Συμβολή στη μελέτη της σεισμικότητας του ελληνικού χώρου σε σύνδεση με τις μεταβολές του πεδίου των τάσεων

Abstract

The present PhD thesis focuses at two main purposes. The first is an attempt to testify if the history of cumulative changes in stress can explain the spatial and temporal occurrence patterns of strong earthquakes (M≥6.5) in Greece and its adjacent areas estimating the evolution of the stress field since the beginning of the 20th century. The second point is referred to the incorporation of stress transfer into earthquake probability estimations. In Chapter 1 a review of seismotectonic characteristics is presented for Greece and the broader area. This chapter also includes references to previous studies regarding to stress evolutionary model and consequences of stress transfer in probability estimates. In Chapter 2 the theory and methodology of Coulomb stress changes along with along with mathematical equations and physical parameters are described in detail. Chapter 3 includes information about tectonic and kinematic models of the study area. The long term slip-rate constraint in every fault segment of the study area is defined also in this chapter. Slip rates of the major faults in the study area are adopted from various researchers who investigated geologic, geodetic and geomorphologic information or velocity field of crustal motion in Greece and the broader area (e.g. Armijo et al., 2003; Flerit et al., 2004; Reillinger et al., 2006). Slip rates for the most important fault zones of the study area along with their names and their geometrical parameters characteristics are illustrated in tables. In Chapter 4 the rupture models for each earthquake with M≥6.5 are defined. The methodology of Coulomb stress changes is applied and the spatial distribution of static stress changes is presented. The goal here is to investigate if changes in stress affect the location of next earthquakes in nearby faults. he evolutionary stress model for the study area is presented in Chapter 5. The stress change calculations were performed for thrust, strike–slip and normal faults and in each stage of the model the stress field is calculated according to the strike, dip, and rake of the next large event, whose triggering is inspected, while the possible sites for future strong earthquakes can be assessed. n Chapter 6 a new insight on the evaluation of future seismic hazards, in the study area, is given by translating the calculated stress changes into earthquake probability. The method was introduced by Toda (1998) and Parsons (2004, 2005). Time-dependent probability calculations follow the renewal hypothesis of earthquake generation such that earthquake likelihood on a fault is lowest just after the last event. As tectonic stress grows, the odds of another earthquake increase. The goal here is to incorporate the effect of stress change into time-depended probability estimates using an earthquake nucleation constitutive relation, which includes permanent and transient effect of stress changes. The method of permanent effects of calculated stress changes is treating a stress change as an advance or delay in the earthquake cycle. A sudden stress change should be equivalent to a sudden shift in the time to the next earthquake. Therefore, for the calculation of the probability for the fault of interest an adjusted time by the clock change must be taken into account. According to transient effect method a sudden stress change is seen to modify earthquake rate, moving other faults toward or away from failure, changing the probability of potential earthquake on these faults. Therefore, the rate state transient effect describes an expected enhanced rate of earthquake nucleation resulting from a stress increase and can be expressed as a probability. The probability estimations are presented for every fault segment in the study area. The results of probability estimates are given in table in the same chapter. Chapter 7 includes the summaries of the present dissertation. Also an extrapolation of stress evolutionary model to 2008 is given here so as to determine the areas with current enhanced stress change where an earthquake is likely to occur.

