ground motion scaling based on 1-d rock simulations n. abrahamson nga workshop #5 march 24, 2004
TRANSCRIPT
Ground Motion Scaling Based on 1-D Rock Simulations
N. Abrahamson
NGA Workshop #5
March 24, 2004
Issues to be Addressed by 1-D Rock Simulations
• Period Extrapolation: to T=10 sec• Mag Extrapolation: to M8.5 (SS)• Distance Extrapolation: to 200 km• Distance Extrapolation: to 0 km• Stress-Drop Scaling• Directivity Scaling• Shallow Slip Effects• HW/FW Effects
Strike-Slip Simulations
EventName
MagArea
(km^2) W (km) L (km) Dip
Top ofRupture
(km)SA 6.5 325 13 25 90 0SB 6 .5 480 15 32 90 0SC 6 .5 210 10 21 90 0SD 7 .0 1005 15 67 90 0SE 7 .5 3150 15 210 90 0SF 7 .5 4800 15 320 90 0SG 7 .5 2100 15 140 90 0SH 7 .8 6300 15 420 90 0SI 7 .8 3525 15 235 90 0SJ 8 .2 7050 15 470 90 0
Dip-Slip Simulations
EventName
MagArea
(km^2) W (km) L (km) Dip
Top ofRupture
(km)RA 6.5 324 18 18 30 5RB 6 .5 324 18 18 45 0RC 6 .5 324 18 18 45 5RD 6 .5 324 18 18 45 10RE 6 .5 324 18 18 60 5RF 7 .0 1024 32 32 30 0RG 7 .0 1008 28 36 45 0RH 7 .0 1008 21 48 45 5RI 7 .0 989 23 43 60 0RJ 7 .5 3160 40 79 30 0RK 7 .5 3164 28 113 45 0RL 7 .8 6320 40 158 30 0
Strike-Slip Simulations
Strike-Slip Simulations
Dip-Slip Simulations
Period Extrapolation
• Normalize by T=2 spectral value for each simulation
• Plot scaling of normalized spectra vs period
Period ExtrapolationM6.5, Ave Stress-drop
1
11
1
1
J
J
JJ
JJJJ
H
H
HH
HHHH
F
FF F
FF
F
Ñ
Ñ
Ñ
ÑÑ
Ñ
Ñ
0.01
0.1
1
10
1 10
Period (sec)
1 Sadigh M6.5 D15
J PEA, SA (Deep Slip)
H PEA, SA (Shallow Slip)
F URS, SA
Ñ Zeng SA
Period ExtrapolationM7.0, Ave Stress-drop
1
11
1
1
J
J
JJ
JJJJ
H
H
HH
HHH
HF
FF
FF
F
F
Ñ
ÑÑ
ÑÑ
Ñ
Ñ
0.01
0.1
1
10
1 10
Period (sec)
1 Sadigh M7.0 D15
J PEA, SD (Shallow Slip)
H PEA, SD (Deep SLip)
F URS, SD
Ñ Zeng SD
Period ExtrapolationM7.5, Ave Stress-drop
1
11
11
J
H
H
HH
HHHH
F
FF
F FF
F
Ñ
ÑÑ
ÑÑ
Ñ
Ñ
0.01
0.1
1
10
1 10
Period (sec)
1 Sadigh M7.5 D15
J
H PEA, SE (Shallow Slip)
F URS, SE
Ñ Zeng SE
Period ExtrapolationM7.8, Ave Stress-drop
11
1
11
J
H
H
HH
HHHH
F
FF
F F F
F
Ñ
ÑÑ
ÑÑ
Ñ
Ñ
0.01
0.1
1
10
1 10
Period (sec)
1 Sadigh M7.8 D15
J
H PEA, SH (Shallow Slip)
F URS, SH
Ñ Zeng SH
Period ExtrapolationM8.2, ave stress-drop for 4/3 scaling
11
1
11
JH
F
F
F
FF
F
F
0.01
0.1
1
10
1 10
Period (sec)
1 Sadigh M8.2 D15
J
H
F URS, SJ
Mag Extrapolation
• Removed distance dependence (over 0-100 km) using simple model for M=7 case
• Evaluate residuals – Residuals will contain mag scaling from the
reference M7 case
€
ln SA = c1+c
2ln( R2+c
32)
Remove distance attenuation (based on simply model)
EE
E
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E
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EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
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A
A
A
A
A
A
A
A
AAA
A
A
A
A
A
A
A
AAAA
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
1 10 100 1000
Rupture Distance (km)
E PGA Data < 100 km
Model
A data > 100 km
Mag Extrapolation (D< 100 km)pga, Constant stress-drop model
B
B
B
B B
B
J
J
J
J
H
H
H
1
1
1
1
1
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA, pga
J URS1, pga
H URS2, PGA
1 Sadigh (D30), pga
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=0.1 sec, Constant stress-drop model
B
B
B
B B
B
J
J
J
JH
H
H
H
1
1
1
1
1
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA, pga
J URS1, pga
H Zeng, PGA
1 Sadigh (D30), pga
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=0.2 sec, Constant stress-drop model
B
B
B
BB
B
J
J
J
JH
H
HH
1
1
1
1
1
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA T=0.2
J URS1, T=0.2
H Zeng, T=0.2
1 Sadigh (D30), T=0.2
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=1 sec, Constant stress-drop model
B
B
B
B B
B
J
J
J
J
H
H
H
H
1
1
1
1
1
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA T=1
J URS1, T=1
H Zeng, T=1.0
1 Sadigh (D30), T=1
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=3 sec, Constant stress-drop
B
B
BBB
B
J
J J
J
H
H
H
H
1
1
1
1
1
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA T=3
J URS1, T=3
H Zeng, T=3
1 Sadigh (D30), T=3
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=10 sec, Constant stress-drop
BB
BB
BB
J
J
JJ
H
H
HH
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA, T=10
J URS1, T=10
H Zeng, T=10
Mag Extrapolation (D< 100 km)pga, 4/3 Slope for Mag-area
B
B
B
BB
J
J
J JJ
H
H
H
H
1
1
1
1
1
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA, pga
J URS1, pga
H Zeng, PGA
1 Sadigh (D30), pga
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=0.2, 4/3 Slope for Mag-area
B
B
B
BB
J
J
J J J
H
H
H
H
1
1
1
1
1
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA T=0.2
J URS1, T=0.2
H Zeng, T=0.2
1 Sadigh (D30), T=0.2
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=1 sec, 4/3 Slope for Mag-area
B
B
B
BB
J
J
J J
J
H
H
H
H
1
1
1
1
1
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA T=1
J URS1, T=1
H Zeng, T=1.0
1 Sadigh (D30), T=1
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=3 sec, 4/3 Slope for Mag-area
B
BB
B
B
J
J
J J
J
H
H
H
H
1
1
1
1
1
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA T=3
J URS1, T=3
H Zeng, T=3
1 Sadigh (D30), T=3
Mag Extrapolation (D< 100 km)T=10 sec, 4/3 Slope for Mag-area
B
BB
B
B
J
J
J
JJ
H
H
H
H
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
6 6.5 7 7.5 8 8.5
Magnitude
B PEA, T=10
J URS1, T=10
H Zeng, T=10
Distance Extrap (M6.5, PGA)
EE
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-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Theta (degrees)
E FN/FP T=5