Συμβολή στην ανάπτυξη και εφαρμογή αλγόριθμων στον υπολογισμό σεισμικών επικέντρων και τη σεισμική τομογραφία:
Creators: name: Γαλάνης, Οδυσσεύς Χρ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Προσδιορισμός σεισμικών εστιών
Μέθοδος διπλών διαφορών
Σεισμική τομογραφία
Θεωρία αντιστροφής
Earthquake location
Double-difference algorithm
Seismic tomography
Inversion theory

description: Ο σκοπός της διατριβής είναι η ανάπτυξη και εφαρμογή αλγορίθμων οι οποίοι προσδιορίζουν σεισμικές εστίες και τη δομή των ταχυτήτων των σεισμικών κυμάτων με τη χρήση των χρόνων άφιξης των σεισμικών κυμάτων και τη θεωρία αντιστροφής. Πρώτιστα, υλοποιήθηκε μία τροποποιημένη έκδοση του αλγορίθμου των διπλών διαφορών η οποία εφαρμόσθηκε σε συνθετικά και σε πραγματικά δεδομένα αφίξεων. Ο αλγόριθμος των διπλών διαφορών είναι ένας αλγόριθμος προσδιορισμού σεισμικών εστιών ο οποίος χρησιμοποιεί διαφορικούς χρόνους άφιξης αντί για απόλυτους χρόνους άφιξης, μεγιστοποιώντας την ποσότητα των δεδομένων και ελαχιστοποιώντας την επίδραση αστάθμητων μεταβολών της ταχύτητας. Δευτερευόντως ο τροποποιημένος αλγόριθμος ενσωματώθηκε στη διαδικασία της σεισμικής τομογραφίας. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν αποτελούνται από τους χρόνους άφιξης 140000 σεισμών που εκδηλώθηκαν στον ευρύτερο Ελληνικό χώρο κατά την περίοδο 1981-2005. Οι πηγές προέλευσης των δεδομένων είναι το δελτίο του Εργαστηρίου Γεωφυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, το δελτίο του Διεθνούς Σεισμολογικού Κέντρου (ISC) και ένας αριθμός προσωρινών τοπικών δικτύων. Σχεδιάστηκε μία διαδικασία ενοποίησης των δεδομένων σε ένα ενιαίο σύνολο και αυτή υλοποιήθηκε ως μία σειρά βοηθητικών προγραμμάτων. Έγιναν τροποποιήσεις στον αλγόριθμο των διπλών διαφορών, κυρίως σε μία προσπάθεια να συνδυαστεί η ακρίβεια στις σχετικές και τις απόλυτες θέσεις των σεισμικών εστιών. Κάποιες από αυτές τις τροποποιήσεις είναι η χρήση τρισδιάστατου μοντέλου ταχυτήτων – η οποία, με τη σειρά της, οδήγησε σε κάποιες προσαρμογές τεχνικού χαρακτήρα στον αρχικό κώδικα – η χρήση απολύτων χρόνων άφιξης σε συνδυασμό με τους διαφορικούς χρόνους άφιξης, η χρήση μεταβλητού παράγοντα απόσβεσης, και τροποποιήσεις στη μέθοδο αντιστροφής. Ο τροποποιημένος αλγόριθμος εφαρμόζεται σε συνθετικά δεδομένα χρόνων άφιξης και τα αποτελέσματα συγκρίνονται με άλλους αλγορίθμους προσδιορισμού σεισμικών εστιών, συμπεριλαμβανομένου του αρχικού αλγορίθμου των διπλών διαφορών. Με βάση τα αποτελέσματα των συνθετικών δοκιμών, εκτιμώνται οι βέλτιστες παράμετροι επίλυσης για τα πραγματικά δεδομένα. Ο αλγόριθμος εφαρμόζεται στο ενοποιημένο σύνολο των πραγματικών δεδομένων και τα αποτελέσματα αξιολογούνται και συγκρίνονται με τις εστίες των σεισμών του αρχικού καταλόγου. Η κατανομή των επαναπροσδιορισμένων εστιών εμφανίζει δομές με μεγαλύτερη σαφήνεια σε σύγκριση με τον αρχικό κατάλογο, μέσα στα όρια των περιορισμών που θέτουν τα δεδομένα και η μέθοδος. Αυτό οδηγεί σε συμπεράσματα σχετικά με τη χωροχρονική κατανομή των εστιών και, εμμέσως, σχετικά με την ενεργό τεκτονική. Επειδή η μέθοδος αντιστροφής δεν επιτρέπει να υπολογιστούν ευθέως τα σφάλματα στη θέση των εστιών, σχεδιάζεται μία διαδικασία η οποία εκτιμά εμμέσως τα σφάλματα στη θέση των εστιών και η οποία είναι ανεξάρτητη από τη μέθοδο προσδιορισμού των εστιών. Γίνεται μία απόπειρα να χρησιμοποιηθεί ο αλγόριθμος προσδιορισμού εστιών στη σεισμική τομογραφία, προσδιορίζοντας τις εστίες των σεισμών μετά από κάθε επανάληψη του αλγορίθμου της τομογραφίας. Αυτή η διαδικασία εκτελείται με συνθετικά και με πραγματικά δεδομένα χρόνων άφιξης για την ευρύτερη περιοχή της λεκάνης της Μυγδονίας. Τα αποτελέσματα είναι συμβατά με τη μέχρι τώρα γνώση σχετικά με τη δομή ταχυτήτων της περιοχής.
description: The purpose of this dissertation is the development and application of algorithms for determining earthquake hypocenters and the seismic wave velocity structure, using seismic wave arrival times, by means of inverse theory. Primarily, a modification of the double-difference algorithm is implemented and applied to synthetic, as well as real arrival time data. The double-difference algorithm is an earthquake location algorithm which uses differential arrival times instead of absolute arrival times, maximizing thus the quantity of data used and minimizing the effect of unmodeled velocity structure. Secondarily, the modified algorithm is incorporated in the seismic tomography procedure. The data used consists of arrival times of 140000 earthquakes that occurred in Greece and surrounding areas during the period 1981-2005. The sources of the data are the bulletin of the Geophysical Laboratory of the Aristotle University of Thessaloniki, the bulletin of the International Seismological Center and several temporary local networks. A procedure for unifying the data in a single set was designed, and implemented as a series of auxiliary programs. Modifications were made to the original double-difference algorithm, mostly in an attempt to combine accuracy in both relative and absolute locations. These include the use of a 3-D velocity model - which, in turn, lead to a number of technical adaptations of the original code - the use of absolute arrival times in addition to differential arrival times, the use of a variable damping factor and modifications specific to the inversion method. The modified algorithm is applied to synthetic arrival time data and the results are compared to existing earthquake location algorithms including the original double-difference algorithm. Based on the results of the synthetic tests, the optimal parameters for the application in real data are estimated. The algorithm is applied to the unified real data set and the results are evaluated and compared to the earthquake locations in the preexisting catalog. The distribution of the relocated earthquake locations displays sharper features compared to the original catalog, within the limitations of the data and method used. This leads to conclusions about the spatiotemporal distribution of the hypocenters and, indirectly, about active tectonics. As the inversion method does not allow for a direct estimation of the errors of the location, a procedure is designed which estimates indirectly the errors of the relative epicenter locations and which, in principle, is independent of the location algorithm. An attempt is made to exploit the earthquake location algorithm for seismic tomography by relocating earthquakes after each iteration of the tomography algorithm. This procedure is executed with both synthetic and real arrival time data for the area surrounding the Mygdonia basin (N. Greece). The results are compatible with the established knowledge of the velocity structure of the area.