Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 Seismologie na MFF ve světle evropských projektů J. Zahradník katedra geofyziky.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 Seismologie na MFF ve světle evropských projektů J. Zahradník katedra geofyziky."— Transkript prezentace:

1 1 Seismologie na MFF ve světle evropských projektů J. Zahradník katedra geofyziky

2 2 Vývoj seismologie na UK Prof. V. Láska ( ) St. ústav geofyzikální 1920, seismická stanice na Karlově 1924 Prof. A. Zátopek ( ) první profesor geofyziky na UK 1952 Prof. K. Pěč ( ) zakladatel matematické geodynamiky Prof. V. Červený (1932) jeden z otců a průkopník paprskové teorie

3 3 Sumatra M tis. obětí

4 4

5 5 Projekty: : Assessing Coal Reserves; GR-COAL, NATO koordinátor G-A. Tselentis, Patras, Greece : Integrated Strong Motion Modelling EUROSEISTEST Data; EC Inco-Copernicus, koordinátor P.-Y. Bard, Grenoble, France : Earthquakes in Western Greece; NATO koordinátor G-A. Tselentis, Patras, Greece.

6 6 Projekty (po r. 2000): : Practical, Real-time Estimation of Aftershocks EC 5. rámc. program, PRESAP koordinátor J. McCloskey, Ulster, United Kingdom : Prague Centre of Mathematical Geophysics, Meteorology, and their Applications EC 5. rámc. program MAGMA koordinátor J. Zahradník : Earthquakes, Tsunamis and Landslides EC 6. rámc. program, 3HAZ-CORINTH koordinátor P. Bernard, Paris, France.

7 7 Projekty (pokrač.): : Practical, Real-time Estimation of Aftershocks EC 5FWP PRESAP koordinátor J. McCloskey, Univ. of Ulster, United Kingdom : Earthquakes, Tsunamis and Landslides EC 6FWP 3HAZ-CORINTH koordinátor P. Bernard, IPGP, France : Prague Centre of Mathematical Geophysics, Meteorology, and their Applications EC 6FWP MAGMA koordinátor J. Zahradník

8 8 Tsunami Pacific Center: výpočetní model

9 Plášťové vlny (periody > 100 sec)

10 10 Vlastní kmity Země (periody až desítky minut)

11 11 Přerušovaný zlomový proces Jev 2 a 3 „spuštěn“ jevem 1?

12 12 Některé současné trendy od zlomu k pohybům půdy (přímá úloha) od pohybů půdy ke zlomu (obrácená úloha) vícenásobná zemětřesení vzájemné ovlivňování zlomů statickou změnou napětí přírodní laboratoře a širší geodynamické souvislosti

13 13 Atény M 5.9 ( J) 140 obětí ? m/s 2

14 14 Atény M 5.9 ( J) 140 obětí

15 15 Atény M 5.9 ( J) 140 obětí

16 16 Některé současné trendy od zlomu k pohybům půdy (přímá úloha) od pohybů půdy ke zlomu (obrácená úloha) vícenásobná zemětřesení vzájemné ovlivňování zlomů statickou změnou napětí přírodní laboratoře a širší geodynamické souvislosti

17 17  - tenzor napětí, u - vektor posunutí  - hustota, c - tenzor elast. parametrů G - Greenův tenzor  - zlomová plocha, - její normála [u] - nespojitost posunutí na zlomu

18 18 c(x) - „prostředí“- 3D prostorová funkce, nespojitá  - „zdroj“ - většinou rovinná zlomová plocha [u(x,t)] - „trhlina“, většinou smyková, [u]   m - momentový tenzor přímá úloha zlom šíření trhliny pohyb na povrchu Země u = ?

