Büyük Depremlerin Sonlu-Fay Metotlarıyla
Modellenmesi
A. Özgün Konca
Ömer Alptekin Jeofizik Çalıştayı, 4 Eylül 2013
Nokta Kaynaktan Sonlu Kaynağa
İlk aşamada deprem kaynak oriyantasyonuna göre ışıma
örüntüsü olan, büyüklüğünü momentin belirlediği bir nokta
kaynak olarak modellenir.
Seth Stein’s web site
Sonlu Fay Modelleri
Depremler sismik veriler
kullanilarak
Olan bir depremle ilgili
temel soruların yanıtlarını
arıyoruz
Kayma Dağılımı
Yırtılma Hızı
Fay üzerindeki noktalar ne
şekilde kayıyor?
1: Fay Düzlemini Oluşturmak Sonlu fay modeli için bilinmesi gerekenler
Depremin odak noktası (hiposantır)
Fay düzleminin doğrultu ve batma açıları
Bunun için depremin odak noktası ve kaynak mekanizması (örn. Global CMT or USGS).
Yardımcı düzlem- Ana düzlem ayrımı
Önceden bilinen faylar
Artçışokların oriyantasyonu
Her iki düzlemin denenmesi
Fay boyutlarının belirlenmesi
Büyüklük (örn. kıtasal bir fay için Mw8 ~400km, Mw7.5 ~ 150 km, Mw6.5 ~50km.)
Yüzey kırıkları ve jeodezik veriler
Green Fonksiyonları Hesaplamak
Fay düzlemindeki her bir faycığın birim kaymasının
ölçüm noktasında yarattığı yer hareketi
Yarı uzay çözümü (statik, ör: Okada 1995)
1 boyutlu Green Fonksiyonları (Bouchon ve Aki 1977,
Kennet 1993, Zhu & Helmberger 1996)
3 boyutlu Green Fonksiyonları (FD, FEM, SEM)
Statik Yerdeğiştirme Verileri – GPS ve InSAR
Zamana Bağlı Veriler
►Kuvvetli Yer Hareketleri ►Telesismik Veriler
►Normal Mod Verileri ►Bölgesel Veriler
Bouchon et al, 2001
Dreger, et al, 1991
Verilerden deprem Kaynağına
+
Sonlu Fay Modellemesi I
Sonlu bir fayın kırılmasından kaynaklanan yer değiştirme
Yer değiştirme
Kayma miktarı
Green Fonksiyonu
Yırtılma Hızı
Kaynak-zaman
fonksiyonu
Örnek: Imperial Valley
VR=0.8×β
Faycık 1 m kayıyor
Neresi Ne Kadar Kayıyor?
Ters Çözüm
Hartzell &
Heaton 1983
Lineer Ters Çözüm
Hartzell &
Heaton 1983
Sonlu Fay Modellemesi II
► Ters Çözüm Metodu
Sismik ve statik verinin birleşik
modellenmesi(Ji et al. 2002)
► Değişken yırtılma hızı →
nonlineer: “Simulated
Annealing Method”
► Parametreler
Her bir faycıkdaki kayma
Yükselme zamanı (her bir noktada kaymanın süresi).
Yırtılma hızı (yırtılma ne hızda yayılıyor?)
Sentetik Bir Deprem Örneği I
►Sentetl bir deprem üretiyoruz
Mw6.8
doğrultu:268o; batma:65o;
kayma:180o; VR: 2.8 km/s;
Yükselme zamanı kayma
miktarı ile orantılı, 50 cm/s.
Fay Düzlemi Görüntüsü
Harita Görüntüsü
Yüzey
Sentetik Bir Deprem Örneği II
► Gosterilen model kullanarak
hesaplanan sentetik veri.
Yaklaşım: İteratif Olarak En Uyumlu Modeli Bulma
► Minimum hatalı modeli bulmak:
Rastgele bir modelle başla
Parametreleri teker teker deiştirerek lokal PDF’ler yarat.
