Etude spatiotemporelle de la microsismicité pour l'identification de structures de failles actives en utilisant la cross-corrélation de forme d'onde et le relocalisation par double différence..

Οη ζεηζκηθέο αθνινπζίεο ραξαθηεξίδνληαη ζπρλά από δηαθξηηά κνηίβα, όπσο ρσξηθέο θαη ρξνληθέο ζπζηάδεο, κνλόπιεπξε, ακθίπιεπξε ή αθηηληθή κεηαλάζηεπζε ππνθέληξσλ θαη εμάξζεηο ζην ξπζκό ζεηζκηθόηεηαο. Απηά εμαξηώληαη από ηε γεσκεηξία ηνπ δηθηύνπ ξεγκάησλ, ην θαζεζηώο ηάζεσλ πεξηθεξεηαθήο θιίκαθαο κε ηνπηθέο αλσκαιίεο εμαηηίαο αλαθαηαλνκήο ηάζεσλ ύζηεξα από ηζρπξά γεγνλόηα ή αζεηζκηθνύο παξάγνληεο όπσο εξππζκό θαη δηάρπζε ξεπζηώλ ππό πίεζε. Δίλαη ζύλεζεο ζηε ρσξηθά ζπζηαδνπνηεκέλε ζεηζκηθόηεηα λα εκθαλίδνληαη ζεηζκνί κε όκνηεο εζηηαθέο παξακέηξνπο (ζκελνζεηζκνί, ή multiplets), νη νπνίνη παξάγνπλ όκνηεο ζεηζκηθέο αλαγξαθέο. ΢ηελ παξνύζα δηδαθηνξηθή δηαηξηβή αμηνπνηείηαη ην θαηλόκελν ηεο νκνηόηεηαο θπκαηνκνξθώλ κε ζθνπό ηε βειηίσζε ηεο ρσξνρξνληθήο θαηαλνκήο ησλ ζεηζκώλ ελόο θαηαιόγνπ, ηόζν ζε πνζόηεηα δεδνκέλσλ, κέζσ κεζόδσλ εκηαπηόκαηεο αλίρλεπζεο θαη εληνπηζκνύ, όζν θαη ζε πνηόηεηα, εθαξκόδνληαο επαλαπξνζδηνξηζκό πςειήο επθξίλεηαο κε ηε κέζνδν ησλ δηπιώλ δηαθνξώλ πνπ ειαρηζηνπνηεί ηηο αβεβαηόηεηεο ησλ ζρεηηθώλ ππνθεληξηθώλ ζέζεσλ. Ζ πξνηηκώκελε κέζνδνο γηα ηε κέηξεζε ηεο νκνηόηεηαο θπκαηνκνξθώλ είλαη ην κέγηζην ηεο ζπλάξηεζεο εηεξνζπζρέηηζεο ζην πεδίν ηνπ ρξόλνπ. Σα ραξαθηεξηζηηθά ηεο εμεηάδνληαη σο πξνο δηάθνξεο παξακέηξνπο, όπσο ηα ζπρλνηηθά θίιηξα πνπ εθαξκόδνληαη, ην κήθνο παξαζύξνπ θαη ε δηάξθεηα ηεο ζεηζκηθήο πεγήο, θαζώο θαη ηε βέιηηζηε ηηκή θαησθιίνπ γηα ζπζηαδνπνίεζε κε ζύλδεζε ηνπ «πιεζηέζηεξνπ γείηνλα». Αλαπηύρζεθε κηα εκηαπηόκαηε κέζνδνο πξνζδηνξηζκνύ ρξόλσλ άθημεο, βαζηζκέλε ζηελ ηερληθή ηνπ «αληρλεπηή ζπζρέηηζεο» πνπ αμηνπνηεί ηελ νκνηόηεηα θπκαηνκνξθώλ ζε πνιιαπινύο ζηαζκνύο. Ζ κέζνδνο απηή έρεη ηξνπνπνηεζεί ζε έλαλ πβξηδηθό αιγόξηζκν πνπ ζπλδπάδεη ηελ απμεκέλε αληρλεπζηκόηεηα ελόο κεκνλσκέλνπ ζηαζκνύ κε έλαλ πςειήο επαηζζεζίαο απηόκαην αιγόξηζκν πξνζδηνξηζκνύ ηνπ ρξόλνπ άθημεο ζεηζκηθώλ θάζεσλ, ν νπνίνο βαζίδεηαη ζην Κξηηήξην Πιεξνθνξίαο ηνπ Akaike θαη ζε ζηαηηζηηθή αλώηεξεο ηάμεσο (θύξησζε θαη ινμόηεηα). Πεξηγξάθεηαη, επίζεο, κία κέζνδνο πξνζδηνξηζκνύ ηνπ κεγέζνπο ζεηζκηθήο ξνπήο κέζα από θαζκαηηθή αλάιπζε, κε έκθαζε ζε ηξνπνπνηήζεηο πνπ επηηξέπνπλ ηνλ ππνινγηζκό ηνπ ζε ηνπηθνύο κηθξνζεηζκνύο κε ζηελό ζπρλνηηθό εύξνο θαη ρακειό ιόγν ζήκαηνο πξνο ζόξπβν. Οη αιγόξηζκνη πνπ αλαπηύρζεθαλ επηηξέπνπλ ηνλ δεθαπιαζηαζκό ηεο πνζόηεηαο ζεηζκώλ ελόο ζεηζκηθνύ θαηαιόγνπ θαη ηε βειηίσζε ηεο πιεξόηεηάο ηνπ θαηά πεξίπνπ κία ηάμε κεγέζνπο.Παξνπζηάδνληαη δηάθνξεο κειέηεο πεξηπηώζεσλ πνπ πεξηιακβάλνπλ πξόηππα κεηαζεηζκηθώλ αθνινπζηώλ (όπσο γηα ηνπο ζεηζκνύο ηεο Αλδξαβίδαο ην 2008, ηεο Κεθαινληάο ην 2014 θαη ηεο Λεπθάδαο ην 2015) θαζώο θαη ζεηζκηθώλ ζκελώλ (όπσο ζηε Λίκλε Σξηρσλίδα ην 2007, ηελ Οηραιία ην 2011 θαη ηελ Διίθε ην 2013). Ζ θύξηα πεξηνρή κειέηεο είλαη ν δπηηθόο Κνξηλζηαθόο Κόιπνο, κε εηδηθή έκθαζε ζε ζεηζκνύο πνπ θαηαγξάθεθαλ ηελ πεξίνδν 2000-2007 από ην ηνπηθό δίθηπν Corinth Rift Laboratory (CRL). Οη επαλαπξνζδηνξηζκέλνη θαηάινγνη, ύζηεξα από ρσξηθή ζπζηαδνπνίεζε θαη δηαρσξηζκό ζε δηαδνρηθέο ρξνληθέο πεξηόδνπο, δηεξεπλώληαη κέζσ πνιιαπιώλ εγθάξζησλ ηνκώλ θαη ρσξνρξνληθώλ πξνβνιώλ. Ζ εμέιημε ηνπ ηζηνξηθνύ ησλ ζκελνζεηζκώλ δίλεη κία εηθόλα γηα ηνλ ηξόπν κε ηνλ νπνίν εμαπιώλεηαη ε ζεηζκηθόηεηα ζε λέα ηκήκαηα ξεγκάησλ πνπ δελ είραλ δηαξξερζεί, ηελ πξνϋπάξρνπζα δξαζηεξηόηεηα ζε πεξηνρέο πνπ αξγόηεξα έδσζαλ ηζρπξέο ζεηζκηθέο ζπζηάδεο θαη ηελ επαλαιακβαλόκελε ζεηζκηθόηεηα ζε ηκήκαηα ξεμηγελώλ δσλώλ. Όπνπ ηα δεδνκέλα ην επηηξέπνπλ, θαηαζθεπάδνληαη ζύλζεηνη κεραληζκνί γέλεζεο γηαρσξηθέο ζπζηάδεο ή νκάδεο ζκελνζεηζκώλ πνπ βνεζνύλ ζπκπιεξσκαηηθά ζηελ εξκελεία ηεο ρσξηθήο αλάιπζεο θαη ηνλ πξνζδηνξηζκό ησλ ελεξγνπνηεκέλσλ ξεμηγελώλ δνκώλ. Αλαδεηνύληαη κνηίβα ρσξνρξνληθήο ζεηζκηθήο κεηαλάζηεπζεο πνπ απνθαιύπηνπλ ηελ πηζαλή επίδξαζε ξεπζηώλ θαηά ηε δηάξθεηα ζεηζκηθώλ ζκελώλ θαη πξνζδηνξίδνληαη παξάκεηξνη όπσο ε πδξαπιηθή