19 19 Tselentis, G.-A., Zahradník, J. (2000), The Athens earthquake of September 7, 1999, Bull. Seism. Soc. Am., 90, zlom zlom (na povrchu) a zlomová plocha „mapování “ zlomu pomocí lokalizace dotřesů (dočasná síť 30 stanic) (O. Smrž, J. Janský) 4 km 10 km hloubka

20 20 Plicka V., and Zahradník, J. (2002), The use of eGf method for dissimilar focal mechanisms: The Athens 1999 earthquake, Tectonophysics 359,

21 21 model šíření trhliny a vln vysvětluje místa ničivých účinků ale maximální vypočtené zrychlení je malé Zahradník, J., Tselentis, G.-A. (2002) (nová metoda stochastické extrapolace do ~ 10 Hz)

22 22 site anomalies Měření existují jen mimo postiženou oblast a model tam vyhovuje Empirical relation (N. Theodulidis, 1991) X=accelerographs 3 ITSAK, 12 NOA

23 23 měření v Aténách mimo postiženou oblast model částečně ověřují (syntetické a reálné záznamy)

24 24... a ještě jedna stanice

25 25 V čem je model nedokonalý v nejvíce postižené oblasti? Lekkas et al., 2000 chybí 3D povrchové nehomogenity, patrně způsobující lokální zesílení

26 26 Vliv lokálních vlnových procesů patří k prioritám seismologie 1D 3D na MFF 1985-dosud

27 27 Z našich dřívějších výzkumů lokálních vlivů (1985-dosud) 2D konečné diference údolí Tibery Řím, (spolupráce: A.Caserta)

28 28 O ekvivalenci nespojitých parametrů, objemových silách a podmínce spojitosti napětí Zahradník, J., Priolo, E. (1995), Heterogeneous formulations of elastodynamic equations and finite-difference schemes, Geophys. J. Int. 120,

29 29 Nová metoda kombinuje pro Atény vliv konečného zdroje a místní 3D (rezonanční) vlivy:  v nejvíce postižené oblasti až 0.6 g Opršal, I., Zahradník, J. (2002), J. Geophys. Res. 107, Art. No

30 30 Nová 3D metoda kombinuje pro Atény vliv konečného zdroje, šíření vln a místní (rezonanční) vlivy: Opršal, I., Zahradník, J. (2002), J. Geophys. Res. 107, Art. No ?

31 31 Výklad ničivých účinků: v nejvíce postižené oblasti dosáhlo horiz. zrychlení 0.6 g jednalo se o vliv směrovosti zdroje kombinovaný s místními podmínkami

32 32 basilej^1356 rytina

33 33 Basilej M~6.5 možný “scénář” opakování zemětřesení r D metoda konečných diferencí (I. Opršal)

34 34 Některé současné trendy od zlomu k pohybům půdy (přímá úloha) od pohybů půdy ke zlomu (obrácená úloha) vícenásobná zemětřesení vzájemné ovlivňování zlomů statickou změnou napětí přírodní laboratoře a širší geodynamické souvislosti

35 35 Zemětřesení u ostrova Skyros M 6.4 řecká síť (periody do 20 s) a stanice MFF (periody do 100 s)

36 36 GPS měření horizontálních pohybů

37 37 GPS měření horizontálních pohybů zlom má však jiný směr

38 38 Byl aktivován zlom, kolmý na obvyklé tektonické směry Můžeme poskytnout podrobnější model zdroje ? obrácená úloha

39 39 Obrácená úloha bodového zdroje vlastní vektory M pq  horiz. smyk na téměř svislé zlomové ploše ale jak se trhlina šířila ?

40 40 Pro syntézu Greenových funkcí potřebujeme dobrý model zemské kůry Izmit M 7.5 Aug SER

41 41 Model lze zjistit inverzí disperzních povrchových vln

42 42 nový model je silně odlišný pro T<20 sec OLD NEW OLD NEW Novotný, O., Zahradník, J., Tselentis, G-A. (2001), Bull. Seism. Soc. Am. 91,

43 43 bodový zdroj vysvětluje data, ale vyžaduje různou (zdánlivou) dobu trvání ohniska pro různé stanice analogie Dopplerova jevu

