Παράγοντες ενίσχυσης τοπικών συνθηκών σταθμών του εθνικού δικτύου επιταχυνσιογράφων = Site amplification factors in stations of the national network of accelerometers in Greece.

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται, στην εκτίμηση του φασματικού παράγοντα ενίσχυσης της οριζόντιας συνιστώσας (Horizontal Site Amplification Factor: HSAF) σε θέσεις σταθμών επιταχυνσιογράφων, λαμβάνοντας υπόψη την υπόθεση της διάχυσης της σεισμικής ενέργειας (Diffuse Field Assumption: DFA). Η προσέγγιση αυτή, βασίζεται στην εκτίμηση της συνάρτησης διόρθωσης της κατακόρυφης φασματικής ενίσχυσης (Vertical Amplification Correction Function: VACF), η οποία πολλαπλασιαζόμενη με το λόγο των φασμάτων Fourier της οριζόντιας προς την κατακόρυφη σεισμική κίνηση (earthquake Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio: eHVSR) σε μια θέση, μπορεί να εκτιμήσει σε ικανοποιητικό βαθμό την πραγματική ενίσχυση της οριζόντιας συνιστώσας της σεισμικής κίνησης (HSAF). Αρχικά, εξετάσθηκε σε επιλεγμένες θέσεις σταθμών επιταχυνσιογράφων του ελληνικού χώρου η εφαρμογή της ήδη προτεινόμενης συνάρτησης διόρθωσης της κατακόρυφης φασματικής ενίσχυσης η οποία προτάθηκε για την περιοχή της Ιαπωνίας. Λόγω μη ικανοποιητικών αποτελεσμάτων, αποφασίσθηκε η εκτίμηση αντίστοιχης συνάρτησης βασισμένης σε δεδομένα του ελληνικού χώρου. Για το σκοπό αυτόν, σε πρώτο στάδιο δημιουργήθηκε ένας ενιαίος κατάλογος σεισμών στον ευρύτερο ελληνικό χώρο για την περίοδο 1973-2018, εντός της οποίας υπήρχαν καταγραφές επιταχυνσιογράφων του εθνικού δικτύου. Στη συνέχεια, συλλέχθηκαν και επεξεργάσθηκαν κατάλληλα τα δεδομένα επιταχυνσιογράφων. Σε επόμενο στάδιο, αντιστοιχήθηκαν οι καταγραφές επιταχυνσιογράφων με τα στοιχεία των σεισμών από τους οποίους έχουν προέλθει και επιλέχθηκαν οι χρόνοι άφιξης των κυμάτων χώρου (P & S-waves). Τελικά, με βάση συγκεκριμένα κριτήρια ποιότητας επιλέχθηκαν καταγραφές στις οποίες εφαρμόσθηκε η απαραίτητη προ-επεξεργασία και επιλέχθηκαν παράθυρα των εγκαρσίων κυμάτων (S-waves) προκειμένου να ενταχθούν στο τελικό αξιόπιστο δείγμα δεδομένων της εργασίας αυτής. Στη συνέχεια, για τα προκαθορισμένα παράθυρα των επιλεγμένων κυματομορφών, υπολογίσθηκαν τα φάσματα Fourier των οριζοντίων και κατακόρυφων συνιστωσών και εξ αυτών ο λόγος eHVSR. Κατόπιν, εφαρμόστηκε η διαδικασία της ταυτόχρονης παραμετρικής αντιστροφής (Generalized Inversion Technique: GIT), όλων των παραγόντων που επηρεάζουν τη σεισμική κίνηση (σεισμική πηγή, δρόμος διάδοσης, τοπικές συνθήκες). Ως σταθμός αναφοράς επιλέχθηκε ο σταθμός SEIS (θέση επιταχυνσιογράφου στο σεισμολογικό σταθμό Θεσσαλονίκης) λόγω της επιφανειακής εμφάνισης του γεωλογικού υποβάθρου του (πρασινογνεύσιου), της σχεδόν επίπεδης καμπύλης του λόγου eHVSR με πλάτη <2 και του ικανοποιητικού αριθμού καταγραφών σε αυτόν. Πριν την εισαγωγή των δεδομένων του SEIS στον κώδικα της αντιστροφής, οι καταγραφές του σταθμού αναφοράς προσαρμόστηκαν σε συνθήκες πραγματικού σεισμικού υποβάθρου (), προσδιορίζοντας τον ορίζοντα του βραχώδους υποβάθρου και το μονοδιάστατο μοντέλο ταχυτήτων στη θέση SEIS με βάση την υπόθεση της ισοκατανομής της σεισμικής ενέργειας (Diffuse Field Assumption) και μετρήσεις εδαφικού μικροθορύβου στη συγκεκριμένη θέση. Η προσαρμογή έγινε στο πεδίο των συχνοτήτων των φασμάτων Fourier τόσο για την οριζόντια όσο και για την κατακόρυφη συνιστώσα. Τέλος, με βάση τα αποτελέσματα της ταυτόχρονης αντιστροφής οριζόντιων και κατακόρυφων συνιστωσών και των υπολογισμένων φασματικών λόγων eHVSRs για το σύνολο των σταθμών επιταχυνσιογράφων, εξήχθησαν δύο κατηγορίες εμπειρικών συναρτήσεων διόρθωσης της κατακόρυφης φασματικής ενίσχυσης (VACFs): (α) μία