A MAGNITUDE INDEPENDENT SPACE-TIME EARTHQUAKE CLUSTERING ALGORITHM (MISTIC)

Η παρούσα εργασία παρουσιάζει το "MISTIC", ένα πρόγραμμα για τη χωρο-χρονική συσταδοποίηση της σεισμικότητας ανεξαρτήτως μεγέθους. Βασίζεται σε έναν απλό αλγόριθμο συσταδοποίησης και έχει αναπτυχθεί με τη χρήση της γλώσσας Matlab. Στηρίζεται στη σύγκριση των ενδιάμεσων χρόνων και της επικεντρικής/υποκεντρικής απόστασης μεταξύ διαδοχικών σεισμών, χωρίς περιορισμούς ως προς το μέγεθος των σεισμών. Με τη χρήση του, αναγνωρίζονται οι χωρικές συγκεντρώσεις της σεισμικότητας κατά τις οποίες ο ρυθμός γένεσης σεισμών είναι σημαντικά αυξημένος συγκριτικά με τον μέσο ρυθμό ή τη σεισμικότητα αναφοράς. Το λογισμικό συμπεριλαμβάνει υπηρεσίες απεικόνισης που διευκολύνουν το χρήστη ώστε να ελέγχει άμεσα και συνεχώς τη διαδικασία, η οποία είναι ταχεία ακόμη και για πολυπληθείς καταλόγους. Στην παρούσα εργασία περιγράφεται ο αλγόριθμος με συνοδά παραδείγματα. Επιπλέον, παρουσιάζεται μια εφαρμογή σε έναν τοπικό κατάλογο μικροσεισμικότητας στην περιοχή Σάμου-Karaburun (Α. Αιγαίο). Αναδυκνείονται οι ιδιότητες των σεισμικών συστάδων που αναγνωρίστηκαν και χαρακτηρίζονται είτε ως τυπικές μετασεισμικές ακολουθίες είτε ως σμηνοσειρές. Μελλοντικές εφαρμογές και βελτιστοποίηση του κώδικα αναμένεται να καταστήσουν τον "MISTIC" ένα γρήγορο και χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη σεισμικών συστάδων.This paper introduces "MISTIC", a magnitude independent program for the analysis of spatio-temporal earthquake clustering, developed on the basis of a simple clustering algorithm which is implemented in Matlab. The method is conceptually based upon the comparison of the inter-event time and the epicentral/hypocentral distance between subsequent events, with pre-defined values, without any magnitude constraints. The code identifies spatial concentrations of the seismic activity which exhibit enhanced occurrence rates, significantly higher than the average or background seismicity rates. The visualization tools provided by the program’s interface, enable the user to directly test and control the whole process. The calculations are performed fast even for relatively large catalogs. The description of the algorithm along with some examples are presented in this work. Moreover, an application in the local microseismicity catalog for Samos-Karaburun area, in eastern Aegean Sea, is also demonstrated. The identified clusters which are extracted from the analysis, exhibit special characteristics varying from a typical mainshock/ aftershock behaviour to a swarm-like activity. Further testing and improvement of the source code are scheduled in order to constitute "MISTIC" a fast and useful tool for seismic cluster analysis

The Mesohellenic trough and the Thrace Basin. Two Tertiary molassic Basins in Hellenides: do they really correlate?

