نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسنده
گروه مهندسی معدن و مواد، دانشگاه صنعتی ارومیه
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسنده [English]
Summary
Current techniques of estimating shallow shear velocities for assessment of earthquake site response are too costly to be used at most construction sites. Recently, refraction microtremor (ReMi) data have been frequently used for estimating of dispersion curves and simulating velocity of S-waves. In the current study we applied two metaheuristic optimization approaches, particle swarm optimization (PSO) and Genetic algorithm (GA), for inversion of Rayleigh wave dispersion curves. In geophysical surveys, the application of metaheuristic techniques is quite new. The efficiency of the proposed methods were investigated by synthetic models. At the end, PSO and GA inversion algorithms were tested on a real ReMi data set. Also in this study, resistivity data (Wenner array), as auxiliary information, were carried out.
Introduction
In order to achieve reliable results, processing of ReMi data in particular inversion stage should be done accurately. Similar to other surface wave methods, after the construction of dispersion curves, the next step is to invert of the dispersion curve to obtain a single VS profile. To make reliable geological inference, it is necessary to use accurate models and assess their accuracy. In this study, the reliability of two metaheuristic methods, i.e., GA and PSO for inversion of Rayleigh wave dispersion curves were investigated on two synthetic datasets (i.e., models A and B) and an actual dataset.
Methodology and Approaches
The inversion was done for S and P-wave velocity by the assumption of 0.2<Poisson's ratio<0.5 and fixing densities to their known values. The procedure was designed to find the global minimum of RMS (root-mean-square) error misfit between the measured and the predicted phase velocities. In this study, the ReMi method was performed using an OYO 12-channal seismograph and 4.5Hz geophones with the receiver spacing of 10m. Also, in this study, resistivity data are used as auxiliary information. The results proved applicability of the proposed inversion algorithms in Rayleigh wave dispersion curve inversion
Results and Conclusions
The findings in both synthetic and real dada sets proved that GA and PSO algorithms were suitable strategies for the inversion of surface waves. Also, comparison of two inversion algorithms showed that PSO algorithm is fast and easy to implement compared to GA, because of the few required parameters adjustment.
کلیدواژه‌ها [English]
اثر ساختگاه به عنوان یکی از مهم‌ترین جنبه‌های ارزیابی تحلیل خطر لرزهای به شمار میآید. با شناخت اثر ساختگاه میتوان طراحیهای شهرسازی و ساخت سازه‌های ویژه را با کم‌ترین آسیب‌پذیری ممکن انجام داد. شرایط محلی ساختگاه بر کلیه خصوصیات مهم جنبش نیرومند زمین، شامل دامنه، محتوای فرکانسی و دوام اثر قابل ملاحظهای میگذارد[1]. این مطالعات را میتوان توسط روشهای تجربی و یا تئوری انجام داد. از جمله روشهای کارآمد در این مطالعات استفاده از روشهای ژئوفیزیکی است که سهم عمدهای از این دسته مطالعات را به خود اختصاص دادهاند. روشهای ژئوفیزیک کلاسیک به دلایل مختلف دارای محدودیتهایی است که با پیشرفتهای اخیر، روشهایی برای رفع این محدودیتها انجام گرفته است. از جمله روشهای کارآمد در این مطالعات میتوان از روشهای لرزهای شکست مرزی، آنالیز طیفی امواج سطحی (Spectral analysis of surface wave) و آنالیز چند کاناله امواج سطحی (Multi-channel analysis of surface wave) نام برد. اما بیشتر روشهای ژئوفیزیک به دلایل مختلف دارای محدودیتهایی مانند عدم کاربرد آنها در محیطهای شهری و سایر محیطها به دلیل وجود نوفه زیاد و یا هزینههای بالا است. اما با پیشرفتهای اخیر، روشهایی برای رفع این محدودیتها انجام شده است. از جمله روشهای نوین میتوان به دادههای میکروترمور اشاره نمود که با توجه به دقت نسبی و سرعت آن بسیار حائز اهمیت هستند[2، 3]. با استفاده از این روش و با آرایه‌های مناسب میتوان چشمههای لرزهای همانند گسلها را که در بسیاری موارد در حوضههای آبرفتی (محل احداث بیشتر شهرها) پنهان هستند، تشخیص داد. روش میکروترمور شکست مرزی Refraction microtremor, ReMi)) که توسط لویی (Louie) ]4 [ارائه شده است در سالهای گذشته بسیار مورد توجه قرار گرفته که یک روش آسان، کم هزینه و عملی (به دلیل عدم نیازمندی به منبع انفجار) برای استفاده در شهرها است[5، 6]. در بیشتر مطالعات پهنه‌بندی لرزهای شهرها به دلیل هزینه بالای برداشت دادهها و یا مساعد نبودن محیط برای برداشت دادهها (به دلیل نوفه و یا تأسیسات شهری)، با نقص همراه است. اما روش رمی ((ReMi، یک روش مناسب برای اندازه‌گیری سرعت موج برشی است که با استفاده از دستگاه‌های لرزه‌نگار انکساری و با گیرنده‌های معمولی برداشت میگردد. اما، از مهم‌ترین مشکلات این دادهها، مانند سایر روشهای مبتنی بر امواج سطحی، عدم وجود یک جواب یکتا در وارونسازی منحنی پاشش است[7-9].
بیشتر روشهای وارونسازی دادههای ژئوفیزیکی بر اساس راهکارهای خطی برای تخمین پارامترهای مدل هستند. بدین صورت که از یک الگوریتم بهینهسازی محلی (Local optimization) برای بهبود مدل اولیه که توسط کارشناس تعریف میگردد، استفاده میشود. این تخمینها در تکرارهای معین محاسبه میشوند و تخمین با کم‌ترین مقدار هدف (تابع خطا) به عنوان حل نهایی معرفی میگردد]10[. در این روشها، حلها ممکن است در کمینههای محلی افتاده و این نقاط به عنوان حلهای نهایی معرفی گردند. در نتیجه موفقیت این روشها به مدل اولیه، که چه مقدار به حل واقعی نزدیک باشد، وابسته است. اما روشهای بهینهسازی کلیGlobal optimization)) این قابلیت را دارند که حلهایی مستقل از مدل اولیه تولید نمایند و فضای جستجو را به صورت جامع بررسی و حل واقعی یا بهینه کلی را ارائه نمایند[11، 12]. بنابراین با یافتن بهینه کلی تابع خطا، بهترین جواب ممکن به دست خواهد آمد. همراه با پیشرفت علوم کامپیوتر و توسعه الگوریتم‌های موجود در زمینه بهینهسازی، ابهام و عدم یکتایی جواب در بسیاری از مسائل مهندسی نیز رو به کاهش بوده است. در سالهای اخیر الگوریتم‌های فراابتکاری در بهینهسازی مسائل مهندسی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. که الگوریتم ژنتیک و گروه ذرات از جمله روشهای بهینهسازی فراابتکاری هستند که در زمینههای مختلفی از علوم به کار برده شده است.
)