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ των ρηγμάτων μέσω της εξέλιξης του πεδίου των τάσεων στην περιοχή, λόγω ισχυρών σεισμών με Μ≥6.5 που έγιναν από τις αρχές του 20ου αιώνα έως και σήμερα. Επί πλέον καταβάλλεται προσπάθεια σύνδεσης των μεταβολών των τάσεων με την πιθανότητα γένεσης ισχυρών σεισμών, όταν η πιθανότητα αυτή υπολογίζεται με ανεξάρτητη μέθοδο, με σκοπό τη συνδυασμένη εκτίμηση της μελλοντικής σεισμικής επικινδυνότητας. Η διατριβή συγκροτείται από επτά κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο σκοπός της διατριβής και γίνεται μία σύντομη περιγραφή της περιοχής μελέτης και των κύριων σεισμοτεκτονικών χαρακτηριστικών της. Στη συνέχεια γίνεται μία αναδρομή σε προηγούμενες ερευνητικές εργασίες. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται η μεθοδολογία που ακολουθείται, οι θεωρητικές αρχές, οι φυσικές παράμετροι και οι μαθηματικές σχέσεις που διέπουν τη μεταβολή των τάσεων Coulomb. Εισάγονται επίσης τα σεισμολογικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν και περιγράφεται η εφαρμογή η οποία υλοποιήθηκε για την αυτοματοποίηση των υπολογισμών των παραμέτρων που είναι απαραίτητες για τον υπολογισμό του εξελικτικού πεδίου των τάσεων. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα κύρια τεκτονικά και κινηματικά χαρακτηριστικά των κύριων ενεργών δομών της περιοχής μελέτης και τους ρυθμούς ολίσθησης των ιδιαίτερων τεμαχίων στα οποία διαιρέθηκαν τα μεγαλύτερα ρήγματα. Ο καθορισμός των μακράς διάρκειας ρυθμών ολίσθησης στα σημαντικότερα ρήγματα της περιοχής είναι απαραίτητος στους υπολογισμούς του εξελικτικού πεδίου των τάσεων και βασίστηκε σε γεωδαιτικές κυρίως μετρήσεις οι οποίες συχνά συμφωνούσαν με γεωλογικές παρατηρήσεις υπαίθρου διαφόρων ερευνητών. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα δεδομένα και τα επιμέρους μοντέλα διάρρηξης που ορίστηκαν για τους ισχυρούς σεισμούς με μέγεθος Μ≥6.5. Γίνεται η εφαρμογή της μεθοδολογίας και παρουσιάζεται η χωρική κατανομή των μεταβολών της στατικής τάσης Coulomb οι οποίες προκαλούνται από τη γένεση του σεισμού και τις παραμέτρους του ρήγματος με το οποίο συνδέεται ο σεισμός. H κατανομή αυτή συσχετίζεται με τη θέση των επόμενων σεισμών, για όλους τους τύπους διαρρήξεων. το πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται το εξελικτικό μοντέλο των τάσεων όπως προέκυψε για την περιοχή μελέτης με το συγκερασμό της σεισμικής ολίσθησης και της τεκτονικής φόρτισης στο χρονικό διάστημα μεταξύ διαδοχικών ισχυρών σεισμών για το χρονικό διάστημα 1902-2008. το έκτο κεφάλαιο γίνεται μία προσπάθεια εκτίμησης της πιθανότητας να συμβεί ένας ισχυρός σεισμός (Μ≥6.5) σε κάποιο από τα ενεργά ρήγματα της περιοχής μελέτης λόγω της επίδρασης προηγούμενων σεισμών. Οι σεισμοί που χρησιμοποιήθηκαν για τους υπολογισμούς έγιναν κατά την ενόργανη περίοδο ή και σε προηγούμενους αιώνες. Για να γίνει εκτίμηση της πιθανότητας λήφθηκε υπόψη η μεταβολή της τάσης που προκύπτει μετά από κάθε ισχυρό σεισμό και η οποία έχει ως αποτέλεσμα να επιταχύνει ή να επιβραδύνει τη γένεση του επόμενου σεισμού. Γίνεται δηλαδή ένας συσχετισμός των μεταβολών των τάσεων με τη χρονικά εξαρτώμενη πιθανότητα, με σκοπό να συμβάλει στη διαδικασία του να ξαναγίνει ένας σεισμός σε ένα ρήγμα. Στο έβδομο κεφάλαιο συνοψίζονται τα αποτελέσματα καθώς και τα εξαγόμενα συμπεράσματα. Γίνονται εκτιμήσεις με επέκταση των υπολογισμών του εξελικτικού πεδίου των τάσεων έως τα τέλη του 2008.