حذف اثر ساختگاه از نگاشت‌های ایستگاه‌های سطحی برای بهبود پارامترهای هشدار سریع زمین‌لرزه

نوع مقاله : مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانش آموخته دکتری گروه علوم زمین، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 گروه علوم زمین، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

3 استاد گروه زلزله‌شناسی، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 استاد گروه فیزیک زمین، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، تهران، ایرانموسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

چکیده

محاسبه دقیق پارامترهای هشدار سریع زمین‌لرزه نقش مهمی در اعلام خطر واقع­بینانه و کاهش تلفات ناشی از زمین‌لرزه­ها دارد. اثر ساختگاه یکی از عوامل تأثیرگذار بر پارامترهای هشدار سریع زمین‌لرزه (شامل   ، ،  و ) است. در این مطالعه برای بررسی اثر ساختگاه بر پارامترهای هشدار سریع زمین‌لرزه از 1830 شتاب­نگاشت زلزله­های رخداده طی سال­های 2008 تا 2020 ثبت­شده در شش ایستگاه شتاب­نگاری وابسته به شبکه KiK-net ژاپن استفاده شده است. این شتاب­نگاشت­ها مربوط به ایستگاه­های سطحی و درون­چاهی هستند. در این پژوهش برای حذف اثر ساختگاه از شتاب­نگاشت­ها در حوزه زمان- بسامد از تبدیل فوریه پنجره کوتاه (STFT) و واهمامیخت استفاده شد. پس از حذف اثر ساختگاه از شکل­موج ایستگاه­های سطحی، مقادیر همه پارامترهای هشدار سریع زمین‌لرزه مورد نظر و به‌ویژه ،  و  به مقادیر آنها روی سنگ بستر نزدیک شد و بهبود پیدا کردند. همچنین نتایج این پژوهش نشان داد پارامترهای هشدار سریع  و  نسبت به سایر پارامترهای هشدار سریع زمین‌لرزه، تأثیرپذیری کمتری از اثر ساختگاهی دارند. به‌طور­کلی، مقادیر پارامترهای هشدار سریع وابسته به بسامد  و  پس از اصلاح اثر ساختگاه از مؤلفه قائم افزایش می­یابند. در مقابل، پارامترهای    و  پس از حذف اثر ساختگاهی در تمامی ایستگاه­ها کاهش یافتند. پس از اصلاح اثر ساختگاه، اختلاف مقادیر همه پارامترها در محاسبات روی سطح و سنگ بستر کاهش یافت که این نشان­دهنده بهبود نتایج در مطالعات مربوط به سامانه­های هشدار سریع زمین‌لرزه در تخمین پارامتر­های چشمه زمین‌لرزه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Eliminating site effects from surface station secords and improving earthquake early warning parameters

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Sarmadi 1
  • Reza Heidari 2
  • norbakhsh mirzaei 3
  • Hamidreza siyahkohi 4
1 Ph.D, Department of Earth Sciences, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 گروه علوم زمین، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 Professor, Institute of Geophysics, University of Tehran,Tehran, Iran
4 Professor, Institute of Geophysics, University of Tehran,Tehran, Iran
چکیده [English]

