uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Impact of Magnitude Uncertainties on Seismic Catalogue Properties
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences, Geophysics. (Seismology)ORCID iD: 0000-0001-7070-8352
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences, Geophysics.
Show others and affiliations
2018 (English)In: Geophysical Journal International, ISSN 0956-540X, E-ISSN 1365-246X, Vol. 213, no 2, p. 940-951Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Catalogue-based studies are of central importance in seismological research, to investigate the temporal, spatial and size distribution of earthquakes in specified study areas. Methods for estimating the fundamental catalogue parameters like the Gutenberg–Richter (G-R) b-value and the completeness magnitude (Mc) are well established and routinely applied. However, the magnitudes reported in seismicity catalogues contain measurement uncertainties which may significantly distort the estimation of the derived parameters. In this study, we use numerical simulations of synthetic data sets to assess the reliability of different methods for determining b-value and Mc, assuming the G-R law validity. After contaminating the synthetic catalogues with Gaussian noise (with selected standard deviations), the analysis is performed for numerous data sets of different sample size (N). The noise introduced to the data generally leads to a systematic overestimation of magnitudes close to and above Mc. This fact causes an increase of the average number of events above Mc, which in turn leads to an apparent decrease of the b-value. This may result to a significant overestimation of seismicity rate even well above the actual completeness level. The b-value can in general be reliably estimated even for relatively small data sets (N < 1000) when only magnitudes higher than the actual completeness level are used. Nevertheless, a correction of the total number of events belonging in each magnitude class (i.e. 0.1 unit) should be considered, to deal with the magnitude uncertainty effect. Because magnitude uncertainties (here with the form of Gaussian noise) are inevitable in all instrumental catalogues, this finding is fundamental for seismicity rate and seismic hazard assessment analyses. Also important is that for some data analyses significant bias cannot necessarily be avoided by choosing a high Mc value for analysis. In such cases, there may be a risk of severe miscalculation of seismicity rate regardless the selected magnitude threshold, unless possible bias is properly assessed.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. Vol. 213, no 2, p. 940-951
Keywords [en]
Statistical Seismology, Earthquake Catalogue Properties, Completeness Magnitude, b-value
National Category
Earth and Related Environmental Sciences
Research subject
Statistics; Geophysics with specialization in Seismology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-328053DOI: 10.1093/gji/ggy023ISI: 000448720300016OAI: oai:DiVA.org:uu-328053DiVA, id: diva2:1133628
Available from: 2017-08-16 Created: 2017-08-16 Last updated: 2019-01-22Bibliographically approved
In thesis
1. Seismicity Analyses Using Dense Network Data: Catalogue Statistics and Possible Foreshocks Investigated Using Empirical and Synthetic Data
Open this publication in new window or tab >>Seismicity Analyses Using Dense Network Data: Catalogue Statistics and Possible Foreshocks Investigated Using Empirical and Synthetic Data
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Precursors related to seismicity patterns are probably the most promising phenomena for short-term earthquake forecasting, although it remains unclear if such forecasting is possible. Foreshock activity has often been recorded but its possible use as indicator of coming larger events is still debated due to the limited number of unambiguously observed foreshocks. Seismicity data which is inadequate in volume or character might be one of the reasons foreshocks cannot easily be identified. One method used to investigate the possible presence of generic seismicity behavior preceding larger events is the aggregation of seismicity series. Sequences preceding mainshocks chosen from empirical data are superimposed, revealing an increasing average seismicity rate prior to the mainshocks. Such an increase could result from the tendency of seismicity to cluster in space and time, thus the observed patterns could be of limited predictive value. Randomized tests using the empirical catalogues imply that the observed increasing rate is statistically significant compared to an increase due to simple clustering, indicating the existence of genuine foreshocks, somehow mechanically related to their mainshocks. If network sensitivity increases, the identification of foreshocks as such may improve. The possibility of improved identification of foreshock sequences is tested using synthetic data, produced with specific assumptions about the earthquake process. Complications related to background activity and aftershock production are investigated numerically, in generalized cases and in data-based scenarios. Catalogues including smaller, and thereby more, earthquakes can probably contribute to better understanding the earthquake processes and to the future of earthquake forecasting. An important aspect in such seismicity studies is the correct estimation of the empirical catalogue properties, including the magnitude of completeness (Mc) and the b-value. The potential influence of errors in the reported magnitudes in an earthquake catalogue on the estimation of Mc and b-value is investigated using synthetic magnitude catalogues, contaminated with Gaussian error. The effectiveness of different algorithms for Mc and b-value estimation are discussed. The sample size and the error level seem to affect the estimation of b-value, with implications for the reliability of the assessment of the future rate of large events and thus of seismic hazard.

