Seismicity rate changes in selected regions of the broader Aegean area were studied by application of the Dieterich (1994) Rate/State formulation. The coseismic slip of the strongest events (Μw≥5.8) that occurred during selected “study” periods was considered to contribute to the stress field evolution along with the continuous tectonic loading. Stress changes were calculated just before and after each strong event and their influence was then examined in connection with the occurrence rate of the smaller magnitude events above the individually determined magnitude of completeness in each sub-area and for the respective time intervals, named as “study” or “forecasting” periods. After defining the probability density function (PDF) of seismicity distribution, a Rate/State model was used to combine static Coulomb stress changes (ΔCFF) with seismicity rates and to compare the observed with the expected rates of earthquake production for each time period and sub-area. Different parameter values combinations were tested in order to evaluate the model sensitivity. Qualitative and quantitative correlation between the observed and the expected seismicity rates provide a test for the validity and sufficiency of the model. Εarthquake probabilities for exceedance of magnitudes M=6.0 and M=6.5 during the next decade were finally illustrated. After deriving seismicity evolution from stress changes, the inverse method was attempted. Spatial and temporal evolution of the stress field in well monitored areas of Aegean were carried out. The highest accuracy and large sized regional catalogues were utilized in order to invert seismicity rate changes into stress variation through a Rate/State dependent friction model. After explicitly determining the physical quantities incorporating in the modeling (characteristic relaxation time, fault constitutive parameters, reference seismicity rates) stress changes in both space and time were derived and their possible connections with earthquake clustering and fault interactions were evaluated. The forward modeling approach resulted to satisfactory correlation between real and synthetic seismicity rates and is expected to constitute a useful mean for the time dependent seismic hazard assessment. The inverse method yielded promising results in the cases where the available data were sufficient and should provide a powerful tool for future research as the earthquake data becomes enriched and more precise.
The aim of the thesis is to investigate the changes on earthquake occurrence rates at specific areas of the broader Aegean region and their relation with the evolution of the stress field in order to contribute to a probabilistic, time dependent seismic hazard assessment. Stress changes origin is due to seismic slip caused by large earthquakes in addition with the constant tectonic loading on the major regional faults. The study region is one of the most active tectonically areas in Mediterranean with plenty of recorded earthquakes especially during the last 25 years, when seismicity network became more efficient. This thesis was compiled under the Postgraduate Program Studies of School of Geology, Aristotle University of Thessaloniki.
In the first chapter the aim of the study is introduced. After a brief illustration of the most prominent seismotectonic features of the study area, the importance of seismicity rate changes in hazard analysis research is presented through a historical recursion on previous work. Studies concerning changes in earthquake production rates and their association with stress changes and other natural processes (afterslip, viscoelastic relaxation) are explicitly discussed. The main focus is on studies concerning seismicity rate changes with Rate/State dependent friction approach and how this concept was developed during the last two decades. An overview on the methodology and results from seismicity rates related studies accomplished for the Aegean and the adjacent areas is finally summarized.
In the second chapter the Rate/State model principles and formulation is described in detail. The model parameters, the techniques applied to handle earthquake catalog data, the process of stress changes calculations and the tools utilized for qualitative and quantitative evaluation of the results are demonstrated. Uncertainties in parameter values determination and constraints employed together with the selected range of parameter values is also provided. Rate/State model application are presented for different regions of the study area, i.e. Corinth Gulf, Central Ionian Islands, Hellenic Arc, Western Turkey, Northern Aegean Sea and Central Greece. Comparison between observed and expected seismicity rates is quantified and earthquake probabilities for exceedance of M=6.0 and M=6.5 during the next decade are illustrated. All of the obtained results are finally integrated in respect with time dependent seismic hazard. An attempt to verify the model performance in connection with the mostly recent strong earthquakes (M≥5.8) that took place in the broader Aegean region since June 2012.    