δηαρπηηθόηεηα θαη ε ηαρύηεηα κεηαλάζηεπζεο. Σέινο, εμεηάδεηαη ε ζπλεηζθνξά αζεηζκηθώλ παξαγόλησλ κέζα από κνληέια ETAS (Μεηαζεηζκηθή Αθνινπζία ΢πνξαδηθνύ Σύπνπ) πνπ παξέρνπλ, επηπξνζζέησο, πιεξνθνξία γηα ηελ παξαγσγηθόηεηα κεηαζεηζκώλ θαη ηνλ ξπζκό απόζβεζεο.Earthquake sequences are often characterized by distinctive patterns, such as spatial and temporal clustering, unilateral or bilateral/radial migration and outbreaks in the seismicity rate. These may depend on the fault network geometry, the regional stress regime with localized anomalies due to stress redistribution after large events or aseismic factors such as creeping and diffusion of pressurized fluids. Earthquakes with similar focal parameters, also known as multiplets, are commonly observed during spatially clustered seismicity, producing recordings with similar waveforms. In the present dissertation, the phenomenon of waveform similarity is exploited in order to increase the spatiotemporal resolution of earthquake catalogues by increasing data quantity, through semi-automatic detection and location methods, and improving quality by performing high-resolution double-difference relocation which reduces the relative location uncertainties. The cross-correlation maximum in the time-domain is preferred as a method of measuring waveform similarity. Its characteristics are examined with respect to several parameters, such as the applied frequency filters, the window length and source duration, as well as the optimal threshold for nearest-neighbor linkage. A semi-automatic arrival-time picking method has been developed, based on the technique of the correlation detector which exploits waveform similarity on multiple stations. It is modified into a hybrid algorithm that combines the high detectability of single-station-detection and a high-sensitivity automatic picking technique based on Akaike‘s Information Criterion and higher order statistics. A method for the determination of seismic moment magnitude is also described, with emphasis on modifications which permit its calculation for local microearthquakes with narrow frequency content and low SNR. The developed algorithms are capable to increase the available information by more than ten times and decrease the completeness of a catalogue by up to about one order of magnitude.Several case studies are presented, including mainshock-aftershock patterns (e.g. the 2008 Andravida, 2014 Cephalonia and 2015 Lefkada sequences), as well as earthquake swarms (e.g. 2007 Trichonis lake, 2011 Oichalia, 2013 Helike). The main study area is the western Corinth Rift, with special emphasis on earthquakes recorded by the Corinth Rift Laboratory (CRL) network during the period between 2000 and 2007. The relocated catalogues, after proper spatial clustering and division to sequential temporal periods, are explored in multiple cross-sections and spatiotemporal projections. The evolution history of multiplets and their generation rate provide implications on how seismicity spreads to new, previously unbroken fault patches, the existence of activity in regions that later produced strong clusters in the form of outbursts and the continuous recurrence of repeating earthquakes on other parts of a seismically active region. Composite focal mechanisms are constructed for spatial clusters or multiplets, where data from local networks permit their calculation, complementing the spatial analysis for the determination of the activated fault structures. Spatiotemporal migration is sought to reveal possible interaction of fluids during swarms and estimate parameters such as hydraulic diffusivity and migration velocity. The contribution of aseismic factors is also examined through ETAS modeling, which, in addition, provides information on the aftershocks productivity and decay rate.Les séquences sismiques sont souvent caractérisées par des schémas distinctifs, tels que l'agglomération spatiale et temporelle, la migration unilatérale