44 44 obrácená úloha zlom šíření trhliny ? měření pohybu na povrchu Země

45 45 konečný zdroj umožňuje rozhodnout o směru šíření trhliny svazky křivek ódpovídají nejistotě rychlosti trhliny (2 až 3 km/s; optim. 2.2 km/s)

46 46 !!  datům lépe vyhovuje šíření trhliny ze SZ na JV konečný zdroj umožňuje určit směr a rychlost šíření trhliny Zahradník, J. (2002), Studia Geoph. et Geod. 46,

47 47 model pak vysvětlí i větší ničivé účinky JV od epicentra

48 48 model vysvětluje i větší účinky směrem na JV od epicentra

49 49 Jsme schopni předvídat aktivaci okolních zlomů ? EC projekt PRESAP Mc Closkey, Ulster: ano a simulaci silných pohybů pro ně můžeme provést předem V. Karakostas: Coulomb stress....

50 50 Některé současné trendy od zlomu k pohybům půdy (přímá úloha) od pohybů půdy ke zlomu (obrácená úloha) vícenásobná zemětřesení vzájemné ovlivňování zlomů statickou změnou napětí přírodní laboratoře a širší geodynamické souvislosti

51 51 Lefkada M nová metoda analýzy vícenásobného zdroje pomocí regionálních sseismogramů

52 52 Od seismogramů k momentovým tenzorům dílčích zdrojů 1 momentový tenzor: minimalizace L2 normy rozdílu mezi pozorovanými a syntetickými seismogramy (lin. přeurčená úloha pro 5 parametrů, nejmenší čtverce) optimální poloha 1 zdroje: maximalizace korelace (nelin. úloha pro 2 parametry, síťové hledání)

53 53 rozklad na bázové tenzory elementární seismogramy

54 54 rozklad na bázové tenzory elementární seismogramy momentový tenzor: minimalizace L2 normy rozdílu mezi pozorovanými a syntetickými seismogramy (lin. přeurčená úloha pro 5 parametrů, nejmenší čtverce)

55 55 optimální poloha a čas zdroje: minimalizace chyby = maximalizace korelace (nelin. úloha pro 2 parametry, síťové hledání) postupně se hledá několik zdrojů poloha čas nejednoznačnost, stabilizační podmínky,...

56 56 data model Iterativní dekonvoluce vícenásobného bodového zdroje pro periody sekund

57 57 test stability výsledného řešení mom1=mom2=0.5e18 Nmmom3=mom4=0.2e18 Nm

58 58 výsledek: dva hlavní jevy („dvojče“) 40 km a 14 sec od sebe =spuštění sousedního zlomu rychlou napěťovou změnou! Zahradník, J. et al. (2005). Bull. Seism. Soc. Am., 95,

59 59 model vysvětluje dva oddělené shluky dotřesů

60 60 tenzorový součet jevů 1 a 2 není čistý smyk vícenásobnost = jeden z možných výkladů nesmykových složek zemětřesení

61 61 Některé současné trendy od zlomu k pohybům půdy (přímá úloha) od pohybů půdy ke zlomu (obrácená úloha) vícenásobná zemětřesení vzájemné ovlivňování zlomů statickou změnou napětí přírodní laboratoře a širší geodynamické souvislosti

62 62 Jsme schopni předvídat aktivaci okolních zlomů ? EC projekt PRESAP Mc Closkey, Ulster: ano a simulaci silných pohybů pro ně můžeme provést předem V. Karakostas: Coulomb stress....

63 63 Jsme schopni předvídat aktivaci okolních zlomů ? EC projekt PRESAP Mc Closkey, Ulster: ano protože dotřesy jsou převážně v oblasti kladného „Coulombova napětí“ V. Karakostas: Coulomb stress....

