Effect of rupture directivity on the Probabilistic Seismic Hazard Maps in the Southern Apennines Italy
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Effect of rupture directivity on the Probabilistic
Seismic Hazard Maps in the Southern Apennines
Italy
Elena Spagnuolo, Aybige Akinci, André Herrero
INGV-DPC 2012-2013, progetto S2
UR6, INGVRM (n° 8):
Valutazione della Pericolosita’ Sismica nell’Appennino Meridionale:
incertezze, nuovi dati e modelli
GNGTS
19
Novembre
2013,
Trieste,
Italia
Implementazione del codice PSHA per
incorporare la direttività
• Implementiamo un codice PSHA (per il calcolo della pericolosità a
lungo termine) in modo da tenere conto di un effetto near-source.
• La direttività è un effetto near-source. Modifichiamo un’ equazione
predittiva (B&A2008) per la direttività. Utiliziamo un modello direttivo
(S&C2008).
• Valutiamo l’impatto della correzione per la direttività sulle mappe di
pericolosità in termini di SA(g). Ci focaliziamo su T=3 sec e M6.6
• Valutiamo l’effetto della correzione a diversi periodi spettrali.
• Introduciamo le informazioni sismotettoniche disponibilii. I parametri di input
sono da catalogo DISS 3.04 e 3.1.1.
• Valutiamo l’impatto della correzione per la direttività sulle mappe di
pericolosità in termini di SA(g). Ci focaliziamo su T=1,3 sec
GNGTS
19
Novembre
2013,
Trieste,
Italia
GNGTS 19 Novembre 2013, Trieste, Italia
La previsione del moto del suolo è basata su modelli empirici.
I modelli empirici non spiegano la variabilità del moto del suolo dovuta a
effetti di sorgente i.e. la propagazione di una rottura su faglia finita
GMPEs
La previsione del moto del suolo è basata su modelli empirici.
I modelli empirici non spiegano la variabilità del moto del suolo dovuta a
effetti di sorgente i.e. la propagazione di una rottura su faglia finita
GMPEs
- La sigma riassume anche l’effetto delle variabili non esplicitate nel modello empirico.
- Alcune variabili potrebbero avere effetti al primo ordine sui parametri di scuotimento.
Invece un effetto di sorgente quale la direttività, modifica
la distribuzione azimutale del moto del suolo.
Terremoto dell’Aquila 2009, Mw6.25
Anti-direttive
Akinci et al. 2010
Un effetto di sorgente quale la direttività, modifica
la distribuzione azimutale del moto del suolo.
Elongazione delle isosisme
Denali, Alaska, 2002, (Mw
7.9)
http://walrus.wr.usgs.gov/
geotechl
La direttività effettivamente altera la distribuzione e l’ampiezza del moto del suolo.
Per questo motivo se ne tiene conto nelle nuove leggi predittive (progetto NGA, next
generation attenuation relationships, Power et al. 2008).
Fisica e osservazione dell’effetto direttivo
o Fenomeno di interferenza costruttiva
(distruttiva) delle onde emesse dalla rottura
non simultanea di punti sulla faglia.
o Osservato su grandi terremoti (Benioff,
1955; Kanshara, 1960)
e su piccoli terremoti (Boatwrigth, 2007)
o Dipende da: geometria della faglia,
geometria sito-sorgente, velocità di rottura.
o Il suo effetto è modulato dal radiation
pattern.
Per tenere conto dell’effetto direttivo usiamo il modello di
Spudich & Chiou 2008.
fsc2008 (T) = fM (M) fR (R) [a (T) + b (T) IDP]
Impossibile visualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente
per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer
e aprire di nuovo il file. Se viene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario
eliminare l'immagine e inserirla di nuovo.
IDP = C (c’) S (s) P (p) Radiation pattern
velocità delle isocrone (c') C(θ)
frazione di superficie S
disponibile alla rottura
o Modifica le GMPE's (NGA) come un fattore correttivo:
o È un modello che sintetizza analiticamente la fisica del fenomeno ed è quindi è indipendente da una
misura empirica diretta dell'effetto direttivo sul sismogramma.
o E’ calibrato su dati empirici ma formulato anche sulla base di dati sisntetici che garantiscono una buona
completezza dello spazio parametrico utilizzato.
