Analýza seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice

Transcription

1 UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY Analýza seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice Dizertačná práca Študijný program: Študijný odbor: Školiace pracovisko: Školiteľ: Geofyzika 1145 Geofyzika Katedra astronómie, fyziky Zeme a meteorológie doc. Mgr. Jozef Kristek, PhD. Bratislava 2014 RNDr. Róbert Kysel

2 Univerzita Komenského v Bratislave Fakulta matematiky, fyziky a informatiky ZADANIE ZÁVEREČNEJ PRÁCE Meno a priezvisko študenta: Študijný program: Študijný odbor: Typ záverečnej práce: Jazyk záverečnej práce: Mgr. Róbert Kysel geofyzika (Jednoodborové štúdium, doktorandské III. st., denná forma) geofyzika dizertačná slovenský Názov: Analýza seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice Školiteľ: Katedra: Vedúci katedry: doc. Mgr. Jozef Kristek, PhD. FMFI.KAFZM - Katedra astronómie, fyziky Zeme a meteorológie prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc. Spôsob sprístupnenia elektronickej verzie práce: bez obmedzenia Dátum zadania: Dátum schválenia: prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc. garant študijného programu študent školiteľ

3 Vypočítané hodnoty pravdepodobnostných charakteristík seizmického ohrozenia na lokalite Jaslovské Bohunice tvoria predmet obchodného tajomstva spoločností EQUIS spol. s r.o. a Jadrová energetická spoločnosť Slovenska, a.s. Podľa 62a ods. 2 zákona o vysokých školách sú súčasťou osobitnej neverejnej dokumentácie (na priloženom CD nosiči) nasledujúce tabuľky a obrázky: Tab. 31, 32, 33, 34, 35, 37, 38, 42 Obr. 39, 40, 41, 46, 47, 48, 49, 50, 51 (1) Záverečná práca nesmie neoprávnene zasiahnuť do práv alebo právom chránených záujmov tretích osôb, najmä nesmie porušovať práva duševného vlastníctva tretej osoby alebo neoprávnene nakladať s utajovanými skutočnosťami alebo osobnými údajmi, dôvernými informáciami či obchodným tajomstvo tretej osoby. (2) Ak je pre priebeh obhajoby nevyhnutné oboznámiť vedúceho záverečnej práce, školiteľa, oponenta alebo skúšobnú komisiu s údajmi, ktorých zverejnenie je v záverečnej práci vylúčené najmä preto, že ide o obchodné tajomstvo tretej osoby, utajovanú skutočnosť alebo osobný údaj, môže študent pri dodržaní podmienok podľa osobitných predpisov tieto údaje uviesť v osobitnej neverejnej dokumentácii, ktorá nie je súčasťou záverečnej práce a ktorá je určená výlučne vedúcemu záverečnej práce, školiteľovi, oponentovi a skúšobnej komisii. ( 62a ods. 1 a 2 zákona č. 131/2002 Z. z. o vysokých školách v znení účinnom ku dňu odovzdania dizertačnej práce) 2

4 Poďakovanie Ďakujem svojmu školiteľovi doc. Mgr. Jozefovi Kristekovi, PhD. za odborné vedenie, spoluprácu, kolegiálny a priateľský prístup a za celkovú podporu počas doktorandského štúdia. Ďakujem nestorovi slovenskej seizmológie prof. RNDr. Petrovi Moczovi, DrSc. za vytvorenie tvorivého pracovného prostredia a za neoceniteľné odborné i osobne mienené podnety a rady počas doktoranského štúdia. Nebyť jeho ponuky zúčastniť sa pravdepodobnostných výpočtov seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice pre Projekt Nového jadrového zdroja, moja profesijná dráha by sa nepretla so seizmológiou. Oceňujem tiež jeho široké medzinárodné kontakty, ktoré som mohol využiť. Spolupráca s kolegami z Geofyzikálneho ústavu SAV RNDr. Andrejom Cipciarom, Mgr. Kristiánom Csicsayom, PhD. a Ing. Miroslavom Srbeckým prispela k vytvoreniu seizmologickej databázy Regiónu EBO. Poďakovanie patrí tímu slovenských seizmológov a geológov, menovite prof. RNDr. Petrovi Moczovi, DrSc., doc. Mgr. Jozefovi Kristekovi, PhD., prof. RNDr. Michalovi Kováčovi, DrSc. doc. RNDr. Jozefovi Hókovi. CSc. a RNDr. Martinovi Šujanovi, ktorí sa podieľali na tvorbe seizmotektonického modelu Regiónu EBO a Blízkeho regiónu EBO. Osobitné poďakovanie patrí Mgr. Petrovi Franekovi, PhD., s ktorým som znášal spoločné strasti i radosti pri štúdiu matematickch základov analýzy seizmického ohrozenia. Ďakujem Dr. Pierre-Yves Bardovi a Dr. Céline Beauval (ISTerre Grenoble, Francúzsko), Dr. Gottfriedovi Grünthalovi (GfZ Potsdam, Nemecko) a Dr. Nikosovi Theodulidisovi (ITSAK Thessaloniki, Grécko) za možnosť konzultácie rôznorodých metodologických aspektov pravdepodobnostnej analýzy seizmického ohrozenia. Ďakujem RNDr. Františkovi Šipkovi za prípravu mapových podkladov v geografickom informačnom systéme GeoMedia. Ďakujem Prof. Costasovi Papazachosovi za umožnenie participácie na gréckoslovenskom bilaterálnom projekte Kombinácia pravdepodobnostných a deterministických prístupov určovania seizmického ohrozenia v regionálnej a lokálnej miere, ktorý bol riešený v rokoch 2013 a 2014 (APVV SK-GR ). 3

5 Abstrakt Predchádzajúca komplexná analýza seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice (EBO) bola uskutočnená v rokoch 1996 až 1998 (Labák et al. 1997a, Labák et al. 1997b, Labák a Moczo 1998). Analýza ohrozenia vychádzala z požiadaviek technickej praxe a stala sa podkladom na seizmické zodolnenie Atómovej elektrárne Bohunice. Vzhľadom na dosiahnutý metodologický pokrok v pravdepodobnostnej analýze seizmického ohrozenia, nové geologické a seizmologické poznatky a projekt výstavby nového jadrového zdroja na lokalite Jaslovské Bohunice bola vykonaná nová pravdepodobnostná analýza seizmického ohrozenia lokality. Pre účely analýzy ohrozenia lokality sme zostavili seizmologickú databázu Regiónu EBO. Databázu sme homogenizovali na momentové magnitúdo M w, určili predtrasy, hlavné otrasy a dotrasy a stanovili mieru jej úplnosti v priestore a čase. Syntézou seizmologickej a geologickej databázy Regiónu EBO a Blízkeho regiónu EBO sme vytvorili seizmotektonický model záujmovej oblasti a vyčlenili sme v ňom seizmické zdrojové zóny. Každá zdrojová zóna bola charakterizovaná parametrami Guttenberg- Richterovho zrezaného početnostného vzťahu (Weichert 1980) a alternatívnymi hodnotami maximálneho potenciálneho magnitúda. Výber predikívnych rovníc seizmicého pohybu bol vykonaný v súlade s metodológiou ich výberu v projekte SHARE (Delavaud et al. 2012). Kvôli zohľadneniu epistemických neurčitostí sme zostavili logický strom obsahujúci vetiev. Pravdepodobnostným výpočtom seizmického ohrozenia sme určili 16, 50 a 84 percentilové a stredné hodnoty spektrálnych ordinát PGA a PSA na voľnom povrchu, ktorý je charakterizovaný priemernou rýchlosťou šírenia S vĺn približne 800 m/s v prvých 30- tich metroch podložia, a to pre návratové periódy 475 rokov a rokov. Následnou deagregáciou pravdepodobnostného výpočtu sme určili hodnoty magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia a hodnoty horizontálneho a vertikálneho spektra odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne. Kľúčové slová: seizmické ohrozenie, Jaslovské Bohunice, seizmologická databáza, seizmotektonický model 4

6 Abstract The previous seismic hazard analysis for the Jaslovske Bohunice site (EBO) was performed between years 1996 and 1998 (Labák et al. 1997a, Labák et al. 1997b, Labák and Moczo 1998). The hazard analysis was prepared following the request on reinforcement of seismic resistance of the Bohunice Nuclear Power Plant. Due to the methodological progress in the probabilistic seismic hazard analysis (PSHA), new geological and seismological data, and planned construction of the new nuclear power plant, we performed a new PSHA study for the Jaslovske Bohunice. We have developed a new seismological database for the EBO Region. We homogenized database for a single quantity determining the earthquake size - the moment magnitude M w, declustered it, and analyzed for the magnitude completeness in time and space. We developed a new seismotectonic model of the EBO Region and EBO Near Region by synthesizing the seismological and geological databases. The seismotectonic model was basis for determining seismic-source zones in the EBO Region. We characterized each zone by a truncated magnitude-frequency distribution and alternative values of the maximum potential magnitude. We selected ground motion prediction equations (GMPEs) using the methodology followed in the SHARE Project (Delavaud et al. 2012). For including epistemic uncertainties we constructed a logic tree with branches. We calculated the 16th, 50th and 84th percentile and mean Uniform Hazard Spectrum (UHS) for the return periods of 475 years and years. The calculations were performed for the free-field rock conditions (characterized by the average S-wave velocity of 800 m/s in the uppermost 30 m). We determined magnitude and distance of the controlling earthquake, and the horizontal and vertical hazard spectrum for the Revision Level Earthquake (RLE) by the deaggregation procedure. Key words: seismic hazard, Jaslovské Bohunice, seismological database, seismotectonic model 5

7 Obsah Úvod Súčasný stav problematiky Definície základných pojmov v analýze seizmického ohrozenia Chararakteristiky seizmického pohybu Metódy výpočtu seizmického ohrozenia Deterministická analýza seizmického ohrozenia Pravdepodobnostná analýza seizmického ohrozenia Porovnanie deterministického a pravdepodobnostného prístupu Matematická teória pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia (metodológia Cornell McGuire) Integrál seizmického ohrozenia Zemetrasenia ako poissonovský proces Fyzikálna interpretácia členov v integráli seizmického ohrozenia Spôsob výpočtu spektra odozvy pre rovnomerné ohrozenie Význam parametra sigma Neurčitosti v pravdepodobnostnej analýze seizmického ohrozenia Deagregácia Zhodnotenie predchádzajúcich analýz seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice Ciele dizertačnej práce Výsledky dizertačnej práce Seizmologická databáza pre Región EBO a Blízky región EBO Región EBO a Blízky región EBO Obsah seizmologickej databázy Vstupy do seizmologickej databázy Metodológia zostavenia seizmologickej databázy Katalóg zemetrasení pre Región EBO Homogenizácia seizmologickej databázy a vytvorenie katalógu Určenie predtrasov, hlavných otrasov a dotrasov Analýza úplnosti katalógu v priestore a čase Seizmotektonický model Regiónu EBO a Blízkeho regiónu EBO Princípy tvorby seizmotektonického modelu Regiónu EBO Model seizmických zdrojových zón Seizmotektonický model Blízkeho regiónu EBO Maximálne potenciálne magnitúdo Určenie parametrov početnostných vzťahov

8 3.5 Výber prediktívnych rovníc seizmického pohybu Prediktívne rovnice seizmického pohybu použité v projekte SHARE Výber prediktívnych rovníc seizmického pohybu pre lokalitu EBO Korekcia GMPE na typ sklzu Korekcia GMPE na spôsob určenia horizontálnej zložky Korekcia GMPE na typ podložia Konštrukcia logického stromu Výpočet pravdepodobnostných charakteristík seizmického ohrozenia Vstupné údaje pre výpočet pravdepodobnostných charakteristík Spôsob určenia mediánu a percentilov charakteristík seizmického ohrozenia Horizontálne spektrum odozvy pre rovnomerné ohrozenie Deagregácia pravdepodobnostného výpočtu Magnitúdo a vzdialenosť určujúceho zemetrasenia Horizontálne spektrum odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne Vertikálne spektrum odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne Výber akcelerogramov pre zemetrasenie revíznej úrovne Závery Literatúra Príloha A Obrazová dokumentácia vstupných katalógov použitých pri kompilácii seizmologickej databázy Regiónu EBO Príloha B Zoznam zemetrasení v Regióne EBO s údajom o momentovom magnitúde Príloha C Homogenizácia lokálnych magnitúd národných seizmologických inštitúcií na rakúske lokálne magnitúdo ZAMG Príloha D Zoznam zemetrasení z ISC katalógu použitých pre nájdenie závislosti momentového magnitúda od lokálneho magnitúda ZAMG Príloha E Katalóg zemetrasení pre Región EBO Príloha F Stanovenie úplnosti katalógu v čase pre zdrojové zóny na území Slovenska Príloha G Model seizmogeologických domén Regiónu EBO Príloha H Použité prediktívne rovnice seizmického pohybu (GMPE) Príloha I Zvolené akcelerogramy pre zemetrasenie revíznej úrovne 7

