Joint inverse modeling of coseismic and postseismic slip of the 2014 South Napa, California, earthquake

• Název práce v češtině: Sdružené inverzní modelování koseismického a postseismického skluzu kalifornského zemětřesení South Napa 2014
• Název v anglickém jazyce: Joint inverse modeling of coseismic and postseismic slip of the 2014 South Napa, California, earthquake
• Klíčová slova: Dynamické modely zdroje zemětřesení|Modelování postseismického skluzu|Rate-and-state tření|Bayesovská inverze
• Klíčová slova anglicky: Dynamic earthquake source models|Postseismic slip modeling|Rate-and-state friction|Bayesian inversion
• Akademický rok vypsání: 2019/2020
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra geofyziky (32-KG)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. František Gallovič, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 20.09.2019
• Datum zadání: 20.09.2019
• Datum potvrzení stud. oddělením: 13.10.2022
• Datum a čas obhajoby: 22.02.2023 13:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 04.01.2023
• Datum odevzdání tištěné podoby: 04.01.2023
• Datum proběhlé obhajoby: 22.02.2023
• Oponenti: RNDr. Jan Burjánek, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Tektonické zemětřesení je způsobeno šířením trhliny na zlomu, které je řízeno stavem napětí a třením přilehlých horninových bloků. V současné době existují dva hlavní akceptované modely tření, a to tzv. „slip-weakening“, kde koeficient tření klesá lineárně se skluzem, a tzv. "rate-and-state" model tření, popisující závislost koeficientu tření na rychlosti skluzu a stavové veličině. Katedra geofyziky disponujeme vlastním softwarem pro dynamické simulace zemětřesení, který numericky řeší elastodynamickou rovnici s předepsaným zákonem tření na zlomu ve smyslu hraniční podmínky. Pro „slip-weakening“ zákon tření program umožňuje i inverzní modelování zemětřesení, kdy se optimalizuje rozložení dynamických parametrů zahrnujících napětí a parametry tření s cílem vystihnout naměřené seismogramy. Jedním z cílů práce bude kód aplikovat na zemětřesení o magnitudu 6, které se vyskytlo 24.8.2014 v blízkosti kalifornského města Napa a bylo zaznamenáno na deseti velmi blízkých stanicích. Předchozí analýza jejich záznamů pomocí tzv. kinematické inverze (Gallovič, 2016) ukázala, že přestože nukleace proběhla v hloubce asi 9 km, k největšímu skluzu došlo v mělčích hloubkách, což se projevilo i výskytem povrchových trhlin dosahujících až 45cm. Získaný kinematický model popisuje zdroj zemětřesení ve smyslu vývoje skluzu na zlomové ploše, ale již ne ve smyslu působících sil, jak je tomu naopak v případě dynamického modelu. Kód pro dynamickou inverzi bude dále zobecněn na získávání parametrů druhého ze zákonů tření (rate-and-state) a aplikován na stejný nebo podobně velký jev. Důležité bude porovnání výsledných modelů pro oba zákony tření ve smyslu vystižení dat, šíření trhliny a získaných dynamických parametrů, a to zejména v blízkosti zemského povrchu. Vyvinutou metodiku a programy bude možné během projektu aplikovat na další reálná zemětřesení nebo na studium specifických fyzikálních aspektů jako např. na zlomové zóny a jejich vliv na šíření trhliny a vyzařování seismických vln. Výsledky umožní zlepšení našeho porozumění fyzikálním jevům, které řídí šíření trhliny během zemětřesení.

Seznam odborné literatury

Dalguer, L. A., and S. M. Day (2007). Staggered-grid split-node method for spontaneous rupture simulation, J. Geophys. Res.: Solid Earth 112, B02302.
Gabriel, A.-A., J.-P. Ampuero, L. A. Dalguer, and P. M. Mai (2012). The transition of dynamic rupture styles in elastic media under velocity-weakening friction, J. Geophys. Res. 117, B09311.
Gallovič, F. (2016). Modeling velocity recordings of the Mw6.0 South Napa, California, earthquake: unilateral event with weak high-frequency directivity, Seism. Res. Lett. 87, 2-14.
Huang Y., J.‐P. Ampuero, and D. V. Helmberger (2014). Earthquake ruptures modulated by waves in damaged fault zones, J. Geophys. Res.: Solid Earth 119, 3133– 3154.
Imperatori, W., F. Gallovič (2017). Validation of 3D velocity models using earthquakes with shallow slip: case study of the Mw6.0 2014 South Napa, California, event, Bull. Seism. Soc. Am. 107, 1019-1026.
Kanamori, H., and E. E. Brodsky (2004). The physics of earthquakes, Reports on Progress in Physics 67, 1429-1496.
Kaneko, Y., Lapusta, N., and J.-P. Ampuero (2008). Spectral element modeling of spontaneous earthquake rupture on rate and state faults: Effect of velocity-strengthening friction at shallow depths, J. Geophys. Res. 113, 1-17.
Ruina A. (1983). Slip instability and state variable friction laws, J. Geophys. Res. 881, 10359-10370.