μέση συνάρτηση, χρησιμοποιώντας τις καμπύλες eHVSR όλων των σταθμών επιταχυνσιογράφων και (β) επτά ανεξάρτητες συναρτήσεις, ταξινομώντας τις θέσεις ανάλογα με το μέγιστο πλάτος και τη δεσπόζουσα ιδιοσυχνότητα του λόγου eHVSR. Προκειμένου να τεκμηριωθούν οι προτεινόμενες, συναρτήσεις διόρθωσης της κατακόρυφης φασματικής ενίσχυσης (VACFs), επιχειρήθηκε η εκτίμηση των φασματικών ενισχύσεων της οριζόντιας σεισμικής κίνησης (HSAF) σε επιλεγμένες θέσεις σταθμών επιταχυνσιογράφων τα δεδομένα των οποίων, δεν συμπεριλήφθηκαν στην διαδικασία της γενικευμένης αντιστροφής και για ορισμένους από αυτούς υπήρχαν υπολογισμένοι φασματικοί λόγοι της οριζόντιας σεισμικής κίνησης από ανεξάρτητες μεθόδους (π.χ. κλασσικού φασματικού λόγου-SSR). Η καλή συμφωνία των παραπάνω συγκρίσεων ενισχύει την ορθότητα των αποτελεσμάτων της εργασίας αυτής, ενθαρρύνοντας την εφαρμογή των προτεινόμενων VACFs στον ελληνικό χώρο.

This diploma thesis refers to the evaluation of the Horizontal site Amplification Factor (HSAF) in stations of the National Accelerometers Network, based on the Diffuse Field Assumption (DFA) theory and simultaneous Generalized Inversion of horizontal and vertical ground motion. The HSAF at a site can be obtained from the multiplication of the Vertical Amplification Correction Function (VACF) with the Horizontal to Vertical Spectral Ratio from earthquake records (eHVSR). Initially, the Japanese VACFs were used to evaluate the HSAF in selected accelerometer stations in Greece. However, due to the unsatisfying results, the urge to calculate local VACFs was deemed necessary. For this purpose, all available accelerograms for the period 1973-2018 were matched to shallow depth earthquakes of the broader Aegean area. After the matching of earthquakes with records the selection of P and S wave arrivals took place for its individual time history. Before application of the Generalized Inversion of horizontal and vertical ground motion, several criteria were used to filter out reliable records from the dataset and the waveforms were processed, computing the mean horizontal and vertical Fourier spectra on the S wave time window. Then average eHVSR ratio was calculated for each station and a generalized spectral inversion technique (GIT) was used to evaluate properties of strong motion factors that affect the seismic-wave propagation (source, path, and site factor). The SEIS station (accelerometer at the seismological station of Thessaloniki) was used as the reference station due to its flat eHVSR curve (amplitude <2), its location on the exposed bedrock on the surface and the large number of records. Spectra of this reference station were corrected for the horizontal and the vertical amplification due to the shallow weathered layers, after estimating the 1D, S wave velocity model below the station SEIS. Such an adaption was based on the DFA theory and microtremor recordings. Using the results of the simultaneous inversion of the horizontal and the vertical ground motion as well as the calculated eHVSR ratios, two categories of Greek VACFs in Greece were proposed: (a) one category for the mean VACF using the eHVSR curves of all the stations, (b) seven other categories, classifying the stations according to the peak eHVSR values and their frequency band. Finally, the computed VACFS in Greece were evaluated by the capability of reproducing the observed HSAF from the eHVSR using both categories of VACFs, in sites not used in the inversion process and for which horizontal amplification factors (HSAFs) were calculated by an independent method (e.g., Standard Spectral Ratio).