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
Seismicity Analyses Using Dense Network Data: Catalogue Statistics and Possible Foreshocks Investigated Using Empirical and Synthetic Data
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences, Geophysics. (Seismology)ORCID iD: 0000-0001-7070-8352
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. , 98 p.
Series
Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology, ISSN 1651-6214 ; 1545
Keyword [en]
Statistical Seismology, Earthquake Catalogue Statistics, Seismicity Patterns, Precursors, Foreshocks
Keyword [el]
Στατιστική Σεισμολογία, Κατάλογοι Σεισμών, Μοτίβα Σεισμικότητας, Πρόδρομα Φαινόμενα, Προσεισμοί
National Category
Geophysics
Research subject
Geophysics with specialization in Seismology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-328057ISBN: 978-91-513-0042-9 (print)OAI: oai:DiVA.org:uu-328057DiVA: diva2:1134585
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
List of papers
1. EVIDENCE OF PRECURSORY PATTERNS IN AGGREGATED TIME SERIES
Open this publication in new window or tab >>EVIDENCE OF PRECURSORY PATTERNS IN AGGREGATED TIME SERIES
2016 (English)In: Bulletin of the Geological Society of Greece, vol. L, 2016, Proceedings of the 14th Intern. Congress, Thessaloniki, May 2016, 2016, Vol. 50Conference paper, Published paper (Refereed)
Abstract [en]

We investigate temporal changes in seismic activity observed in the West Corinth Gulfand North-West Peloponnese during 2008 to 2010. Two major earthquake sequencestook place in the area at that time (in 2008 and 2010). Our aim is to analyse Greekseismicity to attempt to confirm the existence or non-existence of seismic precursorsprior to the strongest earthquakes. Perhaps because the area is geologically andtectonically complex, we found that it was not possible to fit the data well using aconsistent Epidemic Type Aftershock Sequence (ETAS) model. Nor could weunambiguously identify foreshocks to individual mainshocks. Therefore we soughtpatterns in aggregated foreshock catalogues. We set a magnitude threshold (M3.5)above which all the earthquakes detected in the study area are considered as“mainshocks”, and we combined all data preceding these into a single foreshockcatalogue. This reveals an increase in seismicity rate not robustly observable forindividual cases. The observed effect is significantly greater than that consistent withstochastic models, including ETAS, thus indicating genuine foreshock activity withpotential useful precursory power, if sufficient data is available, i.e. if the magnitudeof completeness is sufficiently low.

Abstract [el]

Μελετάμε χρονικές μεταβολές της σεισμικής δραστηριότητας στο Δυτικό ΚορινθιακόΚόλπο και τη Βορειοδυτική Πελοπόννησο κατά τα έτη 2008-2010. Δύο σημαντικέςσεισμικές ακολουθίες σημειώθηκαν στην περιοχή σε αυτή την περίοδο (2008 και 2010).Στόχος είναι να αναλύσουμε τη σεισμικότητα ώστε να επιβεβαιώσουμε την ύπαρξη ή μηπροσεισμικής δραστηριότητας πριν από τους μεγαλύτερους σεισμούς. Λόγω τηςγεωλογικής και τεκτονικής πολυπλοκότητας της περιοχής, δεν ήταν εφικτή η εφαρμογήενός ενιαίου μοντέλου Επιδημικού Τύπου Μετασεισμικών Ακολουθιών (ETAS), ούτε ηαναγνώριση προσεισμών μεμονωμένων κυρίων σεισμών. Επομένως, αναζητήσαμεανάλογα μοτίβα σε ενιαίους καταλόγους προσεισμών. Θέσαμε ένα μέγεθος (Μ3.5)πάνω από το οποίο όλοι οι σεισμοί θεωρούνται “κύριοι”, και συνδυάσαμε τα δεδομέναπου προηγούνται αυτών, σε ένα κοινό κατάλογο. Αναδεικνύεται έτσι μια αύξηση τουρυθμού σεισμικότητας που δεν είναι εμφανής σε μεμονωμένες περιπτώσεις και είναι πιοσημαντική από εκείνη που προβλέπεται από στοχαστικά μοντέλα, όπως το ETAS,υποδηλώνοντας την ύπαρξη προσεισμών που μπορούν να δώσουν τη δυνατότηταπρόγνωσης αν υπάρχει ικανοποιητικό πλήθος δεδομένων, δηλ. αν το μέγεθοςπληρότητας είναι αρκετά χαμηλό.