In the third chapter the development and application of a stress inversion algorithm, based upon Rate/State dependent friction concept is introduced. This method is used to derive stress changes from real earthquake occurrence rate changes, in areas exhibiting high recording seismicity rates. After explicitly determining the physical quantities incorporating in the modeling (characteristic relaxation time, reference seismicity rates) stress changes were sought in both space and time and their possible connection with earthquake clustering and fault interactions. Stress changes inverted from seismicity rate changes were also compared with the results derived from independent methods and their correlation was quantified.
In the forth chapter the results are summarized, concluding remarks are retrieved and perspectives for future research and improvement of the method efficiency are suggested.

Οι μεταβολές των ρυθμών σεισμικότητας σε επιλεγμένες περιοχές του ευρύτερου χώρου του Αιγαίου, μελετήθηκαν με την εφαρμογή ενός μοντέλου Ρυθμού/Κατάστασης (Dieterich, 1994). Οι μεταβολές του πεδίου των τάσεων συνυπολογίστηκαν από τις μεταβολές που οφείλονται στην σεισμική ολίσθηση που προκαλείται από τη γένεση κάθε ισχυρού σεισμού και από τις μακράς διάρκειας μεταβολές που οφείλονται στη συνεχή τεκτονική φόρτιση. Η επίδραση των μεταβολών των τάσεων στους ρυθμούς σεισμικότητας μελετήθηκαν πριν και μετά από κάθε ισχυρό σεισμό σε κάθε περιοχή. Το μέγεθος πληρότητας των καταλόγων υπολογίστηκε ξεχωριστά για κάθε περιοχή και περίοδο μελέτης. Οι ρυθμοί σεισμικότητας των μικρότερου μεγέθους σεισμών εξομαλύνθηκαν με την εφαρμογή μιας συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας και η επίδραση των τάσεων στις μεταβολές των ρυθμών αυτών ενσωματώθηκε στο μοντέλο Ρυθμού/Κατάστασης προκειμένου να υπολογιστούν οι αναμενόμενοι ρυθμοί σεισμικότητας. Σημαντικό εύρος των τιμών των παραμέτρων χρησιμοποιήθηκαν ώστε να ελεγχθεί η ευαισθησία και η αποτελεσματικότητα του μοντέλου. Έγινε ποιοτική και ποσοτική εκτίμηση της συσχέτισης μεταξύ παρατηρούμενων-αναμενόμενων ρυθμών σεισμικότητας ούτως ώστε να γίνει έλεγχος της αποτελεσματικότητας και της απόδοσης του μοντέλου. Υπολογίστηκαν επίσης οι πιθανότητες γένεσης σεισμού του οποίου το μέγεθος να υπερβαίνει το 6.0 και το 6.5 εντός της επόμενης δεκαετίας. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε αντιστροφή της διαδικασίας Ρυθμού/Κατάστασης, ώστε να χρησιμοποιηθούν οι παρατηρούμενοι ρυθμοί σεισμικότητας για να υπολογιστούν οι μεταβολές του πεδίου των τάσεων. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν οι μεταβολές των ρυθμών σεισμικότητας σε περιοχές όπου το σεισμολογικό δίκτυο εξασφαλίζει επαρκή ποσότητα και ακρίβεια των δεδομένων. Αρχικά γίνεται εκτενής μελέτη του καθορισμού των φυσικών παραμέτρων που υπεισέρχονται στη μοντελοποίηση (καταστατικές παράμετροι ρηγμάτων, ρυθμοί σεισμικότητας αναφοράς) και στη συνέχεια υπολογίζονται οι μεταβολές των τάσεων στο χώρο και στο χρόνο. Μελετάται επίσης η πιθανή συσχέτιση των υπολογιζόμενων μεταβολών των τάσεων με την παρουσία συστάδων σεισμών (clusters) και την αλληλεπίδραση μεταξύ των ρηγμάτων. Και οι δύο προσεγγίσεις του μοντέλου Ρυθμού/Κατάστασης που εφαρμόστηκαν οδήγησαν σε ικανοποιητική συσχέτιση μεταξύ πραγματικών και αναμενόμενων τιμών των υπό μελέτη μεταβλητών (ρυθμοί σεισμικότητας – τάσεις). Η μεθοδολογία αυτή αναμένεται να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο για την μελλοντική σεισμολογική έρευνα που αφορά στην χρονικά εξαρτώμενη μελέτη σεισμικής επικινδυνότητας ειδικά μετά τον συνεχή εμπλουτισμό των διαθέσιμων καταλόγων με περισσότερα και ακριβέστερα δεδομένα.  
Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ των μεταβολών των ρυθμών σεισμικότητας και των μεταβολών του πεδίου των τάσεων στην ευρύτερη περιοχή του Αιγαίου, με συμβολή στην πιθανοκρατική, χρονικά μεταβαλλόμενη σεισμική επικινδυνότητα. Ο χώρος του Αιγαίου χαρακτηρίζεται ως μια από τις περισσότερο ενεργές σεισμικά περιοχές στην Μεσόγειο, με υψηλούς ρυθμούς σεισμικότητας και σημαντική συχνότητα γένεσης ισχυρών σεισμών (Μ≥6.0). Η περιοχή αυτή παρουσιάζει επίσης σημαντικό βαθμό ετερογένειας όσον αφορά τις σεισμοτεκτονικές ιδιότητες και την ποιότητα καταγραφής των σεισμών από το Σεισμολογικό Δίκτυο. Για το λόγο αυτό ήταν απαραίτητος ο διαχωρισμός της περιοχής σε 15 υπό-περιοχές, με βάση κοινά σεισμοτεκτονικά κριτήρια (μηχανισμοί γένεσης) και κριτήρια σεισμικότητας (ρυθμοί σεισμικότητας, μέγεθος πληρότητας). Οι περιοχές αυτές είναι: Κορινθιακός κόλπος, κεντρικό Ιόνιο, Ελληνικό τόξο (4 υπό-περιοχές), Δυτική Τουρκία (4 υπό-περιοχές), Βόρειο Αιγαίο (4 υπό-περιοχές) και Θεσσαλία. Η ανάλυση της μεταβολής των ρυθμών σεισμικότητας έγινε ξεχωριστά για κάθε μια από τις 15 αυτές υπό-περιοχές και τα αποτελέσματα ενοποιήθηκαν και αξιολογήθηκαν, ώστε να εξαχθούν τα τελικά συμπεράσματα.
Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή προέρχονται από το Εθνικό Ενοποιημένο Δίκτυο Σεισμογράφων (Hellenic Unified Seismological Network). Επιπλέον χρησιμοποιήθηκαν ένς τοπικός κατάλογος για την περιοχή Karaburun-Kusadasi, καθώς και ένας κατάλογος με ισοδύναμα μεγέθη σεισμικής ροπής, Μ*W, για την Δυτική Τουρκία που συντάχθηκαν στα πλαίσια της διατριβής αυτής. Προκειμένου να δημιουργηθεί ο κατάλογος αυτός χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από το Διεθνές Κέντρο Σεισμολογίας (International Seismological Center) και προτάθηκαν νέες εμπειρικές σχέσεις που συνδέουν μεγέθη διαφορετικών κλιμάκων και ινστιτούτων με το μέγεθος σεισμικής ροπής. Τα μεγέθη πληρότητας για κάθε περιοχή και χρονική περίοδο υπολογίστηκαν με τη μέθοδο ελέγχου καλής προσαρμογής, η οποία τροποποιήθηκε και εφαρμόστηκε επίσης στα πλαίσια της παρούσας διατριβής.  
Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται η εισαγωγή του σκοπού της διατριβής και περιγράφονται συνοπτικά οι κυριότερες σεισμοτεκτονικές ιδιοτήτες της ευρύτερης περιοχής του Αιγαίου. Εν συνεχεία, επισημαίνεται η σημασία της ανάλυσης των ρυθμών σεισμικότητας στη μελέτη σεισμικής επικινδυνότητας. Για το σκοπό αυτό παρουσιάζεται μια εκτενής αναδρομή σε παλαιότερες αλλά και πλέον πρόσφατες επιστημονικές εργασίες που είχαν ως αντικείμενο τις μεταβολές των ρυθμών σεισμικότητας. Γίνεται εκτενής αναφορά σε εργασίες που σχετίζονται με τη μελέτη των μεταβολών της σεισμικότητας και τη σύνδεση τους με τη μεταβολή των στατικών και δυναμικών τάσεων καθώς και άλλων φυσικών διεργασιών (ποροελαστικά, ιξωδοελαστικά φαινόμενα). Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται σε εργασίες που βασίζονται στην ανάπτυξη και εφαρμογή τεχνικών που βασίζονται στη μέθοδο Ρυθμού/ Κατάστασης κατά τις τελευταίες δυο δεκαετίες. Τέλος, παρουσιάζονται οι μέθοδοι και τα αποτελέσματα των εργασιών που είχαν ως αντικείμνενο τη μελέτη των ρυθμών σεισμικότητας στον Ελλαδικό χώρο και τις γειτονικές περιοχές.
Στο δεύτερο κεφάλαιο της διατριβής περιγράφονται οι αρχές και οι μαθηματικές εξισώσεις που διέπουν τη μέθοδο Ρυθμού/ Κατάστασης και το πως αυτές εφαρμόζονται στην παρούσα εργασία. Σύμφωνα με την μέθοδο αυτή, οι αναμενόμενοι ρυθμοί σεισμικότητας μπορούν να μοντελοποιηθούν με βάση τους ρυθμούς σεισμικότητας αναφοράς, τις φυσικές καταστατικές παραμέτρους των ζωνών διάρρηξης και το ιστορικό του πεδίου της τάσης. Η εξέλιξη του πεδίου της τάσης οφείλεται τόσο στην απότομη σεισμική ολίσθηση κατά τη γένεση ισχυρών σεισμών, όσο και στη συνεχή τεκτονική φόρτιση εξαιτίας της διαρκούς σχετικής κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών. Κατά την παρουσίαση των μαθηματικών εξισώσεων γίνεται περιγραφή των παραμέτρων που υπεισέρχονται στις σχέσεις αυτές καθώς και η φυσική τους σημασία. Ακολουθεί εκτενής περιγραφή του τρόπου υπολογισμού/ καθορισμού του εύρους των τιμών των παραμέτρων αυτών και γίνεται σύγκρισή τους με τις αντίστοιχες τιμές που έχουν χρησιμοποιηθεί σε παλαιότερες εργασίες ή έχουν υπολογιστεί από εργαστηριακά πειράματα. Επιπλέον, μεγάλο εύρος των τιμών των παραμέτρων χρησιμοποιήθηκε ούτως ώστε να μελετηθεί η απόδοση του μοντέλου ως συνάρτηση καθεμιάς εκ των παραμέτρων αυτών.