ou bilatérale/radiale ou des accroissements rapides du le taux de sismicité. Ceux-ci peuvent dépendre de la géométrie du réseau de failles, du régime de contrainte régional avec des anomalies localisées dues à la redistribution des contraintes après de grands événements ou à des facteurs sismiques tels que le fluage et la diffusion de fluides sous pression. Les tremblements de terre avec des paramètres focaux similaires, aussi appelés multiplets, sont couramment observés lors de la sismicité en essaims spatiaux, produisant des enregistrements avec des formes d'onde similaires. Dans la présente thèse, le phénomène de similarité des formes d'onde est exploité pour augmenter la résolution spatio-temporelle des catalogues sismiques en augmentant la quantité de données, par des méthodes de détection et de localisation semi-automatiques, et en améliorant la qualité par la réalisation d'une relocalisation à haute résolution à double différence, ce qui réduit les incertitudes relatives à l'emplacement relatif. Le maximum de corrélation croisée dans le domaine temporel est préférable comme méthode de mesure de la similarité des formes d'onde. Ses caractéristiques sont examinées par rapport à plusieurs paramètres, tels que les filtres de fréquence appliqués, la longueur de fenêtre et la durée de la source, ainsi que le seuil optimal pour la liaison proche-voisin. Une méthode semi-automatique de préparation du temps d'arrivée semi-automatique a été développée, basée sur la technique du détecteur de corrélation qui exploite la similarité des formes d'onde sur plusieurs stations. Il est modifié en un algorithme hybride qui combine la haute détectabilité de la détection à station unique et une technique de prélèvement automatique hautement sensible basée sur le critère d'information d'Akaike et des statistiques d'ordre supérieur. Une méthode de détermination de l'amplitude du moment sismique est également décrite, en mettant l'accent sur les modifications qui permettent son calcul pour les micro-séismes locaux à faible fréquence et à faible SNR. Les algorithmes développés sont capables d'augmenter l'information disponible de plus de dix fois et de diminuer l'exhaustivité d'un catalogue d'environ un ordre de grandeur.Plusieurs études de cas sont présentées, y compris les modèles de chocs principaux et répliques (p. ex. les séquences Andravida 2008, Céphalonie 2014 et Lefkada 2015), ainsi que des essaims de séismes (par exemple 2007 lac Trichonis, 2011 Oichalia, 2013 Helike). La principale zone d'étude est le Rift de Corinthe occidental, avec un accent particulier sur les tremblements de terre enregistrés par le réseau du Corinth Rift Laboratory (CRL) entre 2000 et 2007. Les catalogues déplacés, après une classification spatiale et une division en périodes temporelles séquentielles, sont explorés dans de multiples coupes transversales et projections spatio-temporelles. L'historique de l'évolution des multiplets et de leur taux de production a une incidence sur la façon dont la sismicité se propage à de nouvelles failles ininterrompues, sur l'existence d'une activité dans des régions qui ont par la suite produit de fortes grappes sous forme d'éruptions et sur la récurrence continue de tremblements de terre répétés sur d'autres parties d'une région sismiquement active. Les mécanismes de focalisation composite sont construits pour les clusters ou multiplets spatiaux, où les données des réseaux locaux permettent leur calcul, complétant l'analyse spatiale pour la détermination des structures de failles activées. La migration spatio-temporelle est recherchée pour mettre en évidence l'interaction possible des fluides pendant les essaims et estimer des paramètres tels que la diffusivité hydraulique et la vitesse de migration. La contribution des facteurs sismiques est également examinée au moyen de la modélisation ETAS, qui fournit en outre des informations sur la productivité et le taux de décomposition après les chocs

