Συμβολή στη μελέτη της χρονικά μεταβαλλόμενης σεισμικότητας και σεισμικής επικινδυνότητας

Abstract

A large number of research efforts during the last 50 years has shown that seismicity in a specific region exhibits significant variation in time, while recent studies suggest that this temporal variation of seismicity follows certain patterns. The study of the time-dependent seismicity has an important practical interest, because the determination of the seismic effects of a large expected earthquake can help to the efficient planning of protection measurements, in a specific region. In this way, the main social and economic impact from this seismic event, can be minimized. In the context of the present thesis a new approach for the seismic hazard estimation was performed, using synthetic earthquake catalogs for the broader Aegean Sea region with an emphasis on both time-independent and time-dependent estimates. For this reason, a significantly revised complete and homogeneous earthquake catalog was elaborated for the study area, through a procedure of collecting data of different magnitude scales. This catalog constitutes the base for the new synthetic catalogs with specific characteristics, through a Monte-Carlo procedure. Synthetic catalogs, all available fault plane solutions and recently published information on the seismotectonic settings of the study area were considered in order to propose a new updated model of seismic zones for the study area. Seismicity Gutenberg-Richter parameters (a and b) for the 113 new seismic zones were calculated and the corresponding synthetic earthquake catalogs were generated using the proposed procedure. The impact of space distribution of seismicity in seismic hazard was also studied. Based on new seismicity model, the recently proposed seismic attenuation relations and the new seismic zone model, new time-independent seismic hazard maps were estimated for the study area. The final synthetic catalogs were used to determine the statistical distribution of the expected values for various ground motion parameters (e.g. PGA, PGV, IMM) for several sites of interest, by performing computations directly on all earthquakes of each catalog. Ground motion parameters were also calculated using classic seismic hazard assessment algorithms (EqRISK), in order to evaluate the compatibility of the proposed method with conventional approaches. Time-dependent seismic hazard was also estimated for short time periods (e.g. for the next 5 years). Several prediction scenarios were assumed and both time-independent and time-dependent seismicity models e=was applied. Results were compared with alternative methods and new conclusions were inferred. Finally, a parametric investigation of uncertainties in seismic hazard calculations (time-independent and time-dependent) and estimation of their influence on the final results was performed.

Όπως είναι γνωστό, η σεισμικότητα μιας συγκεκριμένης περιοχής παρουσιάζει σεισμικές εξάρσεις και υφέσεις ενώ πρόσφατη έρευνα έχει δείξει ότι η χρονική αυτή μεταβολή της σεισμικότητας ακολουθεί συχνά ορισμένους κανόνες. Η μελέτη της χρονικά μεταβαλλόμενης σεισμικότητας, πέρα από το θεωρητικό της ενδιαφέρον, έχει και τεράστιο πρακτικό ενδιαφέρον γιατί ο προκαθορισμός των επιπτώσεων μιας αναμενόμενης σεισμικής έξαρσης σε μια περιοχή ενδιαφέροντος μπορεί να οδηγήσει στη λήψη κατάλληλων αντισεισμικών προληπτικών μέτρων ετοιμότητας στην περιοχή αυτή, ώστε να μειωθούν δραστικά οι απορρέουσες κοινωνικές και οικονομικές συνέπειες της έξαρσης αυτής. Η παρούσα Διατριβή έχει ως κύριο αντικείμενο τη δημιουργία μιας νέας προσέγγισης για τον υπολογισμό και την εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας, με τη χρήση συνθετικών καταλόγων για την ευρύτερη περιοχή του Ελληνικού χώρου, με έμφαση στη μελέτη τόσο της χρονικά ανεξάρτητης όσο και της χρονικά εξαρτημένης σεισμικής επικινδυνότητας. Για το σκοπό αυτό, μετά από διαδικασία συλλογής και επεξεργασίας διαθέσιμων δεδομένων για διάφορες κλίμακες μεγεθών σεισμών, δημιουργήθηκε ένας πλήρης και ομογενής ως προς το μέγεθος σεισμικός κατάλογος, για το χώρο του Αιγαίοι, ο οποίος αποτέλεσε τη βάση για τον υπολογισμό των παραμέτρων της σεισμικότητας αλλά και τη δημιουργία των συνθετικών καταλόγων με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά, μέσα από μια διαδικασία προσομοίωσης τυχαίων αριθμών (Monte-Carlo). Μελετήθηκε η επίδραση της χωρικής κατανομής της σεισμικότητας στην εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας και κατά συνέπεια και του σεισμικού κινδύνου. Εκτιμήθηκε η στατιστική κατανομή των μέγιστων αναμενόμενων τιμών για διάφορες παραμέτρους της εδαφικής κίνησης (π.χ. PGA, PGV, IMM), για διάφορες θέσεις ενδιαφέροντος, πραγματοποιώντας υπολογισμούς απευθείας για όλους τους σεισμούς κάθε καταλόγου. Επαναπροσδιορίστηκε το μοντέλο των σεισμικών ζωνών και δημιουργήθηκε ένα νέο μοντέλο, βασισμένο σε πρόσφατα σεισμολογικά και τεκτονικά δεδομένα, αλλά και σε νεότερες αντιλήψεις γύρω από αυτά. Tο νέο μοντέλο περιλαμβάνει 113 σεισμικές ζώνες, για κάθε μια από τις οποίες καθορίστηκαν νέα επίπεδα πληρότητας, οι σεισμικές παράμετροι a και b της σχέσης Gutenberg-Richter, καθώς και τα μέγιστα μεγέθη Mmax, ενώ υπολογίστηκαν και διάφορα μέτρα σεισμικότητας. Με βάση το συνδυασμό της νέας γνώσης για τη σεισμικότητα, τις νέες διαθέσιμες σχέσεις απόσβεσης των σεισμικών κυμάτων και το νέο μοντέλο σεισμικών ζωνών, εκπονήθηκαν νέοι χάρτες χρονικά ανεξάρτητης σεισμικής επικινδυνότητας του Ελληνικού χώρου. Εκτιμήθηκε η αναμενόμενη χρονικά εξαρτημένη σεισμική επικινδυνότητα στον Ελληνικό χώρο και τις γύρω περιοχές, κατά τα επόμενα λίγα έτη (π.χ. 5 έτη). Έγινε προσπάθεια εκτίμησης της σεισμικής επικινδυνότητας για διάφορα υποθετικά σενάρια πρόγνωσης ισχυρών σεισμών και για διάφορες υλοποιήσεις αυτών. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη χρήση συνθετικών καταλόγων συγκρίθηκαν με εκείνα που παράγονται από κλασσικούς αλγορίθμους εκτίμησης σεισμικής επικινδυνότητας (π.χ. EqRISK). Τέλος, πραγματοποιήθηκε παραμετρική διερεύνηση των αβεβαιοτήτων στα διάφορα στάδια υπολογισμού της σεισμικής επικινδυνότητας (χρονικά εξαρτημένης και ανεξάρτητης) και της επίδρασής τους στους τελικούς υπολογισμούς.