9 Zoznam skratiek AE ASCR AT CTR CZ DSHA EBO GFÚ AV ČR GFÚ SAV GIS GMPE HU ID IGF PAS ISC JE MAAE NDSHA NJZ PL PSHA PWR SCR SK SSHAC YU ZAMG ZUR RMT ZZ atómová elektráreň aktívne plytké kôrové oblasti Rakúsko súčasný tektonický režim Česká republika deterministická analýza seizmického ohrozenia jadrovoenergetické zariadenia umiestnené na lokalite Jaslovské Bohunice Geofyzikálny ústav Akadémie vied Českej republiky Geofyzikálny ústav Slovenskej akadémie vied geografický informačný systém prediktívna rovnica seizmického pohybu Maďarsko identifikačné číslo zemetrasenia podľa seizmologickej databázy a katalógu Geofyzikálny inštitút Poľskej akadémie vied International Seismological Centre jadrová elektráreň Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu neodeterministická analýza seizmického ohrozenia Nový jadrový zdroj v lokalite Jaslovské Bohunice Poľsko pravdepodobnostná analýza seizmického ohrozenia tlakovodný reaktor stabilné kontinentálne oblasti Slovensko Senior Seismic Hazard Analysis Committee štáty bývalej Juhoslávie (Chorvátsko, Slovinsko, Srbsko) Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik momentový tenzor určený Švajčiarskou seizmologickou službou zdrojová zóna 8

10 Zoznam označení CAV kumulatívna absolútna rýchlosť EMS-98 Európska makroseizmická stupnica (verzia 1998) R f () r funkcia hustoty pravdepodobnosti rozloženia vzdialenosti medzi M seizmickým zdrojom a záujmovou lokalitou f ( m ) funkcia hustoty pravdepodobnosti rozloženia magnitúda pre seizmický zdroj GRMS h I a I 0 stredné kvadratické zrýchlenie hĺbka ohniska Ariasova intenzita makroseizmická epicentrálna intenzita ID identifikačné číslo zemetrasenia min ročný počet zemetrasení seizmického zdroja s magnitúdom väčším ako lat lon MCE MCS MDE MSK-64 M minimálne výpočtové magnitúdo zemepisná šírka epicentra zemepisná dĺžka epicentra maximálne vierohodné zemetrasenie makroseizmická stupnica Mercalli Cancani Sieberg maximálne návrhové zemetrasenie makroseizmická stupnica Medvedev Sponheuer Kárník magnitúdo max M maximálne potenciálne magnitúdo min M minimálne výpočtové magnitúdo M min minimálne magnitúdo použité pre určenie početnostného vzťahu mb mdur MI 0 M L magnitúdo z objemových vĺn magnitúdo z trvania javu magnitúdo z epicentrálnej intenzity lokálne magnitúdo M obs maximálne pozorované magnitúdo M S M w PDA magnitúdo z povrchových vĺn momentové magnitúdo špičkové diferenciálne zrýchlenie 9

11 PGA PSA špičkové zrýchlenie pseudospektrálne zrýchlenie R epi epicentrálna vzdialenosť R hyp hypocentrálna vzdialenosť R JB Joyner Booreova vzdialenosť max R maximálna uvažovaná výpočtová vzdialenosť R Rup najbližšia vzdialenosť k zdrojovej ploche RLE RP T UHS zemetrasenie revíznej úrovne návratová perióda perióda horizontálne spektrum odozvy pre rovnomerné ohrozenie v s,30 priemerná rýchlosť šírenia priečnych vĺn vo vrchných 30 metroch od voľného povrchu (za predpokladu dostatočne malej deformácie) 10

12 Predhovor Analýza seizmického ohrozenia pre celé územie krajiny a pre významné záujmové lokality patrí medzi dôležité aplikačné úlohy seizmologického výskumu nielen v štátoch s vysokou mierou seizmickej aktivity (USA, Japonsko), ale aj v štátoch so strednou alebo miernou úrovňou seizmickej aktivity, akým je aj Slovenská republika. Je to preto, že na Slovensku existujú národohospodársky významné stavby (atómové elektrárne, veľké vodné diela, cestné a železničné mosty a tunely, továrenské komplexy a pod.), ktorých poškodenie alebo zničenie by spôsobilo významné priame (hmotné) a nepriame (ekonomické a ekologické) škody. Navyše už stredne silné zemetrasenia môžu v dôsledku dĺžky trvania otrasov a lokálnych efektov spôsobiť na danom mieste účinky, ktoré sú charakteristické pre podstatne silnejšie zemetrasenia. Lokalita Jaslovské Bohunice je z národohospodárskeho hľadiska významná umiestnením viacerých jadrovoenergetických zariadení, a to či už v prevádzke (AE Bohunice V2; Medzisklad vyhoretého jadrového paliva), v štádiu vyraďovania (JE A1, JE V1) alebo v štádiu projektovej prípravy (projekt tzv. Nového jadrového zdroja). Zvyšujúca sa životná úroveň a rast slovenskej ekonomiky vyvoláva väčšiu spotrebu energií a dostáva do popredia bezpečnosť energetických dodávok. Po odstavení prvého (2006) a druhého (2008) bloku jadrovej elektrárne V1 sa Slovenská republika ocitla v pozícii importéra elektrickej energie. Na dosiahnutie vyrovnanej až prebytkovej bilancie a vykrytie očakávaného rastu spotreby elektrickej energie pri pokračujúcom odstavovaní existujúcich výrobných kapacít tepelných elektrární nespĺňajúcich čoraz prísnejšie emisné limity (Vojany, Nováky) bude nevyhnutné postaviť nové výrobné zdroje. K danému účelu má prispieť i projekt Nového jadrového zdroja v lokalite Jaslovské Bohunice, ktorý je pripravovaný pod gesciou pološtátnej Jadrovej energetickej spoločnosti Slovenska, a.s. (s významným podielom českého kapitálu prostredníctvom firmy ČEZ, a.s.). V projekte sa uvažuje o elektrárni s tlakovodným reaktorom (PWR) generácie III+ pri celkovom inštalovanom výkone do 2400 MW v jednoblokovom alebo dvojblokovom usporiadaní a prevádzkovej životnosti elektrárne 60 rokov (JESS 2014). Z horeuvedeného vyplýva, že lokalita Jaslovské Bohunice súčasným i budúcim umiestnením celoslovensky a celospoločensky dôležitých národohospodárskych stavieb právom priťahuje zvýšený záujem z hľadiska potrebnosti analýzy jej seizmického ohrozenia. Tento zvýšený záujem ešte zvýrazňuje malá vzdialenosť lokality od seizmicky najaktívnejšej oblasti 11

13 (za uplynulé storočie) na území Slovenska, ohniskovej zdrojovej zóny Dobrá Voda. Tu bolo 9. januára 1906 zaznamenané najsilnejšie zemetrasenie s epicentrom na území Slovenska v 20. storočí, ktoré bolo zároveň aj prvým zemetrasením, pre ktoré sú k dispozícii aj prístrojové (seizmometrické) pozorovania. Epicentrálna intenzita dosiahla hodnotu 8-9 z 12 stupňovej makroseizmickej stupnice EMS-98, pričom makroseizmicky otrasená oblasť mala plochu približne km 2 (Moczo et al. 2002). Predchádzajúca komplexná analýza seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice bola uskutočnená v roku 1997 (Labák et al. 1997b). Táto práca, vychádzajúca z požiadaviek praxe, sa stala podkladom na seizmické zodolnenie Atómovej elektrárne Bohunice. Analýza bola úspešne obhájená pred revíznou misiou Medzinárodnej agentúry pre atómovú energiu (MAAE). Hoci v krajinách západnej Európy je štandardom desaťročná doba, po uplynutí ktorej je seizmické ohrozenie lokality s jadrovým zdrojom pravidelne prehodnocované (napr. Francúzsko), v prípade Slovenska a lokality Jaslovské Bohunice doposiaľ k revízii záverov analýzy z roku 1997 nedošlo. Vzhľadom k relatívne veľkému množstvu zemetrasení v okolí záujmovej lokality zaznamenaných lokálnou i národnou sieťou seizmických staníc po roku 1996, dosiahnutý metodologický pokrok v pravdepodobnostnej analýze seizmického ohrozenia (premietnutý do nového bezpečnostného návodu vydaného MAAE v roku 2010) a projektovanú výstavbu nového jadrového zdroja na lokalite vznikla spoločenská požiadavka na vypracovanie novej pravdepodobnostnej analýzy seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice. Predložená dizertačná práca zahŕňa výsledky pravdepodobnostnej analýzy seizmického ohrozenia pre lokalitu Jaslovské Bohunice. Analýza bola vykonaná v rokoch 2011 až 2013 pre potreby štúdie realizovateľnosti projektu Nového jadrového zdroja v lokalite Jaslovské Bohunice (NJZ), jej závery sú však platné pre celú záujmovú lokalitu Jaslovské Bohunice. Pravdepodobnostnou analýzou seizmického ohrozenia (PSHA) bola vypočítaná hodnota horizontálneho spektra odozvy pre rovnomerné ohrozenie na voľnom povrchu, ktorý je charakterizovaný priemernou rýchlosťou šírenia S vĺn približne 800 m/s v prvých 30-tich metroch podložia (t.j. na súvrství fluviálnych štrkov a pieskov od hĺbky cca 20 m pod úrovňou terénu). Následnou deagregáciou pravdepodobnostného výpočtu boli získané hodnoty momentového magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia a hodnoty horizontálneho a vertikálneho spektra odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne. 12

14 Úvod Seizmológom sa doteraz nepodarilo nájsť spôsob, ako predikovať budúce zemetrasenia v strednodobom a dlhodobom časovom horizonte. Podobne ani rôzne prístupy pre krátkodobé predpovedanie zemetrasení nepriniesli všeobecne akceptovateľnú mieru spoľahlivosti. Cieľom analýzy seizmického ohrozenia nie je stanovenie času, miesta a veľkosti budúceho zemetrasenia, ale predikcia seizmického pohybu (prostredníctvom vybraných jeho charakteristík) na záujmovom území. Nie je preto prekvapujúce, že výstupy z pravdepodobnostnej analýzy seizmického ohrozenia sú široko používané v aplikačnej praxi (pri príprave technických noriem v oblasti seizmického zaťaženia stavebných konštrukcií, pri príprave havarijných a evakuačných plánov v oblasti civilnej ochrany obyvateľstva, pri určovaní seizmického rizika záujmového územia a pod.). Pravdepodobnostná analýza seizmického ohrozenia záujmovej lokality pozostáva z týchto základných krokov: vytvorenie seizmologickej databázy a geologickej databázy, vytvorenie katalógu zemetrasení pre Región skúmanej lokality, vytvorenie seizmotektonického modelu pre Región a Blízky región skúmanej lokality, určenie parametrov seizmických zdrojových zón, výber sady prediktívnych rovníc seizmického pohybu, pravdepodobnostný výpočet charakteristík seizmického pohybu, deagregácia pravdepodobnostného výpočtu. Predložená dizertačná práca sa zaoberá pravdepodobnostnou analýzou seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice, ktorej účelom bol výpočet charakteristík seizmického pohybu na skúmanej lokalite. Práca sa člení do štyroch kapitol. Úvodná kapitola práce obsahuje prehľad súčasných poznatkov o stave skúmanej problematiky. Definujeme v nej základné pojmy v oblasti analýzy seizmického ohrozenia a základné charakteristiky seizmického pohybu, podávame súhrn základných poznatkov o dvoch metódach analýzy seizmického ohrozenia (deterministickej a pravdepodobnostnej) a bližšie sa zameriavame na matematickú teóriu tzv. klasického prístupu k pravdepodobnostnej analýze seizmického ohrozenia (metodológia Cornell McGuire). Osobitnú pozornosť venujeme zahrnutiu neurčitostí do pravdepodobnostnej analýzy seizmického ohrozenia a deagregácii pravdepodobnostného výpočtu. Uvádzame tiež stručný 13

15 prehľad doterajších analýz seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice s dôrazom na prácu Labák et al. (1997b), ktorá predstavuje poslednú štúdiu skúmanej lokality. Druhá kapitola obsahuje ciele dizertačnej práce. V tretej kapitole sú uvedené výsledky dizertačnej práce. Prvá jej podkapitola je zameraná na spôsob zostavenia seizmologickej databázy pre Región jadrovoenergetických zariadení umiestnených na lokalite Jaslovské Bohunice (skrátene Región EBO). Spracovaniu seizmologickej databázy v podobe jej homogenizácie na jednotnú veličinu charakterizujúcu veľkosť zemetrasení (momentové magnitúdo), určenia predtrasov, hlavných otrasov a dotrasov a analýzy jej úplnosti v priestore a čase je venovaná druhá podkapitola. Takto spracovanú seizmologickú databázu sme nazvali katalógom zemetrasení. Vytvorenie seizmotektonického modelu Regiónu EBO a Blízkeho regiónu EBO, ktorý vznikol syntézou seizmologickej databázy, je predmetom tretej podkapitoly. Seizmotektonický model skúmaného územia obsahuje alternatívne vymedzenie seizmických zdrojových zón a stanovenie maximálneho potenciálneho magnitúda pre každú z nich. Spôsob určenia parametrov početnostných vzťahov pre jednotlivé zdrojové zóny a hodnoty týchto parametrov sú uvedené v štvrtej podkapitole. Prediktívne rovnice seizmického pohybu sprostredkúvajú vzťah medzi charakteristikami zdrojových zón vymedzených seizmotektonickým modelom a charakteristikami seizmického pohybu na záujmovej lokalite. Pre lokalitu Jaslovské Bohunice, ktorá sa nachádza na území Západných Karpát, nás v pravdepodobnostnom výpočte seizmického ohrozenia ako charakteristiky seizmického pohybu zaujímajú horizontálne špičkové zrýchlenie (PGA) a horizontálna zložka pseudospektrálneho zrýchlenia (PSA). Výber prediktívnych rovníc seizmického pohybu je popísaný v piatej podkapitole. Alternatívne súbory vstupných parametrov boli do pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia zahrnuté použitím metódy logického stromu. Spôsob konštrukcie logického stromu a priradenie váhových koeficientov pre jednotlivé vetvy sú popísané v šiestej podkapitole. Siedma podkapitola obsahuje výsledky pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia skúmanej lokality v hodnotách horizontálneho spektra odozvy pre rovnomerné ohrozenie (Uniform Hazard Spectrum). 14