Μελέτη χωροχρονικών προτύπων μικροσεισμικότητας για την σκιαγράφηση χαρακτηριστικών ενεργών ρηγμάτων τη χρήσει της μεθόδου διπλών διαφορών και ετεροσυσχέτισης σεισμικών κυματομορφών

Earthquake sequences are often characterized by distinctive patterns, such as spatial and temporal clustering, unilateral or bilateral/radial migration and outbreaks in the seismicity rate. These may depend on the fault network geometry, the regional stress regime with localized anomalies due to stress redistribution after large events or aseismic factors such as creeping and diffusion of pressurized fluids. Earthquakes with similar focal parameters, also known as multiplets, are commonly observed during spatially clustered seismicity, producing recordings with similar waveforms. In the present dissertation, the phenomenon of waveform similarity is exploited in order to increase the spatiotemporal resolution of earthquake catalogues by increasing data quantity, through semi-automatic detection and location methods, and improving quality by performing high-resolution double-difference relocation which reduces the relative location uncertainties. The cross-correlation maximum in the time-domain is preferred as a method of measuring waveform similarity. Its characteristics are examined with respect to several parameters, such as the applied frequency filters, the window length and source duration, as well as the optimal threshold for nearest-neighbor linkage. A semi-automatic arrival-time picking method has been developed, based on the technique of the correlation detector which exploits waveform similarity on multiple stations. It is modified into a hybrid algorithm that combines the high detectability of single-station-detection and a high-sensitivity automatic picking technique based on Akaike’s Information Criterion and higher order statistics. A method for the determination of seismic moment magnitude is also described, with emphasis on modifications which permit its calculation for local microearthquakes with narrow frequency content and low SNR. The developed algorithms are capable to increase the available information by more than ten times and decrease the completeness of a catalogue by up to about one order of magnitude. Several case studies are presented, including mainshock-aftershock patterns (e.g. the 2008 Andravida, 2014 Cephalonia and 2015 Lefkada sequences), as well as earthquake swarms (e.g. 2007 Trichonis lake, 2011 Oichalia, 2013 Helike). The main study area is the western Corinth Rift, with special emphasis on earthquakes recorded by the Corinth Rift Laboratory (CRL) network during the period between 2000 and 2007. The relocated catalogues, after proper spatial clustering and division to sequential temporal periods, are explored in multiple cross-sections and spatiotemporal projections. The evolution history of multiplets and their generation rate provide implications on how seismicity spreads to new, previously unbroken fault patches, the existence of activity in regions that later produced strong clusters in the form of outbursts and the continuous recurrence of repeating earthquakes on other parts of a seismically active region. Composite focal mechanisms are constructed for spatial clusters or multiplets, where data from local networks permit their calculation, complementing the spatial analysis for the determination of the activated fault structures. Spatiotemporal migration is sought to reveal possible interaction of fluids during swarms and estimate parameters such as hydraulic diffusivity and migration velocity. The contribution of aseismic factors is also examined through ETAS modeling, which, in addition, provides information on the aftershocks productivity and decay rate.