Keyword
Corinth Gulf, Seismicity, Aggregated Foreshock Catalogues, Κορινθιακός Κόλπος, Σεισμικότητα, Ενιαίοι Κατάλογοι Προσεισμών
National Category
Natural Sciences Geophysics
Identifiers
urn:nbn:se:uu:diva-295440 (URN)
Conference
14th International Congress, Geological Society of Greece, Thessaloniki, May 2016
Available from: 2016-06-07 Created: 2016-06-07 Last updated: 2017-08-21Bibliographically approved
2. Precursory Activity Before Larger Events in Greece Revealed by Aggregated Seismicity Data
Open this publication in new window or tab >>Precursory Activity Before Larger Events in Greece Revealed by Aggregated Seismicity Data
2017 (English)In: Pure and Applied Geophysics, ISSN 0033-4553, E-ISSN 1420-9136, Vol. 174, no 3, 1331-1343 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

We investigate the seismicity rate behaviour in and around Greece during 2009, seeking significant changes in rate preceding larger events. For individual larger events it is difficult to clearly distinguish precursory rate changes from other, possibly unrelated, variations in seismicity. However, when we aggregate seismicity data occurring within a radius of 10 km and in a 50-day window prior to earthquakes with, e. g. magnitude C3.5, the resulting aggregated time series show a clearly increasing trend starting 2-3 weeks prior to the "mainshock'' time. We apply statistical tests to investigate if the observed behaviour may be simply consistent with random (poissonian) variations, or, as some earlier studies suggest, with clustering in the sense that high activity rates at some time may imply increased rates later, and thus (randomly) greater probability of larger coming events than for periods of lower seismicity. In this case, rate increases have little useful predictive power. Using data from the entire catalogue, the aggregated rate changes before larger events are clearly and strongly statistically significant and cannot be explained by such clustering. To test this we choose events at random from the catalogue as potential "mainshocks''. The events preceding the randomly chosen earthquakes show less pronounced rate increases compared to the observed rate changes prior to larger events. Similar behaviour is observed in data sub-sets. However, statistical confidence decreases for geographical subsets containing few "mainshocks'' as it does when data are weighted such that "mainshocks'' with many preceding events are strongly downweighted relative to those with fewer. The analyses suggest that genuine changes in aggregated rate do occur prior to larger events and that this behaviour is not due to a small number of mainshocks with many preceding events dominating the analysis. It does not automatically follow that it will be possible to routinely observe precursory changes prior to individual larger events, but there is a possibility that this may be feasible, e. g. with better data from more sensitive networks.

Place, publisher, year, edition, pages
SPRINGER BASEL AG, 2017
Keyword
Temporal seismicity patterns, aggregated data, precursory activity, Greece
National Category
Geophysics
Identifiers
urn:nbn:se:uu:diva-320921 (URN)10.1007/s00024-017-1465-6 (DOI)000396834700039 ()
Available from: 2017-04-27 Created: 2017-04-27 Last updated: 2017-08-21Bibliographically approved
3. Advantages and Limitations of Foreshock Activity as a Useful Tool for Earthquake Forecasting
Open this publication in new window or tab >>Advantages and Limitations of Foreshock Activity as a Useful Tool for Earthquake Forecasting
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
Keyword
Accelerating Seismicity, Earthquake Predictability
National Category
Geophysics
Research subject
Geophysics with specialization in Seismology
Identifiers
urn:nbn:se:uu:diva-328055 (URN)
Available from: 2017-08-16 Created: 2017-08-16 Last updated: 2017-08-21
4. Impact of Magnitude Uncertainties on Seismic Catalogue Properties
Open this publication in new window or tab >>Impact of Magnitude Uncertainties on Seismic Catalogue Properties
Show others...
(English)In: Geophysical Journal International, ISSN 0956-540X, E-ISSN 1365-246XArticle in journal (Refereed) Submitted
Keyword
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:nbn:se:uu:diva-328053 (URN)
Available from: 2017-08-16 Created: 2017-08-16 Last updated: 2017-08-21

Open Access in DiVA

fulltext(2054 kB)108 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2054 kBChecksum SHA-512
6c78dd8676d036545fb6afa8f719bb30b41d6b88c7747d7775dd1a1a7e40caea68fb52b7db30d948b7ab8f1f0dcbe77d03eae09e7ba5a8363d699343cfd2a9ba
Type fulltextMimetype application/pdf
Buy this publication >>

Search in DiVA

By author/editor
Adamaki, Angeliki
By organisation
Geophysics
Geophysics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 108 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 728 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