Faglia normale (dip=45°, rake=90°, M=6.6). BA2008 GMPE T = 3 sec SA 10% in 50 yrs
Faglia strike-slip (dip=90°, rake=0°, M=6.6). BA2008 GMPE T = 3 sec SA 10% in 50 yrs
Differenze relative: tra le stime di pericolosità
( SA-3sec %10 in 50 yrs) ottenute con e senza l'effetto direttivo e calcolate per
una faglia normale (NF: 450) e per una faglia strike slip (SS:900). Mw=6.6
[DIR (SA – 3s) NODIR (SA – 3s)]/NODIR(SA – 3s)*100
Colori caldi (rosso): contributo positivo. Colori freddi (blue): contributo negativo.Differenze assolute: tra le stime di pericolosità
( SA-3sec %10 in 50 yrs) ottenute con e senza l'effetto direttivo e calcolate per
una faglia normale (NF: 450) e per una faglia strike slip (SS:900). Mw=6.6
[DIR (SA – 3s) NODIR (SA – 3s)] %g
Colori caldi (rosso): contributo positivo. Colori freddi (blue): contributo negativo.L’efficacia della correzione per la direttività
dipende e aumenta con il periodo.
Consideriamo sette periodi spettrali in un range pari a [0.5-10] secondi:
0.5, 0.75, 1, 2, 3, 5, 10 secondi
Rosso: direttivo
Blu: non direttivo
Le differenze assolute sono piccole perché i valori di SA (g) sono piccoli.
Le differenze relative sono alte, arrivano al 25% per un periodo di 10 secondi.L’introduzione dell’effetto direttivo implica un forte
contributo del punto di nucleazione
Nel PSHA standard, la distribuzione dei punti di nucleazione è uniforme.
MA il fattore correttivo dipende dal punto di nucleazione
SCELTA: Per ogni sito consideriamo solo il punto di nuclezione che dà
massimo contributo alla direttività.L’effetto della posizione del punto di nucleazione SA, prendendo il punto di nucleazione che dà il massimo effetto direttivo. Pattern bilaterale. Amplificazione agli estremi della faglia. Altre possibilità: bilaterale, unilaterale, minimo, medio, pdf ad hoc
L’effetto della posizione del punto di nucleazione SA, prendendo un punto di nucleazione a una estremità della faglia. Pattern unilaterale. Amplificazione ag un estremo della faglia.
Nota bene: l’incertezza si riduce
Period (s) Sigma – BA2008 Sigma – SC2008 Reduction %
0.5 0.5212 0.5212 0
1 0.5327 0.5278 0.9
3 0.5484 0.5197 5.2
5 0.5973 0.5513 7.7
7.5 0.600 0.5340 11.1
10 0.6503 0.5171 20.5
Using BA2008 sigma Using SC2008 sigmaApplicazione all’Appenino Meridionale
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Sorgenti Individuali DISS (3.1.1 e 3.04)
IL MODELLO GEOLOGICO
71
sorgen;
individuali
dell’Appennino
Meridionale
selezionate
dal
DISS
(3.1.1
e
3.0.4)
geological
sources
(35)
historical
well-‐
constrained
sources
(36)
µ = modulo di rigidita’, L = lunghezza della faglia,
W = larghezza della faglia, SR= slip rate,
c, d = parameteri della relazione
log Mo=c*Mw+d, (c=1.5, d=9.05)
Mch = magnitudo caratteristica
Il periodo di ricorrenza dei terremoti è stato calcolato mediante il modello caratteristico
utilizzando la seguente formula, basata sul principio di “conservazione del tasso di
momento sismico per un segmento”:
Ratechar = µ.L.W.SR / 10c*Mch+dIndividual Seismogenic Sources based on geological–
geophysical (ITISs) taken from DISS 3.1.1. and Macroseismic-
Well Constrained (ITMWs) data taken from DISS3.04
ID Fault Name Fault Mw Geo. SR FEM SR Last L (km) W (km) Dip
type # DISS (mm/yr) (mm/yr) Event
3.1.1 * Model1 $ Model2 $
1-ITIS004 Boiano Basin 6.6 0.1-1.0 1.481
2 1805 23.95 13.8 55
2-ITIS005 Tammaro Basin 6.6 0.1-1.0 1.481
2 1688 24.96 14.3 60
3-ITIS006 Ufita Valley 6.6 0.1-1.0 1.481
1 1732 25.57 14.5 64
4-ITIS008 Agri Valley 6.5 0.1-1.0 1.542
2 1857 22.97 13.5 60
5-ITIS009 Castrovillari 6.2 0.6 0.715
2 - 15.56 10.3 60
6-ITIS010 Melandro-Pergola 6.3 0.1-1.0 1.542
2 1857 17.88 11.3 60
7-ITIS011 U. Messina Basin 6.6 0.1-1.0 1.518
2 1783 22.06 13.5 30
8-ITIS012 Gioia Tauro Plain 6.6 0.1-1.0 1.518
2 1783 25.03 15 30
9-ITIS013 Messina Straits 7.1 2.0 1.129
2 1908 31.44 15 29
10-ITIS020 M. Sant'Angelo 6.4 0.1-1.0 0.1
1 - 19.95 12 80
# 1=Strike slip, 2=Normal, 3=Reverse
$ SR slip rate from DISS3.1.1 from geologic data (Model 1) and from Finite Element Model, FEM (Model 2).