16 Deagregáciou pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia pre periódu 0.2 s a návratovú periódu rokov sme získali hodnoty momentového magnitúda vzdialenosti M w a R JB (podľa Joynera a Boorea) a R Rup (najbližšia vzdialenosť k zdrojovej ploche) určujúceho zemetrasenia. Pre hodnoty magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia sme následne vypočítali priemerné horizontálne spektrum odozvy z tých istých prediktívnych rovníc seizmického pohybu, ktoré boli použité v pravdepodobnostnom výpočte seizmického ohrozenia (deviata kapitola). Priemerné horizontálne spektrum odozvy sme normalizovali na hodnotu stredného (mean) spektra odozvy pre periódu 0.2 s získaného z pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia (jedenásta kapitola). Normalizované spektrum predstavuje horizontálne spektrum odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne (Review Level Earthquake). Napokon sme pre hodnoty magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia vypočítali priemerné vertikálne spektrum odozvy z dvoch dostupných vzťahov pre hodnotu pomeru vertikálneho a horizontálneho spektra. Pre každú periódu sme z týchto vzťahov vypočítali pomer medzi vertikálnou a horizontálnou zložkou. Zo získaných pomerov a z horizontálneho spektra odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne sme vypočítali vertikálne spektrum odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne. Pre zemetrasenie revíznej úrovne sme z celosvetovej databázy PEER Ground Motion Database vybrali 13 akcelerogramov. Vyššie uvedené aspekty spracovania výstupov pravdepodobnostného výpočtu sú predmetom ôsmej podkapitoly. V štvrtej kapitole (Závery) sú zhrnuté dosiahnuté výsledky analýzy seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice. Práca je doplnená deviatimi prílohami na CD nosiči, ktoré dokumentujú vstupné katalógy použité pri kompilácii seizmologickej databázy, homogenizáciu lokálnych magnitúd národných seizmologických inštitúcií na rakúske lokálne magnitúdo, katalóg zemetrasení pre Región EBO, spôsob stanovenia úplnosti katalógu v čase pre seizmické zdrojové zóny na území Slovenska, model seizmogeologických domén Regiónu EBO, výber prediktívnych rovníc seizmického pohybu použitých v pravdepodobnostnom výpočte seizmického ohrozenia a výber akcelerogramov pre zemetrasenie revíznej úrovne. 15

17 1 Súčasný stav problematiky 1.1 Definície základných pojmov v analýze seizmického ohrozenia Hoci sa problematike seizmického ohrozenia venuje veľké množstvo literatúry, rôzni autori používajú základné termíny v oblasti analýzy seizmického ohrozenia s odlišným, často protirečivým významom. Preto považujeme za vhodné vymedziť základné pojmy používané v ďalších častiach tejto práce. Nasledujúce definície základných pojmov seizmické ohrozenie, analýza seizmického ohrozenia, seizmické riziko a deagregácia sú prevzaté z práce McGuire (2004). Seizmické ohrozenie (seismic hazard) je definované ako potenciál so zemetrasením spojených fyzikálnych javov (napr. seizmický pohyb pôdy, tsunami, skvapalnenie sedimentov, svahové deformácie, posunutie na zlome) spôsobiť poškodenie (zničenie) majetku a/alebo straty na ľudských životoch. Samotný potenciál však ešte neznamená, že ku škodám skutočne dôjde. Analýza seizmického ohrozenia (seismic hazard analysis) je definovaná ako kvantifikácia určitej charakteristiky seizmického pohybu na záujmovom mieste. Seizmické riziko (seismic risk) je definované ako pravdepodobnosť vzniku škody a/alebo straty na ľudských životoch na záujmovom mieste v dôsledku seizmického ohrozenia. Deagregácia (deaggregation, disaggregation) je definovaná ako štatistické rozloženie seizmického ohrozenia na relatívne príspevky od jednotlivých zdrojov ohrozenia podľa magnitúda zemetrasenia, vzdialenosti zemetrasenia od záujmovej lokality a násobkov štandardnej odchýlky prediktívnej rovnice seizmického pohybu. V bežnej (každodennej) praxi sa pojem seizmické ohrozenie stotožňuje s výstupom pravdepodobnostnej analýzy seizmického ohrozenia, ktorým je frekvencia (počet javov za jednotku času) očakávaného počtu prekročení zvolenej hodnoty niektorej charakteristiky seizmického pohybu na záujmovom mieste pre určité časové obdobie (napríklad 1 rok). 16

18 Najmä u neseizmologickej, ale i určitej časti odbornej, verejnosti dochádza taktiež k zamieňaniu pojmov seizmické ohrozenie a seizmické riziko. Termín seizmické ohrozenie vyjadruje potenciál zemetrasenia spôsobiť na určitom mieste škody, kým termín seizmické riziko referuje na pravdepodobnosť, že objekt bude poškodený v dôsledku zemetrasenia (resp. príde k stratám na ľudských životoch), keďže na mieste, ktoré je seizmicky ohrozené, stojí objekt, ktorý môže byť zemetrasením poškodený. Vysoká miera seizmickej aktivity na určitom území tak môže spôsobovať vysoké seizmické ohrozenie, ale súčasne malé seizmické riziko (napr. púšť Atacama v Chile) a naopak, aj pomerne nízke seizmické ohrozenie na záujmovom území môže napríklad v dôsledku (ne)kvality zástavby územia spôsobovať vysoké seizmické riziko (Kijko 2011). 1.2 Chararakteristiky seizmického pohybu Seizmický pohyb možno charakterizovať nasledovnými veličinami (Kramer 1996): makroseizmická intenzita (macroseismic intensity), časové histórie (time histories), t.j. seizmogramy, velocigramy alebo akcelerogramy a z nich odvodené charakteristiky: o špičkové zrýchlenie (PGA, peak ground acceleration), o špičková rýchlosť (PGV, peak ground velocity), o kumulatívna absolútna rýchlosť (CAV, cumulative absolute velocity), o Ariasova intenzita (I a, Arias intensity), o trvanie silných seizmických pohybov (strong motion duration), o stredné kvadratické zrýchlenie (GRMS, root mean square acceleration), o špičkové diferenciálne zrýchlenie (PDA, peak differential acceleration), spektrá odozvy (response spectra). Makroseizmická intenzita sa používa na charakterizovanie makroseizmických účinkov zemetrasení (t.j. účinkov na ľudí, budovy a prírodu). Je základnou charakteristikou pre kvantifikáciu účinkov historických zemetrasení. Na Slovensku a vo väčšine krajín Európy sa používajú dvanásťstupňové makroseizmické stupnice, v minulosti MSK-64 a v súčasnosti EMS-98 (Grünthal 1998). 17

19 Výhodou použitia makroseizmickej intenzity je skutočnosť, že pre väčšinu krajín existujú najúplnejšie údaje o zemetraseniach práve v hodnotách makroseizmickej (epicentrálnej) intenzity; nevýhodou jej použitia je pomerne široká definícia jednotlivých stupňov a tiež to, že jej vzťah k ďalším charakteristikám seizmického ohrozenia (najčastejšie voči PGA a PGV) je sprostredkovaný cez regionálne platné empirické (alebo poloempirické) vzťahy s pomerne veľkou neurčitosťou (napr. Wald 1999, Faenza a Michelini 2010). Časové histórie (seizmogramy, velocigramy, akcelerogramy) úplne charakterizujú seizmický pohyb na záujmovej lokalite. Z nich možno odvodiť nasledovné charakteristiky: o špičkové zrýchlenie, ktoré je definované vzťahom PGA( x) Max a x, t, (1) kde ax, t je akcelerogram zaznamenaný na lokalite x a v čase t. t o špičková rýchlosť, ktorá je definovaná vzťahom PGV ( x) Max v x, t, (2) kde vx, t je velocigram zaznamenaný na lokalite x a v čase t. t o kumulatívna absolútna rýchlosť, ktorá je definovaná ako integrál absolútnej hodnoty záznamu zrýchlenia na akcelerograme a x, t, čo možno matematicky vyjadriť vzťahom kde t max je celkové trvanie zrýchlenia podložia na lokalite x. t max CAV ( x) a( x, t) dt, (3) 0 o Ariasova intenzita, ktorá je definovaná vzťahom T d 2 I A a x, tdt 2g, (4) kde g je gravitačné zrýchlenie, a x, t je zrýchlenie na akcelerograme a 0 T d čas trvania signálu nad určitou prahovou hodnotou na lokalite x. Jednotkou Ariasovej intenzity je m.s

20 o trvanie silných seizmických pohybov, ktoré je definované vzťahom,0.95,0.05 T x t x t x, (5) kde tx (,0.95) je posledný a tx (,0.05) prvý čas, v ktorom je hodnota zrýchlenia väčšia alebo rovná ako 5% z hodnoty špičkového zrýchlenia na lokalite x. o stredné kvadratické zrýchlenie, ktoré je definované vzťahom kde Tx je trvanie silných pohybov na lokalite x GRMS( x) a ( x, t) dt T( x), (6) 0 o špičkové diferenciálne zrýchlenie, ktoré je definované vzťahom PDA( x) a x, t Max t x, (7) kde ax, t je akcelerogram zaznamenaný na lokalite x a v čase t. Voľba príslušnej charakteristiky seizmického pohybu pre účely analýzy seizmického ohrozenia vo všeobecnosti závisí od charakteru údajov o zemetraseniach, od charakteru stavebných štruktúr na záujmovej lokalite (t.j. od účelu analýzy seizmického ohrozenia) a od požiadaviek objednávateľa štúdie analýzy ohrozenia. V inžinierskej praxi pre účely navrhovania konštrukcií na seizmickú odolnosť sa v súlade s požiadavkami Eurokódu 8 (EN : Eurocode ) používa mapa seizmického ohrozenia v hodnotách špičkového zrýchlenia pre návratovú periódu 475 rokov (10% pravdepodobnosť prekročenia hodnoty špičkového zrýchlenia na záujmovom mieste v období 50 rokov). Spektrum odozvy je pre daný časový priebeh seizmického signálu definované ako závislosť maximálneho posunutia (rýchlosti či zrýchlenia) systému tlmených lineárnych harmonických oscilátorov s jedným stupňom voľnosti od frekvencie, pričom jednotlivé frekvencie sú vlastnými frekvenciami oscilátorov. Spektrum odozvy reprezentuje interakciu stavebnej štruktúry s podložím (Obr. 1). Rozoznávame nasledovné spektrá odozvy: 19

21 spektrum odozvy v relatívnom posunutí SD, spektrum odozvy v relatívnej rýchlosti SV, absolútne spektrum odozvy v zrýchlení, spektrum odozvy v pseudospektrálnej rýchlosti PSV, spektrum odozvy v pseudospektrálnom zrýchlení PSA. Pseudospektrálnu rýchlosť definujeme ako kde PSV ( x). SD x, (8) SD x je spektrálne posunutie na lokalite x, je frekvencia seizmického pohybu. Analogicky definujeme pseudospektrálne zrýchlenie ako kde 2 PSA( x). SD x, (9) SD x je spektrálne posunutie na lokalite x, je frekvencia seizmického pohybu. Spektrum odozvy v pseudospektrálnom zrýchlení (PSA, pseudospectral acceleration) je najčastejšie používaným druhom spektra odozvy v analýze seizmického ohrozenia. Obr. 1 Schematické znázornenie výpočtu spektra odozvy. Na obrázku: seizmometricky zaznamenané posunutie podložia, m stavebnú štruktúru, c tlmič, posunutie štruktúry voči podložiu. Prevzaté z práce Xiao (2009). u g reprezentuje u t relatívne Pri výstavbe jadrových zariadení a prehodnoteniu ich seizmickej bezpečnosti sa v súlade s požiadavkami bezpečnostného návodu vydaného Medzinárodnou agentúrou pre atómovú energiu (IAEA 2010) stanovuje spektrum odozvy pre rovnomerné ohrozenie (UHS, Uniform Hazard Spectrum), t.j. spektrum odozvy s rovnakou pravdepodobnosťou prekročenia pre každú spektrálnu ordinátu PSA, a to v dvoch úrovniach ohrozenia (SL-1 a SL-2). Úroveň SL 2 sa spája s najprísnejšími bezpečnostnými požiadavkami, kým úroveň SL-1 zodpovedá menej prísnej a pravdepodobnejšej úrovni, ktorá zvyčajne vedie k iným bezpečnostným opatreniam. 20