Με βάση τη λιθοστρωματογραφία, την τεκτονική ανάλυση και τη γεωλογική χαρτο- γράφηση συγκρίθηκαν μεταξύ τους, οι μολασσικές λεκάνες της Θράκης (ThB) στη ΒΑ Ελλάδα (συμπεριλαμβάνονται οι Παλαιογενείς αποθέσεις της λεκάνης Αξιού) και της Μεσοελληνικής Αύλακας. Αμφότερες οι λεκάνες χαρακτηρίζονται από μια παχειά, μολασσικού-τύπου ιζηματογενή ακολουθία (3-5 km πάχος) Τριτογενούς ηλικίας, που καλύπτεται ασύμφωνα από Νεογενή και Τεταρτογενή ιζήματα. Η μολασσκή ιζηματογένεση αρχίζει σχεδόν ταυτόχρονα και στις δύο περιοχές κατά τη διάρκεια του Μέσου- Άνω Ηωκαίνου όμως σταματάει σε διαφορετικούς χρόνους, στο Μέσο-Άνω Μειόκαινο για τη ΜΗΤ και στο Άνω Ολιγόκαινο για τη ThB. Η ιζηματογένεση στη ThB συνοδεύτηκε επί πλέον από έναν ασβεσταλκαλικής και τοπικά σωσωνιτικής σύστασης μαγματισμό, Ηωκαινικής-Ολιγοκαινικής ηλικίας. Ερμηνεύσαμε τη ΜΗΤ ως μια πολυιστορική οριζόντιας μετατόπισης, piggy-back λεκάνη, που αποτέθηκε επάνω σε οφιόλιθους και στο Πελαγονικό κάλυμμα κατά την προς τα δυτικά τοποθέτησή τους πάνω στο κρύο πρίσμα επαύξησης των Ελληνίδων. Αντίθετα, η ThB αναπτύχθηκε ως μια Παλαιογενή λεκάνη, πάνω σε ρήγμα διαφυγής και στις γεωλογικές ενότητες των εσωτερικών Ελληνίδων, κατά τη διάρκεια της Ηωκαινικής-Ολιγοκαινικής έκτασης των Εσωτερικών Ελληνίδων. Ο σύγχρονος με την ιζηματογένεση μαγματισμός, πιθανόν, συνδέεται με τις ορογενετικές διαδικασίες υποβύθισης του ωκεανού της Πίνδου ή του Αξιού. Σε κάθε περίπτωση ΜΗΤ και ThB αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια πλάγιας σύγκλισης της Απουλίας πλάκας και των Εσωτερικών Ελληνίδων.Based on lithostratigraphic and structural data, as well as geological mapping, the mollasic Thrace Basin (ThB) in NE Greece (including the Paleogene deposits of the Axios Basin) was compared with the Mesohellenic Trough (MHT) in NW Greece. Both basins are characterized by a thick sedimentary sequence of molassic-type strata (3-5km thickness) of Tertiary age, overlain unconformably by Miocene- Pliocene and Quaternary deposits. Molassic sedimentation started almost simultaneously in both areas during the Mid-Upper Eocene but it finished in different time, in the Mid-Upper Miocene for the MHT and the Upper Oligocene for the ThB, respectively. Sedimentation in ThB was also linked with an important calc-alkaline and locally shoshonitic magmatism of Eocene-Oligocene age. We interpreted the MHT as a polyhistory strike-slip and piggy-back basin, above westward-emplacing ophiolites and Pelagonian units on the cold Hellenic accretionary prism. In contrast to MHT, the ThB evolved as a Paleogene supra-detachment basin above the strongly extended during the Eocene-Oligocene Hellenic Hinterland. The syn-depositional magmatic products, linked possibly with subduction processes in Pindos or Axios ocean(s). In any case, MHT and ThB are related to inferred oblique convergence of the Apulia plate and the internal Hellenic units

Seismogenesis and earthquake triggering during the 2010–2011 Rigan (Iran) earthquake sequence

This study assesses the aftershock activity of two earthquakes that occurred on December 20, 2010 with magnitude of MN 6.5 (Global CMT Mw 6.5) and January 27, 2011 with magnitude of MN 6.0 (Global CMT Mw 6.2) in the Rigan region of southeastern Iran. This study has been done by assessing the statistical properties of the aftershock sequences associated with each of these earthquakes, namely b-value of Gutenberg–Richter relation, partitioning of radiated seismic energy, p -value of modified Omori law and the DC-value associated with the fractal dimension. The b-values of b = 0.89 ± 0.08 and b = 0.88 ± 0.08 were calculated for first main shock and second main shock sequence respectively. This suggests that this region is characterized by large differential stress; the genesis of large aftershock activity in a short time interval gives power this. Further, 2.2% of the whole energy is related with the aftershocks activity for first main shock sequence while 97.8% is associated with main shock; for second sequence, 20% of the total energy is associated with the aftershocks activity while 80% is associated with main shock. The p -values of 1.1 ± 0.12 and 1.1 ± 0.1 were calculated for first and second main shocks sequence respectively, which imply fast decay rate of aftershocks and high surface heat flux. A value of the spatial fractal dimension (Dc) equal to 2.34 ± 0.03 and 2.54 ± 0.02 for first and second main shocks sequence respectively, which reveals random spatial distribution and source in a two-dimensional plane that is being filled-up by fractures. Moreover, we then use the models to calculate the Coulomb stress change to appraise coming seismic hazard by inspecting the static Coulomb stress field due to these two main shocks for the recognition of the conceivable regions of aftershocks activity. The first main shock increased stress by more than 0.866 bars at the hypocenter of the second main shock, thus promoting the failure. In addition, the cumulative coseismic Coulomb stress changes due to the reveals that most of the aftershocks happened in the region of increased Coulomb stress

Non-stationarity and internal correlations of the occurrence process of mining-induced seismic events

A point process, e.g., the seismic process, is potentially predictable when it is non-stationary, internally correlated or both. In this paper, an analysis of the occurrence process of mining-induced seismic events from Rudna copper mine in Poland is presented. Stationarity and internal correlation are investigated in complete seismic time series and segmentally in subseries demonstrating relatively stable seismicity rates. It is shown that the complete seismic series are non-stationary; however, most of their shorter subseries become stationary. In the stationary subseries, the distribution of interevent time is closer to the exponential distribution, which is characteristic for the Poisson process. However, in most of these subseries, the differences between the interevent time and Poisson distributions are still significant, revealing correlations among seismic events