*In DISS3.1.1 only few faults have slip rates estimated from local geological data. For the remaining sources, the slip rate is estimated on the basis of
geological reasoning at a much broader scale. In all these cases, slip rate is set to a conventional range of 0.1–1.0 mm/year. In order to reduce the large
geologic slip rate uncertainty distribution for most faults, we calculate the misfit between the log of the cumulative predicted rate at each magnitude for all the
faults in this category and the log of the cumulative historically varying the slip rate between 0.1 to 3.5 mm/yr. Following the procedure, we obtain a slip rate
1.2 and 1.1 mm/year for a major part of the ISS and MWS sources, minimizes the misfit between the characteristic model rate of earthquakes calculated from
the geologic/model slip rate data and the historic rate of earthquakes from the earthquake catalog, respectively.[DIR (SA – 3s) NODIR (SA – 3s)]/NODIR(SA – 3s)*100
Rapporti di ampiezza
relativi tra le stime di
pericolosità
( SA-3sec %10 in 50
yrs) ottenute con e
senza l'effetto direttivo
e calcolate usando i
segmenti di faglia
individuali da database
DISS
Punto di nuclezione:
massimo effettoConclusioni
Data l’importanza dell’effetto direttivo sulla variabilità del moto del suolo abbiamo
introdotto l’effetto direttivo nella formulazione del PSHA. Abbiamo modificato il codice
USGS di computazione della pericolosità aggiungendo il fattore correttivo di SC2008 a
solo una delle equazioni predittive del progetto NGA, la Boore and Atkinson (2008).
L’effetto direttivo dipende dalla geometria della faglia, dalla posizione del punto di
nucelazione, dal meccanismo focale. La posizione del punto di nucleazione è significativa
e altera principalmente il pattern del ground motion.
Abbiamo mostrato l’effetto della direttività per 7 periodi: l'efficacia del fattore correttivo è
più alta ad alti periodi. A 1 secondo l'amplificazione è fino al 10% e la riduzione di un
massimo pari al 5%. A 10 secondi l’amplificazione puo’ arrivare al 30%.
Abbiamo applicato la nuova strategia utilizzando le sorgenti geologiche disponibili da
DISS nell’Appennino Meridionale. Osserviamo che l'effetto della direttività amplifica le
stime di pericolosità fino al 25% lungo l'intero sistema di faglie e le riduce fino al 10%
nell'area a nord di Napoli (Campania), e nella regione del parco nazionale del Gargano
(Puglia).
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Conclusioni
Il presente studio mostra chiaramente come le mappe di pericolosità sismica siano
influenzate dai parametri di faglia. Tuttavia, le stime derivanti dall'implementazione sono
fortemente dipendenti dalle assunzioni fatte sui parametri di input e il loro valore assoluto
deve essere deve essere trattato, allo stadio attuale, con riguardo.
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Sviluppi futuri
L'applicazione del fattore correttivo a altre GMPEs del pacchetto (Akkar &
Bommer, 2010; Bindi et al. 2012; Cauzzi and Faccioli, 2008) necessita di una
calibrazione ad hoc. Tale calibrazione è pianificata per l'attività successiva.
Valutazione dell’impatto dell’effetto direttivo su diverse magnitudo
Introduzione delle incertezze sui parametri (i.e. Dimensione della faglia,
posizione del punto di nuclezione) attraverso funzioni densità di probabilità
derivanti da informazioni disponibili (Spagnuolo et al. 2012).
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