Οι σεισμικές ακολουθίες χαρακτηρίζονται συχνά από διακριτά μοτίβα, όπως χωρικές και χρονικές συστάδες, μονόπλευρη, αμφίπλευρη ή ακτινική μετανάστευση υποκέντρων και εξάρσεις στο ρυθμό σεισμικότητας. Αυτά εξαρτώνται από τη γεωμετρία του δικτύου ρηγμάτων, το καθεστώς τάσεων περιφερειακής κλίμακας με τοπικές ανωμαλίες εξαιτίας ανακατανομής τάσεων ύστερα από ισχυρά γεγονότα ή ασεισμικούς παράγοντες όπως ερπυσμό και διάχυση ρευστών υπό πίεση. Είναι σύνηθες στη χωρικά συσταδοποιημένη σεισμικότητα να εμφανίζονται σεισμοί με όμοιες εστιακές παραμέτρους (σμηνοσεισμοί, ή multiplets), οι οποίοι παράγουν όμοιες σεισμικές αναγραφές. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αξιοποιείται το φαινόμενο της ομοιότητας κυματομορφών με σκοπό τη βελτίωση της χωροχρονικής κατανομής των σεισμών ενός καταλόγου, τόσο σε ποσότητα δεδομένων, μέσω μεθόδων ημιαυτόματης ανίχνευσης και εντοπισμού, όσο και σε ποιότητα, εφαρμόζοντας επαναπροσδιορισμό υψηλής ευκρίνειας με τη μέθοδο των διπλών διαφορών που ελαχιστοποιεί τις αβεβαιότητες των σχετικών υποκεντρικών θέσεων. Η προτιμώμενη μέθοδος για τη μέτρηση της ομοιότητας κυματομορφών είναι το μέγιστο της συνάρτησης ετεροσυσχέτισης στο πεδίο του χρόνου. Τα χαρακτηριστικά της εξετάζονται ως προς διάφορες παραμέτρους, όπως τα συχνοτικά φίλτρα που εφαρμόζονται, το μήκος παραθύρου και η διάρκεια της σεισμικής πηγής, καθώς και τη βέλτιστη τιμή κατωφλίου για συσταδοποίηση με σύνδεση του «πλησιέστερου γείτονα». Αναπτύχθηκε μια ημιαυτόματη μέθοδος προσδιορισμού χρόνων άφιξης, βασισμένη στην τεχνική του «ανιχνευτή συσχέτισης» που αξιοποιεί την ομοιότητα κυματομορφών σε πολλαπλούς σταθμούς. Η μέθοδος αυτή έχει τροποποιηθεί σε έναν υβριδικό αλγόριθμο που συνδυάζει την αυξημένη ανιχνευσιμότητα ενός μεμονωμένου σταθμού με έναν υψηλής ευαισθησίας αυτόματο αλγόριθμο προσδιορισμού του χρόνου άφιξης σεισμικών φάσεων, ο οποίος βασίζεται στο Κριτήριο Πληροφορίας του Akaike και σε στατιστική ανώτερης τάξεως (κύρτωση και λοξότητα). Περιγράφεται, επίσης, μία μέθοδος προσδιορισμού του μεγέθους σεισμικής ροπής μέσα από φασματική ανάλυση, με έμφαση σε τροποποιήσεις που επιτρέπουν τον υπολογισμό του σε τοπικούς μικροσεισμούς με στενό συχνοτικό εύρος και χαμηλό λόγο σήματος προς θόρυβο. Οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν επιτρέπουν τον δεκαπλασιασμό της ποσότητας σεισμών ενός σεισμικού καταλόγου και τη βελτίωση της πληρότητάς του κατά περίπου μία τάξη μεγέθους.Παρουσιάζονται διάφορες μελέτες περιπτώσεων που περιλαμβάνουν πρότυπα μετασεισμικών ακολουθιών (όπως για τους σεισμούς της Ανδραβίδας το 2008, της Κεφαλονιάς το 2014 και της Λευκάδας το 2015) καθώς και σεισμικών σμηνών (όπως στη Λίμνη Τριχωνίδα το 2007, την Οιχαλία το 2011 και την Ελίκη το 2013). Η κύρια περιοχή μελέτης είναι ο δυτικός Κορινθιακός Κόλπος, με ειδική έμφαση σε σεισμούς που καταγράφηκαν την περίοδο 2000-2007 από το τοπικό δίκτυο Corinth Rift Laboratory (CRL). Οι επαναπροσδιορισμένοι κατάλογοι, ύστερα από χωρική συσταδοποίηση και διαχωρισμό σε διαδοχικές χρονικές περιόδους, διερευνώνται μέσω πολλαπλών εγκάρσιων τομών και χωροχρονικών προβολών. Η εξέλιξη του ιστορικού των σμηνοσεισμών δίνει μία εικόνα για τον τρόπο με τον οποίο εξαπλώνεται η σεισμικότητα σε νέα τμήματα ρηγμάτων που δεν είχαν διαρρηχθεί, την προϋπάρχουσα δραστηριότητα σε περιοχές που αργότερα έδωσαν ισχυρές σεισμικές συστάδες και την επαναλαμβανόμενη σεισμικότητα σε τμήματα ρηξιγενών ζωνών. Όπου τα δεδομένα το επιτρέπουν, κατασκευάζονται σύνθετοι μηχανισμοί γένεσης για χωρικές συστάδες ή ομάδες σμηνοσεισμών που βοηθούν συμπληρωματικά στην ερμηνεία της χωρικής ανάλυσης και τον προσδιορισμό των ενεργοποιημένων ρηξιγενών δομών. Αναζητούνται μοτίβα χωροχρονικής σεισμικής μετανάστευσης που αποκαλύπτουν την πιθανή επίδραση ρευστών κατά τη διάρκεια σεισμικών σμηνών και προσδιορίζονται παράμετροι όπως η υδραυλική διαχυτικότητα και η ταχύτητα μετανάστευσης. Τέλος, εξετάζεται η συνεισφορά ασεισμικών παραγόντων μέσα από μοντέλα ETAS (Μετασεισμική Ακολουθία Σποραδικού Τύπου) που παρέχουν, επιπροσθέτως, πληροφορία για την παραγωγικότητα μετασεισμών και τον ρυθμό απόσβεσης

