A Probabilistic Assessment of the Seismic Hazard Analysis for

A Probabilistic Assessment of the Seismic Hazard Analysis for

A PROBABILISTIC ASESSMENT OF THE SEISMIC HAZARD ANALYSIS
FOR ISTANBUL REGION
by
Mine Betül Demircioğlu
BS. In C.E. Istanbul Technical University, 1997
Submitted to Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute in partial
fulfillment of the requirement for the degree of
Master of Science
in
Earthquake Engineering
Bogazici University
2003
ABSTRACT
Time-independent probabilistic (simple Poissonian) and Time-dependent probabilistic
(renewal) models assuming characteristic earthquake based recurrence relationships for
Istanbul region have been considered. The fault segmentation model was developed
assuming that the seismic energy along well-defined faults is released by characteristic
earthquakes characterized by magnitude and recurrence time. The used characteristic
earthquake model is the Young and Coppersmith (1985) model. The inter-event period
between large (characteristic) earthquakes in these segments are also consistently gauged
by dividing the seismic slip estimated from the earthquake catalog by the GPS-derived
slip rate of 22±3 mm/yr.
In the time independent model, the Poisson process is used in order to model the
occurrence of the characteristic earthquakes on each segment.
For the renewal model, using the mean recurrence interval of the characteristic
earthquake, the elapsed time since the last major earthquake and the exposure period
(taken as 50 years), the conditional probability for each segment has been calculated.
Cascading of individual segments into longer multi-segment ruptures has been considered
using the partial cascading procedure as defined in Cramer al. (2000).
As for the background, a spatially smoothed seismicity is determined for each cell of a
grid composed of cells of size 0.005 x 0.005 degrees. Seismic activity in each cell is
determined for earthquakes of magnitude between 5.0 and 7.0 assuming that a
Gutenberg-Richter type recurrence relationship manages the earthquake recurrence in the
background for magnitudes ranging 5.0 and 6.0. For background earthquakes with
magnitudes 6.0 to 7.0 finite faults are used.
The probabilistic methodology used in this study is similar to that used by the U.S.
geological Survey to develop the current seismic hazard maps for the United States
(Frankel et. al., 1996). Results are presented in terms of peak ground acceleration and
spectral accelerations at 1.0 s. and also 0.2 second for the 10% and 2% probabilities of
exceedence in 50 years for soft rock (NEHRP B/C boundary(Vs=760m/sn)) conditions.
The earthquake hazard results are converted to site-dependent values to reflect the local
site effects in Istanbul. For this reason, spectral response acceleration values obtained for
NEHRP site class B/C boundary (Vs= 760 m/sec) are adjusted using Fa factors for short
period and Fv factors for long period site-correction defined in the 1997 NEHRP
Provisions (NEHRP 1997).
Site-dependent results based on both the time-dependent and time-independent models
are provided separately.
ÖZET
Bu çalışmada İstanbul bölgesi için büyük depremlerin fay segmentleri üzerinde
karakteristik manyitüd yinelenme peryotlarına bağlı olarak tekrarlandıkları kabul edilerek
zaman bağımlı ve zaman bağımsız modeller geliştirilmiştir. Fay segmantasyon modeli,
fay boyunca sismik enerjinin karakteristik depremler ile açığa çıktığı kabulüne dayanarak
oluşturulur. Karakteristik deprem oluşumları ile modellendirilebilen tektonik birimler için
deprem büyüklüğü yineleme ilişkilerinin belirlemesinde Youngs ve Coppersmith (1985)
yöntemi uygulanmıştır. Bu segmentlerdeki büyük depremler arasındaki oluşum peryodu,
deprem kataloğundan hesaplanan sismik kayma miktarının GPS –ölçümünlerine dayalı
yıllık 22±3 mm.değerine bölünmesi ile belirlenmiştir.
Zaman bağımsız modelde, herbir segmentteki karakteristik depremin oluşumu Poisson
dağılımına dayalı olarak bulunmuştur.
Yenilenme Modelinde ise, büyük depremler arasındaki ortalama yinelenme aralığı, en
son büyük depremden bu yana geçen süre ve maruz kalma süresine (50 yıl olarak
alınmıştır) bağlı olarak herbir segmentteki deprem oluşma şartlı olasılığı hesaplanmıştır.
Bir segmentte meydana gelen depremin komşu segmentleri tetiklemesi hali Cramer ve
diğ. (2000) de önerilen kısmi tetkleme olasılığı yöntemi ile hesaba katılmıştır.
Arka plan sismisitesi olarak, herbir 0.005 x 0.005 derecelik hücre için alansal olarak
yaygılaştırılmış sismisite belirlenmiştir. Herbir hücrenin sismik aktivite değeri, 5 ile 7
arasındaki manyitüdler için Gütenberg-Richter (1954) manyitüd yineleme ilişkisi ile
hesaplanmıştır. Manyitüdü 6 ile 7 arasında olan depremler sonlu fay esasına göre dikkate
alınmıştır.
Bu çalışmada kullanılan probabilistik metod, Amerika’da sismik tehlike haritalarının
hazırlaması için USGS tarafından kullanılan metoda benzemektedir (Frankel et. al.,
1996). Sonuçlar, NEHRP B/C (Vs=760m/sn) zemin sınıflarında 50 yılda aşılma olasılığı
%10 ve % 2 en büyük yer ivmeleri ve 0.2 ve 1.0 saniye peryoddaki spektral ivmeler
cinsinden verilmiştir.
Elde edilen sonuçlar, İstanbul’daki bölgesel zemin etkilerinin yansıtılması amacıyla
zemine bağlı değerlere dönüştürülmüştür. Bu nedenle farklı NEHRP zemin sınıfları için,
bulunan spectral davranış ivmeleri, kısa periyotta Fa ve uzun periyotta Fv faktörleri
kullanılarak yeniden hesaplanmıştır. Yerel zemin etkilerini yansıtan bu sonuçlar hem
zaman bağımlı hem de zaman bağımsız modeller için ayrı ayrı verilmiştir.