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Bestimmung von Erdbebenparametern aus makroseismischen Daten von Österreich

Fee - Alexandra Rodler

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Betreuer*in

Wolfgang Lenhardt

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DOI

10.25365/thesis.18667

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29238.76976.728269-3

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Zwei der grundlegensten Bestimmungen in der Seismologie sind die Stärke und der Ausgangspunkt eines Erdbebens. Wo heute Seismometer an vielen seismologischen Messstationen eine schnelle und präzise Bestimmung der Magnitude und des Epizentrums ermöglichen, war vor Beginn des 20. Jahrhunderts die makroseismische Intensität das einzige Maß für die Bestimmung der Stärke eines Erdbebens. Intensitätsdaten historischer Beben sind in vielen Ländern ein wichtiger Bestandteil der Berechnung der Seismizität eines Gebietes und somit für die Abschätzung der seismischen Gefährdung. Dies trifft speziell auf Österreich zu, wo die meisten Informationen über große Erdbeben als Intensitätsbeobachtungen vorliegen. Aus diesem Grund werden über das Programm MEEP 2.0 (Macroseismic Estimation of Earthquake Parameters) verschiedene Methoden zur Bestimmung von Erdbebenparametern wie Epizentrum, Magnitude und Herdtiefe aus den Intensitätsdatensätzen von 112 Erdbeben aus ganz Österreich verwendet und die Ergebnisse mit den bekannten instrumentellen Daten verglichen. Das Computerprogramm MEEP 2.0 von Roger Musson (2009) verwendet vier unabhängige Verfahren („Zentroid“, basierend auf BOXER von Gasperini et al., 1999; „Meep“ von Musson und Jimenez, 2008; Bakun und Wentworth, 1997; und „Pairwise“ nach Shumila, 1994) zur Bestimmung des Epizentrums sowie zwei Methoden (Bakun und Wentworth, 1997; und das „Schütterflächen-Modell“ von Frankel, 1994) zur Magnitudenbestimmung. Für die Berechnungen wird Österreich in drei Zonen (Norden, Süden und Westen) einheitlicher Bebenparameter unterteilt und die geologisch abhängigen Intensitätsabnahmeparameter wie das Kövesligethy-α und der Qualitätsfaktors Q für Lg-Wellen für die jeweilige Region ermittelt. Die Regressionskoeffizienten der Bakun und Wentworth-Formel werden mittels 21 Kalibrierungsbeben für ganz Österreich bestimmt. Die untersuchten Methoden liefern in fast allen Fällen unterschiedliche Ergebnisse und keines der Verfahren liefert durchwegs gute Übereinstimmung mit den instrumentellen Epizentren und Magnituden. Einige der Methoden haben im direkten Vergleich etwas besser abgeschnitten als andere, so liegen die Meep- und Zentroid-Epizentren in 90% der Fälle im Umkreis von ~11,5 km vom instrumentellen Epizentrum, und 90% der über die Frankel-Formel bestimmten Magnituden liegen innerhalb einer Abweichung von rund ±0,65 Mw. Am schlechtesten abgeschnitten hat die Bakun und Wentworth-Methode (B&W) bei der 90% der Ergebnisse einen Magnitudenfehler von bis zu ±2 Mw aufweisen und innerhalb eines Umkreises von 116 km vom instrumentellen Epizentrum liegen. Die schlechten Ergebnisse der B&W-Methode ergeben sich insbesondere bei kleinen Beben (< 4 Mw) was sich bereits bei der Kalibrierung zeigt. Das lässt vermuten, dass die B&W-Abnahmebeziehung für Beben unterschiedlicher Größe eigens zu kalibrieren ist. Generell verursachen Änderungen in den Dämpfungseigenschaften der Kruste innerhalb des makroseismischen Feldes oder geologisch bedingte Verstärkungseffekte Abweichungen in den Bestimmungen. So erstreckt sich bei großen Erdbeben im Osten Österreichs das makroseismische Feld nördlich der Mur-Mürz-Störung viel weiter als südlich, was in einer nicht-radialen Intensitätsverteilung zum Ausdruck kommt. Eine Anpassung durch kreisrunde Isoseisten ist in solchen Fällen daher nicht vorteilhaft. Für Verstärkungseffekte, die unnatürlich hohe Intensitäten fernab des Epizentrums hervorrufen, zeigt sich die Bakun und Wentworth- sowie die Zentroid-Methode anfällig was die Bestimmung des Epizentrums betrifft. Der Fehler in der Lage ist dann zwangsweise auch mit einem Fehler in der Magnitude verbunden.

