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