[Martinez Garzon] Earthquake source characterization and directivity effects near Istanbul: Implications for seismic hazard

German Title: Earthquake source characterization and directivity effects near Istanbul: Implications for seismic hazard

Abbreviation: 423

Current Status: approved


Main Applicant:Dr. Patricia Martinez Garzon


Resources Recipient


Other Persons


Conveyor Begin: 1 March, 2021
Conveyor End:
Conveyor Duration: 36
Year: 2021


Description

The goal of this proposal is to investigate the source properties and directivity effects of small to moderate magnitude (M ≤ 4.5) earthquakes in the eastern Sea of Marmara region and relatively benchmark them with analogous results from similar tectonic setting in southern California where a denser seismic network is available. The calculated source parameters at the eastern Sea of Marmara and the compiled source parameters from existing studies in southern California will be used to:
(1) Investigate the consistency of source properties and directivity effects within specific regions with mechanical models of dynamic rupture on a velocity contrast (bimaterial) interface.
(2) Relate the obtained source parameters and directivity effects with the distribution of ground motion, thus constraining seismic shaking hazard at nearby population centers.
(3) Decipher whether the rupture directivity of small to moderate earthquakes is consistent with that of the large events in the same region.
Analysis of earthquake source properties provide fundamental information on physics of earthquake processes, and can contribute to the understanding of seismic ground motions. Source properties and particularly directivity effects are not yet systematically addressed for moderate to lower magnitudes because of their higher frequencies and weaker signal involved as well as the necessity of having an optimal monitoring seismic network. Nevertheless, several studies shown that M<4.5 events on given fault sections have clear preferred rupture direction generally consistent with theoretical expectations for bimaterial ruptures in strike-slip faults. Resolving directivity of well recorded moderate and small magnitude events (more frequent) across sections of strike slip faults near highly populated regions can significantly contribute to identifying regions of increased ground motions and site effects.
This project aims at addressing the objectives mentioned above through analysis of source properties and directivity effects of earthquakes from the eastern Sea of Marmara and their correlation with a) results from seismic velocity tomography, and b) ground motion variability. Research on the proposed topics is particularly relevant for fault zones located near populated areas. Thus, I propose the eastern Sea of Marmara region in north-western Turkey as the main study area, in direct vicinity of the Istanbul metropolitan region with its >15 million inhabitants. At this location, high-resolution geophysical data from the permanent ICDP-GONAF observatory is being collected. The outcome of this proposal using ICDP-GONAF instrumentation will contribute to predict the orientation of propagation of earthquakes in the selected region and improving the understanding of the relation between earthquake source properties and seismic hazard and risk.


Das Ziel dieses Projektes ist die Erforschung von Herdparametern und Direktivitätseffekten von kleinen bis moderaten Erdbeben (M<4,5) in der östlichen Marmara-Region. Die Ergebnisse sollen mit analogen Studien in Süd-Kalifornien vergliechen werden, wo ein weitaus dichteres Messnetz zur Verfügung steht. Berechnete Herdparameter kleinerer Erdbeben sollen wie folgt benutzt werden:
(1) Anpassung und Verfeinerung mechanischer Modelle der dynamischen Bruchausbreitung entlang von Transform- Verwerfungszonen mit Geschwindigkeitskontrast für ausgewählte Regionen,
(2) Bestimmung von bei zukünftigen Starkbeben zu erwartenden Bodenbewegungen als fundamentale Größe zur Abschätzung von seismischer Gefährdung und seismischem Risiko in nahegelegenen Ballungszentren (Istanbul, Los Angeles),
(3) Untersuchung ob Direktivitätseffekte bei kleinen bis moderaten Erdbeben konsistent sind mit großen Erdbeben in der selben Region.
Die Entschlüsselung von Direktivitätseffekten bei der Bruchausbreitung von Starkbeben, also der richtungsabhängigen Variation von Bodenerschütterungen, ist von zentraler Relevanz für ein quantitatives Verständnis der Dynamik von Erdbebenprozessen. Diese umfasst den gesamten Bruchprozess vom Bruchbeginn bis hin zur Terminierung der Bruchausbreitung. Gleichzeitig sind diese Informationen von fundamentaler Notwendigkeit zur identifizierung von Regionen intensiver Bodenbewegungen zukünftiger starker Erdbeben und damit der quantitativen Bestimmung von seismischer Gefährdung und seismischem Risiko in nahegelegenen Ballungszentren.
Frühere Studien haben gezeigt, dass –wie durch theoretische Modelle für die Bruchausbreitung entlang von Materialdiskontuitäten vorausgesagt- auch kleinere Erdbeben Direktivitätseffekte aufweisen. Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Projektes wählen wir daher den Ansatz, Erdbeben moderater (M<4,5) Stärke auf Direktivitätseffekte hin zu untersuchen, um dann Schlussfolgerungen abzuleiten, die eine verbesserte Abschätzung der seismischen Gefährdung in Ballungszentren erlauben. Wir fokussieren unsere Arbeiten auf die Istanbul-Marmara-Region entlang der Nordanatolischen Plattenrandstörung in der Türkei, wo hochauflösende seismische Registrierungen durch entsprechend dichte und qualitative hochwertige seismische Messnetze zur Verfügung stehen. Im weiteren sollen bereits existierende Studien zu Herdparametern in ausgewählten Teilen Süd-Kaliforniens, z.B. San Jacinto Fault und Salton Trough, zusammengetragen werden. In beiden Regionen, Istanbul-Marmara und Süd-Kalifornien, wird mit hoher Wahrscheinlichkeit in naher Zukunft ein Starkbeben auftreten und ein nahegelegenen Ballungsraum unmittelbar betreffen.
Darüber hinaus ist es auch geplant, die erzielten Ergebnisse im Zusammenhang mit aus Tomographie-Studien abgeleiteten krustalen Geschwindigkeitsmodellen der betreffenden Verwerfungszone sowie der lokalen Variation von Bodenbewegungen (ground motion amplification) zu diskutieren.