Broj posjeta:
12532

Analiza akcelerograma za potrese kod Petrinje

  1. Uvod

Dana 28. prosinca 2020. godine u 6:28h prema lokalnom vremenu dogodio se jak potres magnitude ML=5.0 kod Petrinje. Osim u užem epicentralnom području Petrinje, Siska, Gline i okolice, potres se osjetio i na području cijele središnje Hrvatske. Uslijedila je serija naknadnih potresa. Već sljedeći dan, 29. prosinca 2020. godine na istom se području u 12:19h dogodio razoran potres magnitude ML=6.2. Osim značajnih materijalnih šteta ovaj je potres uzeo i 7 ljudskih žrtava. Nakon tog potresa na spomenutom epicentralnom području uslijedili su jaki naknadni potresi unutar izražene seizmičke sekvence koja će potrajati tijekom 2021., a možda i dulje.

Petrinjski potres magnitude ML=6.2 jedan je od dva najjača instrumentalno zabilježena potresa koji su se dogodili na teritoriju Republike Hrvatske od početka 20. stoljeća otkada počinje instrumentalno bilježenje potresa u Hrvatskoj. Jedino je potres kod Imotskog u prošlom stoljeću 1942. godine bio jednake magnitude, a dogodio se na isti datum, 29. prosinca. Do sada najjači instrumentalno zabilježeni potres u području Pokuplja bio je povijesni Pokupski potres iz 1909. godine magnitude ML=5.8 na temelju kojeg je naš proslavljeni geofizičar Andrija Mohorovičić otkrio postojanje diskontinuiteta u unutrašnjosti Zemlje. Taj diskontinuitet između Zemljine kore i plašta nazvan je stoga upravo Mohorovičićev diskontinuitet.

Na temelju zapisa akcelerografa postavljenih na području Grada Zagreba izvršena je preliminarna obrada i analiza akcelerograma Petrinjskih potresa magnituda ML=6.2 i ML=5.0. Kao rezultat definirani su parametri koji opisuju jačinu zabilježene potresne trešnje. Bitno je naglasiti kako su navedeni podaci preliminarni te su stoga i podložni korekciji kako će se provoditi kompleksnije i detaljnije analize.

  1. Akcelerografske postaje

U trenutku potresa, na području Grada Zagreba bila je operativna akcelerografska mreža od 6 postaja, od kojih su četiri postavljene u suradnji sa Uredom za upravljanje u hitnim situacijamaSve su postaje opremljene instrumentima engleskog proizvođača Güralp. Oba gore navedena potresa uspješno su zabilježena akcelerografima na svim postajama.

Akcelerografi su seizmološki instrumenti namijenjeni za registraciju snažnog gibanja tla. Postavljaju se u neposrednoj blizini aktivnih rasjeda jer omogućuju registraciju gibanja tla bez zasićenja zapisa. Za dobivanje kvalitetnih zapisa gibanja tla - akcelerograma, neophodno je osigurati adekvatne uvjete za rad tih instrumenata. Na temelju analize akcelerograma određuju se parametri koji definiraju jačinu potresne pobude (npr. PGAPGVPGD, Arias-ov intenzitet, spektri odziva, …) te su stoga ti zapisi vrlo važni za procjenu seizmičkog hazarda i neizostavni su dio inženjersko-seizmoloških analiza te građevinarskih analiza vezanih uz protupotresno projektiranje i gradnju. Ti zapisi omogućuju izvođenje atenuacijskih relacija (eng. GMPE - Ground Motion Prediction Equations) koje opisuju, procjenjuju razinu trešnje tla na određenoj lokaciji ovisno o parametrima potresa (magnituda, hipocentralna udaljenost, tip rasjeda) te lokalnim uvjetima tla. Takve su relacije neizostavni dio svake procjene seizmičkog hazarda. Nadalje, zabilježeni akcelerogrami realnih potresa bitan su dio i građevinarskih analiza jer se koriste za unaprjeđenje građevinskih propisa vezanih uz protupotresno projektiranje i gradnju, kao i za verifikaciju potresne otpornosti postojećih građevina.

Informacije o postajama koje čine akcelerografsku mrežu na području Grada Zagreba prikazane su u Tablici 2.1. Preliminarno određeni parametri oba potresa prikazani su Tablicom 2.2. Prostorni prikaz epicentara potresa kao i lokacije akcelerografskih postaja prikazani su na Slici 2.

 

Tablica 2.1. Prikaz osnovnih informacija o postajama akcelerografske mreže operativne na području Grada Zagreba u trenutku potresa. U posljednjem stupcu navedena je epicentralna udaljenost od Petrinjskog potresa ML=6.2 koji se dogodio 29. prosinca 2020 u 12:19h.