Earthquake Diffusion Variations in the Western Gulf of Corinth (Greece)

International audienceEarthquake diffusion and the migration behaviour of seismic clusters are commonly studied to provide insight on the spatiotemporal evolution of seismicity and the interplaying driving mechanisms. Using a high-resolution relocated catalogue, we study the variations of the earthquake diffusion rates in the Western Gulf of Corinth during 2013–2014, a period with abundant local seismicity, including intense microseismic background, seismic swarms and mainshock-aftershock sequences. We treat earthquake occurrence as a point process in time and space and estimate the diffusion rates of the main seismic sequences and the background seismicity in terms of normalized spatial histograms and the evolutions of the mean squared distance of seismicity with time. The statistical analysis of the studied seismic sequences reveals that the mean squared distance of the hypocentres increases slowly with time, at a much lower rate than for a normal diffusion process. Such findings confirm previous results on weak earthquake diffusion, analogous to subdiffusion, in regional and clustered seismicity. In addition, seismic swarms associated with pore fluid pressure diffusion present considerably higher diffusion exponents compared to mainshock-aftershock-type sequences that are consistent with primary or secondary stress triggering effects and stress corrosion. The observed variations of the earthquake diffusion rates indicate the stochastic nature of the phenomenon and may provide novel constraints on the triggering mechanisms of clustered seismic activity in the Western Gulf of Corinth and in other seismically active regions

