Στοχαστική μοντελοποίηση της σεισμογένεσης στην Ελλάδα
Authors: Μαγγίρα Ουρανία 
Published: October 2021

Η εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας σύνθετων συστημάτων ρηγμάτων, ιδιαίτερα σε χώρες που πλήττονται συχνά από ισχυρούς σεισμούς, όπως η Ελλάδα, προσελκύει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας διεθνώς. Προς αυτή την κατεύθυνση είναι προσανατολισμένη η παρούσα διατριβή με απώτερο σκοπό να παραχθούν αξιόπιστα αποτελέσματα για την εκτίμηση πιθανοτήτων γένεσης επικείμενων σεισμών σε περιοχές που χαρακτηρίζονται από έντονη σεισμικότητα, όπως τον Κορινθιακό Κόλπο, τις κεντρικές Ιόνιες Νήσους, το Βόρειο Αιγαίο αλλά και τον ευρύτερο Ελληνικό χώρο. Αρχικά διερευνήθηκε το Μοντέλο Απελευθέρωσης Τάσης, όπου θεωρείται ότι η ελαστική ανηγμένη παραμόρφωση συσσωρεύεται σε ένα ρήγμα λόγω της συνεχούς τεκτονικής φόρτισης και απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια ενός σεισμού. Το Συζευγμένο Μοντέλο Απελευθέρωσης Τάσης, που αποτελεί εκτεταμένη εκδοχή, εξετάζει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ρηγμάτων και περιοχών, επιτρέποντας διέγερση ή αποδιέγερση της σεισμικής δραστηριότητας γειτονικών περιοχών, λόγω μεταφοράς τάσης. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε σε υπολογιστικά ζητήματα και τρόπους με τους οποίους μπορεί να βελτιωθεί το μοντέλο. Έγινε εμβάθυνση στη βασική συνάρτηση που ελέγχει τη στοχαστική συμπεριφορά της διαδικασίας και ονομάζεται υπό συνθήκη συνάρτηση έντασης. Προτάθηκε μία τροποποίηση του μοντέλου, όπου διερευνάται η μνήμη της σημειακής διαδικασίας, με τέτοιο τρόπο ώστε η γένεση ενός επερχόμενου σεισμού να εξαρτάται μόνο από ένα περιορισμένο πλήθος προηγούμενων αφίξεων. Δόθηκαν διαφορετικοί τρόποι διερεύνησής των αλληλεπιδράσεων στο Συζευγμένο Μοντέλο Απελευθέρωσης Τάσης, που περιλαμβάνουν τον έλεγχο των διαστημάτων εμπιστοσύνης των παραμέτρων μεταφοράς, την εφαρμογή στατιστικών κριτηρίων αλλά και την εισαγωγή εκ των προτέρων περιορισμών που έχουν προκύψει με βάση το γεωφυσικό νόημα της σημειακής διαδικασίας. Ένα τέτοιο χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η εφαρμογή του σεισμικού μοντέλου μεταφοράς τάσης. Για τη μελέτη της βραχείας κλίμακας σεισμικότητας, εφαρμόστηκε το στατιστικό μοντέλο ETAS, το οποίο παρέχει τη δυνατότητα ποσοτικοποίησης της σχέσης μεταξύ των σεισμών. Για κάθε περιοχή μελέτης προτάθηκε ένα επιδημικό μοντέλο σύμφωνα με τα δεδομένα που προέρχονται από κάποια περίοδο εκμάθησης. Κατά την περίοδο αυτή το μοντέλο «εκπαιδεύεται» στο χωρο–χρονικό μοτίβο σεισμικότητας, προκειμένου να μπορεί να προσαρμοστεί έγκαιρα μετά τη γένεση ενός ισχυρού σεισμού και να προβλέψει μελλοντικά γεγονότα. Στη συνέχεια έγινε αναδρομικός έλεγχος της απόδοσης του μοντέλου σε κάποια περίοδο ελέγχου, που περιλαμβάνει κατά προτίμηση κάποιον ισχυρό σεισμό. Εκτός από τον έλεγχο με βάση τις ημερήσιες πιθανότητες γένεσης σεισμών πάνω από ένα ορισμένο κατώφλι μεγέθους, η σύγκριση περιελάμβανε το πλήθος των σεισμών –παρατηρούμενων και αναμενόμενων σύμφωνα με το μοντέλο – σε ημερήσια βάση. Επιπλέον, εκτιμήθηκε η χωρική κατανομή των αναμενόμενων σεισμών μέσα από χάρτες χρονικά εξαρτώμενης σεισμικότητας, με στόχο να ελεγχθεί αν συνάδει με τα επίκεντρα των παρατηρούμενων σεισμών. Υιοθετήθηκε τέλος η μέθοδος Pattern Informatics. Δημιουργήθηκαν πίνακες συνάφειας στους οποίους υπολογίζεται κάθε φορά το πλήθος των σεισμών που ορθώς προβλέφθηκαν, το πλήθος των εσφαλμένων συναγερμών, το πλήθος των επιτυχημένων προβλέψεων μη γένεσης και το πλήθος των σεισμών που δεν προβλέφθηκαν. Με βάση αυτές τις ποσότητες υπολογίστηκαν οι τιμές του Ρυθμού των Επιτυχιών και του Ρυθμού των Εσφαλμένων Συναγερμών, του R-αποτελέσματος και του κέρδους πιθανοτήτων, δηλαδή στατιστικών κριτηρίων για τον έλεγχο απόδοσης του μοντέλου, και κατασκευάστηκαν διαγράμματα ROC για να διαπιστωθεί αν τα αποτελέσματα σχετίζονται με αξιόπιστες εκτιμήσεις για την εξέλιξη μίας μετασεισμικής ακολουθίας.