Kod postaje

Tip instrumenta

G. širina

j [°N]

G. dužina

l [°E]

Nadmorska visina [km]

Epicentralna udaljenost Repi [km]

 

QARH

CMG 5TDE

45.777

15.993

0.100

45.462

QZAG

CMG 5TD

45.827

15.987

0.179

50.775

QKAS

CMG 5TDE

45.914

16.103

0.264

57.795

QUHS

CMG 5TDE

45.808

15.999

0.115

48.503

QGAJ

CMG 5TDE

45.811

15.879

0.122

52.754

QPTJ

CMG 5TCDE

45.907

15.968

0.994

59.654

 

 

Tablica 2.2. Preliminarni parametri potresa kod Petrinje – hipocentralno vrijeme, geografska širina, dužina i dubina hipocentra te lokalna magnituda. Potresi su navedeni prema jačini.

Red. br.

Hipocentralno vrijeme (lokalno vrijeme)

G. širina

j [°N]

G. dužina

l [°E]

Dubina

h [km]

Lokalna magnituda

ML

1

29. 12. 2020. 12:19

45.400

16.219

11

6.2

2

28.12.2020. 06:28

45.407

16.223

10

5.0

 

Slika 2. Epicentri potresa kod Petrinje prikazani su crvenim kružnicama, dok su lokacije postaja operativne akcelerografske mreže na području Grada Zagreba označene crvenim trokutima.

 

  1. Obrada i analiza akcelerograma

Ključan dio svake obrade akcelerograma predstavlja analiza šuma te korekcija bazne linije (eng. baseline correction). U svakom je zapisu uvijek prisutan šum koji može utjecati i kontaminirati sam zapis potresa kako na niskim tako i na visokim frekvencijama. Stoga je potrebno identificirati nivo šuma te procijeniti njegov utjecaj na parametre koji se definiraju na temelju analize akcelerograma. Vrlo se često na akcelerogramima, posebno onima registriranim u području neposredno uz rasjednu zonu, uočavaju promjene bazne linije (ili kao blagi dugoperiodički trend ili kao jaki puls, trenutni pomak). To je posebno vidljivo na vremenskim zapisima brzine i pomaka gibanja tla dobivenim integracijom akcelerograma zbog čega ti zapisi često ne izgledaju fizikalno realni i smisleni. Razloga za opaženo svojstvo promjene bazne linije je mnogo, od instrumentalnog i vanjskog šuma, grešaka u procesuiranju pri digitalizaciji pa sve do pomaka instrumenta uzrokovanog deformacijom tla u području uz rasjednu zonu koje rezultira permanentnim pomakom nakon potresa. Iako postoje razne metode provođenja korekcije bazne linije, postoje određeni pokazatelji koji moraju biti zadovoljeni u slučaju adekvatno provedene korekcije: (1) vremenski zapis brzine nakon prestanka pobude mora biti nula i (2) vremenski zapis pomaka bi trebao biti usporedan s apscisom (vremenskom osi). Nakon provođenja navedenih postupaka, analiza je provedena na korigiranim akcelerogramima.

  1. Rezultati

Kao rezultat provedene obrade i analize za svaku su komponentu korigiranog zapisa određene vrijednosti PGAcorr, PGVcorr i PGDcorr. U tablicama 4.1 i 4.2 prikazane su vrijednosti definiranih parametara za potres ML=6.2 i ML=5.0, kao i karakteristike pojasno propusnog Butterworth filtera 4. reda korištenog u analizi zapisa svake postaje.

 

Tablica 4.1. Vrijednosti parametara PGAcorrPGVcorr i PGDcorr definirane na temelju korigiranih akcelerograma potresa magnitude ML=6.2. Za svaku postaju navedene su maksimalne vrijednosti na pojedinoj komponenti, frekvencija uzorkovanja kojom su snimani zapisi te parametri Butterworth pojasno propusnog filtera koji je korišten u analizi.

 

Kod postaje

Komponenta

zapisa

fs [Hz]

HP [Hz]

LP [Hz]

PGAcorr

[cm/s2]

PGVcorr

[cm/s]

PGDcorr

[cm]

QARH

Z

200

0.1

40

45.482

2.160

0.859

N

200

0.1

40

93.358

7.792

2.768

E

200

0.1

40

79.973

8.490

4.214

QZAG

Z

200

0.1

40

57.450

2.664

0.796

N

200

0.1

40

97.696

5.240

1.791

E

200

0.1

40

106.458

6.399

2.954

QKAS

Z

200

0.1

40

122.490

3.574

0.664

N

200

0.1

40

243.165

9.586

1.021

E

200

0.1

40

162.763

6.072

0.937

QUHS

Z

200

0.1

40

42.681

2.427

0.862

N

200

0.1

40

124.275

5.960

2.309

E

200

0.1

40

95.777

6.234

2.870

QGAJ

Z

200

0.1

40

36.999

1.743

0.500

N

200

0.1

40

112.538

6.728

1.372

E

200

0.1

40

127.554

7.483

2.508

QPTJ

Z

200

0.1

40

19.697

1.244

0.549

N

200

0.1

40

38.826

1.776

0.797

E

200

0.1

40

27.842

2.340

1.247

 

Tablica 4.2. Vrijednosti parametara PGAcorrPGVcorr i PGDcorr definirane na temelju korigiranih akcelerograma potresa magnitude ML=5.0. Za svaku postaju navedene su maksimalne vrijednosti na pojedinoj komponenti, frekvencija uzorkovanja kojom su snimani zapisi te parametri Butterworth pojasno propusnog filtera koji je korišten u analizi.