Bu PDF’lere orantılı olarak random yeni elemanları seç
Her iterasyonda sistemi soğutarak rastgele hareketlerin boyutunu azalt
Minimum hatalı modele yakınsa.
slip(m) VR (km/s) rise time rake
input 0-3.5 2.8 0-7 180
search range
0-5 2-3.5 0-7 160o-200o
Model Kıyaslaması ve Veri Uyumu
► Üst:
sol: üretilen model
sağ: çıkan model
► Veri (siyah) ve
sentetikler (kırmızı)
Sumatra Dalma-Batma Zonu Depremleri
2007 (Mw 8.4, 7.9)
Ref: Konca, et al., (2008), Nature, 456
pp 631-635
Konca et al., (2007), BSSA, 97, pp 307-
322
Jean-Philippe Avouac, Anthony
Sladen, Aron J. Meltzner,
Andrew Kositsky, Kerry Sieh,
Peng Fang, Zhenhong Li, John
Galetzka, Jeff Genrich, Danny
H. Natawidjaja, Yehuda Bock,
Eric J. Fielding, Don V.
Helmberger
Amaç: Fayın Davranışını Anlamak
Toplam Kaymanın Jeodezik Modellenmesi
► 27 cGPS istasyon
► 4 InSAR hattı verisi
(ALOS uydusu)
► 14 mercan verisi
► Toplam moment:
7.x1021 N-m (Mw8.5)
black data; green: GPS fits, red:coral fits
Toplam Kaymanın Jeodezik Modellenmesi: InSAR Verilerine Uyum
►ALOS uydusundan
dort hat.
Dış halka: veri; iç daire: model tahmini
Mw8.4 & 7.9 Depremlerinin Kaynak Modelleri
GPS Gözlem: siyah Model: yatay -> yeşil düşey -> kırmızı
Mw8.4 Mw7.9
Kuvvetli Yer Hareketlerinin ve 1s GPS hareketlerinin Öngörüleri
► Telesismik-jeodezik model kullanılarak kuvvetlş yer hareletlerı modellendi. (2.5 s –
100 s period range).
► 1-B model Kopp et al. (2001).
Postsismik Kayma Modeli
Kositsky et al, in prep.
Toplam Moment= 1×1021 N-m
III. 2007 Mentawai Adaları Depremleri
Mw8.4
Mw7.9
Mw7.
► 2007 Eylül Depremleri: Kuzeye
doğru, 24 saat içinde: Mw8.4, 7.9 and
7.0 events.
► Arka Plan: İntersismik Kilitlenme
Oranı (mercan mikroatol ve 10-15
yıllık GPS verisi)
► Tarihsel depremler (kutular):
mercanlar kullanıldı (Chlieh et al.,
2008)
► 1797 Mw8.7-8.9 (Natawidjaja et al.,
2006, Chlieh 2008)
Maksimum düşey yer değiştirme: 1 m
► 1833 Mw8.9-9.1
Maksimum düşey yer değiştirme: 3 m
Chlieh et al., 2008
Değerlendirme: Tarihsel Depremlerle Kıyaslanması
► 1833 ve 2007 depremlerinde
benzer kayma alanları ama
farklı asperity’ler.
2007: toplam moment ~7.5 1021 N.m
1833: 10-55 1021 N.m
Kuzey Pagay: 1797’de kırıldı, 1833’te maksimum kayma, 2007’de bariyer.
► 2007: asperity’ler bir arada
davranıp tek büyük bir deprem
oluşturamadılar
► Çünkü tarihsel depremlerden
kaynaklanan düşük stres zonları
var
Değerlendirmeler : Kalıcı ve Geçici Bariyerler
► Kalıcı Bariyerler:
İntersismik gerinim birikimi kalıcı
bariyerleri ortaya cıkarabilir.
Geniş ve kalıcı bariyerler o
segmentteki maksimum
► Geçici Bariyerler
North Pagai: coupled, but acted as
barrier 2007.
► 8.4-7.9 Arası Muhtemel İnce
Bariyer
Prestress önceki depremlerden
dolayı düşük
Çok dar sünme zonu var (creep).