Abstract

(Englisch)

Two of the most basic estimations in seismology are the location and the size of an earthquake. Where nowadays seismometers on different stations provide a fast and exact determination of magnitude and epicenter, macroseismic intensity use to be the only measure of earthquake size before the 20th century. Intensity data of historical events are an important element for measuring seismicity in many countries and thus for estimating seismic hazard. In Austria especially, most information about large earthquakes comes from intensity observations. Different macroseismic estimation techniques are used via the program MEEP 2.0 for the estimation of various earthquake parameters such as magnitude, epicenter and source depth. These estimations derive from intensity datasets of 112 earthquakes occurring over the last century in Austria and a comparison of the results with the known instrumental data is made. The computer program MEEP 2.0 by Roger Musson (2009) uses four independent techniques (“Zentroid”, based on BOXER by Gasperini, 1999; “Meep” by Musson and Jimenez, 2008; Bakun and Wentworth, 1997; and “Pairwise” after Shumila, 1994) for determination of the epicenter as well as two methods (Bakun and Wentworth, 1997; and the felt area-magnitude model by Frankel, 1994) for magnitude estimation. For the calculations, Austria is divided into three zones of equal earthquake parameters (North, South and West) and the geologically dependent intensity attenuation parameters such as Kövesligethy’s α and the quality factor Q for Lg-Waves are determined for each region. The regression coefficients for the Bakun and Wentworth formula are estimated from 21 calibration events for all of Austria. The methods used almost always give different results and none of the techniques is consistently best at matching the instrumental data. Using a direct comparison some methods give slightly better results than others. For instance, in 90% of the cases, the meep and Zentroid epicenters lie within a distance of ~11.5 km from the instrumental epicenter and 90% of the magnitudes computed by Frankel’s technique yield an error ≤ ±0.65 Mw. The technique by Bakun and Wentworth, however, performed poorly with magnitude errors up to ±2 Mw and an error in distance up to 116 km in 90% of the cases. Particularly small earthquakes (< 4 Mw) show large errors in magnitude, an effect already appearing in the calibration, leading one to assume that B&W’s method needs to be calibrated separately for events of different size. Errors in estimations are generally caused by changes in the crustal attenuation within the macroseismic field or amplification effects induced by local geostructural conditions. Hence, for large earthquakes in eastern Austria, the macroseismic field stretches much further to the north of the Mur-Mürz-fault then to the south, which is expressed in a non-circular intensity distribution. In such cases a fit using circular isoseismals is not the best approach. With regards to epicenter estimates both B&W and Zentroid are sensitive to amplification effects that cause unnaturally high intensities on sites far away from the actual epicenter. Such error in location will always lead to a miscalculated magnitude.

Autor*innen

Fee - Alexandra Rodler

Haupttitel (Deutsch)

Bestimmung von Erdbebenparametern aus makroseismischen Daten von Österreich

Paralleltitel (Englisch)

Estimation of earthquake parameters from macroseismic data of Austria

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

VI, 83, XXVI S. : Ill., graf. Darst., Kt.

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Wolfgang Lenhardt

Klassifikationen

38 Geowissenschaften > 38.38 Seismologie ,

38 Geowissenschaften > 38.79 Geophysik: Sonstiges

AC Nummer

AC09405821

Utheses ID

16731

Studienkennzahl

UA | 416 | | |

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Schlagwörter