Strong ground motion simulation by hybrid green`s function method

Abstract

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 deteraıinistik 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 kayıtlan 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 karşılaştırılması, yöntemin geniş frekans aralığındaki verimliliğini kanıtlamaktadır.

This study discusses the effectiveness of hybrid Green's function method in simulating near fîeld 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 lkm to 30km fault distances. In simulating large earthquake motions, the essence of the method is to sum the Green's functions to follovv 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 5-30km. There are unrealistically large amplitude differences betvveen 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.