22 1.3 Metódy výpočtu seizmického ohrozenia Analýza seizmického ohrozenia, podobne ako analýza iných prírodných ohrození, pozostáva podľa Reitera (1990) z dvoch základných krokov: 1. Identifikácia a charakterizácia zdrojov ohrozenia. V prípade seizmického ohrozenia je to identifikácia a charakterizácia zdrojových zón zemetrasení. 2. Charakterizácia účinkov týchto zdrojov na záujmovej lokalite. V prípade seizmického ohrozenia je to určenie charakteristiky seizmického pohybu na záujmovej lokalite. Existujú dva základné prístupy k určovaniu seizmického ohrozenia: deterministický prístup (DSHA, Deterministic Seismic Hazard Analysis) pravdepodobnostný prístup (PSHA, Probabilistic Seismic Hazard Analysis) Deterministická analýza seizmického ohrozenia Pod deterministickou analýzou seizmického ohrozenia (DSHA) možno rozumieť taký výpočet, v ktorom sú používané diskrétne (jednohodnotové) javy alebo modely (Reiter 1990). Zjednodušene povedané, ide zvolenie zemetrasenia s vopred stanovenými parametrami a určenie jeho vplyvu na záujmové miesto. Jednoduchým príkladom výsledku deterministickej analýzy seizmického ohrozenia je nasledovné konštatovanie: Seizmické ohrozenie na lokalite X, charakterizované hodnotou špičkového zrýchlenia PGA, je výsledkom výskytu zemetrasenia s magnitúdom M v zdrojovej zóne Z. Deterministická analýza seizmického ohrozenia pozostáva podľa Reitera (1990) z nasledovných základných krokov (Obr. 2): 1. krok: Identifikácia zdrojových zón zemetrasení Aby bolo možné identifikovať a vyčleniť seizmické zdrojové zóny zemetrasení (bodové, lineárne zlomy, plošné a objemové), je potrebné zostaviť seizmologickú a geologickú databázu. Jej obsahové požiadavky závisia od účelu, pre ktorý je analýza seizmického ohrozenia vykonávaná. 21

23 Obr. 2 Základné kroky deterministickej analýzy seizmického ohrozenia (Reiter 1990). 2. krok: Výber určujúceho zemetrasenia Pre každú zdrojovú zónu je zvolené určujúce zemetrasenie, ktoré je charakterizované hodnotou príslušného (spravidla momentového) magnitúda alebo epicentrálnej intenzity. Pre každú zdrojovú zónu je určená vzdialenosť od záujmovej lokality, spravidla je ňou najbližšia vzdialenosť zdrojovej zóny od lokality. Ak sa lokalita nachádza v seizmickej zdrojovej zóne, výskyt určujúceho zemetrasenia sa predpokladá pod lokalitou. Charakteristiky určujúceho zemetrasenia sú dominantné v porovnaní s ostatnými zemetraseniami z danej zdrojovej zóny. 3. krok: Určenie účinkov zemetrasení Využívajú sa empiricky získané prediktívne rovnice seizmického pohybu (GMPE, Ground Motion Prediction Equations) pre zvolenú charakteristiku seizmického pohybu (napr. špičkové zrýchlenie). GMPE boli v minulosti známe pod označením útlmové vzťahy (attenuation relationships). 22

24 4. krok: Stanovenie seizmického ohrozenia na záujmovej lokalite Pre hodnoty magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia je z prediktívnej rovnice seizmického pohybu určená hodnota charakteristiky seizmického ohrozenia. Taktiež sa zohľadní vplyv lokálnych geologických podmienok a neurčitosti určenia strednej hodnoty príslušnej spektrálnej charakteristiky v prediktívnej rovnici seizmického pohybu. Pre účely inžinierskej praxe (Krinitzsky 2002) sa deterministickou analýzou seizmického ohrozenia určujú: maximálne vierohodné zemetrasenie (MCE, Maximum Credible Earthquake), maximálne návrhové zemetrasenie (MDE, Maximum Design Earthquake). Maximálne vierohodné zemetrasenie (MCE) predstavuje vzhľadom k analyzovanému územiu najväčšie zemetrasenie, ktoré možno vierohodne očakávať. Určuje sa na základe dostupných seizmologických a geologických dát (minulá seizmická aktivita územia, výskum paleozemetrasení a pod.). Najčastejšie sa MCS stanovuje ako stredná hodnota zvolenej charakteristiky seizmického pohybu plus jedennásobok štandardnej odchýlky príslušnej GMPE. MCS nie je najhorším (najsilnejším) zemetrasením, ktoré sa môže na analyzovanom území vyskytnúť (takéto zemetrasenie sa v DSHA označuje termínom Maximum Possible Earthquake ). Maximálne návrhové zemetrasenie (MDE) predstavuje takú úroveň seizmického pohybu na lokalite, ktoré predstavuje vstup pre následné inžinierske (konštrukčné) analýzy. V prípade kritických stavebných štruktúr je totožné s MCS, v prípade iných stavebných štruktúr sa stanovuje po dohode geológov, seizmológov, stavebných inžinierov a vlastníka projektovanej stavby Pravdepodobnostná analýza seizmického ohrozenia Pravdepodobnostná analýza seizmického ohrozenia (PSHA) využíva mnohohodnotový popis javov alebo modelov. Do výpočtu seizmického ohrozenia zahŕňa účinky zemetrasení všetkých magnitúd a zo všetkých vzdialeností od záujmovej lokality, ktoré sú schopné ovplyvniť výsledné charakteristiky seizmického pohybu na záujmovej lokalite. Využíva štatistické metódy na výpočet pravdepodobnosti prekročenia zvolenej hodnoty danej charakteristiky seizmického pohybu pre určité časové obdobie. PSHA umožňuje zahrnúť viacero 23

25 alternatívnych modelov vstupných dát spolu s ich neurčitosťami. Výstupy PSHA sú využívané najmä v inžinierskej stavebnej praxi a v následných výpočtoch seizmického rizika. Pravdepodobnostná analýza seizmického ohrozenia pozostáva podľa Reitera (1990) z nasledovných základných krokov (Obr. 3): Obr. 3 Základné kroky pravdepodobnostnej analýzy seizmického ohrozenia (Reiter 1990). 0. krok: Zostavenie seizmologickej, geologickej, geofyzikálnej a geotechnickej databázy pre záujmovú oblasť 1 Úvodným krokom v PSHA, podobne ako v DSHA, je tvorba vstupných databáz (seizmologickej, geologickej, geofyzikálnej a geotechnickej). Požiadavky na obsah údajov v databázach sa môže líšiť v závislosti od účelu, pre ktorý je PSHA vykonávaná. Na vytvorenie seizmologickej databázy je potrebné zhromaždiť a dokumentovať údaje o prehistorických, historických a prístrojovo zaznamenaných zemetraseniach v relevantnej oblasti, najmä: 1 Tento krok, časovo najnáročnejší, sa v prehľadoch metodológie PSHA pre nás z neznámych príčin neuvádza samostatne, preto v snahe dodržať štandardné poradie krokov sme mu priradili poradové číslo 0. 24

26 dátum, čas a trvanie zemetrasenia, poloha epicentra, hĺbka ohniska, všetky určené magnitúda a seizmický moment, maximálna intenzita, epicentrálna intenzita s popisom lokálnych podmienok a pozorovaných škôd, typ použitej intenzitnej stupnice, izoseisty, odhady neurčitostí pre vyššie uvedené parametre, údaje o pocítených predtrasoch a dotrasoch, iné informácie, ktoré môžu byť užitočné pre pochopenie seizmotektonického režimu (napr. mechanizmus ohniska, pokles napätia a iné parametre seizmického zdroja), údaje o zlome, ku ktorému je možné zemetrasenie priradiť, smerovosť a trvanie šírenia trhliny, záznamy zo širokopásmových seizmometrov a akcelerografov silných pohybov. 1. krok: Identifikácia zdrojových zón zemetrasení Tento krok je analogický prvému kroku z deterministického prístupu k analýze seizmického ohrozenia. Je výsledkom seizmotektonického modelu, ktorý vzniká syntézou všetkých horeuvedených databáz. Možno rozlišovať dva typy seizmických zdrojov: seizmogénne štruktúry a zóny s difúznou seizmickou aktivitou. Seizmogénne štruktúry ich identifikovanie sa uskutočňuje na základe súvisu údajov z geologickej, geotechnickej a seizmologickej databázy a na základe tých geologických čŕt, pre ktoré existuje priamy alebo nepriamy dôkaz, že boli seizmickým zdrojom v recentnom tektonickom režime. Najčastejšie sú známe pod označením seizmické zdrojové zóny alebo len seizmické zóny či zdrojové zóny. Zóny s difúznou seizmickou aktivitou nie je možné priradiť ich štruktúram identifikovaným na základe databázy. Je možné použiť seizmotektonické provincie na ich reprezentovanie, pričom pre každú provinciu sa predpokladá geograficky rovnomerné rozloženie seizmickej aktivity. Z hľadiska geometrie rozoznávame bodové, lineárne (zodpovedajúce tektonickým zlomom - ak sú známe), plošné a objemové seizmické zdroje. Na rozdiel od deterministického prístupu sa predpokladá, že v rámci jedného seizmického zdroja je seizmická aktivita priestorovo a časovo homogénna (McGuire 2004). 25

27 2. krok: Určenie početnostných vzťahov pre každú zdrojovú zónu Tento krok sa zásadne líši od druhého kroku v deterministickom prístupe. Namiesto definovania určujúceho zemetrasenia pre každú zdrojovú zónu je v pravdepodobnostnom prístupe pre každý zdroj určený početnostný vzťah a maximálne potenciálne magnitúdo (vrátane určenia ich neurčitostí). Pred samotným výpočtom parametrov početnostného vzťahu je potrebné najprv vyhodnotiť a spracovať databázu (katalóg) zemetrasení. Je potrebné: vybrať konzistentný typ magnitúda a určiť ho pre každé zemetrasenie (najvhodnejšie je momentové magnitúdo M w ), identifikovať hlavné otrasy, predtrasy a dotrasy, odhadnúť úplnosť katalógu ako funkciu magnitúda, priestorového pokrytia a časového obdobia, posúdiť kvalitu údajov získaných prepočtom s odhadmi ich neurčitostí. Zvolený druh magnitúda by mal byť zhodný s druhom magnitúda použitým v prediktívnych rovniciach seizmického pohybu a vo vzťahoch použitých na odvodenie magnitúda z údajov o makroseizmickej intenzite. Časovú a priestorovú úplnosť seizmologickej databázy možno vyhodnocovať pomocou historických metód (Agnew 1991, Gouin 2001, Musson et al. 2001, Stucchi et al. 2004) alebo štatistických metód (Stepp 1972, Albarello et al. 2001). Na identifikáciu predtrasov a dotrasov je možné okrem manuálneho prehľadávania seizmologickej databázy a expertného posúdenia každého zemetrasenia využiť napríklad metódu časovo-priestorového okna (Gardener a Knopoff 1974, Grünthal 1985, Uhrhammer 1986, Youngs et al. 1987) alebo metódu klastrov (Reasenberg 1985). 3. krok: Určenie účinkov zemetrasení Tento krok je analogický tretiemu kroku z DSHA. Prediktívne rovnice seizmického pohybu (GMPE) majú vyjadrovať seizmický pohyb ako funkciu magnitúda, vzdialenosti a iných relevantných parametrov (napr. typu sklzu, typu podložia) pomocou empiricky alebo stochasticky určeného vzťahu. GMPE je možné rozdeliť (Delavaud et al. 2012) na vzťahy pre stabilné kontinentálne oblasti (SCR, stable continental regions), aktívne plytké kôrové oblasti (ASCR, active shallow crustal regions), vulkanické oblasti, subdukčné oblasti a zemetrasenia s hlbokým ohniskom v nesubdukčných oblastiach (deep focus earthquakes, napr. Vrancea, Rumunsko). Prehľad GMPE publikovaných do roku 2010 a aplikovateľných na území Európy je uvedený 26

