Dynamic rupture process of the 1999 Duzce earthquake
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
Büyük depremlerin neden olduğu yırtılma ve yer hareketlerinin simülasyonu işlemi genellikle kinematik bir yaklaşım kullanılarak elde edilmektedir. Kinematik yaklaşımda fayın boyu, derinliği, yırtılma hızı, kalıcı kayma miktarı ve kayma hızı zaman fonksiyonunu tanımlayan yükselme zamanı girdi parametreleri olarak kullanılmaktadır. Fay üzerinde kayma miktarının belirlenmesi öncelik taşıdığından, bu yaklaşım yırtılma işleminin fiziksel sonuçlarının araştırılmasına yönelik değildir. Bu yüzden kinematik yaklaşımın kaynak baskın yer hareketi olgusunun belirlenmesinde bir takım sınırlamaları olacağı değerlendirilmektedir. Dünya genelinde meydana gelen büyük depremlerin ters çözüm sonuçları depremlerin yırtılma süreçlerinin kinematik şekli ile tanımlanandan çok daha karmaşık olduğunu göstermektedir. Örneğin 1992'de oluşan 7.6 büyüklüğündeki Nikaragua depreminin yükselme zamanı 100 sn, aynı büyüklükteki 1993 Kushiro Oki depremininki ise 10 sn olarak hesaplanmıştır. Dinamik modelleme, kaynak parametrelerinin karmaşıklığınının, yırtılma yayılma örüntüsü ve kayma miktarı dağılımının açıklanmasında yeni ve etkili bir yol olarak önerilmektedir. Depreme ait yırtılma işleminin fiziksel olarak anlaşılması yer hareketinin tahmin edilmesi için olan sürecin gelişimine önemli katkı koyar, bu yüzden deprem risklerinin azaltılması ve deprem tehlike analizlerinde bu katkı önemlidir. Depremlerin dinamik yırtılma sürecinin sayısal modelleri yer hareketi simulasyonlarında kaynağın fiziksel kısıtlamalarının ön görülmesini de sağlar. Bu modeller yüzeyde ve derin (gömülü) depremler arasındaki yer hareketi farklıklarını açıklayan yırtılmaya bağlı yönlülük gibi kaynak-baskın yer hareketi olayının çalışılması için kritik potansiyele sahiptir. Son yıllarda yapılan çalışmalar, derin (gömülü) depremlerin yüksek frekanslarda yüzey depremlerinden daha güçlü yer hareketi ürettiğini göstermektedir. Bu tez çalışmasında, 1999 Düzce depreminin kinematik ve dinamik modeli ele alınmıştır. Depremin dinamik modellemesinde yer hareketinde dinamik kaynak yırtılmasının etkileri araştırılmıştır. Bu şekilde depremin neden olduğu yapısal hasar dağılımının araştırılması da mümkün olacaktır. Fay üzerindeki gerilme durumu ve sürtünmeyi tanımlayan dinamik modelin parametreleştirilmesi, yakın alan kuvvetli yer hareketi kayıtlarının dalga formu ters çözümünden hesaplanan fay düzlemi üzerinde kayma dağılımı ile sınırlandırılmıştır. Düzce depreminin kinematik analizi yanında Manyas, Gemlik ve Ereğli'de meydana gelen orta büyüklüklü 3 depremin de ayrıca kinematik çözümleri yapılmıştır. Bu depremlere ait fay düzlemi üzerinde yer değiştirme dağılımı azalan basit bir yırtılma düzeni göstermektedir. Manyas depremi için yırtılma alanı yanalda 2.5 km boyunca ve düşey yönde 1.5 km olarak sınırlandırılmış bulunmuştur. Yine bu deprem için kayma değeri 0.16 m ve gerilme düşümü de 8 Mpa olarak hesaplanmıştır. Gemlik depremi için de farklı modeller içinde en uygun kayma dağılım modeline göre ortalama 0.18 m kayma miktarı, 9.70E15 Nm sismik moment ve 12 Mpa da gerilme düşümü bulunmuştur. Ereğli depreminde ise hemen hemen doğu-batı uzanımlı türdeş bir kayma dağılımı dikkati çekmekte olup en büyük pürüzlülüğün de deprem odağına çok yakın olduğu izlenmiştir. Yanal atım karakterli Ereğli depremi için de en büyük kayma değeri 0.25 m toplam sismik moment 5.20E16 Nm ve gerilme düşümü de 13 Mpa olarak hesaplanmıştır. Kinematik çözüm sonrası elde edilen bu parametreler dinamik kod için girdi değerlerini oluşturmuştur. Ely ve dig. tarafindan (2008) geliştirilen Support Operator Rupture Dynamic (SORD) kodu kullanılarak dinamik kaynak parametreleri belirlenmiştir. Düzce depreminin dinamik modellemesi ile düşük frekanslı hız yer hareketi, çalışma alanı içinde herhangi ağda herhangi bir noktada simule edilebilir. Bu simüle edilmiş hız yer hareketi ile uzun periyot yapısal hasar arasındaki ilişkisinin de incelenmesi mümkün olacaktır. Sonuçlar ayrıca daha önce Düzce depreminin doğuya doğru süper kesme hızı ile yırtılma yayılımı ile ilgili sonuçlar açısından da ele alınmıştır. Kayıtlarda doğu kesiminde (Bolu) gözlemlenen kuvvetli bir öne doğru yırtılma doğrultusunun nedeni, daha önceki simülasyonlarla tam anlamı ile açıklanabilir. Bu nedenlerden dolayı bu tez