title: Statistical analysis of seismic sequence data from the island of Zakynthos for the time
period 2016-2019
title: Στατιστική ανάλυση δεδομένων σεισμικής ακολουθίας από την νήσο Ζάκυνθο για το χρονικό διάστημα 2016-2019
Creators: name: Βασιλειαδη Μιχαελα-Ναταλια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Earthquakes are one of the most dangerous natural disasters that can cause
widespread damage and loss of human life. For more than a century the complex
generating mechanisms and the statistical properties of both foreshock
and aftershock sequences have been studied by many scientists. Stochastic
models, empirical relations, and seismological laws have been proposed to
explain and represent at least some of the observed characteristics of seismic
sequences.
The aim of this dissertation is the statistical analysis of the seismic sequence
before the main earthquake (6.6 ML ) of Zakynthos, Greece that took
place on October 25, 2018 and the aftershock sequence that resulted from it.
The data used in this analysis were obtained from the earthquake catalog of
the Institute of Geodynamics of the National Observatory of Athens (NOA).
They refer to the period from 1/06/2016 to 31/05/2019 and extend over an
area which is part of the Hellenic Trench and has intense seismic activity.
The relation between earthquake magnitude scales was studied, and an
empirical relation between local magnitude ( ML ) and moment magnitude
(Mw) was established using weighted linear regression analysis. In order to
establish this relation and due to insufficient data in the seismic catalogs with
recordings on the moment magnitude scale, it was necessary to study a data
set covering a more extended period (2009-2019). The empirical relation
was used to express earthquake magnitudes in the moment magnitude (Mw)
scale, and the plots of moment magnitude and cumulative seismic moment
evolution over time were created in the R programming environment.
Then, the frequency of earthquakes in relation to their magnitude was
studied (Gutenberg-Richter law), and the b-value parameter was estimated.
A prerequisite for the Gutenberg-Richter analysis is the determination of the
magnitude of completeness ( Mc ), which was estimated with three different
methods: (1) by the method of entire magnitude range (EMR), (2) by the
method of maximum curvature (MAXC) and (3) with the Goodness of fit
(GFF). Furthermore, the dependence of the b-value parameter on the magnitude
of completeness ( Mc ) and the variation of this parameter over time
before the main earthquake were examined. The interevent times distribution
between successive earthquakes was subsequently studied, for both prior
and after the main event, by applying 5 different probability distributions
(Weibull, Gamma, Pareto, Exponential and Lognormal). The Akaike information
criterion (AIC) and the Bayesian information criterion (BIC) were
used to compare the distribution models and to select the optimal model.
The distribution that provides the best fit for the interevent times before
the main event is the Weibull distribution, while the one that gives the best
fit for the aftershock sequence is the Pareto distribution.
Finally, the frequency of seismic events in the Zakynthos aftershock sequence
was investigated by applying Omori-Utsu’s (O-U) law; the parameters
of this law were estimated as p = 1.57, k = 30531.70 and c = 35.79.
In addition, the dependence of the O-U parameters (1) on the magnitude
of completeness and (2) on time was studied. The results of the parameters of Zakynthos were compared (1) with the results of the parameters of the
aftershock sequence in Hokkaida-Nansei-Oki, Japan (1993), and (2) with
the results of the parameters of the aftershock sequences of the Kefalonia
(26/1/2014) and Lefkada (17/11/2015) main events. 
description: Οι σεισμοί είναι ένα επικίνδυνο φυσικό φαινόμενο που μπορεί να απειλήσει ανθρώπινες ζωές και να προκαλέσει εκτεταμένες καταστροφές.  Για περισσότερο από έναν αιώνα οι στατιστικές ιδιότητες και οι πολύπλοκες διαδικασίες γένεσης των σεισμών (τόσο των προσεισμών όσο και των μετασεισμών) έχουν γίνει αντικείμενο μελέτης από πολλούς επιστήμονες. Στοχαστικά μοντέλα, εμπειρικές σχέσεις και νόμοι έχουν προταθεί ώστε να εξηγηθεί και να αναπαρασταθεί τουλάχιστον ένα μέρος από τα παρατηρούμενα χαρακτηριστικά που εκφράζουν τις σεισμικές ακολουθίες.