Earthquake Diffusion Variations in the Western Gulf of Corinth (Greece)

Earthquake diffusion and the migration behaviour of seismic clusters are commonly studied to provide insight on the spatiotemporal evolution of seismicity and the interplaying driving mechanisms. Using a high-resolution relocated catalogue, we study the variations of the earthquake diffusion rates in the Western Gulf of Corinth during 2013-2014, a period with abundant local seismicity, including intense microseismic background, seismic swarms and mainshock-aftershock sequences. We treat earthquake occurrence as a point process in time and space and estimate the diffusion rates of the main seismic sequences and the background seismicity in terms of normalized spatial histograms and the evolutions of the mean squared distance of seismicity with time. The statistical analysis of the studied seismic sequences reveals that the mean squared distance of the hypocentres increases slowly with time, at a much lower rate than for a normal diffusion process. Such findings confirm previous results on weak earthquake diffusion, analogous to subdiffusion, in regional and clustered seismicity. In addition, seismic swarms associated with pore fluid pressure diffusion present considerably higher diffusion exponents compared to mainshock-aftershock-type sequences that are consistent with primary or secondary stress triggering effects and stress corrosion. The observed variations of the earthquake diffusion rates indicate the stochastic nature of the phenomenon and may provide novel constraints on the triggering mechanisms of clustered seismic activity in the Western Gulf of Corinth and in other seismically active regions

Spatiotemporal Properties of Seismicity and Variations of Shear-Wave Splitting Parameters in the Western Gulf of Corinth (Greece)

The Western Gulf of Corinth (WGoC) exhibits significant seismicity patterns, combining intense microseismic background activity with both seismic swarms and short-lived aftershock sequences. Herein, we present a catalogue of ~9000 events, derived by manual analysis and double-difference relocation, for the seismicity of the WGoC during 2013–2014. The high spatial resolution of the hypocentral distribution permitted the delineation of the activated structures and their relation to major mapped faults on the surface. The spatiotemporal analysis of seismicity revealed a 32-km-long earthquake migration pattern, related to pore-pressure diffusion, triggering moderate mainshock-aftershock sequences, as fluids propagated eastwards in the course of ~15 months. The anisotropic properties of the upper crust were examined through automatic shear-wave splitting (SWS) analysis, with over 2000 SWS measurements at local stations. An average fast shear-wave polarization direction of N98.8°E ± 2.8° was determined, consistent with the direction of the maximum horizontal regional stress. Temporal variations of normalized time-delays between fast and slow shear-waves imply alterations in the level of stress or microcrack fluid saturation during the long-lasting pore-pressure diffusion episode, particularly before major events. The present study provides novel insights regarding seismicity patterns, active fault structures, anisotropic properties of the upper crust and triggering mechanisms of seismicity in the WGoC

Probabilistic and Scenario-Based Seismic Hazard Assessment on the Western Gulf of Corinth (Central Greece)

