تعیین ­مکان مجدد زمین‌لرزه­های ورزَقان- اَهر 6.5Mw, 6.3Mwو پس‌لرزه­های آن با استفاده از الگوریتم غیرخطی احتمالاتی

نویسندگان

مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

چکیده

مکان‌یابی زمین‌لرزه‌ها، به منزلة یکی از پارامترهای مبنایی در تحقیقات زلزله‌شناسیِ هر منطقه، دارای اهمیت زیادی است. افزایش دقت مکان‌یابی زمین‌لرزه‌ها، می‌تواند موجب افزایش دقت و اطمینان در محاسبة مدل‌های سرعتی (و برعکس) و همچنین بررسی‌های مرتبط با تحلیل خطر و کاهش ریسک لرزه‌ای، شود. برای دست‌یابی به یک فهرست‌نامه دقیق، بررسی مجدد شکل موج‌های ثبت شده به‌منظور تعیین صحیح فازهای لرزه‌ای، استفاده از اطلاعات ثبت ‌شده در سایر شبکه‌ها و به‌کارگیری مدل‌های سرعتی محلی، لازم و ضروری است و باعث افزایش دقت مختصات کانون زمین‌لرزه‌ها خواهد شد. همچنین در مواردی که، وضعیت پوشش آزیموتی ایستگاه‌ها دارای شرایط آرمانی باشد، استفاده از الگوریتم‌های  غیرخطی در کنار مدل‌های سرعتی دقیق محلی، تاثیر بسزایی در افزایش دقت عمق رویدادها خواهد داشت. در این تحقیق سعی شده است تا با استفاده از همه توان شبکه‌های لرزه‌نگاری منطقه، شامل شبکه ملی  نوارپهن ایران و آذربایجان و مرکز لرزه‌نگاری کشور، به کارگیری الگوریتم  غیرخطی احتمالاتی و محاسبه مدل سرعتی محلی- منطقه‌ای، به مکان‌یابی زمین‌لرزه دوقلوی 11 اوت 2012 منطقه ورزقان با بزرگای 6.5Mwو 6.3Mwو پس‌لرزه‌های آنها تا ده ماه پس از رویداد اصلی، پرداخته شود. به‌منظور افزایش دقت مکان‌یابی، علاوه بر به‌کارگیری ایستگاه‌های  نوارپهن پژوهشگاه بین المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله کشور در کنار ایستگاه‌های مرکز لرزه‌نگاری کشور، از پنج ایستگاه  نوارپهن شبکه لرزه‌نگاری آذربایجان نیز استفاده شد. استفاده از ایستگاه‌های شبکه ملی آذربایجان تاثیر بسزایی در کاهش گپ آزیموتی و افزایش دقت مکان‌یابی زمین‌لرزه‌ها دارد و باعث خواهد شد تا مدل سرعتی به‌دست آمده، میانگین مناسب‌تری از بی‌هنجاری‌‌‌های سرعتی منطقه مورد بررسی باشد. در بخش مکان‌یابی رویدادها، از برنامه  غیرخطی احتمالاتی لوماکس استفاده شد که نسبت به برنامه‌های خطی، بهبود قابل‌توجهی در مکان‌یابی و به‌خصوص در تعیین عمق و خطای صحیح‌تر زمین‌لرزه‌ها، ایجاد کرده است. همچنین به‌منظور کاهش خطای مکان‌یابی و افزایش دقت عمق رویدادها، یک مدل سرعتی یک‌بُعدی با استفاده از وارون‌سازی داده‌های زمان‌سیر فازهای Pثبت شده، بین سال‌های 2006 تا 2013 با استفاده از برنامه ولست محاسبه شد. مدل به‌دست آمده شامل دو لایه سرعتی در پوسته بالایی با ضخامت‌های 6 و 18 کیلومتر و سرعت موج تراکمی 87/5 و 01/6 کیلومتر بر ثانیه است که روی یک نیم‌فضا با سرعت موج تراکمی 40/6 کیلومتر بر ثانیه، قرار گرفته است. در این بخش به‌منظور کاهش خطای محاسباتی در مدل نهایی و وابسته نبودن آن به انتخاب مدل اولیه، از 50 مدل سرعتی تصادفی با گرادیان افزایشی در عمق و میدان سرعتی، استفاده شد. نتایج به‌دست آمده از مقایسة خطای رومرکزی، عمق و rmsبیش از 1800 زمین‌لرزه، کاهش قابل‌قبول این خطاها را در مقایسه با فهرست‌نامه مرکز لرزه‌نگاری کشور نشان می‌دهد. به‌منظور مشاهدة بهتر نتایج به‌دست آمده، پنج نیم‌رُخ‌‌ عمقی، موازی و عمود بر روند توزیع پس‌لرزه‌ها رسم شد. با یک دسته‌بندی مناسب، رویدادهای با دقت بیشتر، به‌منظور نمایش بهتر هندسه گسل مسبب، انتخاب شد. توزیع رومرکز و عمق رویدادها، دو بخش جدا از هم را در اطراف گسل مسبب، نمایان ساخت. رسم مختصات کانونی دو زمین‌لرزة اصلی، هم‌خوانی قابل‌قبولی با نتایج به‌دست آمده دارد و پراکندگی زمین‌لرزه‌ها روند مشخصی را، به‌خصوص در عمق نشان می‌دهد. بررسی نیم‌رُخ‌‌‌های گوناگون عمقی نیز، تا حد مطلوبی ساختار هندسی گسل مسبب (صفحه گسلی با امتداد شرق-غرب و شیب نزدیک به قائم) را مشخص می‌کند که با حل سازوکار کانونی به‌دست آمده در مرکز لرزه‌نگاری کشور مطابقت خوبی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Earthquake relocation of Varzaghan- Ahar 6.5 Mw, 6.3 Mwand their aftershocks using probabilistic nonlinear algorithm