Earthquake early warning parameters play an important role in issuing of a warning and reducing casualties caused by earthquakes. Site effects are one of the factors that affecting the values of earthquake early warning parameters (, , ,  and B). In this study, in order to investigate the site effects on the values of earthquake early warning parameters, 1830 earthquake accelerograms recorded at the six KiK-net accelerometery stations in Japan between 2008 and 2020, were used. These accelerograms were recorded at the surface and borehole stations. Short time Fourier transform (STFT) as well as deconvolution tool were used to remove the site effects from the accelerograms in the time-frequency domain. After removing the site effect from the waveforms of the surface stations, the values of all the earthquake early warning parameters, especially ,  and B, were improved and became closer to the values obtained from the bedrock. The results show that the early warning parameters  and  have the minimal influence from site effects and also behave on surface and borehole stations similarly. In general, the values of the frequency-dependent early warning parameters  and  increase after modifying the site effect on the vertical component. In contrast, the parameters , and  were reduced at all stations. After modification of the site effect, the difference between the calculated values of all parameters on the surface and bedrock are decreased, which indicates the improvement of the results of earthquake early warning systems in estimating the earthquake source parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Earthquake early warning
  • Site effects
  • short time Fourier transform
  • KiK-net
Allen, R. M., Gasparini, P., Kamigaichi, O., and Bose, M., 2009, The status of earthquake early warning around the world: An introductory overview: Seismological Research Letters, 80(5), doi:10.1785/gssr1.80.5.682-693.
Allen, R. M., and Kanamori, H., 2003, The potential for earthquake early warning in Southern California: Science, 300, 786–789.
Anderson, J., and Hough, S. E., 1984, A model for the shape of the Fourier amplitude spectrum of acceleration at high frequencies: Bulletin of the Seismological Society of America, 74, 1969–1993.
Aoi, S., Kunugi, T., and Fujiwara, H., 2004, Strong-motion seismograph network operated by NIED: K-NET and KiK-net: Journal of Japan Association for Earthquake Engineering, 4(3), 65-74.
Boore, D. M., 2003, Simulation of ground motion using the stochastic method: Pure and Applied Geophysics, 160, 636–676.
Caprio, M., Lancieri, M., Cua, G. B., Zollo, A., and Wiemer, S., 2011, An evolutionary approach to real-time moment magnitude estimation via inversion of displacement spectra: Geophysical Research Letters, 38, L02301.
Espinosa-Aranda, J. M., Jimenez, A., Ibarrola, G., Alcantar, F., Aguilar, A., Insotroza, M., and Maldonado, S., 1995, Mexico City seismic alert system: Seismological Research Letters, 66, 42-53.
Heidari, R., 2018,  a new magnitude scaling parameter for earthquake early warning: Bulletin of Earthquake Engineering, 3, 1165-1177.
Hoshiba, M., 2013, Real-time correction of frequency-dependent site amplification factors for application to earthquake early warning: Bulletin of the Seismological Society of America, 103, 3179-3188.
Kanamori, H., 1993, Locating earthquakes with amplitude: Application to real-time seismology: Bulletin of the Seismological Society of America, 83(1), 264-268.
Kanamori, H., 2005, Real-time seismology and earthquake damage mitigation: Annual Review of Earth Planetary Sciences, 33(1), 195–214.
Kuo, C., Wen, K. L., Lin, C. M., Hsiao, N. C., and Chen, D. Y., 2018, Site amplification and the effect on local magnitude determination at stations of the surface-downhole network in Taiwan: Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 104, 106-116.
Lee, W., and Espinosa-Aranda, J. M., 2002,
 
Earthquake early-warning systems: Current status and perspectives, in Zschau, J., Kuppers, A. N., eds., Early Warning Systems for Natural Disaster Reduction, 409-423.
Nakamura, Y., 1988, On the Urgent Earthquake Detection and Alarm System (UrEDAS): Proceedings of the 9th World Conference on Earthquake Engineering, VII, 673–678.
Nakamura, Y., and B. E. Tucker, 1988, Earthquake warning system for Japan railways’ bullet train: implications for disaster prevention in California: Earthquakes and Volcanoes, 20, 140–155.
Odaka, T., Ashiya, K., Tsukada, S., Sato, S., Ohtake, K., and Nozaka, D., 2003, A new method of quickly estimating epicentral distance and magnitude from a single seismic record: Bulletin of the Seismological Society of America, 93,526–532.
Sarmadi, M. A., Heidari, R., Mirzaei, N., and Siahkoohi, H. R., 2021, A comprehensive study of the Kappa value by borehole and surface strong-motion acceleration records: Journal of Seismology, 1-11.
Shieh, J., Wu, Y., and Allen, R., 2008, A comparison of tc and tpmax for magnitude estimation in earthquake early warning: Geophysical Research Letters, 35, L20301, doi:10.1029/2008GL035611.
Spallarossa, D., Kotha, S. R., Picozzi, M., Barani, S., and Bindi, D., 2019, On-site earthquake early warning: a partially non-ergodic perspective from the site effects point of view: Geophysical Journal International, 216(2), 919-934.
Toksoz, M., Dainty, M., and Bullitt, J., 1990, A prototype earthquake warning system for strike-slip earthquake: Pure and Applied Geophysics, 133, 475-487.
Wu, Y., and Kanamori, H., 2005, Experiment on an onsite early warning method for the Taiwan early warning system: Bulletin of the Seismological Society of America, 95(1), 347–353.
Wu, Y. M., Hsiao, N. C., Lee, W. H., Teng, T. L., and Shin, T. C., 2007, State of the art and progress in the earthquake early warning system in Taiwan: Earthquake early warning systems. Springer, Berlin, Heidelberg, 283-306.
Yamamoto, S., Rydelek, P., Horiuchi, S., and Wu, C., 2008, On the estimation of seismic intensity in earthquake early warning systems: Geophysical Research Letters, 35, L07302.
Ziv, A., 2014, New frequency-based realtime magnitude proxy for earthquake early warning: Geophysical Research Letters, https://doi.org/10.1002/2014GL061564