 

Kod postaje

Komponenta

zapisa

fs [Hz]

HP [Hz]

LP [Hz]

PGAcorr

[cm/s2]

PGVcorr

[cm/s]

PGDcorr

[cm]

QARH

Z

200

0.1

40

5.764

0.191

0.024

N

200

0.1

40

14.228

0.605

0.087

E

200

0.1

40

9.311

0.616

0.078

QZAG

Z

200

0.1

40

9.266

0.287

0.039

N

200

0.1

40

13.525

0.507

0.053

E

200

0.1

40

17.708

0.593

0.083

QKAS

Z

200

0.1

40

33.040

0.705

0.024

N

200

0.1

40

46.520

1.590

0.071

E

200

0.1

40

37.757

1.065

0.054

QUHS

Z

200

0.1

40

7.986

0.204

0.022

N

200

0.1

40

21.265

0.707

0.057

E

200

0.1

40

17.451

0.818

0.115

QGAJ

Z

200

0.1

40

6.463

0.281

0.017

N

200

0.1

40

27.704

0.748

0.045

E

200

0.1

40

29.537

0.747

0.043

QPTJ

Z

200

0.1

40

2.766

0.118

0.010

N

200

0.1

40

5.754

0.195

0.017

E

200

0.1

40

5.007

0.160

0.017

                         

  1. Diskusija

Za prostornu razdiobu vrijednosti PGAcorr generalno vrijedi kako one opadaju s epicentralnom udaljenošću. Međutim, znatan je i utjecaj lokalnih svojstava tla koja mogu znatno modificirati trešnju uzrokovanu potresom, što je vidljivo i u ovoj analizi.

Na temelju analize akcelerograma potresa ML=6.2 može se uočiti kako su vrijednosti PGAcorr zabilježene na četiri postaje QUHS, QARH, QGAJ i QZAG usporedive i ugrubo iznose 0.05 g za vertikalnu i 0.1 g za horizontalnu komponentu, što je u rasponu očekivanih vrijednosti koje odgovaraju potresu te magnitude i toj epicentralnoj udaljenosti. Riječ je o postajama vrlo bliskih epicentralnih udaljenosti i sličnih karakteristika tla (u prvoj je aproksimaciji razumno za pretpostaviti kako je riječ o tlu tipa C prema EUROKOD-8 normi za postaje QUHS, QARH i QGAJ, dok je za postaju QZAG razumno pretpostaviti tlo tipa B), što zapravo i objašnjava činjenicu kako nema značajnih razlika u rezultatima zabilježenim na tim postajama. Međutim, te vrijednosti se jako razlikuju od onih zabilježenih na dvije najudaljenije postaje QKAS i QPTJ koje se nalaze na gotovo jednakoj epicentralnoj udaljenosti. Na postaji QKAS zabilježene su najveće vrijednosti PGAcorr kako na vertikalnoj (0.12 g) tako i na horizontalnoj komponenti (0.25 g). Te su vrijednosti ugrubo 2 puta veće od vrijednosti zabilježenih na postajama QARH, QUHS, QZAG i QGAJ i očito su posljedica amplifikacije (pojačanja) trešnje zbog utjecaja lokalnog tla i/ili topografije. Na postaji QPTJ su zabilježene najmanje vrijednosti PGAcorr na vertikalnoj (0.02 g) i na horizontalnoj komponenti (0.04 g), što se može objasniti kao posljedica činjenice da se tlo na kojem se nalazi može klasificirati kao tlo tipa A prema EUROKOD-8 normi (razumna pretpostavka u prvoj aproksimaciji) na kojem se ne očekuje amplifikacija. Valja primijetiti i kako je na svim postajama maksimalna vrijednost na horizontalnoj komponenti zapisa zabilježena uglavnom na N komponenti te da je ugrubo 2 puta veća od one na vertikalnoj komponenti. Navedeno bi opažanje moglo biti objašnjeno kao posljedica geografskog smještaja postaja u odnosu na rasjed te razdiobe energije zračenja povezane sa žarišnim mehanizmom potresa.

Analiza akcelerograma potresa ML=5.0 potvrđuje kako su zbog utjecaja lokalnih svojstava tla najveće vrijednosti PGAcorr na obje komponente zapisa (horizontalnoj i vertikalnoj) zabilježene upravo na postaji QKAS, dok su najmanje vrijednosti zabilježene na postaji QPTJ.

Usporedbom vrijednosti PGAcorr zapisa oba potresa na određenoj postaji može se uočiti kako su vrijednosti vezane uz slabiji potres u prosjeku 6 puta manje od vrijednosti zapisa jačeg potresa. Naravno, to je vrlo gruba aproksimacija koju treba uzeti s rezervom zbog većeg rasapa podataka (taj se omjer kreće od 4 do 8).

 

Autor

Snježan Prevolnik, mag.phys. – gephys.

Seizmološka služba pri Geofizičkom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog Fakulteta, Sveučilište u Zagrebu

Datum: 2. siječnja 2021.