نویسندگان [English]

  • Saeed Soltani Moghaddam
  • Zaher Hossein Shomali
  • Mohammad Reza Hatami
چکیده [English]

Earthquake relocation has an important role in the investigation of tectonic settings of a region. An increase in accuracy of a relocation problem can enhance the calculation of the local velocity model as well as associated studies of a risk analysis. There are some important procedures to make a reliable catalog of earthquakes. Verifying the seismic waveform to correct the picked phases, utilizing other seismic networks and using an appropriate local or regional velocity model, we can improve the final results. In a case with a well-conditioned network geometry, using an accurate local velocity model has a significant effect on increasing the depth accuracy. In this study, we have tried to use all available information from seismic networks in NW Iran and south Azerbayjan. We relocated the double main-shock of Varzaghan-Ahar Mw 6.5, Mw 6.3 and more than 1800 aftershocks with Ml > 2.0 over a 10-month period after the main shocks. To increase the accuracy of the earthquake location, we merged the recorded information of eight short periods of the Iranian Seismological Center (IRSC), one broad band station of the International Institute of Engineering and Earthquake Seismology (IIEES) and five broad band stations of the Azerbaijan National Seismic Network (ANSN). We also calculated a local velocity model using a P arrival time inversion scheme (using VELEST code) not only to obtain a more reliable earthquake location especially in depth, but also to decrease the hypocentral error. We have used all the data between 2006 and 2013 after applying a band-pass filter to get a uniform dataset of the earthquake within 250 km around the main shocks. The final velocity model indicated two velocity layers in the upper-crust with p-velocities of 5.87, 6.01 km/s and 6, 18 km thicknesses, respectively. These layers lay on a half-space with a p-velocity of 6.40 km/s. To minimize the effect of the initial velocity model on the final result, we implemented 50 random depth-increasing velocity models. Furthermore, making use of a non-linear probabilistic approach for relocating the earthquake leads to more accurate results compared to linear location programs. A comparison of the results of hypocenters between the IRSC catalog and those calculated by this study shows better line-alignment in the direction of the infer fault. Epicenter and depth error reduction due to making use of an accurate local velocity model were clearly obvious. Plotting the five depth cross sections along and perpendicular to after-shock sequence, shows a more clear geometry compared to the fixed-depth results from the IRSC catalog. According to some statistical parameters such as the hypocentral error, RMS and also preliminary location conditions such as the azimuthal gap and the number of stations, we defined two classes of events and plotted them for both IRSC and this study in map view and cross sections. This was a better way to show accuracy of our dataset (relocated events) than what we obtained by IRSC. Using the focal mechanism of the two main shocks obtained by the IRSC, along with the event distribution especially in depth, showed that there was more consistency between the results of this study and the fault orientation. This showed that the infer fault had a near vertical plane with an east-west direction and this suggested that it would be a strike-slip fault.

کلیدواژه‌ها [English]

  • probabilistic non-linear location
  • local velocity model
  • Uncertainty
  • linear method
  • Nonlinear method
بایرام‌نژاد، ا.، قیطانچی، م.ر.، میرزائی، ن.ب.، 1386، تعیین مدل پوسته بهینه برای شمال غرب ایران، با استفاده از برگردان همزمان زمان‌سیر زمینلرزه‌های محلی: مجله فیزیک زمین و فضا، 33(3)، 47-59.

ملکی، و.، شمالی، ظ.ح.، حاتمی، م.ر.، 1390، مکان‌یابی مجدد زمینلرزه اصلی 29آذرماه 1389محمدآباد ریگان 6.5Mn و پسلرزه‌های حاصل از آن به روش غیرخطی: مجله فیزیک زمین و فضا، 6(4)، 63-70.

