Sonlu Fay Modelleri
Transkript
Sonlu Fay Modelleri
Büyük Depremlerin SonluFay Metotlarıyla Modellenmesi Ömer Alptekin Jeofizik Çalıştayı, 4 Eylül 2013 A. Özgün Konca 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 Bouchon et al, 2001 ►Bölgesel Veriler Dreger, et al, 1991 ►Telesismik Veriler ►Normal Mod Verileri Verilerden deprem Kaynağına + Sonlu Fay Modellemesi I Sonlu bir fayın kırılmasından kaynaklanan yer değiştirme Yer değiştirme Green Fonksiyonu Yırtılma Hızı Kayma miktarı 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 Ref: Konca, et al., (2008), Nature, 456 pp 631-635 Konca et al., (2007), BSSA, 97, pp 307322 2007 (Mw 8.4, 7.9) 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 Mw8.4 Mw7.9 GPS Gözlem: siyah Model: yatay -> yeşil düşey -> kırmızı 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 Toplam Moment= 1×1021 N-m Kositsky et al, in prep. III. 2007 Mentawai Adaları Depremleri ► 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) Mw7. Mw7.9 Maksimum düşey yer değiştirme: 1 m ► 1833 Mw8.9-9.1 Maksimum düşey yer değiştirme: 3 m Mw8.4 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 ►Kilitli bölgelerin tamamen kırıldığı depremler (1833, 1861, 2004, 2005) ►Düşük öngerilme ile çevrelenmiş depremler (2007 sequence. (Hsu et al, 2006) Bağlanmış bölgeler ama düşük stres nedeniyle geçici olarak bariyer olarak davranabiliyorlar Küçük, zayıf bağlanmış bölgeler Dalma-Batma Zonlarındaki Bazı Depremlerin Moment-Rate Fonksiyonları 2007 Mentawai 8.4 2007 Mentawai 7.9 2006 Kuril 8.1 2007 Peru 7.9 Fay Boyunca Değişen Sürtünme Davranışının Dinamik Modellenmesi Değerlendirme: Sürtünme Parametrelerindeki değişimler ► İki kilitli (rate-weakening) bölge arasında küçük bir sünen (ratestrengthening) bölge. ► Farklı yırtılma modlarına yol açıyor. ► Bu şekilde kalıcı ve geçici bariyerler yaratabiliriz (Kaneko et al., 2012) 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 Event Main Date Time Epicentre Depth Moment Plane1 Plane2 str/dip/slip str/dip/slip 23.10.2011 10:41:28.4 38.640/43.400 12.0 6.3E26 246/38/60 103/58/112 Aftershock 23.10.2011 20:45:38.6 38.510/43.070 (EGF) 12.0 1.1E25 281/40/82 111/50/90 Mw 7.1 Mw 6.0 Boğaziçi University - August 2013 Veri Kümesi The Mw = 7.1 Van Eq of 23 Oct 2011 Station Regional Teleseismic 200 km<distance <2000 km (~20°) 2000 km (~20°)<distance <9000 km (~90°) Boğaziçi University - August 2013 Joint 200 km<distance <9000 km (~90°) Bölgesel verilerle Elde Edilen Grid Taraması ve Kayma Modelleri (b) NE Along Strike (km) SW VR =1.5 km/s TD=1.0 s m (c) NE Along Strike (km) SW VR =2.0 km/s TD=2.0 s m Vr = 50% Vs Telesismik verilerle Elde Edilen Grid Taraması ve Kayma Modelleri (b) NE Along Strike (km) SW VR =1.5 km/s TD=1.0 s m (c) NE Along Strike (km) SW VR =2.0 km/s TD=2.0 s m Bölgesel ve Telesismik Verilerle Elde Edilen Grid Taraması ve Kayma Modelleri (b) NE Along Strike (km) SW VR =1.5 km/s TD=1.0 s m (c) NE Along Strike (km) SW VR =2.0 km/s TD=2.0 s m 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