Büyük Depremlerin Sonlu- Fay Metotlarıyla Modellenmesi

(1)

Büyük Depremlerin Sonlu- Fay Metotlarıyla

Modellenmesi

A. Özgün Konca

Ömer Alptekin Jeofizik Çalıştayı, 4 Eylül 2013

(2)

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

(3)

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?

(4)

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 M

_w

8 ~400km, M

_w

7.5 ~ 150 km, M

_w

6.5 ~50km.)

 Yüzey kırıkları ve jeodezik veriler

(5)

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)

(6)

Statik Yerdeğiştirme Verileri – GPS ve InSAR

(7)

Zamana Bağlı Veriler

►Kuvvetli Yer Hareketleri ► Telesismik Veriler

► Normal Mod Verileri

► Bölgesel Veriler

Bouchon et al, 2001

Dreger, et al, 1991

(8)

Verilerden deprem Kaynağına

+

(9)

Sonlu Fay Modellemesi I

 Sonlu bir fayın kırılmasından kaynaklanan yer değiştirme Yer değiştirme

Kayma miktarı

Green Fonksiyonu

Yırtılma Hızı

Kaynak-zaman fonksiyonu

(10)

Örnek: Imperial Valley

 V_R=0.8×β

 Faycık 1 m kayıyor

Neresi Ne Kadar Kayıyor?

Ters Çözüm

Hartzell &

Heaton 1983

(11)

Lineer Ters Çözüm

Hartzell &

Heaton 1983

(12)

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?)

(13)

Sentetik Bir Deprem Örneği I

►Sentetl bir deprem üretiyoruz



M

_w

6.8



doğrultu:268

^o

; batma:65

^o

; kayma:180

^o

; V

_R

: 2.8 km/s;



Yükselme zamanı kayma miktarı ile orantılı, 50 cm/s.

Fay Düzlemi Görüntüsü Harita Görüntüsü

Yüzey

(14)

Sentetik Bir Deprem Örneği II

►

Gosterilen model kullanarak

hesaplanan sentetik veri.

(15)

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) V_R(km/s) rise time rake

input 0-3.5 2.8 0-7 180

search

range 0-5 2-3.5 0-7 160^o-200^o

(16)

Model Kıyaslaması ve Veri Uyumu

► Üst:

 sol: üretilen model

 sağ: çıkan model

► Veri (siyah) ve

sentetikler (kırmızı)

(17)

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

(18)

Amaç: Fayın Davranışını Anlamak

(19)

Toplam Kaymanın Jeodezik Modellenmesi

►

27 cGPS istasyon

►

4 InSAR hattı verisi (ALOS uydusu)

►

14 mercan verisi

►

Toplam moment:

7.x10

²¹

N-m (M

_w

8.5)

black data; green: GPS fits, red:coral fits

(20)

Toplam Kaymanın Jeodezik Modellenmesi: InSAR Verilerine Uyum

►ALOS uydusundan dort hat.

Dış halka: veri; iç daire: model tahmini

(21)

Mw8.4 & 7.9 Depremlerinin Kaynak Modelleri

GPS

Gözlem: siyah

Model: yatay -> yeşil düşey -> kırmızı

M_w8.4 M_w7.9

(22)

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).

(23)

Postsismik Kayma Modeli

Kositsky et al, in prep.

Toplam Moment= 1×10²¹ N-m

(24)

III. 2007 Mentawai Adaları Depremleri

Mw8.4 Mw7.9

Mw7.

► 2007 Eylül Depremleri: Kuzeye doğru, 24 saat içinde: M_w8.4, 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 M_w8.7-8.9 (Natawidjaja et al., 2006, Chlieh 2008)

 Maksimum düşey yer değiştirme: 1 m

► 1833 M_w8.9-9.1

 Maksimum düşey yer değiştirme: 3 m

Chlieh et al., 2008

(25)

Değerlendirme: Tarihsel Depremlerle Kıyaslanması

► 1833 ve 2007 depremlerinde benzer kayma alanları ama farklı asperity’ler.



2007: toplam moment ~7.5 10

²¹

N.m



1833: 10-55 10

²¹

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

(26)

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).

(27)

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

(28)

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)

(29)

Dalma-Batma Zonlarındaki Bazı

Depremlerin Moment-Rate Fonksiyonları

2007 Peru 7.9 2006 Kuril 8.1 2007 Mentawai 7.9 2007 Mentawai 8.4

(30)

Fay Boyunca Değişen Sürtünme Davranışının

Dinamik Modellenmesi

(31)

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)

(32)

Mw 7.1 Mw 6.0

Event Date Time Epicentre Depth Moment Plane1

str/dip/slip Plane2 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 M

_w

7.1 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

(33)

Boğaziçi University - August 2013

(34)

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

(35)

Along Strike (km)

NE SW

m

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

(36)

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

(37)

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

(38)

Gözlemsel Green Fonksiyonlarıyla Elde Edilen

Kayma Modelleri

(39)

Telesismik ve GPS verilerinden elde edilen

Kayma Modeli

(40)

Telesismik Verilere Uyum

(41)

GPS Verilerine Uyum

(42)

Iki Yöntemden Elde Edilen Modellerın Kıyaslanması

EGF Telesismik + GPS