The Gulf of Corinth (Central Greece) is one of the most rapidly extending rifts worldwide, with its western part being the most seismically active, hosting numerous strong (M ≥ 6.0) earthquakes that have caused significant damage. The main objective of this study was the evaluation of seismic hazard through a probabilistic and stochastic methodology. The implementation of three seismotectonic models in the form of area source zones via a logic tree framework revealed the expected level of peak ground acceleration and velocity for return periods of 475 and 950 years. Moreover, PGA values were obtained through the stochastic simulation of strong ground motion by adopting worst-case seismic scenarios of potential earthquake occurrences for known active faults in the area. Site-specific analysis of the most populated urban areas (Patras, Aigion, Nafpaktos) was performed by constructing uniform hazard spectra in terms of spectral acceleration. The relative contribution of each selected fault segment to the seismic hazard characterizing each site was evaluated through response spectra obtained for the adopted scenarios. Almost all parts of the study area were found to exceed the reference value proposed by the current Greek National Building Code; however, the three urban areas are covered by the Eurocode 8 regulations

Probabilistic and Scenario-Based Seismic Hazard Assessment on the Western Gulf of Corinth (Central Greece)

The Gulf of Corinth (Central Greece) is one of the most rapidly extending rifts worldwide, with its western part being the most seismically active, hosting numerous strong (M ≥ 6.0) earthquakes that have caused significant damage. The main objective of this study was the evaluation of seismic hazard through a probabilistic and stochastic methodology. The implementation of three seismotectonic models in the form of area source zones via a logic tree framework revealed the expected level of peak ground acceleration and velocity for return periods of 475 and 950 years. Moreover, PGA values were obtained through the stochastic simulation of strong ground motion by adopting worst-case seismic scenarios of potential earthquake occurrences for known active faults in the area. Site-specific analysis of the most populated urban areas (Patras, Aigion, Nafpaktos) was performed by constructing uniform hazard spectra in terms of spectral acceleration. The relative contribution of each selected fault segment to the seismic hazard characterizing each site was evaluated through response spectra obtained for the adopted scenarios. Almost all parts of the study area were found to exceed the reference value proposed by the current Greek National Building Code; however, the three urban areas are covered by the Eurocode 8 regulations

Methoni Mw 6.8 rupture and aftershocks distribution from a dense array of OBS and land seismometers, offshore SW Hellenic subduction

Highlights • Spatio-temporal distribution of the Mw 6.8 Methoni aftershocks by OBS • Aftershocks driven by afterslip • Post-seismic deformation spread within the forearc crust • Bending-related normal faulting of the subducting crust Abstract Along the south-western offshore Hellenic subduction zone, the overriding Aegean upper plate above the Mediterranean oceanic lithosphere generates uncommon large earthquakes on the offshore megathrust fault. The largest subduction thrust event, for half a century, has been the 14 February 2008 Methoni earthquake (Mw = 6.8) that occurred offshore of the southwest coast of Peloponnesus. We conducted micro-seismicity experiments around the rupture area and forearc domain -between Peloponnesus and Crete- using ocean bottom seismometers (OBS) jointly with land-based seismological stations. Our first experiment in 2006, had revealed an association of the Matapan Trough, a 400-km-long forearc basin, with local seismicity clustering and a possible gap in activity over the later Methoni rupture area. Here we present new data of post-Methoni seismic activity, recorded during a time-span of 11 months, beginning in October 2008 within the period of proposed afterslip on the megathrust, by an extended and dense seismic array consisting of up to 33 OBS. A minimum 1D velocity model was constructed for the region to provide better constraints on absolute locations and double-difference relocation was applied to produce an enhanced image of the spatial distribution of hypocenters. The high resolution earthquake locations confirm correlation of the Matapan Trough with local seismicity as a regional feature, also filling up the previously observed gap. Over the Methoni rupture area, we constrain seismicity to be located mainly within the upper plate. Hypocenters are also resolved above the updip and downdip edges of the rupture area, respectively. Seismic activity provides hints of upper plate structures which were activated in response to post-seismic deformation spreading within the forearc crust. Our findings highlight the characteristics of a megathrust domain which is related with a highly deformable overriding plate and controlled by a segmented lower plate topography