Broadband kinematic ground motion modeling of tectonic earthquakes

Abstract

Širokopásmové simulace zemětřesných pohybů představují slibný přístup k analýze seismického ohrožení. Po validaci syntetických dat pomocí reálných záznamů nám mohou umožnit získávat dodatečné informace potřebné k přípravě přesnějších modelů seismických pohybů. V této práci vytváříme širokopásmové (0-10 Hz) kinematické modely zdroje dvou katastrofických zemětřesení: Mw6,2 v Amatrice v Itálii v roce 2016 a Mw7,8 v Kahramanmaraş v Turecku z roku 2023. Použitý hybridní model zdroje kombinuje integrální a kompozitní přístupy k modelování na nízkých, respektive na vysokých frekvencích. Rozložení skluzu, rozměry zlomu a rychlost šíření trhliny přejímáme z dostupných inverzí zdroje. Další parametry nejprve optimalizujeme pomocí minimalizace odchylky spektrálního zrychlení mezi modelovanými a reálnými daty na stanicích ve studované oblasti. Poté náš model rozšíříme mimo reálné stanice na síť virtuálních stanic a testujeme robustnost optimálního modelu oproti (neergodickému) modelu zemětřesných pohybů. Na zemětřesení v Kahramanmaraşu demonstrujeme, že i velmi hrubý odhad hlavních parametrů zlomu umožňuje simulace seismických pohybů u takto velkých jevů a může tak zlepšit efektivitu rychlého, fyzikálně založeného, odhadu otřesů pro nouzové reakce a hodnocení seismického ohrožení. Pro zemětřesení v Amatrice využíváme...

Broadband earthquake ground motion simulations represent a promising approach to seismic hazard analysis. After validation of synthetics against recordings, it provides us the possibility to dense up the information needed to prepare accurate ground motion models. Here we develop broadband (0-10 Hz) kinematic source models of two disastrous events: 2016 Mw6.2 Amatrice in Italy and 2023 Mw7.8 Kahramanmaraş in Türkiye. The model utilizes integral and composite approaches to model rupture propagation at low and high frequencies, respectively. We adopt slip distribution, fault dimensions, and rupture velocity from available source inversions. First, we optimize those parameters by minimizing the spectral acceleration bias between modeled and recorded data at stations in the studied area. Then, we expand our models beyond the real stations by simulating ground motions at a grid of virtual stations and we test the robustness of the optimal model against a (nonergodic) ground motion model. For the Kahramanmaraş earthquake, we demonstrate that even a very rough estimate of major rupture parameters makes the ground motion simulations of such large events possible and may thus improve the efficiency of rapid, physics-based shaking estimation for emergency response and seismic hazard assessment. For the Amatrice...