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η στατιστική μελέτη της σεισμικής δραστηριότητας πρίν από τον ισχυρό σεισμό (6.6ML) της Ζακύνθου, Ελλάδα που έλαβε χώρα στις 25 Οκτωβρίου του 2018 καθώς και της μετασεισμικής ακολουθίας που προκλήθηκε από αυτόν. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για την εκπόνηση της διπλωματικής, προέρχονται από τον κατάλογο σεισμών του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (ΝΟΑ) και αφορούν τη χρονική περίοδο από 1/06/2016 μέχρι 31/05/2019. Αναφέρονται σε μία περιοχή με πολύ έντονη σεισμική δραστηριότητα η οποία αποτελεί τμήμα του Ελληνικού Τόξου.
Αρχικά μελετήθηκαν οι διάφορες κλίμακες μέτρησης του μεγέθους των σεισμών και δημιουργήθηκε με ανάλυση ζυγισμένη παλινδρόμησης (WLS) μία εμπειρική σχέση μεταξύ του τοπικού μεγέθους  (ML) και της αντίστοιχης σεισμικής ροπής (Mw).  Η εμπειρική σχέση κατόπιν εφαρμόστηκε στα αρχικά δεδομένα για να υπολογιστεί η σεισμική ροπή (Μw). Κατασκευάστηκαν σε προγραμματιστικό περιβάλλον R τα γραφήματα (1) του μεγέθους σεισμικής ροπής ως προς τον χρόνο και (2) της αθροιστικής κατανομής της σεισμικής ροπής ως προς τον χρόνο. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η συχνότητα εμφάνισης σεισμών σε σχέση με το μέγεθος τους εφαρμόζοντας τον νόμο Gutenberg - Richter και προσδιορίστηκε η παράμετρος b (γνωστή και ως b-value). Προαπαιτούμενο της ανάλυσης αυτής είναι ο προσδιορισμός του μεγέθους πληρότητας (Mc) ο οποίος έγινε με τρείς διαφορετικούς τρόπους : (1) με τη μέθοδο του συνολικού εύρους μεγεθών (EMR), (2) με τη μέθοδο μέγιστης καμπυλότητας (MAXC) και (3) με τη δοκιμή καλής προσαρμογής (GFF).  Επιπροσθέτως, εξετάστηκε η εξάρτηση της παραμέτρου b-value  από το μέγεθος πληρότητας (Mc) και  η διακύμανση της παραμέτρου b-value ως προς τον χρόνο, για την περίοδο πριν από τον κύριο σεισμό. Για τη στατιστική ανάλυση των χρόνων αναμονής μεταξύ διαδοχικών σεισμών πριν και μετά από τον κύριο σεισμό εφαρμόστηκαν 5 διαφορετικές κατανομές πιθανότητας (Weibull, Gamma, Pareto, Exponential και Lognormal). Για την σύγκριση και την επιλογή του καταλληλότερου μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν τα κριτήρια πληροφορίας Akaike (AIC) και κατά Bayes (BIC).  Η κατανομή πιθανότητας που εκφράζει καλύτερα τους χρόνους αναμονής πρίν από τον κύριο σεισμό είναι η κατανομή Weibull, ενώ εκείνη που περιγράφει καλύτερα την μετασεισμική ακολουθία είναι η κατανομή Pareto. Τέλος, μελετήθηκε η συχνότητα της μετασεισμικής ακολουθίας της Ζακύνθου εφαρμόζοντας τον νόμο Omori-Utsu και εκτιμήθηκαν οι παράμετροι του νόμου αυτού (p = 1.57,  k= 30531.70 και c = 35.79). Παράλληλα μελετήθηκε η εξάρτηση των παραμέτρων αυτών απο το μέγεθος πληρότητας και απο τον χρόνο. Συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα των παραμέτρων της Ζακύνθου (1) με τις αντίστοιχες παραμέτρους της μετασεισμικής ακολουθίας του σεισμού στην περιοχή Hokkaida-Nansei-Oki, Ιαπωνία (1993) και (2) των σεισμικών ακολουθιών από τους σεισμούς της Κεφαλονιάς (26/1/2014) και της Λευκάδας (17/11/2015).