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