Akashe, B., 1972, Thickness of the crust in Iran: Bull. Faculty of Science, Tehran University, 4(1), 63-69.

Ashtari, M., Hatzfeld, D., and Kamalian, N., 2005, Microseismicity in the region of Tehran: Tectonophysics, 395(3-4), 193-208.

Bondár, I., Bergman, E., Engdahl, K., 2008, A hybrid multiple event location technique to obtain ground truth event locations: Geophysical Journal International, 175(1), 185-201.

Bondár, I., Myers, S., C., Engdahl, E. R. and Bergman, E. A., 2004, Epicentre accuracy based on seismic network criteria: Geophysical Journal International, 156(3), 483–496.

Eslami, A., 1974, Detecting the thickness of the crust in Shiraz area using Hypocenter situated below the crust: J. Earth & Space Physics, 3(1&2), 15–18.

Gheitanchi, M. R., 1996, Crustal structure in NW Iran, revealed from the 1990 Rudbar aftershock sequence: J. Earth & Space Physics, 23, 7–14.

Husen, S. and Hardebeck, J. L., 2010, Earthquake location accuracy, Community Online Resource for Statistical Seismicity Analysis.

Kadinsky-Cade, K., Barazangi, M., Oliver, J., and Isacks, B., 1981, Lateral variations of highfrequency seismic wave propagation at regional distances across the Turkish and Iranian plateaus: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 86(B10), 9377–9396.

Kissling, E., Elsworth, W. L., Eberhart-Phillips, D., and Kradolfer, U., 1994, Initial reference models in local earthquake tomography:Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 99.B10, 19635–19646.

Lienert, B. R., and Havskov, J., 1995, A computer program for locating earthquakes both locally and globally: Seismological Research Letters, 66(5), 26–36.

Lomax, A. and Curtis, A., 2001, Fast, probabilistic earthquake location in 3D models using Oct-Tree importance sampling: Geophys. Res. Abstr., 3.

Lomax, A., Michelini, A. and Curtis, A., 2008, Earthquake location, direct, global-search methods: Encyclopedia of Complexity and System Science, 2449–2473.

Lomax, A., Virieux, J., Volant, P. and Berge, C., 2000, Probabilistic earthquake location in 3D and layered models: Introduction of a Metropolis-Gibbs method and comparison with linear locations: Advances in Seismic Event Location, C.H. Thurber,, and N. Rabinowitz (eds.), Kluwer, 101–134.

Maleki, V., Shomali, Z. H., Hatami, M., Pakzad, M. and Lomax, A., 2013, Earthquake relocation in the Central Alborz region of Iran using a non-linear probabilistic method: Journal of Seismology, 17(2), 615–628.

McCowan, D. W., 1978, High-resolution group velocity analysis: Geoexploration 16(1–2), 97–109.

Moradi, A. S., Hatzfeld, D., and Tatar, M., 2011, Microseismicity and seismotectonics of the North Tabriz fault (Iran): Tectonophysics, 506(1), 22–30.

Poupinet, G., Ellsworth, W. L., and Frechet, J., 1984, Monitoring velocity variations in the crust using earthquake doublets: An application to the Calaveras Fault, California: Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 89(B7), 5719–5731.

Roecker, S. W., 1982, Velocity structure of the Pamir-Hindu Kush Region: Possible evidence of subducted crust: Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 87(B2), 945–959.

Shearer, P. M., 1997, Improving local earthquake locations using the L1 norm and waveform cross correlation: Application to the Whittier Narrows, California, aftershock sequence: Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 102(B4), 8269–8283.

Tarantola, A., and Valette, B., 1982, Generalized nonlinear inverse problems solved using the least squares criterion: Reviews of Geophysics, 20(2), 219–232.

Thurber, C., 1981, Earth structure and earthquake locations in the Coyote Lake area, central California: Massachusetts Institute of Technology.

Thurber, C. H., 1983, Earthquake locations and three-dimensional crustal structure in the Coyote Lake Area, central California: Journalof Geophysical Research: Solid Earth, 88(B10), 8226–8236.

Wagner, M., Husen, S., Lomax, A., Kissling, E., and Giardini, D., 2013, High-precision earthquake locations in Switzerland using regional secondary arrivals in a 3-D velocity model: Geophysical Journal International,  193(3), 1589–1607.

Waldhauser, F., Ellsworth, W. L. and Cole, A., 1999, Slip-parallel seismic lineations on the Northern Hayward Fault, California: Geophysical Research Letters, 26(23), 3525– 3528.

Wessel, P. and Smith, W. H. F., 1991, Free software helps map and display data: EOS Trans., AGU, 72, 441.