28 v publikácii Drouet et al. (2010), ktorá bola vypracovaná pre potreby paneurópskeho projektu SHARE zameraného na analýzu seizmického ohrozenia (Woessner et al. 2012). Vo všeobecnosti platí, že útlm seizmických vĺn so zväčšujúcou sa vzdialenosťou je nižší pre stabilné kontinentálne oblasti a vyšší pre aktívne oblasti. Kritériá na výber súboru GMPE pre analýzu seizmického ohrozenia publikovali Cotton et al. (2006) a doplnili Bommer et al. (2010). GMPE pre danú PSHA sú vyberané najmä na základe ich aktuálnosti a akceptovateľnosti v čase realizácie analýzy ohrozenia. Majú byť konzistentné s použitým druhom magnitúda a útlmovými charakteristikami záujmového regiónu, majú čo najviac zodpovedať tektonickým podmienkam záujmového regiónu a zohľadňovať lokálne údaje o seizmickom pohybe, ak sú k dispozícii. Epistemickú neurčitosť je možné do analýzy seizmického ohrozenia zahrnúť použitím viacerých GMPE s rôznymi váhovými koeficientami v logickom strome. V prípade nedostatku záznamov silných seizmických pohybov je možné použiť údaje o makroseizmickej intenzite na výber súboru GMPE. Tieto údaje by sa mali použiť aspoň kvalitatívne na verifikovanie skutočnosti, či GMPE použité pre výpočet seizmického ohrozenia sú reprezentatívne pre útlmové charakteristiky v záujmovej oblasti. V seizmicky aktívnych oblastiach, kde je k dispozícii dostatočné množstvo údajov o seizmickom pohybe spôsobenom identifikovateľnými zlomami, je tiež vhodné numericky simulovať šírenie trhliny a seizmických vĺn. 4. krok: Určenie seizmického ohrozenia na záujmovej lokalite Tento krok sa zásadne líši od štvrtého kroku v deterministickom prístupe. Výsledkom PSHA je krivka seizmického ohrozenia (seismic hazard curve; krok č. 4 na Obr. 3), t.j. ročná pravdepodobnosť prekročenia zvolenej hodnoty danej charakteristiky seizmického pohybu na záujmovej lokalite. Alternatívne môže mať krivka seizmického ohrozenia podobu očakávanej ročnej frekvencie prekročení zvolenej hodnoty danej charakteristiky seizmického pohybu na záujmovom mieste (McGuire 2004). Obe alternatívne podoby krivky seizmického ohrozenia sú vzájomne previazané. Najpoužívanejším prístupom k pravdepodobnostnej analýze seizmického ohrozenia je tzv. klasický prístup (Cornell 1968, McGuire 1976), ktorého matematický popis je uvedený v nasledujúcej podkapitole. Z ostatných prístupov je najpoužívanejší tzv. kernel prístup (Woo 1996), pri ktorom sa záujmové územie nerozčleňuje na seizmické zdrojové zóny, ale plošná hustota zemetrasení (activity rate) sa štatisticky vypočítava priamo z katalógu zemetrasení. 27

29 1.3.3 Porovnanie deterministického a pravdepodobnostného prístupu Výhodou deterministického prístupu k analýze seizmického ohrozenia je jeho relatívna jednoduchosť. Umožňuje vyhnúť sa expertným úvahám, ktoré sprevádzajú jednotlivé kroky PSHA, a zostavovaniu logického stromu pre alternatívne scenáre. Tým odpadá aj problém so šírením sa neurčitostí vo výpočte seizmického ohrozenia (Krinitzsky 2003). Deterministický prístup má však veľké množstvo nevýhod, ktoré sú popísané napr. v práci (Baker 2008). To, čo sa na prvý pohľad ukazuje ako výhoda (nepotrebnosť práce s neurčitosťami), je napokon veľkou nevýhodou tohto prístupu, pretože v ňom nemožno zohľadniť rozdielne (a často si i protirečiace) údaje vstupujúce do analýzy seizmického ohrozenia. Výsledné charakteristiky seizmického ohrozenia sú určené bez návratovej periódy a bez zohľadnenia neurčitostí vstupných parametrov, pričom je zrejmé, že je rozdiel v tom, či zvolená úroveň charakteristiky seizmického ohrozenia môže byť prekročená raz za 100 rokov alebo raz za rokov, a to pri mediánovej hodnote alebo s príslušným percentilom. Stanovenie seizmického ohrozenia na skúmanej lokalite deterministickým prístupom prostredníctvom MCE býva v literatúre často nesprávne označované ako najhorší prípad (worst-case scenario; napr. Baker 2008), hoci MCE samotné tak definované nie je (Krinitzsky 2002). Za oprávnenú výhradu k stanoveniu seizmického ohrozenia prostredníctvom MCE považujeme skutočnosť, že ignoruje fyzikálnu realitu v podobe rozptylu dát, z ktorých bola daná GMPE odvodená. Jedennásobok štandardnej odchýlky za predpokladu Gaussovho rozdelenia pokrýva 84% dát, ďalších 16% však ostáva pri určení seizmického ohrozenia nezohľadnených (Bommer 2003). Je teda použitie oboch metód analýzy seizmického ohrozenia vzájomne sa vylučujúce? Je niektorá z metód založená na chybných metodologických východiskách? Na predmetnú otázku je v literatúre široké spektrum názorov. Medzi významných kritikov metodologických východísk PSHA patrí Ellis Krinitzsky. V článkoch publikovaných v 90. rokoch upozornil na problematičnosť používania expertných rozhodnutí v analýze seizmického ohrozenia (Krinitzsky 1993a), nedostatky spojené s určovaním parametra b v početnostných vzťahoch (Krinitzsky 1993b) a na prípustnosť metódy logického stromu ako spôsobu zahrnutia epistemických neurčitostí do výpočtu seizmického ohrozenia (Krinitzsky 1995). Neodporúča preto používať PSHA pre analýzu 28

30 seizmického ohrozenia kritických stavebných objektov konštrukcií a ponechať jej použitie len pre nekritické stavebné štruktúry (Krinitzsky 2003). Iní autori naopak nazerajú na obe metódy analýzy seizmického ohrozenia ako na vzájomne komplementárne a nevidia medzi nimi rozpor. McGuire (2001) upozornil, že primárnosť niektorej z oboch metód závisí od účelu, pre ktorý je analýza seizmického ohrozenia vykonávaná; použitie PSHA uprednostňuje pri požiadavke na kvantitatívne výsledky (navrhovanie konštrukcií na seizmickú odolnosť, poistné riziko), kým použitie DSHA uprednostňuje pri uprednostnení kvalitatívnych výsledkov (plány pre potreby civilnej ochrany pri vzniku mimoriadnej udalosti). Názor, že medzi oboma metódami neexistuje dichotómia, prezentoval aj Bommer (2002). Toto stanovisko si osvojili aj autori aktuálne platného bezpečnostného návodu MAAE pre seizmické ohrozenie v hodnotení lokality pre jadrové zariadenia (IAEA 2010). Bezpečnostný návod ako primárnu metódu stanovuje PSHA, avšak po deagregácii pravdepodobnostného výpočtu a určení hodnoty určujúceho zemetrasenia odporúča spektrum odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne stanoviť pomocou DSHA. Časť autorov principiálne odmieta používanie PSHA z dôvodu, že matematické základy najpoužívanejšieho prístupu PSHA, tzv. klasického prístupu (Cornell 1968, McGuire 1976), sú údajne chybné. Diskusia medzi oponentami a zástancami tzv. klasického prístupu k PSHA nabrala na intenzite po zverejnení výsledkov projektu PEGASOS (Probabilistische Erdbeben- Gefährdungs-Analyse für KKW-Standorte in der Schweiz), ktorý bol riešený v rokoch 2000 až 2004 za účasti najvýznamnejších svetových expertov na oblasť seizmického ohrozenia (Abrahamson et al. 2002). Cieľom projektu bolo prehodnotenie seizmického ohrozenia lokalít jadrových elektrární na území Švajčiarska, ktoré bolo vypočítané v 80. rokoch. PSHA bola vykonávaná na tzv. úrovni 4 (Level 4) metodológie SSHAC (1997), ktorá predstavovala kodifikáciu praxe na úrovni aktuálnych vedeckých poznatkov v oblasti seizmického ohrozenia lokalít s jadrovými zariadeniami na území USA. Keďže výsledkom projektu PEGASOS bolo významné navýšenie seizmického ohrozenia voči hodnotám z 80. rokoch, vznikla oprávnená otázka, prečo je tomu tak. Wang (2005, 2009, 2010, 2012) a Wang a Zhou (2007) tvrdia, že výsledky dosiahnuté PSHA predstavujú iba čistý matematický koncept bez vzťahu k fyzikálnej realite. Tieto názory vyvracajú Bommer a Abrahamson (2007) a Musson (2012). Aplikovateľnosť metodológie SSHAC pre účely výpočtu seizmického ohrozenia lokalít s jadrovými zariadeniami na území Švajčiarska spochybnil Klügel (2005). Podľa jeho názoru uvedená metodológia (resp. metodológia Cornell-McGuire) nie je vhodná pre územia 29

31 s nízkou až strednou úrovňou seizmickej aktivity, pre ktoré nie je dostatok relevantných údajov pre zhodnotenie seizmického ohrozenia územia. Výsledkom pravdepodobnostnej analýzy bude nadhodnotenie úrovne seizmického ohrozenia pre túto kategóriu území. Ďalej upozornil na (podľa jeho názoru) nesprávne zohľadnenie neurčitostí v PSHA. Prezentovaným názorom oponovali Budnitz et al. (2005) a Musson et al. (2005). Bommer a Abrahamson (2006) upozornili, že príčinou navýšenia hodnôt seizmického ohrozenia v projekte PEGASOS bolo nesprávna implementácia vstupných údajov pre parameter sigma (štandardnú odchýlku GMPE) do výpočtového programu použitého v 80. rokoch. Zároveň ukázali, že pri správnej softvérovej implementácii parametra sigma sú hodnoty seizmického ohrozenia z 80. rokov (pri použití vtedajších vstupných údajov) a hodnoty z projektu PEGASOS porovnateľné. V reakcii na výsledky projektu PEGASOS sa v roku 2008 začal tzv. PEGASOS Refinement Project, ktorého úlohou malo byť spresnenie výsledkov pôvodného projektu. Syntézu sui generis pravdepodobnostného a deterministického prístupu k analýze seizmického ohrozenia predstavuje neodeterministický prístup (NDSHA, Neo- Deterministic Seismic Hazard Assessment), v ktorom sú pravdepodobnostne interpretované výsledky deterministickej analýzy, resp. analýzy založenej na scenároch zemetrasení (Klügel et al. 2006, Zuccolo et al. 2011, Paskaleva et al. 2011). Neodeterministický prístup zatiaľ nie je všeobecne akceptovaný ako alternatíva k PSHA. 30

32 1.4 Matematická teória pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia (metodológia Cornell McGuire) V predchádzajúcej podkapitole stručne predstavená metodológia PSHA, označovaná ako klasický prístup alebo tiež metodológia Cornell-McGuire (Kijko 2011), je spätá s prácami Cornella a Estevu publikovanými koncom 60-tych a na počiatku 70-tych rokov 20. storočia (Cornell 1968, 1970; Esteva 1967, 1969). Cornell v uvedených prácach predstavil metodológiu výpočtu PSHA a jej matematickú realizáciu. Pravdepodobnostný prístup k určovaniu seizmického ohrozenia ďalej spopularizoval McGuire v roku 1976 vytvorením výpočtového programu EQRISK (McGuire 1976). Preto sa klasický prístup k PSHA označuje aj ako metodológia Cornell-McGuire. Histórii vzniku PSHA sa venuje práca McGuire (2008) a čiastočne (so zameraním na spôsob zahrnutia parametra sigma do výpočtu) aj práca Bommer a Abrahamson (2006) Integrál seizmického ohrozenia Pravdepodobnosť prekročenia zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovom mieste pri zemetraseniach z jedného seizmického zdroja určíme ako kde PC max max M R R M, (10) min M 0 P C c P C c m, r f ( r) f ( m) dr dm c je pravdepodobnosť prekročenia zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovom mieste, min M je minimálne výpočtové magnitúdo, max M je maximálne potenciálne (možné) magnitúdo, max R je maximálna uvažovaná výpočtová vzdialenosť, R f () r je funkcia hustoty pravdepodobnosti rozloženia vzdialenosti medzi M seizmickým zdrojom a záujmovou lokalitou, f ( m ) je funkcia hustoty pravdepodobnosti rozloženia magnitúda pre seizmický zdroj, 31

33 PC c mr, je podmienená pravdepodobnosť, že zemetrasenie s magnitúdom m a vo vzdialenosti r prekročí zvolenú hodnotu c charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovom mieste. Vzťah (10) predstavuje aplikáciu vety o úplnej pravdepodobnosti (total probability theorem) 2 na pravdepodobnosť prekročenia zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovom mieste. Vzťah (10) neobsahuje informáciu, ako častý je výskyt zemetrasení, ktoré spôsobia prekročenie zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C. Očakávaný ročný počet prekročení zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C pri zemetraseniach z jedného seizmického zdroja na záujmovom mieste určíme ako kde min N C c P C c, (11) N C c je očakávaný ročný počet prekročení zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C od jedného seizmického zdroja na záujmovom mieste, min je ročný počet zemetrasení seizmického zdroja s magnitúdom väčším min ako M. Spojením vzťahov (10) a (11) dostaneme max max M R R M. (12) min M 0 min N C c P C c m, r f ( r) f ( m) dr dm Očakávaný ročný počet prekročení zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C od všetkých seizmických zdrojov možno vypočítať ako súčet očakávaných ročných počtov prekročení od jednotlivých seizmických zdrojov, teda platí 2 Veta o úplnej pravdepodobnosti umožňuje vypočítať nepodmienenú pravdepodobnosť javu, ak sú známe podmienené pravdepodobnosti. Uvažujme množinu disjunktných javov B1, B2,... B n, ktorá úplne pokrýva všetky možnosti, ktoré môžu pri náhodnom jave nastať. Potom pravdepodobnosť ľubovoľného javu A možno vypočítať z pravdepodobností P A B podľa vzťahu PB a z podmienených pravdepodobností ( ) k n k. P A P A B P B. k 1 32 k k