Οι ρυθμοί τεκτονικής φόρτισης στις κυριότερες ζώνες διάρρηξης υπολογίστηκαν από τους αντίστοιχους ρυθμούς ολίσθησης, όπως αυτοί υπολογίστηκαν από εργασίες ανάλυσης γεωδαιτικών δεδομένων, λαμβάνοντας υπόψη και τον συντελεστή σεισμικής σύζευξης. Ο χαρακτηριστικός χρόνος εκτόνωσης υπολογίστηκε λαμβάνοντας υπόψη τη μέση περίοδο επανάληψης καθώς και βιβλιογραφικές αναφορές. Το γινόμενο Ασ υπολογίστηκε από τη σχέση που το συνδέει με τον χαρακτηριστικό χρόνο εκτόνωσης και τον ρυθμό τεκτονικής φόρτισης και έγινε έλεγχος των αποτελεσμάτων σε σχέση με τις τιμές που προτείνει η διεθνής βιβλιογραφία. Οι ρυθμοί σεισμικότητας αναφοράς και οι παρατηρούμενοι ρυθμοί, υπολογίστηκαν αφού έγινε εξομάλυνση της σεισμικότητας με τη χρήση μιας Γκαουσιανής συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας πυρήνα (Kernel), δύο μεταβλητών. Μεγάλο εύρος τιμών του παράγοντα ομαλοποίησης, h, που καθορίζει τον βαθμό εξομάλυνσης της σεισμικότητας χρησιμοποιήθηκαν σε όλες τις εφαρμογές. Οι διαστάσεις των ζωνών διάρρηξης υπολογίστηκαν από την χωρική κατανομή των ισχυρότερων μετασεισμών και την γεωμετρία των ρηγμάτων, λαμβάνοντας επιπλέον υπόψη περιορισμούς και εμπειρικές σχέσεις. Η μέση σεισμική ολίσθηση σε κάθε περίπτωση υπολογίστηκε από τις προαναφερθείσες τιμές σε συνδυασμό με τη σεισμική ροπή. Οι τιμές του λόγου του Poisson, του μέτρου δυσκαμψίας και του φαινόμενου συντελεστή τριβής (που ενσωματώνει την επίδραση της πίεσης των πόρων) που υιοθετήθηκαν στην παρούσα διατριβή επιλέχθηκαν από εργασίες που αφορούν τα ίδια σεισμοτεκτονικά περιβάλλοντα.
Στη συνέχεια έγινε εκτίμηση των αποτελεσμάτων των αναμενόμενων ρυθμών σεισμικότητας όπως αυτοί υπολογίστηκαν από την εφαρμογή του μοντέλου Ρυθμού/ Κατάστασης. Για το σκοπό αυτό έγινε χαρτογράφηση του λόγου αναμενόμενων/ παρατηρούμενων ρυθμών σεισμικότητας για διαφορετικές τιμές παραμέτρων και για όλες τις περιόδους μελέτης. Επιπλέον έγινε εκτίμηση του Συντελεστή Γραμμικής Συσχέτισης (Pearson) και του διαστήματος εμπιστοσύνης του (95%).  Τέλος, ως συμβολή στην πιθανοκρατική εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας, έγινε ο υπολογισμός της πιθανότητας υπέρβασης μεγέθους 6.0 και 6.5 σε κάθε μια από τις περιοχές μελέτης εντός ενός χρονικού ορίζοντα διάρκειας μίας δεκαετίας. Η εκτίμηση της πιθανότητας αυτής έγινε λαμβάνοντας υπόψη τον μέσο ρυθμό σεισμικότητας σε κάθε περιοχή, με τη χρήση ενός μη-παραμετρικού εκτιμητή πυρήνα της κατανομής των μεγεθών.