Μελέτη των ιδιοτήτων της σεισμικότητας με βάση την αλληλεπίδραση και ανάπτυξη συστημάτων σεισμογόνων ρηγμάτων στον ευρύτερο χώρο του Αιγαίου

The main purpose of this dissertation is the study and the identification of the seismotectonic and stochastic characteristics of two active fault populations located in Greece. The investigation of possible interactions between faults and earthquakes is based on the stochastic tools which unveil hidden information on seismic activity and the dependence of earthquakes on stress distribution. The two study areas, Mygdonia basin and Corinth Rift have experienced strong and frequent seismicity. The epicentral distribution of earthquakes provides information on the presence of major or subsidiary faults. One of the most important objectives is the relocation of earthquake coordinates. Pairs of P- and S- seismic wave phases are employed for the application of Wadati methodology, the calculation of the velocity ratio and station delays. All the above data are further used as an input to the Hypoinverse and HypoDD algorithm. The spatial and temporal investigation of earthquake distribution shows an indication of earthquake migration and clustering. Cross sections perpendicular to the dominant azimuth of the main seismogenic faults contributes to the identification of fault geometry. The second objective is the quantification of interaction between earthquakes and the ability of seismicity to maintain its characteristics in time. Stochastic methodologies are applied on seismic catalogs owing different features in all magnitude scales. The completeness magnitude is estimated and catalogs are declustered when needed. Time-series were created for the interevent time and the interevent distance between consecutive events along with successive magnitudes and were investigated for their clustering and the existence of long and short memory in all cases of strong and minor seismicity. The existence of memory content is investigated with the help of the Hurst coefficient and the autocorrelation coefficient. Long memory is proved to be one of the most important characteristics of seismicity, especially for the recent microseismicity of the Corinth Rift. The final objective is the investigation of the interactions among the major faults in each study area, based on the evolution of the stress field. For this reason, the strong earthquakes that occurred in the two study areas since 1700 are considered. Rupture models are prepared and coseismic Coulomb stress changes are computed. The incorporation of the tectonic loading measured by geodetic means is incorporated and the evolutionary stress field is reconstructed until present. Finally, a synthesis of all results is attempted in combination with the geological and seismotectonic information. Results show that the different degree of deformation localization into the two study areas is imprinted on seismicity catalogs. The stronger strain localization in the Corinth Rift is responsible for the strong indications of clustering and long memory content for interevent time and distance, meaning that seismicity mostly occurs along the main fault zones. On the other hand, a relatively more distributed deformation pattern in Mygdonia graben, compared to Corinth Rift, where subsidiary small faults are brought into failure due to the occurrence of strong earthquakes account for earthquake occurrence and exhibit a weaker degree of spatiotemporal memory and clustering.Στόχος της διατριβής είναι η μελέτη και ανάδειξη των δυναμικών και στοχαστικών χαρακτηριστικών δύο πληθυσμών σεισμογόνων ρηγμάτων του Ελλαδικού χώρου, η διερεύνηση της αλληλεξάρτησης και ποσοτικοποίηση του βαθμού αλληλεπίδρασης μεταξύ των ρηγμάτων όπως αποτυπώνεται στη σεισμική διαδικασία. Οι δύο περιοχές μελέτης είναι η Μυγδονία λεκάνη και η λεκάνη του Κορινθιακού κόλπου. Η διατριβή αποτελείται από τρία επιμέρους ερευνητικά αντικείμενα τα οποία συμβάλλουν στην ολοκληρωμένη προσέγγιση του στόχου. Η κατανομή των σεισμικών εστιών αποκαλύπτει πληροφορίες για την ανάπτυξη και τη γεωμετρία του σεισμοτεκτονικού ιστού. Για το λόγο αυτό πραγματοποιείται ο επαναπροσδιορισμός των παράμετρων της εστίας για τους πιο