çalışması, Düzce depreminde gözlemlenen süper kayma-yırtılma ve yırtılma eyletik yönlülüğün doğasını anlaşılmasında önemli bir kavramı beraberinde getirmiş olacaktır. Rupture process of large magnitude earthquakes have been generally performed by using a kinematic approach. A typical set of input parameters for kinematic approach includes; fault length, fault depth, rupture velocity, slip distribution and rise time defining the slip velocity time function. Kinematic models have been quite successful in obtaining detailed slip distribution maps of large earthquakes. However, the kinematic models have their own disadvantages. One major disadvantage is that the physics of the kinematic inversion scheme is incomplete. One uses representation theorem and Green's functions approach to obtain slip distribution without considering the forces and the frictional properties on the fault interface. In fact, it is not clear whether the kinematic models of earthquakes with the inverted slip and rise time distributions are physical plausible. This lack of physical constraint on physical properties and the force balance leads to lack of long-term behavioral property of the fault. Dynamic modeling has been proposed as a new perspective to explain complexity of source parameters, rupture radiation pattern and slip distribution. One way of understanding the dynamic and kinematic mechanism of the earthquake source is to model how the rupture process improves. Hence, proper understanding of this process and appropriate modeling approaches play an important role in seismic hazard and seismic mitigation estimations. On the other hand, the modeling of a dynamic rupture process of an earthquake may provide information on how the limitations on the source can be understood. In this thesis, a dynamic rupture model of the 1999 Düzce Earthquake is obtained in order to study the effects of dynamic parameters using outputs of kinematic inversion of slip model. The success of the dynamic process substantially depends on parameterization of the model input, which is described by the friction law and stress condition on a fault. These parameters of slip and rise time, obtained from the kinematic model, is then used as input for the dynamic code. In addition to Düzce earthquake, three more moderate earthquakes, namely Manyas, Gemlik and Ereğli earthquakes, were investigated with respect to those kinematic analyses. Slip distribution models on the fault plane indicate a simple circular rupture pattern with decreasing slip values for these earthquakes. For the Manyas earthquake, the model of rupture area was calculated to be 2.5 km in strike and 1.5 km in dip directions with maximum slip of 0.16 m. The static stress drop is about 8 MPa. The slip distribution geometry shows an almost circular pattern. Two asperities were modeled; for the Gemlik earthquake. One is larger asperity near the hypocenter and another is smaller and located to the deeper part of the fault plane towards the east. The best-fitting slip distribution from different parametric models is characterized a 0.18m slip and seismic moment is 9.70E15 Nm, stress drop is 12 Mpa. The result shows almost homogenously elongated asperities were modeled during the Ereğli earthquake. The maximum slip is estimated is 0.25 m near the hypocenter and total seismic moment found as 5.20E16 Nm that is slightly bigger than other two earthquakes occurred in southern Marmara region The static stress drop was calculated as 13 Mpa associated with strike slip faulting the Ereğli earthquake. The dynamic parameters are modified by trial and error to obtain a final slip distribution that is consistent with the rupture velocity and slip distribution obtained from the kinematic model. For the calculations of dynamic rupture simulation, a code named, Support Operator Rupture Dynamic Code (SORD) was used. Results will also be compared with previous findings stating that the Düzce rupture propagated with supershear velocity towards east. The reason of a strong forward rupture directivity effect is seen at a strong-motion record in the city of Bolu, in the east cannot be fully explained with previous simulations. Hence, our study is expected to provide important insight into the nature of the rupture-induced directivity and supershear rupture observed for Düzce earthquake.
Collections