34 J J j j, (13) j1 j1 min N C c N C c P C c kde j N C c je očakávaný ročný počet prekročení zvolenej hodnoty c charakteristiky J seizmického pohybu C od j -teho seizmického zdroja, je celkový počet seizmických zdrojov, min j je ročný počet zemetrasení j -teho seizmického zdroja, PC c je pravdepodobnosť prekročenia zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovom mieste. Vzťah (13) možno pomocou vzťahov (10) až (12) upraviť do podoby (napr. Baker 2008) J M max j R max. (14) min R M () ( ), N C c f r f m P C c m r dr dm j j j j M 1 min 0 Jednotlivé členy v integráli seizmického ohrozenia majú nasledujúci význam: min j ročný počet zemetrasení j-teho seizmického zdroja s magnitúdom väčším ako min M, min M minimálne výpočtové magnitúdo, max M j maximálne potenciálne (možné) magnitúdo pre j -ty seizmický zdroj, max R maximálna uvažovaná (výpočtová) vzdialenosť seizmických zdrojov, R j f () r funkcia hustoty pravdepodobnosti rozloženia vzdialenosti M j medzi j -tym seizmickým zdrojom a záujmovou lokalitou, f ( m ) funkcia hustoty pravdepodobnosti rozloženia magnitúda pre j -ty PC seizmický zdroj, c mr, pravdepodobnosť, že zemetrasenie s magnitúdom m a vo vzdialenosti r prekročí zvolenú hodnotu c charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovom mieste. 33

35 1.4.2 Zemetrasenia ako poissonovský proces Zemetrasenie ako náhodný proces môžeme modelovať ako poissonovský proces za týchto predpokladov (Baker 2008): 1. stacionarita Pravdepodobnosť výskytu zemetrasenia v krátkom časovom intervale tt, je pre každé t približne rovná. 2. nenásobnosť Pravdepodobnosť výskytu dvoch alebo viacerých zemetrasení v krátkom časovom intervale je zanedbateľná v porovnaní s (t.j. je menšieho rádu ako ). 3. nezávislosť Počet zemetrasení v ľubovoľnom časovom intervale je nezávislý na počte zemetrasení v ľubovoľnom inom (neprekrývajúcom sa) časovom intervale. Predpoklad poissonovského procesu je široko používaný od samotného uvedenia PSHA do praxe v 70. rokoch pre jeho ľahkú aplikovateľnosť (stačí určiť len parameter, t.j. priemerný počet zemetrasení za jednotku času). Podmienka nenásobnosti nie je splnená pre predtrasy a dotrasy, ktoré je potrebné v katalógu zemetrasení identifikovať a následne ich z ďalšieho výpočtu vylúčiť. Ak predpokladáme, že zemetrasenia ako náhodný proces spĺňajú predpoklady poissonovského procesu, potom výskyt zemetrasení v čase t možno popísať Poissonovým rozdelením. 3 Tým aj očakávaný počet prekročení NC c má Poissonovo rozdelenie a ďalej platí, že pravdepodobnosť aspoň jedného prekročenia zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovom mieste počas obdobia T rokov môžeme vyjadriť ako N C 1 c T PC c T e, (15) kde NC c je očakávaný počet prekročení zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C (napr. PGA, PGV, PSA). 3 Pripomeňme, že diskrétna náhodná veličina X má Poissonovo rozdelenie s parametrom (majúci význam stredného počtu realizácii náhodného javu za jednotku času), ak nadobúda hodnoty x, k 0,1,... n s pravdepodobnosťami k pk px k e, 0, k 0,1,... n. k! 34 k

36 Za predpokladu, že výraz NC pri použití Taylorovho rozvoja do prvého rádu upraviť do podoby c T nadobúda malé hodnoty, môžeme vzťah (15) PC c T NC ct. (16) Obdobie, počas ktorého dôjde k aspoň jednému prekročeniu zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybuc, sa označuje termínom návratová perióda (RP, Return Period) a platí pre ňu vzťah RP 1 T N C c P C c T ln 1. (17) Pre účely stavebnej technickej normy Eurokód 8 a úroveň SL-1 pre lokality s jadrovým zariadením sa uvažuje 10% pravdepodobnosť prekročenia počas 50 rokov, t. j. ct 0.1 PC a T 50, čo dáva hodnotu návratovej periódy RP 475 rokov Fyzikálna interpretácia členov v integráli seizmického ohrozenia V tejto podkapitole uvádzame fyzikálnu interpretáciu a spôsob určenia členov vstupujúcich do vzťahu (14), ktorý predstavuje integrál seizmického ohrozenia počítaný v PSHA. min M minimálne výpočtové magnitúdo Minimálne výpočtové magnitúdo sa volí väčšinou na takej hodnote, pri ktorej už môže dôjsť ku vzniku škôd na budovách. Samotná hodnota magnitúda však nie je najlepším spôsobom vyjadrenia potenciálu škôd a v minulosti sa voľbe jeho hodnoty nevenovala dostatočná pozornosť (Bommer et al. 2004). Preto ako alternatívu k použitiu minimálneho magnitúda je možné špecifikovať minimálnu úroveň pohybu vyjadrenú pomocou akceptovaného parametra poškodenia (napr. kumulatívna absolútna rýchlosť, CAV) spolu so špecifickou hodnotou parametra, pre ktorú je možné jasne demonštrovať, že pri nej nedôjde k poškodeniu (Campbell a Bozorgnia 2010). V závislosti od účelu vykonávanej analýzy sa odporúča výber parametra uskutočniť v súčinnosti so stavebným inžinierom alebo analytikom odolnosti. 35

37 max M j maximálne potenciálne (možné) magnitúdo pre j -ty seizmický zdroj Skratkovito povedané, ide o najväčšie zemetrasenie, ktoré môže v j -tom seizmickom zdroji nastať. Stručný prehľad v súčasnosti používaných spôsobov určenia maximálneho potenciálneho magnitúda možno nájsť v práci Wiemer et al. (2009). Vzhľadom na krátky časový rad pozorovaní (história zemetrasení v katalógoch siaha typicky do rádu storočí) sa maximálne potenciálne magnitúdo pre daný seizmický zdroj nerovná maximálnemu pozorovanému magnitúdu, môže sa však uvažovať rovné maximálnemu pozorovanému magnitúdu plus aditívna hodnota (napríklad 0.3, 0.5, 1.0). Ak sú k dispozícii dostatočné údaje o seizmologickej a geologickej histórii vývoja zlomu alebo inej seizmogénnej štruktúry (ako napríklad segmentácia, priemerný pokles napätia a šírka zlomu), potom maximálne potenciálne magnitúdo môže byť určené z odhadov maximálnych rozmerov trhlín a/alebo posunutí pri budúcich zemetraseniach pomocou empirických vzťahov, spomedzi ktorých sú najznámejšie a najpoužívanejšie vzťahy Wells a Coppersmith (1994) a Leonard (2010). Môžu sa však použiť aj prístupy na základe štatistickej analýzy početnostných vzťahov pre zemetrasenia spojené s danou seizmogénnou štruktúrou (napr. Ward 1997, Sornette a Sornette 1999, Kijko 2004). Iným štatistickým prístupom je štatistická analýza historických dát a seizmotektonických charakteristík regiónu, a to porovnaním s regiónmi s analogickými seizmotektonickými charakteristikami vo svete, pre ktoré sú k dispozícii dostatočné historické údaje; najznámejším prístupom tohto druhu je EPRI metóda (Johnston et al. 1994). R j f () r funkcia hustoty pravdepodobnosti rozloženia vzdialenosti medzi j -tym seizmickým zdrojom a záujmovou lokalitou Tento člen je dôsledkom rozdelenia záujmovej oblasti na seizmické zdroje (zónovania). Ovplyvňuje ho teda spôsob vyčlenenia seizmických zdrojových zón, ich geometria a vzájomná poloha záujmovej lokality voči seizmickej zdrojovej zóne. Analyticky možno tento člen vypočítať len pre niektoré jednoduché (z hľadiska praktického použitia nerealistické) konfigurácie. 36

38 M j f ( m ) funkcia hustoty pravdepodobnosti rozloženia magntiúda pre j -ty zdroj Tento člen sa určuje na základe početnostného vzťahu. Najčastejšie sa využíva Guttenberg- Richterov typ početnostného vzťahu (Guttenberg a Richter 1944), známy v tvare log( n) a bm, (18) kde n je kumulatívny počet zemetrasení s magnitúdom väčším alebo rovným ako m (pričom m 0 ), a a b sú parametre. Zo vzťahu (18) vyplýva, že distribúcia počtu zemetrasení v závislosti od magnitúda spĺňa exponenciálne rozdelenie. Vzťah (18) možno upraviť do podoby nm ( ). e m, 10 a, bln10. (19) Zo vzťahu (19) možno nahliadnuť fyzikálny význam parametrov a a b (resp. a ) početnostného vzťahu. Parameter má význam kumulatívneho ročného počtu zemetrasení s magnitúdom väčším alebo rovným 0, čiže: n0. Parameter b určuje pomer počtu výskytov slabých a silných zemetrasení pre daný seizmický zdroj. Jeho hodnota býva pre oblasti vnútri litosférických platní zvyčajne blízka 1. Malá hodnota parametra b znamená zvyšovanie ročného počtu silných zemetrasení vzhľadom k slabým. To sa prejaví zvýšením seizmického ohrozenia, a to predovšetkým pri dlhých návratových periódach. Rozsah magnitúd m pre daný seizmický zdroj j je spravidla ohraničený intervalom j,min max j M m M. (20) Horná hranica intervalu je daná maximálnym potenciálnym zemetrasením max M j pre j - ty seizmický zdroj. Táto hranica má fyzikálnu povahu (súvislosť medzi dĺžkou trhliny a veľkosťou zemetrasenia). Dolná hranica intervalu výpočtového magnitúda M j,min je rôzna od minimálneho min M a je daná úplnosťou katalógu zemetrasení pre malé magnitúda (čo úzko súvisí s detekčnou účinnosťou sietí seizmických staníc, z ktorých sú následne poskytované údaje do daného katalógu zemetrasení). 37

39 Pre zdola a súčasne zhora ohraničený magnitúdový interval zemetrasení možno odvodiť tzv. zrezaný početnostný vzťah n m min 1 1 e 1 e ( mm ) j max min ( M M ) min, (21) min kde je ročný počet zemetrasení s magnitúdom m v intervale M m M. K nemu zodpovedajúcu funkciu hustoty pravdepodobnosti rozloženia magnitúda pre j -ty seizmický zdroj (napr. McGuire 2004, Appendix B) možno vyjadriť ako min max j f M j ( mm ) e min ( m), j ( M max Mmin ) 1 e (22) čo je hľadaný výraz vstupujúci do vzťahu (14). min j ročný počet zemetrasení j -teho zdroja s magnitúdom väčším ako min M Zo vzťahu (21) možno ukázať, že platí rovnosť min min j. (23) PC cmr, podmienená pravdepodobnosť, že zemetrasenie s magnitúdom m a vo vzdialenosti r prekročí zvolenú hodnotu c charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovej lokalite Táto podmienená pravdepodobnosť sa dá určiť na základe prediktívnej rovnice seizmického pohybu (GMPE). Prediktívne rovnice sú empirické vzťahy, ktoré majú tvar ln C g( m, r, s ), (24) i 38

40 kde gmrs (,, i ) je matematická funkcia vyjadrujúca závislosť príslušnej charakteristiky seizmického pohybu C od magnitúda m, vzdialenosti r záujmovej lokality od seizmického zdroja a súboru ostatných relevantných parametrov lokálnych podmienok na záujmovej lokalite), s i (napr. typu zlomového procesu, je náhodná premenná, pre ktorú predpokladáme, že má normálne (Gaussovo) rozdelenie s nulovou strednou hodnotou a štandardnou odchýlkou, t. j. f 2 1 exp (25) Pri hľadaní pravdepodobnosti PC cmr, nás zaujíma, kedy platí C c ln C ln c gmr (, ) lnc ln c g m, r. (26) PC c m, r P ln c g mr, mr, 1 exp d ln c g( m, r) ln c g( m, r) exp d (27) 1 1 ln c g( m, r), kde je kumulatívna distribučná funkcia normovaného normálneho rozdelenia. 39

41 Hľadaná pravdepodobnosť, že zemetrasenie s magnitúdom m a vo vzdialenosti r prekročí zvolenú hodnotu c danej charakteristiky seizmického pohybu C na záujmovej lokalite, je teda 1 PC c mr, 1 ln c gmr,. (28) Grafická interpretácia vzťahu (28) je znázornená na Obr. 4. Vyšrafovaná časť funkcie hustoty pravdepodobnosti normálneho (Gaussovho) rozdelenia predstavuje hľadanú pravdepodobnosť prekročenia zvolenej hodnoty PGA 1 g pre danú dvojicu magnitúda m a vzdialenosti r. Obr. 4 Grafické znázornenie významu člena PC c m, r v integráli seizmického ohrozenia. V modelovom príklade je použitá prediktívna rovnica Cornell et al. (1979) pre m 6.5 a vzdialenosti r 3, 10 a 30 km. Prevzaté z práce Baker (2008) Spôsob výpočtu spektra odozvy pre rovnomerné ohrozenie Jedným z účelov pravdepodobnostnej analýzy seizmického ohrozenia je stanoviť návrhové spektrum odozvy pre stavebnoinžinierske a geotechnické analýzy. Najčastejšie sa pre tento účel stanovuje spektrum odozvy pre rovnomerné ohrozenie (UHS, uniform hazard spectrum). Spôsob výpočtu spektra odozvy pre rovnomerné ohrozenie je schématicky znázornený na Obr. 5. UHS sa získava z kriviek seizmického ohrozenia jednotlivých spektrálnych ordinát (pseudospektrálne zrýchlenia PSA vzťahujúce sa ku jednotlivým periódam). Po zvolení 40

