the edges, the gradient is calculated by through convoluting the main image by the Gaussian filter. In this study, a numerical method is used to solve diffusion equation. Heat diffusion equation is an iteration-based method. It is obvious that the more the paces and iterations in the equation, the smoother the image. This factor must be chosen such that the image brightness does not exceed the main range. For this purpose, the noise must be eliminated from the image by choosing appropriate number of iterations. In this research, the structural similarity index (SSI) is used to select the optimum number of iterations. As a result, in this research, it is attempted to use noise elimination methods that impose the lowest changes to the existing satellite’s streak.
    Keywords: star centroiding, nonlinear diffusion, noise reduction, satellite streak
  • Tohid Nozad Khalil, Khalil Motaghi Pages 157-173
    We analyzed the teleseismic data gathered by a broad-band (CHBR) and four short-period (CDK, CNT, KHB, KSM) seismometers, located in western coastal Makran, north of Chabahar, Iran. The data were gathered by the roughly north-south direction quasi-linear profile and used to calculate P (for all stations) and S (only for CHBR) receiver functions utilizing iterative deconvolution technique of Ligorria and Ammon (1999). Because of backazimuth gaps in south and western directions, we used PKiKP and Pdiff phases to calculate receiver functions in a similar processing approach. Calculated P receiver functions are migrated to depth to clarify the geometry of velocity boundaries at the base of sediments and Moho. The result shows that there is a dipping interface lying at a depth of 27 km (beneath CHBR) to 31 km (beneath CDK), which imply a 2.5o dipping Moho boundary beneath the study region. To avoid the trade-off between velocity model and reported depth, we jointly modeled the stacked receiver function, and group velocity dispersion curve for CHBR and the output model was considered for any time to depth migration of receiver functions.
    We analyzed the effects of P and S anisotropy on teleseismic converted waves to map the presence, the strike, and the depth of anisotropic structures. High-resolution PRFs are considered for such analysis. The following criteria are considered to select the high-quality receiver function (Schulte-Pelkum and Mahan, 2014): the signal-to-noise ratio of the three components of the seismograms is at least 1.5; the convolution of the PRF with the vertical component of the seismogram reproduces at least 60% of the horizontal component (defined as variance reduction by Ligorria and Ammon, 1999); the PRF shows a positive polarity direct P arrival; the receiver function amplitude does not exceed 1; any arrivals’ pulse length does not exceed 3.5 s. The latter two criteria are employed because very high amplitudes and long oscillatory pulses are typical characteristics of an unstable deconvolution (Schulte-Pelkum and Mahan, 2014). The calculated PRFs were then binned in 5° azimuthal groups with 5° overlap. In CHBR station, we recognized signs of the top (at 1 km depth) and bottom (at 9 km depth) of an anisotropic layer with almost north-south anisotropic symmetry axis. In addition, we recognized a flat interface beneath CHBR station at 27 km depth that is not in consistency with the result of migration to a depth of RFs showing a 2.5o dip Moho at the same place. For this reason, we utilize forward modelling to calculate synthetic PRFs to explain periodic amplitude variation of P to S converted phases with back-azimuths in each station that could be a signature for anisotropic velocity features. The forward modeling indicates that the horizontal interface makes a similar pattern on simulated PRfs as a low angle dipping interface with dip less than 10o.
    Migration of S receiver functions reveals a deep velocity discontinuity at depth around 80 to 100 km that might be considered as a shallow lithosphere-asthenosphere boundary beneath the study region.
    Keywords: coastal Makran, receiver function, velocity discontinuity, Moho