64 64 T TnTn TtTt sousední zlom je ovlivněn změnou napětí na hlavním zlomu známe [u] hlavní zlom: [u(x,t  )]  kdekoli: u(x,t  )  tenzor napětí   na sousedním zlomu: T n, T t

65 65 T TnTn TtTt T ts sousední zlom předpokl. směr skluzu  možnost posoudit náchylnost sousedních zlomů k aktivaci, ale jen za předpokladu dobré znalosti [u] hlavního zlomu projekce tečného napětí T t do předpokl. směru skluzu: T ts Coulombovo kriterium: T ts T ts > či < 0

66 66 Co to znamená pro dvojité zemětřesení na Lefkadě? existuje 20 km „zatížený“ segment zlomu a simulaci silných pohybů pro něj můžeme provést předem S. Nalbant (nepublikováno) Lefkada Kefallonie

67 67 Některé současné trendy od zlomu k pohybům půdy (přímá úloha) od pohybů půdy ke zlomu (obrácená úloha) vícenásobná zemětřesení vzájemné ovlivňování zlomů statickou změnou napětí přírodní laboratoře a širší geodynamické souvislosti

68 68 rozvírání, ~ 1 cm/rok ! 3HAZ-CORINTH ( ), koord. P. Bernard, Paříž Zemětřesení, tsunami a sesuvy v Korintském zálivu

69 69 Nový evropský projekt spojí výzkum zemětřesení a průvodních jevů, např. pomalých deformací MFF se účastní dvěma ze svých 4 stanic (a vývojem interpretačních metod)

70 70 Neobvyklé signály při blízkých slabých zemětřeseních vzdálenost 10km, M 3 ?

71 71 ACCELEROGRAPH Zahradník, J., Plešinger, A. Long-period pulses in broad band records of near earthquakes. Bull. Seism. Soc. Am., v tisku. Normální odezva 100-sec přístroje na abnormální vstup, t.j. náhlý náklon (zde 0.6 mikroradiánů) původ náklonu zatím neznámý (teor. model dává řádově méně)

72 72 5 min ! Další zajímavost: Po náhlém náklonu pozorujeme 5 min. pomalý “návrat”. Realita nebo šum ?

73 Výhled do budoucna ?

74 74 Nadějné směry dalšího vývoje: dynamika rychlého porušení a dlouhodobá evoluce zlomů (teorie, data, modelování) souvislosti zemětřesení a pomalejších geodynamických procesů jednotná matematická geofyzika na MFF a její stálé místo v evropských projektech výzkumu i výuky

75 75

76 76 Život zlomu napětí roste a vzniká asperita F. Gallovič „mladý“ „starý“

77 77 Zlom jako fraktál, dimenze D=2 J. Burjánek

78 78 Mocninné zákony N ~ R -D log N ~ -D log R ~ -D/3 log Mo ~ -D/2 M Mo ~ R 3 (neboť Mo ~ [u]  ~ [u]R 2 a [u]~R) M ~ 2/3 log Mo log N = a - b M (1 rok, svět, a=8, b=1, D=2)

79 79 Dlouhodobá příprava z. ? Historická z. M8 a větší zde mají „mezeru“ současné katalogy (po r. 1970) kladou do mezery jen jedno M7

80 80 Jeden z příznaků: „zrychlená“ seismicita konst. D nekonst. D POZOR: Tento obrázek se netýká Sumatry !

81 Asperity model Entire fault: Average slip: D Moment: Mo=  D L 2 Stress drop:  Mo  L  Spectr. acc: A   L Asperity: Slip 2D Moment: Mo/2 Stress drop: 4  Spectr. acc: 2A

82 82 Kompozitní model zdroje U(f) ~ f -2 pro f , U(f) ~ f 0 pro f  0 Mo ~ R 3 označme N=R/r, sečtěme N 2 malých jevů U/u = N pro f , U/u =N 3 pro f  0 f  nekoherence, součet N 2 jevů dá zesílení N f  0 koherence, součet N 2 jevů dá zesílení N 2 (ale potřebujeme N 3 )

83 83

84 84 u... elast. posunutí (seis. vlna)  zlomová plocha [u]... nespojitost posunutí (trhlina) na  G  Greenův tenzor Tzv. obrácená úloha „od vln zpět ke zlomu“

85 85 ACCELEROGRAPH 100-SEC VELOCIGRAPH input output input output Zahradník, J., Plešinger, A. Long-period pulses in broad band records of near earthquakes. Bull. Seism. Soc. Am., v tisku.