42 záujmovej pravdepodobnosti prekročenia (počtu prekročení) sa pre každú spektrálnu ordinátu z krivky seizmického ohrozenia odčíta zodpovedajúca amplitúda. Jednotlivé amplitúdy spektrálnych zrýchlení sú následne voči nim zodpovedajúcim periódam vynesené do grafu. Obr. 5 Grafické znázornenie spôsobu výpočtu spektra odozvy pre rovnomerné ohrozenie. Prevzaté z práce Baker (2008). Pripomeňme, že rovnomernosť ohrozenia v prípade UHS znamená, že každá spektrálna ordináta PSA má rovnakú pravdepodobnosť prekročenia (resp. rovnakú návratovú periódu). UHS teda nepredstavuje spektrum seizmického pohybu nejakého konkrétneho zemetrasenia, ale obálku spektrálnych zrýchlení na rôznych periódach pochádzajúcich z rôznych zemetrasení. Miešanie príspevkov viacerých zemetrasení v UHS je vnímané ako nedostatok pravdepodobnostného prístupu ako takého, hoci žiadna časť metodológie nevyžaduje, aby výstupom PSHA bolo UHS spektrum. Na základe deagregácie tak môžu byť stanovené viaceré spektrá odozvy pre každý z relevantných seizmických zdrojov (Abrahamson 2006). 41

43 1.4.5 Význam parametra sigma Prediktívne rovnice seizmického pohybu sú určované na základe databázy silných seizmických pohybov. Údaje v databáze zvyčajne pochádzajú zo záznamov veľkého počtu staníc pre rôzne zemetrasenia, pre rôzne vzdialenosti od hypocentier zemetrasení a pre rôzne seizmotektonické regióny sveta. V poslednom desaťročí sa v pravdepodobnostnej analýze seizmického ohrozenia do popredia záujmu dostáva otázka vplyvu parametra sigma (t.j. štandardnej odchýlky určenia GMPE) na výsledné vypočítané hodnoty seizmické ohrozenia. Bommer a Abrahamson (2006) ukázali, že hodnota parametra zohráva v pravdpepodobnostnom výpočte kritickú úlohu (Obr. 6). Kritickosť vyplýva zo skutočnosti, že dáta (silné seizmické pohyby), z ktorých sú GMPE zostavované, vykazujú veľký rozptyl. Do výsledného seizmického ohrozenia prispievajú aj zemetrasenia s charakteristikami seizmického pohybu z okraja ( chvostu ) normálneho rozdelenia neurčitostí pre daný GMPE. Tieto majú síce malé pravdepodobnosti výskytu, ale veľké hodnoty charakteristiky seizmického pohybu. Vplyv hodnoty parametra je zreteľný najmä pre malé ročné počty prekročení danej charakteristiky seizmického pohybu, t.j. pre dlhé návratové periódy. Obr. 6 Vplyv parametra sigma na krivku seizmického ohrozenia. Krivky sú vypočítané za použitia prediktívnej rovnice Boore et al. (1997) pri použití pôvodnej hodnoty štandardnej odchýlky (0.23) a jej modifikácií. Výpočet bol zrealizovaný pre fiktívnu lokalitu ovplyvnenú dvoma zdrojovými zónami. Prevzaté z práce Bommer a Abrahamson (2006; Fig. 3). 42

44 Napriek čoraz komplexnejšej funkčnej závislosti GMPE (pridaniu nových parametrov) a čoraz rozsiahlejších databáz silných seizmických pohybov sa počas uplynulých 40 rokov nepodarilo znížiť hodnotu štandardnej odchýlky v GMPE (Rodriguez-Marek et al. 2013). Prehľad možných prístupov vedúcich k zníženiu hodnôt parametra (majúceho význam aleatorickej neurčitosti) uvádza práca Strasser et al. (2009). Pripomeňme, že prediktívne rovnice seizmického pohybu majú tvar ln C g( m, r, s ), (vzťah 24) i kde gmrs (,, i ) je funkčná závislosť príslušnej charakteristiky seizmického pohybu C od magnitúda m, vzdialenosti r záujmovej lokality od seizmického zdroja a súboru ostatných relevantných parametrov a je náhodná premenná majúca normálne (Gaussovo) rozdelenie s nulovou strednou hodnotou a štandardnou odchýlkou. Ak rovnicu (24) upravíme do podoby mr, ln C gmr (, ), (29) je zrejmé, že výraz mr, predstavuje rezíduá príslušnej charakteristiky C seizmického pohybu, t.j. rozdiel medzi pozorovanými hodnotami ln C a predpovedanými hodnotami gmr (, ) príslušnej charakteristiky C (napr. PGA, PSA,...) seizmického pohybu. Vzťah (24) možno taktiež upraviť do podoby ln C gmr (, ). mr,, (30) kde je náhodná premenná, pre ktorú predpokladáme, že má normované normálne (Gaussovo) rozdelenie s nulovou strednou hodnotou a jednotkovou štandardnou odchýlkou, t. j. platí preň f 2 1 exp. (31)

45 Význam parametra je zrejmý po úprave vzťahu (30) do podoby ln C g m, r. (32) mr, Parameter teda pre i -ty záznam silného seizmického pohybu predstavuje normalizované rezíduum /, ktoré vyjadruje kvalitu predpovede hodnoty seizmického pohybu i - i i teho záznamu prediktívnou rovnicou hodnotách štandardnej odchýlky. Zrezávaním rezíduí v určení GMPE (Obr. 7) dochádza k zníženiu seizmického ohrozenia na záujmovej lokalite predovšetkým pre malé ročné počty prekročení charakteristiky seizmického pohybu, teda pre dlhé návratové periódy (Bommer et al. 2004). Obr. 7 Vplyv zrezávania rezíduí v určení GMPE na krivku seizmického ohrozenia. Výpočet bol zrealizovaný pre fiktívnu lokalitu, seizmicita v prípade dolného obrázka je omnoho vyššia ako na hornom. Prevzaté z práce Bommer et al. (2004; Fig. 1). 44

46 Štandardným prístupom v PSHA v poslednom desaťročí sa stalo zrezávanie (truncation) rezíduí v určení GMPE na hodnote trojnásobku štandardnej odchýlky (Bommer a Abrahamson 2006), t.j. na hodnote 3, čo pokrýva 99,87% zaznamenaných hodnôt silných seizmických pohybov. Na problematickosť voľby hodnoty parametra, na ktorej je prípustné zrezávať rezíduá v určení GMPE, poukázali (Strasser et al. 2008). V prípade väčšiny GMPE sa uvažuje nezávislosť štandardnej odchýlky od premenných vystupujúcich v prediktívnej rovnici (najmä od magnitúda m a vzdialenosti r ). V takomto prípade hovoríme o homoskedastickej sigme. V prípade, ak štandardná odchýlka vykazuje závislosť od premenných vystupujúcich v prediktívnej rovnici (najčastejšie od magnitúda), hovoríme o heteroskedastickej sigme. Zhrnutie diskusie k otázke, či štandardná odchýlka závisí od magnitúda, možno nájsť v práci Strasser et al. (2009). Pripomeňme, že parameter na rozdiel od rezíduí nezávisí od magnitúda a vzdialenosti (Bommer a Abrahamson 2007). Štandardným prístupom v PSHA je tzv. ergodický prístup, pri ktorom sa časová variabilita v seizmickom pohybe na lokalite nahrádza priestorovou variabilitou databázy silných seizmických pohybov, z ktorej je daná GMPE odvodená (Anderson a Brune 1999). Klasický prístup k PSHA si vyžaduje striktné oddelenie aleatorických a epistemických neurčitostí a osobitné zaobchádzanie s každou z nich (pozri nasledujúcu podkapitolu). Atkinson (2006) poukázal na skutočnosť, že hodnota parametra sigma stanovená pre konkrétnu (individuálnu) stanicu dosahuje iba 90% hodnoty sigma určenej genericky pre GMPE. Toto konštatovanie však neplatí paušálne, v niektorých prípadoch staničná sigma dosahuje vyššie hodnoty ako regionálna sigma. Hodnotu sigmy možno znížiť v prípade, ak z nej dokážeme vyčleniť tú časť, ktorá nemá aleatorickú povahu, ale reprezentuje epistemickú neurčitosť (t.j. časť, ktorá zodpovedá za variabilitu seizmického pohybu na záujmovej lokalite, pre ktorú je pravdepodobnostný výpočet vykonávaný). Rozloženie parametra sigma na príspevky reprezentujúce variabilitu zaznamenaného seizmického pohybu pre rovnaké zemetrasenie na rôznych seizmických staniciach (between-event variability, inter-event variability) a na členy reprezentujúce variabilitu zaznamenaného seizmického pohybu pre rôzne zemetrasenia na rovnakej seizmickej stanici (within-event variability, intra-event variability) možno nájsť v práci Al Atik et al. (2010). 45

47 na Rezíduum pre jav e, ktorý bol pozorovaný na seizmickej stanici s, možno rozložiť B W, (33) es e es kde Be (event term, between-event term) predstavuje príspevok k variabilite zaznamenaného seizmického pohybu pre rovnaké zemetrasenie na rôznych seizmických staniciach a Wes (event-corrected term, within-event term) predstavuje príspevok k variabilite zaznamenaného seizmického pohybu pre rôzne zemetrasenie na rovnakej seizmickej stanici (Obr. 8). K nim prislúchajúce štandardné odchýlky sú (between-event standard deviation), resp. (within-event standard deviation). Obr. 8 Between-event a within-event zložky rezíduí seizmického pohybu. Prevzaté z práce Al Atik et al. (2010). Člen Wes (event-corrected residual) možno ďalej rozložiť na W S2S WS, (34) es s es 46

48 kde člen S2S s (site term) reprezentuje systematickú odchýlku zaznamenaného seizmického pohybu na lokalite s voči mediánovej hodnote seizmického pohybu pre rôzne zemetrasenie na lokalite a člen WSes (site- and event-correcter residual) predstavuje rezíduum tohto pohybu. K nim prislúchajúce štandardné odchýlky sú S2S (site-to-site variability), resp. SS (event-corrected single-station standard deviation). V prípade ergodického prístupu uvažujeme, že všetky zložky celkového rezídua predstavujú súčasti aleatorickej neurčitosti, t.j. platí es ergodic ss S2S. (35) V prípade čiastočne neergodického prístupu predpokladáme, že člen S2S s je známy (resp. určiteľný), čím stráca charakter aleatorickej neurčitosti a ako epistemická neurčitosť je začlenený do logického stromu. Vzťah (35) sa tak modifikuje do podoby single-station 2 2 ss, (36) ktorý je známy aj pod označením single-station sigma. Pre aplikáciu čiastočne neergodického prístupu v PSHA (Rodriguez-Marek et al. 2014) je teda potrebné vykonať nasledovné kroky: 1. Určiť mediánovú hodnotu člena S2S s (site term) pre lokalitu, ktorá je predmetom pravdepodobnostného výpočtu. 2. Určiť epistemickú neurčitosť v stanovení hodnoty člena S2S s (site term) a zahrnúť ju do logického stromu. 3. Určiť epistemickú neurčitosť v stanovení single-station. 47

49 1.5 Neurčitosti v pravdepodobnostnej analýze seizmického ohrozenia V pravdepodobnostnej analýze seizmického ohrozenia rozoznávame dva druhy neurčitostí: aleatorické a epistemické (Krinitzsky 2002, Bommer 2003). Každá z uvedených druhov neurčitostí je do analýzy zahrnutá odlišným spôsobom. Aleatorická neurčitosť (aleatory uncertainty, aleatory variability) je charakterizovaná ako neurčitosť vlastná danému fyzikálnemu javu. Keďže vyplýva z pravdepodobnostnej povahy javu, nemožno ju znížiť získaním dodatočného množstva dát alebo informácie. Príkladmi aleatorických neurčitostí sú: budúca poloha zemetrasenia, jeho veľkosť a smer šírenia trhliny. Aleatorickou neurčitosťou je aj štandardná odchýlka GMPE. V analýze seizmického ohrozenia sú aleatorické neurčitosti súčasťou integrálu seizmického ohrozenia M R (parameter, funkcie hustoty pravdepodobnosti f ( m) a f ( r ) ). Epistemická neurčitosť (epistemic uncertainty) je charakterizovaná ako neurčitosť v dôsledku neúplného poznania javu alebo parametra modelu javu. Možno ju principiálne znížiť, a to získaním dodatočných údajov alebo zlepšením informácie o skúmanom jave. Príkladmi epistemických neurčitostí sú: geometria seizmických zdrojových zón a maximálne potenciálne magnitúdo pre danú zdrojovú zónu. V analýze seizmického ohrozenia epistemické neurčitosti zohľadňujeme pomocou metódy logického stromu (Musson 2012). Uzlami v logickom strome sú parametre, ktoré vstupujú do výpočtu, vetvami sú potom alternatívne hodnoty parametrov. Súčet váhových koeficientov (pravdepodobností) vetiev v jednom uzle musí byť rovný 1.0. Jedna úplná cesta v logickom strome tvorí jeden scenár, pričom súčet pravdepodobností všetkých scenárov musí byť tiež rovný 1.0. Pravdepodobnostný výpočet je možné vykonať buď postupne pre všetky scenáre v logickom strome, alebo pre súbor náhodne zvolených scenárov. Iný prístup k neurčitostiam predstavuje metóda Monte Carlo (Monte Carlo simulácie). V analýze seizmického ohrozenia sa používa niekoľkými na sebe odlišnými spôsobmi (Musson a Sargeant 2007). Možno ju využiť na modelovanie spojitého rozdelenia hodnôt vstupného parametra v uzloch logického stromu, pre ktorý sa následne vykoná výpočet klasickým prístupom. Monte Carlo simulácie možno tiež použiť na vytvorenie syntetických katalógov zemetrasení (ako podklad slúži model seizmických zdrojových zón), za použitia ktorých sa vypočíta seizmické ohrozenie spôsobom podľa práce Musson (2012). 48