Εν συνεχεία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής του μοντέλου ρυθμού-κατάστασης για όλες τις περιοχές μελέτης, καθώς και πίνακες με τις τιμές των παραμέτρων και τις χρονικές περιόδους που μελετήθηκαν σε κάθε περιοχή. Αναλυτικότερα για κάθε περιοχή παρουσιάζονται: Οι αναμενόμενοι ρυθμοί σεισμικότητας, οι χάρτες με τους λόγους αναμενόμενων/ παρατηρούμενων ρυθμών σεισμικότητας, οι συντελεστές γραμμικής συσχέτισης για επιλεγμένο εύρος παραμέτρων και για όλες τις περιόδους μελέτης και οι πιθανότητες γένεσης ισχυρών σεισμών με μέγεθος μεγαλύτερο του 6.0 και του 6.5 για ορίζοντα 10 ετών. Τέλος γίνεται συγκέντρωση και ενοποίηση των αποτελεσμάτων και παρουσιάζεται η μεταβολή του συντελεστή συσχέτισης σε σχέση με το πλήθος των δεδομένων και το χρονικό διάστημα που αυτά καλύπτουν. Η δυνατότητα πρόγνωσης του μοντέλου ελέγχεται σε σχέση με τα επίκεντρα των πρόσφατων (μετά τον Ιούνιο του 2012) ισχυρών (Μ>5.8) σεισμών που συνέβησαν στην περιοχή μελέτης. Έγινε ποιοτική και ποσοτική εκτίμηση του κατά πόσο τα επίκεντρα αυτά εντοπίζονται σε περιοχές όπου το μοντέλο προβλέπει αυξημένους ρυθμούς σεισμικότητας και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε ένα χάρτη, μαζί με τις αντίστοιχες πιθανότητες γένεσης. Διαπιστώθηκε ότι 7 από τους 8 σεισμούς αυτούς συνέβησαν εντός ή πολύ κοντά σε περιοχές αυξημένης αναμενόμενης σεισμικής δραστηριότητας.   
Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται αρχικά η ιδέα και οι προσπάθειες που έχουν γίνει διεθνώς για την ανάπτυξη και την εφαρμογή του αντίστροφου μοντέλου Ρυθμού/ Κατάστασης. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, οι μεταβολές του ρυθμού σεισμικότητας όπως αυτός καταγράφεται από πυκνά σεισμολογικά δίκτυα μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την χωρική και χρονική μεταβολή του πεδίου των τάσεων. Γίνεται η περιγραφή των εξισώσεων που διέπουν την μέθοδο αντιστροφής και των δεδομένων στα οποία έγινε η εφαρμογή του μοντέλου αυτού (Ευπάλιο 2008-2012, Σάμος-Κουσάντασι 2007-2012, Καραμπουρούν 2007-2012, Κορινθιακός Κόλπος 1975-2013, Λευκάδα 1999-2013, Δυτική Κρήτη 2009-2014 ). Σε κάθε περίπτωση γίνεται περιγραφή του τρόπου υπολογισμού των τιμών των παραμέτρων (ρυθμοί σεισμικότητας αναφοράς, χαρακτηριστικός χρόνος εκτόνωσης, ρυθμός τεκτονικής φόρτισης, γινόμενο Ασ). Εν συνεχεία περιγράφονται τα αποτελέσματα τα οποία αφορούν την χρονική μεταβολή του πεδίου των τάσεων όπως αυτή προκύπτει από τις μεταβολές στους ρυθμούς σεισμικότητας. Για τα τρία πρώτα σετ δεδομένων τα οποία περιέχουν περισσότερους σεισμούς και καλύτερα προσδιορισμένα επίκεντρα γίνεται επιπλέον ανάλυση: Υπολογισμός των χωρικών μεταβολών του πεδίου των τάσεων και σύγκριση/ συσχέτιση με τα αντίστοιχα αποτελέσματα που προκύπτουν από την εφαρμογή του μοντέλου ελαστικής εξάρμωσης. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην εκτίμηση των αποτελεσμάτων σε κοντινές και μακρινές αποστάσεις από τα επίκεντρα των ισχυρότερων σεισμών, ενώ έγινε αναγνώριση συστάδων σεισμικότητας και συσχέτιση τους με τις μεταβολές του πεδίου των τάσεων. Το κεφάλαιο κλείνει με συζήτηση σχετικά με την προσέγγιση αντιστροφής, τις αβεβαιότητες και τα προβλήματα που συνοδεύουν τη μέθοδο, καθώς και τη συνολική εκτίμηση των αποτελεσμάτων.      
    Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται οι σύνοψη των αποτελεσμάτων της διατριβής και αναφέρονται οι προοπτικές για μελλοντική έρευνα προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση της μεθοδολογίας.