πρόσφατους σεισμούς. Συλλέγονται δεδομένα σεισμικότητας (αφίξεις ζευγών εγκαρσίων και επιμήκων σεισμικών κυμάτων) και χρησιμοποιούνται για την εφαρμογή της μεθοδολογίας Wadati, τον υπολογισμό χρονικών διορθώσεων των σεισμολογικών σταθμών και μαζί με τα μοντέλο ταχυτήτων, εισάγονται στο πρόγραμμα Hypoinverse και HypoDD. Η χρονική και χωρική κατανομή της σεισμικότητας δείχνει σημαντική μετανάστευση σεισμών μεταξύ των ρηγμάτων. Η μικροσεισμικότητα δημιουργεί ομάδες οι οποίες συσχετίζονται μεταξύ τους και η αλληλεπίδραση αυτή υπερισχύει μεταξύ των κύριων δομών. Η διερεύνηση του σεισμογόνου όγκου και της γεωμετρίας των ρηγμάτων πραγματοποιείται με την υλοποίηση κατακόρυφων τομών σε διεύθυνση κάθετη στην επικρατούσα διεύθυνση των κύριων ρηγμάτων. Επόμενο στόχο της εργασίας αποτελεί η ποσοτικοποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των σεισμών, δηλαδή η ιδιότητα της σεισμικής διαδικασίας να διατηρεί τα χαρακτηριστικά. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ανεύρεση του μεγέθους πληρότητας και η αποκλασματοποίηση των σεισμικών καταλόγων. Δημιουργούνται χρονοσειρές και εξετάζονται η ύπαρξη συσταδοποίησης, μακράς και βραχείας μνήμης-εμμονής της πρόσφατης και ισχυρής σεισμικότητας. Η παρουσία μακροπρόθεσμης και βραχυπρόθεσμης μνήμης μελετάται με τη βοήθεια του συντελεστή Hurst και του συντελεστή αυτοσυσχέτισης ACF μαζί με τη πιθανή συσχέτιση του Hurst με τη χωρική και χρονική μεταβολή της σεισμικότητας. Η δυναμική παρουσία της μνήμης αποδυκνείεται έντονα, ειδικά για τους ενδιαμέσους χρόνους με τον Κορινθιακό κόλπο να υπερτερεί σημαντικά. Τελικό στόχο της διατριβής αποτελεί η διερεύνηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των σημαντικότερων ρηγμάτων σύμφωνα με την εξέλιξη του πεδίου των τάσεων λόγω της σεισμικής ολίσθησης και τεκτονικής φόρτισης. Για το σκοπό αυτό λαμβάνονται υπόψιν οι ισχυροί σεισμοί από το 1700 μέχρι σήμερα. Προσδιορίζονται τα μοντέλα διάρρηξης και υπολογίζονται οι μεταβολές της τάσης Coulomb oι οποίες προκαλούνται κατά τη γένεση κάθε ισχυρού σεισμού. Λαμβάνοντας υπόψιν την τεκτονική φόρτιση από την διαρκή κίνηση των μικροπλακών στην περιοχή του Αιγαίου, ανακατασκευάζεται το διαδοχικό πεδίο των τάσεων πριν και μετά από κάθε σεισμό μέχρι τη σημερινή κατάσταση. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο βαθμός επικέντρωσης της παραμόρφωσης εκδηλώνεται μέσω της σεισμικής συμπεριφοράς. Η ισχυρή επικέντρωση της παραμόρφωσης στον Κορινθιακό κόλπο όπως αποδυκνύεται από ανάλογες μελέτες είναι υπεύθυνη για την ισχυρή παρουσία συσταδοποίησης και μακροπρόθεσμης μνήμης για τους ενδιάμεσους χρόνους και αποστάσεις μεταξύ των σεισμών, οι οποίοι προκαλούνται πάνω σε κυρίαρχες τεκτονικές δομές. Αντίθετα, στην Μυγδονία συγκριτικά με τον Κορινθιακό, πραγματοποιείται μια περισσότερο κατανεμημένη παραμόρφωση στο πληθυσμό ρηγμάτων, όπου μικρά δευτερεύοντα ρήγματα συμμετέχουν ενεργά στην εξέλιξη της σεισμικότητας η οποία εκδηλώνει μια σεισμική συμπεριφορά με πιο ασθενή την διατήρηση μνήμης και την χωροχρονική συσταδοποίηση συγκριτικά με τον Κορινθιακό κόλπο

Hurst analysis of seismicity in Corinth rift and Mygdonia graben (Greece)

International audienceTemporal and spatial analysis of seismicity is performed via the Rescaled Range (R/S) analysis for revealing the hidden characteristics of long memory dependence and clustering between earthquakes. The analysis is applied in two seismogenic units belonging to the extensional Aegean back-arc region, namely the Corinth rift and the Mygdonian graben. The Hurst exponent estimations were used for the interpretation of earthquake collective properties, regarding magnitude, interevent time and interevent epicentral distance for consecutive events. Additional stochastic tools were then engaged for the validation of the results. Τhe analysis outcome is a significant long memory content in the seismic process of both areas, especially for the interevent time of recent micro seismicity and moderate earthquakes in the last decades. This property is not ascertained for the strong (M ≥ 6.0) historical earthquakes indicating that stronger events are rather independent, whereas the weaker ones may be primary carriers of persistence in the seismogenesis process