Strong Ground Motion Simulation by Hybrid Green`s function Method

Strong Ground Motion Simulation by Hybrid Green`s function Method

ABSTRACT
STRONG MOTION SIMULATION BY HYBRID GREEN’S FUNCTION METHOD
This study discusses the effectiveness of hybrid Green’s function method in simulating near
field strong ground motions from a future large earthquake. Hybrid Green’s function (HGF)
method starts with calculating Green’s functions which are a combination of deterministically
calculated, coherent, low frequency motion and stochastically simulated, incoherent, high
frequency motion. Following the hybrid Green’s function calculation, summation of the
Green’s functions using the numerical framework of the empirical Green’s function (EGF)
method gives the large earthquake synthetics.
The study is divided into two parts. Part 1 is a generic study, which aims at investigating the
availibility of the method when there are no records from previous small earthquakes, as it is
the case of EGF approach. It focuses on testing the method for uniform simulation of strong
ground motion for a region. Simulation is carried out for a strike slip fault ,and 32 stations are
selected, located at 1km to 30km fault distances. In simulating large earthquake motions, the
essence of the method is to sum the Green’s functions to follow the w2 law, whether they are
real or simulated. The summation of Green’s functions is the same process as in the EGF
method. The advantage of the HGF method is that, it can be used when there are no recorded
small earthquakes near the source area of the large earthquake. Based on the comparisons of
the results with empirical attenuation relations and response spectra from several other similar
magnitude earthquakes, it can be stated that the method works well in the distance range 530km. There are unrealistically large amplitude differences between the two horizontal
ground motion components at sites at 1 km fault distance, which is mainly caused by discrete
wave number method (DWNM).
Part 2 of the thesis aims to test the reliability of the method on the basis of a recorded event.
For that purpose, we have choosen the Mw 6.0, 2004 Parkfield earthquake because it
produced a wealth of high quality near-fault ground motion data. We have carried out
simulation for seven rock stations and one soil site station. The preliminary source model
determined by Ji (2004) using seismic data, has been used and subsequently modified,
applying HGF method. The comparisons of simulated motion in time and frequency domain
proved the efficiency of the method in broadband simulation.
ÖZET
HİBRİD GREEN FONKSİYONLARI İLE KUVVETLİ YER HAREKETİ BENZEŞİMİ
Bu çalışma gelecekte olabilecek büyük bir depremin yakın fay bölgesinde oluşturabileceği
kuvvetli yer hareketlerinin hibrid Green fonksiyonları (HGF) yöntemi ile benzeşiminin
etkinliğini tartışmaktadır. HGF metodu deterministik olarak hesaplanan, uyumlu, düşük
frekanslı yer hareketi ile stokastik olarak hesaplanan uyumsuz, yüksek frekanslı yer
hareketinin birleşimi olan Green fonksiyonlarının hesaplanması ile başlamaktadır. HGF
hesabını takiben, ampirik Green fonksiyonları metodunun nümerik çerçevesini kullanılarak
Green fonksiyonlarının toplanması ile büyük depremin meydana getireceği kuvvetli yer
harektine ait dalga şekilleri hesaplanmıştır.
Bu çalışma iki kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım, ampirik Green fonksiyonları yönteminin
gerektirdiği, geçmişte olmuş küçük deprem kayıtlarının bulunmadığı koşullarda, yöntemin
kullanılabilirliğini araştıran jenerik bir çalışmadır. Tez çalışmasının bu kısmı, kuvvetli yer
hareketlerinin bir bölge için jenerik benzeşimi için yöntemin test edilmesine odaklanmaktadır.
Benzeşim yanal atımlı bir fay için, faya 1 ila 30 km uzaklık aralığında konumlanmış 32 adet
istasyon için yapılmıştır. Büyük deprem hareketlerinin benzeşimi için kullanılan yöntemin
esası gerek gerçek, gerekse sentetik olarak üretilmiş Green fonksiyonlarının w2 deprem
kaynak spektrumu modelini takip edecek şekilde toplanmasından ibarettir. Green
fonksiyonlarının toplanması süreci, ampirik Green fonksiyonları yönteminin nümerik
altyapısını kullanmaktadır. HGF metodunun avantajı, büyük depremin kaynağına yakın küçük
deprem kayıtlarının olmadığı koşullarda da kullanılabilir olmasıdır. Ampirik azalım ilişkileri
ve gerçek depremlerden elde edilen kayıtlardan bulunan tepki spektrumları ile yapılan
karşılaştırmalara dayanarak, HGF yönteminin faya 5 ila 30 km arasındaki uzaklıklarda iyi
sonuçlar verdiği söylenebilir. Faya 1 km uzaklıktaki iki boyutlu yatay yer hareketleri
benzeşimlerinde iki bileşen arasında, özellikle hızlarda büyük genlik farkları gözlenmiştir. Bu
yetersizlik esasen DWN metodundan kaynaklanmaktadır. Çalışmanın bu kısmında HGF
yönteminin, yakın fay etkileri, direktivite ve uzaysal farklılaşma benzeşimindeki verimliliği
de tartışılmıştır.
Çalışmanın ikinci kısmı, yöntemin güvenilirliğini, kaydedilmiş bir deprem için benzeşim
yapılmak sureti ile test etmeyi amaçlamaktadır. Bu nedenle, oldukça kaliteli yakın fay
kayıtları elde edilmiş olmasından dolayı, Mw = 6 büyüklüğündeki 2004 Parkfield depremi
seçilmiştir. Yedi tanesi kaya, bir tanesi de zemin üzerinde olmak üzere sekiz istasyon için
benzeşim yapılmak sureti ile test etmeyi amaçlamaktadır. Ji’nin (2004) kaynak modeli baz
alınarak HGF yöntemi ile 2004 Parkfield depreminde, sekiz noktada oluşan yer hareketi
simule edilmiş, iteratif olarak yapılan simulasyon sonucu, gerçek kayıtlara en yakın
sonuçların kaynak modeli belirlenmiştir. Benzetilmiş yer hareketleri ile kaydedilmiş yer
hareketlerinin
kanıtlamaktadır.
karşılaştırılması,
yöntemin
geniş
frekans
aralığındaki
verimliliğini