Abstract [el]

Οι προσεισμοί αποτελούν τα πλέον υποσχόμενα πρόδρομα φαινόμενα για τη βραχυπρόθεσμη πρόγνωση των σεισμών, παρόλο που παραμένει άγνωστο το αν μια τέτοια πρόγνωση είναι εφικτή. Η χρήση της προσεισμικής δραστηριότητας ως ένδειξη ενός επερχόμενου μεγάλου σεισμού είναι αμφιλεγόμενη, κυρίως λόγω του περιορισμένου πλήθους των προσεισμών, γεγονός που πιθανά οφείλεται στην ανεπαρκή καταγραφή σεισμικών δεδομένων. Η άθροιση σεισμικών σειρών είναι μια μέθοδος που εφαρμόζεται προκειμένου να μελετηθεί η πιθανή παρουσία ενός γενικευμένου μοτίβου σεισμικότητας πριν από ισχυρούς σεισμούς. Η υπέρθεση σεισμικών ακολουθιών που προηγήθηκαν των κυρίων σεισμών αναδεικνύει μια αυξανόμενη μέση δραστηριότητα πριν από τους κύριους σεισμούς. Μια τέτοια συμπεριφορά θα μπορούσε να προκύψει και από την εγγενή τάση των σεισμών να ομαδοποιούνται χωρικά και χρονικά, με αποτέλεσμα τα παρατηρούμενα μοτίβα να έχουν περιορισμένη προγνωστική αξία. Τυχαιοποιημένοι έλεγχοι των πραγματικών δεδομένων υποδηλώνουν ότι ο παρατηρούμενος αυξανόμενος ρυθμός είναι στατιστικά σημαντικός σε σύγκριση με τη μεταβολή που οφείλεται στη γένεση απλών συστάδων σεισμών, αναδεικνύοντας την ύπαρξη προσεισμών αιτιολογικά συσχετιζόμενων με τους κύριους σεισμούς. Μια ενδεχόμενη αύξηση της ευαισθησίας των σεισμικών δικτύων πιθανά να συμβάλει στην αποτελεσματικότερη αναγνώριση των προσεισμών. Η πιθανότητα μιας τέτοιας βελτίωσης ελέγχεται με τη χρήση συνθετικών δεδομένων τα οποία προκύπτουν υπό προϋποθέσεις ως προς τη σεισμική διαδικασία. Οι επιπλοκές που μπορεί να προκύψουν από την παρουσία σεισμικότητας υποβάθρου και των μετασεισμικών ακολουθιών διερευνώνται αριθμητικά, με γενικευμένες περιπτώσεις και σενάρια που βασίζονται σε πραγματικά δεδομένα. Οι κατάλογοι που περιλαμβάνουν μικρότερους και επομένως περισσότερους σεισμούς μπορούν πιθανώς να συμβάλουν στην καλύτερη κατανόηση των σεισμικών διεργασιών και στη μελλοντική πρόγνωση των σεισμών. Σημαντική πτυχή σε τέτοιες μελέτες αποτελεί η σωστή εκτίμηση των ιδιοτήτων των σεισμικών καταλόγων, όπως είναι το μέγεθος πληρότητας και η παράμετρος b. Η επίδραση των σφαλμάτων των μεγεθών που υπάρχουν στους σεισμικούς καταλόγους στην εκτίμηση των προαναφερθέντων ιδιοτήτων ερευνάται χρησιμοποιώντας συνθετικά μεγέθη στα οποία ενυπάρχουν κανονικώς κατανεμημένα σφάλματα. Κατά τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των διαφόρων μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση του μεγέθους πληρότητας προκύπτει ότι το μέγεθος του δείγματος και του σφάλματος των μεγεθών μπορούν να επηρεάσουν την εκτίμηση της παραμέτρου b, με επιπτώσεις στην εκτίμηση του ρυθμού των μελλοντικών ισχυρών σεισμών και την αξιολόγηση του σεισμικού κινδύνου.

Place, publisher, year, edition, pages
Uppsala: Acta Universitatis Upsaliensis, 2017. p. 98
Series
Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology, ISSN 1651-6214 ; 1545
Keywords
Statistical Seismology, Earthquake Catalogue Statistics, Seismicity Patterns, Precursors, Foreshocks, Στατιστική Σεισμολογία, Κατάλογοι Σεισμών, Μοτίβα Σεισμικότητας, Πρόδρομα Φαινόμενα, Προσεισμοί
National Category
Geophysics
Research subject
Geophysics with specialization in Seismology
Identifiers
urn:nbn:se:uu:diva-328057 (URN)978-91-513-0042-9 (ISBN)
Public defence
2017-10-12, Hambergsalen, Villavägen 16, Uppsala, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2017-09-20 Created: 2017-08-21 Last updated: 2017-10-17

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full text

Authority records BETA

Adamaki, AngelikiRoberts, Roland

Search in DiVA

By author/editor
Adamaki, AngelikiRoberts, Roland
By organisation
Geophysics
In the same journal
Geophysical Journal International
Earth and Related Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 186 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf