Investigation of the seismicity of East Anatolian fault zone (EAFZ) according to Poisson and Exponential distribution models

Abstract

Turkey has a high earthquake risk due to include the active North Anatolian Fault Zone (NAFZ) and East Anatolian Fault Zone (EAFZ). The earthquakes should be detail investigated in order to minimize the damage caused by the earthquakes. Different statistical approaches are used in these estimation studies. Poisson distribution model is widely used in earthquake studies. The model used for a large number of statistical studies and it gives reliable results. Moreover, exponential distribution model is used in earthquake prediction studies. In this study, EAFZ and its near regions were selected as the study area. The Poisson and Exponential distribution model was applied by using the earthquakes of Ms≥5.0, which occurred in the selected area between 1900 -2016. The probabilities of occurrence of earthquakes with a magnitude of Ms≥5.0 and recurrence periods are calculated with the obtained model results. According to the results of Poisson model, the probability of earthquake (Ms≥5.2) within 1 year is 33,6% and earthquake recurrence period is estimated as 2 year. According to the exponential distribution model results, the recurrence of earthquakes (Ms≥5.2) is 1 years and probability is74,7%. The two models were compared and the results were evaluated. When the seismicity of the region was examined, it was seen that the results were consistent.

Keywords

• Earthquake risk
• Poisson model
• Exponential distribution model
• East Anatolian Fault Zone (EAFZ)

Doğu Anadolu fay zonu (DAFZ) ve civarının depremselliğinin Poisson ve Üstel dağılım modellerine göre incelenmesi

Abstract

Türkiye içerdiği aktif Kuzey Anadolu fay zonu (KAFZ) ve Doğu Anadolu fay zonu (DAFZ) nedeniyle yüksek deprem riskine sahiptir. Depremlerin yaratacağı hasarların en aza indirilmesi için depremlerin önceden tahmini üzerine araştırmalar yapılmalıdır. Bu tahmin çalışmalarında farklı istatiksel yaklaşımlar kullanılmaktadır. Deprem çalışmalarında literatürde yaygın olarak Poisson dağılım modeli kullanılmaktadır. Çok sayıda istatistiksel çalışmada kullanılan model güvenilir sonuçlar vermektedir. Ayrıca üstel dağılım modelinde deprem tahmin çalışmalarında kullanılmaktadır. Bu çalışmada DAFZ ve civarı inceleme alanı olarak seçilmiştir. Seçilen bölgede 1900- 2016 yılları arasında meydana gelen Ms≥5.0 depremler kullanılarak Poisson ve Üstel dağılım modeli uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlarla büyüklüğü Ms≥5.0 olan depremlerin olma olasılıkları ve tekrarlama periyotları hesaplanmıştır. Poisson modeli sonuçlarına göre büyüklüğü 1 yıl içinde deprem (Ms≥5.2) olma olasılığı %33,6 ve deprem tekrarlama periyodu 2 sene olarak hesaplanmıştır. Üstel dağılım model sonuçlarına göre büyüklüğü  (Ms≥5.2)  bir depremin tekrarlama periyodu 1 yıl ve olasılığı %74,7 olarak belirlenmiştir. İki model karşılaştırılmış ve sonuçları değerlendirilmiştir. Bölgenin depremselliği incelendiğinde sonuçların tutarlı olduğu görülmüştür.

Keywords

• Poisson model
• Deprem riski
• Üstel dağılım modeli
• Doğu Anadolu fay zonu (DAFZ)

References

1. [1] M. Caputo , Analysis of Seismic Risk, Applied Sciences 3, Nato Advanced Study Institutes Series, Noordhoff-Leiden, 1974.
2. [2] H.C. Shah and M. Movassate, “Seismic Risk Analysis of California State water Project”, Proc of Fifth European Conf. on Earthquake Engineering 2, 1975, Chap. 10-156.
3. [3] M. Bath, “ Seismic Risk in Fennoscandia”, Tectonophysics, vol 57, pp 285-295, 1978.
4. [4] T. Utsu, “Estimation of parameters for recurrence models of earthquakes.” Bull. Earthquake Res. Inst., vol 59, pp 53 – 66, 1984.
5. [5] S. Pasari and O. Dikshit, “Impact of three-parameter Weibull models in probabilistic assessment of earthquake hazards”, Pure Appl. Geophys.,vol. 171, pp.1251–1281, 2014a.
6. [6] S. Pasari and O. Dikshit, “Three parameter generalized exponential distribution in earthquake recurrence interval estimation”, Nat. Hazards, vol. 73, pp.639–656, 2014c.
7. [7] S. Pasari, “Earthquake interevent time distribution in Kachchh,” Northwestern India. Earth, Planets and Space, vol. 67, pp.129, 2015.
8. [8] S. McClusky, S. Balassanian, A. Barka,C. Demir, S. Ergintav, L. Georgiev, O. Gurkan, M. Hamburger, K. Hurst, H. Kahle, K. Kastens, G. Kekelidze, R. King, V. Kotzev, O. Lenk, S. Mahmoud, A. Mishin, M. Nadariya, A. Ouzounis, D. Paradissis, Y. Peter, M. Prilepin, R. Reilinger, I. Sanli, H. Seeger, A. Tealeb, N. Toksoz, and G. Veis, “Global positioning system constraints on the plate kinematics and dynamics in the eastern Mediterranean and Caucasus,” J. Geophys. Res., vol. 105, pp. 5695–5719, 2000.

9. [9] T. Taymaz, R. Westaway and R. Reilinger, “Active faulting and crustal deformation in the Eastern Mediterranean region”, Tectonophysics, vol. 391 pp.1–9, 2004.
10. [10] D. McKenzie, “Active tectonics of the mediterranean region”, Geophys. J. R. Astr. Soc., vol. 30, pp. 109–185, 1972.
11. [11] I. Ketin, , General Geology, I.T.U . Faculty of Mining Publication, Istanbul, 1977.
12. [12] KOERİ, 2017. B.U. Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute website, http://www.koeri.boun.edu.tr.
13. [13] Y. Aydın, “Long Term Earthquake Prediction in Turkey with Time and Magnitude Model,” M.S. Thesis, Institute of Science, Karadeniz Technical University, Trabzon, 2006.
14. [14] B. Gutenberg and C.F. Richter, Seismicity of the Earth and Related Phenomena, Princeton University Press, Princeton 1954.
15. [15] A. Tabban and S. Gencoglu, “Earthquake and its parameters,” Bull. Earthq. Res. Inst., vol. 11, pp.7–83, 1975.
16. [16] G. Ramachandran, “Extreme Values Theory and Earthquake Insurance”, Transactions of 21st International Congress of Actuaries, Switzerland 1, 1980, pp. 337-353.
17. [17] G.J Hahn and S.S. Shapiro, Statistical Models in Engineering, Third Edition, John Wiley & Sons, New York, 1994.