Değerlendirme:Depremlerde Zaman ve Kayma Periyodikliğinin Testi
► Zaman tahmini: önceki depremin stres düşümü &
streslenme hızı => bir dahaki depremin zamanını
tahmin edebiliriz (depremin hangi streste olacagını
kestirebiliyoruz) ► Büyüklük tahmini: önceki depremin stres düşümü &
streslenme hızı + bugün bir deprem olsa => kayma
miktarını tahmin edebilirim (depremlerden sonraki
stress seviyesi aynıdır)
Bu segmentin bu depremde
kırılmış olması gerekirdi
Bu segmentin çok daha
fazla miktarda kayması
gerekirdi
Sunda Dalma-Batma Zonunun “Toplu” Görüntüsü
Kalıcı
Bariyerler Bağlanmış bölgeler
ama düşük stres
nedeniyle geçici olarak
bariyer olarak
davranabiliyorlar
►Kilitli
bölgelerin
tamamen kırıldığı
depremler (1833,
1861, 2004, 2005)
►Düşük
öngerilme ile
çevrelenmiş
depremler (2007
sequence.
Küçük, zayıf
bağlanmış
bölgeler
(Hsu et al, 2006)
Dalma-Batma Zonlarındaki Bazı Depremlerin Moment-Rate Fonksiyonları
2007 Peru 7.9
2006 Kuril 8.1
2007 Mentawai 7.9
2007 Mentawai 8.4
Fay Boyunca Değişen Sürtünme Davranışının Dinamik Modellenmesi
Değerlendirme: Sürtünme Parametrelerindeki değişimler
► İki kilitli (rate-weakening) bölge
arasında küçük bir sünen (rate-
strengthening) bölge.
► Farklı yırtılma modlarına yol
açıyor.
► Bu şekilde kalıcı ve geçici
bariyerler yaratabiliriz
(Kaneko et al., 2012)
Mw 7.1
Mw 6.0
Event Date Time Epicentre Depth MomentPlane1
str/dip/slipPlane2
str/dip/slip
Main 23.10.2011 10:41:28.4 38.640/43.400 12.0 6.3E26 246/38/60 103/58/112
Aftershock(EGF)
23.10.2011 20:45:38.6 38.510/43.070 12.0 1.1E25 281/40/82 111/50/90
2011 Mw7.1 Van Depremi ve Artçışokları
► Van Depremi’ni ki farklı yöntemler çalışmaktayız
Gözlemsel Green Fonksiyonları: Yakın lokasyon ve benzer mekanizmalı bir
artçı şok dalgaformlarını dekonvolusyonla istasyon noktalarında STF’leri
bulmak (Zeynep Yılmaz, Hayrullah Karabulut)
Telesismik ve GPS yerdeğiştirmeleri kullanılarak elde edilen model
Boğaziçi University - August 2013
Boğaziçi University - August 2013
Veri Kümesi
The Mw = 7.1 Van
Eq of 23 Oct 2011
Joint
200 km<distance <9000 km (~90°)
Regional
200 km<distance <2000 km (~20°)
Teleseismic
2000 km (~20°)<distance <9000 km (~90°)
Station
Along Strike (km)NE SW
m
Along Strike (km)NE SW
m
(b)
(c)
Bölgesel verilerle Elde Edilen Grid Taraması ve Kayma Modelleri
VR =1.5 km/s
VR =2.0 km/s
TD=1.0 s
TD=2.0 s
Vr = 50% Vs
Along Strike (km)NE SW
m
Along Strike (km)NE SW
m
(b)
(c)
VR =1.5 km/s
VR =2.0 km/s
TD=1.0 s
TD=2.0 s
Telesismik verilerle Elde Edilen Grid Taraması ve Kayma Modelleri
Along Strike (km)NE SW
m
Along Strike (km)NE SW
m
(b)
(c)
VR =1.5 km/s
VR =2.0 km/s
TD=1.0 s
TD=2.0 s
Bölgesel ve Telesismik Verilerle Elde Edilen Grid Taraması ve Kayma Modelleri
Gözlemsel Green Fonksiyonlarıyla Elde Edilen Kayma Modelleri
Telesismik ve GPS verilerinden elde edilen Kayma Modeli
Telesismik Verilere Uyum
GPS Verilerine Uyum
Iki Yöntemden Elde Edilen Modellerın Kıyaslanması
EGF Telesismik + GPS