86 86 Normální odezva 100-sec přístroje na abnormální vstup, t.j. skok zrychlení, čili náhlý náklon v tomto případě jde o náklon 0.6 mikroradiánů původ náklonu zatím neznámý

87 87 Nový evropský projekt spojí výzkum zemětřesení i průvodních jevů, např. pomalých deformací 3HAZ-CORINTH ( ), coordinated by P. Bernard, France. Earthquakes, Tsunamis and Landslides in the Corinth Rift, Greece

88 88 Nový evropský projekt spojí výzkum zemětřesení i průvodních jevů, např. pomalých deformací 3HAZ-CORINTH ( ), koord. P. Bernard Zemětřesení, tsunami a sesuvy v Korintském zálivu

89 89 Současný stav: 8 seismografů MFF UK na 4 stanicích 2 samostatné (SERG, MAMO) 2 satelitní (LOUT, PYLO) přístroje pro slabé i silné pohyby

90 90 T TnTn TtTt T ts aktivovaný zlom hlavní zlom [u] předpokl. směr skluzu

91 91 t P S

92 92 “zdroj” = zlomová plocha 

93 93

94 94

95 95

96 96

97 97 source = fault plane 

98 98  - tenzor napětí, u - vektor posunutí  - hustota, c - tenzor elast. parametrů  - zlomová plocha, - její normála [u] - nespojitost posunutí na zlomu, m  - momentový tenzor, G - Greenův tenzor

99 99 LQ rychlost kmitů 1 mm/s, perioda 60 sec... posunutí ~ 1 cm !! P S LQ LR

100 100 Delší záznam a periody sec plášťové vlny 4 hodiny

101 101 SER station, CMG-3T, note the undisturbed Z-component low pass f < 1 Hz: data model response

102 102 Unfiltered time histories velocitydisplacement data model both NS, EW explained by an accel. step m/s 2

103 103 Vartholomio (near Zakynthos) Dec. 2, 2002 ETH-SED: Mw=5.7 DC%=55 ! (HRV: DC%=58, Mednet: DC%=44) Zakynthos

104 104 6 NOA stations, f=0.05 to 0.1 Hz weights proportional to 1/A were applied blue: data black: synthetics for crustal model of Haslinger et al. (1999)

105 105 Going into large details: Optimum correlation is not compatible with 100% DC trial source position trial time shift

106 106 Fixing the opt. source position and increasing frequency (f < 0.3 Hz): 3 subevents 2-sec time delay between sub 1 and 2; sub 3 is unstable

107 107 Subevents 1 and 2: similar strike and dip, but different rake Consider sub 1 and 2 as 100% DC (but unequal !), and sum up their moment tensors: Result: sub 1+ 2 provides DC% 77 to 93%, analogous to the previous single-source study. Multiplicity seems to explain the non-DC mechanism.

108 108 Landers 1992 M 7.4 and Big Bear M 6.5

109 109

110 110 Sergoula station f < 10 Hz

111 111 LF coherence and HF incoherence *1 *125

112 112 Example: Colfiorito Mw 6.0

113 113 Deterministic up to 5 Hz versus “extrapolated” above 2.6 Hz GTAD = Gualdo Tadino

114 another station CTOR = Cerreto Torre

115 115 CMG 5-T (Guralp) strong-motion accelerograph

116 116 Cooperation: E. Sokos, Patras University

117 117

118 118 [u( ,t)] the fault rupture, or slip

119 119 Asperity 5x5 km, equal-size subsources Entire fault 12.0 x 7.5 km, fractal subsources (Jan Burjánek) a single realization


Stáhnout ppt "1 Seismologie na MFF ve světle evropských projektů J. Zahradník katedra geofyziky."

Podobné prezentace


Reklamy Google