50 1.6 Deagregácia Skutočnosť, že do pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia sú zahrnuté príspevky zemetrasení všetkých magnitúd a zo všetkých vzdialeností od záujmovej lokality (t.j. zo všetkých zdrojových zón), je súčasne výhodou i nevýhodou klasického prístupu PSHA. Po vykonaní pravdepodobnostného výpočtu totiž prirodzene vyvstáva otázka, ktorý scenár (scenáre) logického stromu najviac prispieva (prispievajú) k počtu prekročení zvolenej úrovne charakteristiky seizmického pohybu na lokalite. Čiastkový príspevok každého zemetrasného scenára (magnitúdovo-vzdialenostného intervalu) do výslednej pravdepodobnosti prekročenia zvolenej úrovne charakteristiky seizmického pohybu na záujmovej lokalite možno získať prostredníctvom deagregácie (deaggregation, disaggregation) pravdepodobnostného výpočtu (McGuire 1995, Bazzurro a Cornell 1999). Najskôr vykonajme deagregáciu podľa magnitúda. Zaujímame sa teda o podmienenú pravdepodobnosť, že ak nastalo prekročenie zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C (t.j. C c) na záujmovej lokalite, udialo sa tak v dôsledku zemetrasenia s magnitúdom m. Táto pravdepodobnosť je rovná ročnému počtu prekročení, pre ktoré sú súčasne splnené podmienky C c a M m, vydelenému celkovým ročným počtom prekročení NC c. Možno teda písať P M m C c N C c, M m N C c. (37) Ak vo vzťahu (14), ktorý predstavuje integrál seizmického ohrozenia, spojité rozdelenie magnitúd a vzdialeností diskretizujeme (t.j. nahradíme diskrétnymi hodnotami príslušný počet intervalov magnitúd n M a vzdialeností n R ), dostávame m i a r k pre J n min, M n R. (38) N C c P C c m r P M m P R r j i k j i j k j1 i1 k1 49

51 Pri výpočte čitateľa vo vzťahu (37) vychádzame zo vzťahu (38), v ktorom vynecháme sumáciu cez magnitúda, čo možno zapísať ako J, min, n R. (39) N C c M m P C c m r P M m P R r j k j j k j1 k1 Pre deagregáciu podľa vzdialenosti možno zapísať výrazy analogické vzťahom (37) a (39): P R r C c N C c, R r N C c, (40) J, min, n M. (41) N C c R r P C c m r P M m P R r j i j i j j1 i1 Ak vykonávame deagregáciu podľa vzdialenosti aj magnitúda súčasne, spojením vzťahov (37) a (40) dostaneme P M m, R r C c N C c, M m, R r N C c, (42) kde výraz PM m, R r C c vyjadruje podmienenú spoločnú pravdepodobnosť, že prekročenie zvolenej hodnoty c charakteristiky seizmického pohybu C nastalo v dôsledku zemetrasenia s magnitúdom m a vo vzdialenosti r. Spojením vzťahov (39) a (41) dostaneme,, min, J j i k j j, (43) j 1 N C c M m R r P C c m r P M m P R r čo je hľadaný výraz pre nájdenie príspevkov magnitúdovo-vzdialenostných intervalov do výsledného počtu prekročení zvolenej hodnoty c príslušnej charakteristiky C seizmického pohybu na záujmovej lokalite. 50

52 1.7 Zhodnotenie predchádzajúcich analýz seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice Približne od polovice 80-tych rokov bolo vypracovaných niekoľko analýz, ktoré hodnotili seizmické ohrozenie lokality Atómovej elektrárne Bohunice. Posúdenie najdôležitejších správ do roku 1992 z hľadiska seizmického ohrozenia pre lokalitu EBO je spracované v správe Labák et al. (1996). Celkové zhodnotenie týchto analýz zhŕňajú autori správy nasledovne: Správy Energoprojekt (1986), Schenk et al. (1987) a Štejnberg et al. (1988) sú zhodnotenia seizmického ohrozenia lokality EBO, nie však komplexnými zhodnoteniami podľa smernice IAEA (1991). V hodnoteniach boli využité len údaje o makroseizmicky pozorovaných zemetraseniach. Ani v jednom hodnotení neboli využité všetky známe útlmové vzťahy, ktoré bolo možné použiť pre širší región AEB, pričom ich nevyužitie nebolo zdôvodnené. Pri stanovení maximálneho potenciálneho magnitúda sa najviac priblížili k úplnému odhadu Štejnberg et al. (1988). Správy Pěč a Buben (1990) a Barták (1990) obsahujú alternatívne určenie hodnôt špičkového zrýchlenia a alternatívny výber akcelerogramov a spektier odozvy k určeniu v správe Štejnberg et al. (1988). V správach sú použité charakteristiky úrovne SL-2 určené Štejnbergom et al. (1988). Správa spoločnosti Westinghouse (1990) je len zhodnotením správy z roku 1988 (pravdepodobne prekladu správy Štejnberg et al. 1988). V správe Šimůnek a Sekereš (1992) sú uvedené jednak výsledky meraní lokálnou sieťou seizmických staníc v okolí EBO, jednak je vytvorený nový seizmotektonický model pre blízky región EBO. Výsledky správy nepotvrdzujú predpoklad o hodnote špičkového horizontálneho zrýchlenia uvedenej v správe Pěč a Buben (1990) a použitej pre výber akcelerogramov v správe Barták (1990). Po roku 1992 bola vykonaná ďalšia, doposiaľ posledná, komplexná analýza seizmického ohrozenia pre lokalitu EBO, a to v rokoch 1996 až Najskôr bol vykonaný pravdepodobnostný výpočet seizmického ohrozenia (Labák et al. 1997b) a následne boli stanovené charakteristiky zemetrasenia revíznej úrovne (Labák a Moczo 1998). Táto analýza a príslušné správy boli realizované v rámci zmluvy o dielo č. 370/96 medzi Geofyzikálnym ústavom SAV a Slovenskými elektrárňami a. s., o. z. Atómové elektrárne Bohunice. Analýza 51

53 bola vykonaná v súlade s platným bezpečnostným návodom Medzinárodnej agentúry pre atómovú energiu č. 50-SG-S1 (Rev. 1) (IAEA 1991). V pravdepodobnostnom výpočte Labák et al. (1997b) boli ako charakteristiky seizmického pohybu uvažované horizontálne špičkové zrýchlenie a horizontálna zložka pseudospektrálneho zrýchlenia. Ako charakteristiky zemetrasenia revíznej úrovne boli určené horizontálne a vertikálne spektrá odozvy. Seizmologická databáza (Labák et al. 1997a) spolu s geologickou databázou (EQUIS 1996) tvorili súbor vstupných údajov pre pravdepodobnostný výpočet seizmického ohrozenia. Seizmologická databáza bola zostavená z údajov o historických zemetraseniach, makroseizmicky pozorovaných zemetraseniach a seizmometricky zaznamenaných zemetraseniach pre obdobie od roku 456 do roku 1996 a pre oblasť do vzdialenosti 200 až 250 km od záujmovej lokality. Táto oblasť zahŕňala časti územia Slovenska, Maďarska, Rakúska, Českej republiky a Poľska. Seizmologická a geologická databáza obsahovali osobitne údaje pre širší región, blízky región, blízke okolie a samotnú záujmovú lokalitu. Syntézou a interpretáciou seizmologickej a geologickej databázy bol zostavený seizmotektonický model záujmovej oblasti, ktorý vymedzoval seizmické zdrojové zóny, minimálne výpočtové magnitúdo, maximálne potenciálne magnitúdo a početnostné vzťahy. Pre širší región EBO vyčlenili Labák et al. (1997b) osem samostatných plošných seizmických zdrojových zón a zónu pozadie. Zóny sa nachádzali v panónskej oblasti (zdrojové zóny 01 03), vo Východných Alpách (zdrojová zóna 04) a v Západných Karpatoch (zdrojové zóny 05 08). Zóny 04 a 06 boli uvažované v dvoch alternatívach. V prvej alternatíve bola oblasť Leitha zahrnutá do zóny 06 (Obr. 9) a v druhej alternatíve do zóny 04 (Obr. 10). Pre blízky región autori štúdie modelovali zdrojovú zónu 08 (Dobrá Voda) pomocou zlomov. Uvažovali tri alternatívy: reálne zlomy vychádzajúce na povrch (Obr. 11), formálne zlomy vo vzájomnej vzdialenosti 3 km (Obr. 12) a formálne zlomy vo vzájomnej vzdialenosti 6 km (Obr. 13). Formálne zlomy mali prevládajúci smer reálnych zlomov. vĺn Pre minimálne výpočtové magnitúdo autori zvolili hodnotu magnitúda z povrchových M S 4.33 (čo zodpovedalo momentovému magnitúdu M w 5.0). Maximálne potenciálne magnitúdo určili autori na základe údajov o historickej seizmickej aktivite a geologicko-tektonických údajov. Maximálne možné magnitúdo určili v štyroch alternatívach pre skupiny zdrojových zón nachádzajúcich sa v panónskej oblasti, vo Východných Alpách a v Západných Karpatoch a tiež pre zónu pozadie nasledovne: v prvej alternatíve maximálne pozorované magnitúdo plus 0.5, v druhej alternatíve maximálne pozorované magnitúdo plus 1.0, v tretej alternatíve maximálne potenciálne magnitúdo určené 52

54

55

56

57

58

59

60 V druhej alternatíve (malé zóny) uvažovali len zemetrasenia s epicentrami v príslušných zdrojových zónach. Pri určovaní parametrov početnostných vzťahov boli niektoré veľké i malé zóny agregované kvôli malému počtu zemetrasení v niektorých zónach. Početnostné vzťahy boli určené v štyroch alternatívach: v prvej alternatíve veľké zóny, koeficienty a a b určené pre každú veľkú zónu, v druhej alternatíve veľké zóny, koeficient b určený pre každú veľkú zónu pomocou agregácie zón, koeficient a určený pre každú veľkú zónu, v tretej alternatíve malé zóny, koeficienty a a b určené pre každú zónu, v štvrtej alternatíve malé zóny, koeficient b určený pre každú malú zónu pomocou agregácie zón, koeficient a určený pre každú malú zónu. Na základe makroseizmických pozorovaní určili Labák et al. (1997b) regresnou analýzou útlmový vzťah pre makroseizmickú intenzitu v Západných Karpatoch. Nájdený útlm porovnali s útlmom v iných regiónoch sveta. Na základe podobnosti útlmu makroseizmickej intenzity určili ako analogické regióny oblasť Kalifornie (USA) a oblasť Balkánu. Pre analogické regióny autori vybrali na základe zvolených kritérií 5 útlmových vzťahov (Ambraseys et al. 1996, Abrahamson a Silva 1997, Boore et al. 1997, Campbell 1997, Sadigh et al. 1997) pre PGA a PSA. Alternatívne hodnoty vstupných parametrov zahrnuli autori do pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia dvojakým spôsobom: použitím metódy logického stromu a použitím Monte Carlo simulácií. Uzlami vetvenia v logickom strome boli: vyčlenenie zdrojových zón, maximálne potenciálne magnitúdo, početnostný vzťah a útlmový vzťah. Váhové koeficienty jednotlivých vetiev logického stromu boli určené expertným odhadom. V prvom prípade zostavili autori vetiev logického stromu, v ktorom okrem už skôr spomenutých alternatív uvažovali aj tri alternatívy pre zahrnutie smerodajnej odchýlky v určení početnostného vzťahu: stredný počet zemetrasení plus smerodajná odchýlka, stredný počet zemetrasení a stredný počet zemetrasení mínus smerodajná odchýlka. Pre Monte Carlo simulácie uvažovali spojité rozdelenie neurčitosti hodnôt v určení početnostného vzťahu, ostatné alternatívne hodnoty vstupných parametrov boli rovnaké ako v prvom prípade. Monte Carlo simulácie boli vykonané pre realizácií scenárov zostaveného logického stromu. Pravdepodobnostný výpočet seizmického ohrozenia bol vykonaný pomocou programu SEISRISK III (Bender a Perkins 1987), pričom výsledky získané pomocou Monte Carlo simulácií považovali autori za vierohodnejšie. Boli vypočítané hodnoty PGA (Obr. 15) a PSA pre návratovú periódu 475 rokov (Obr. 16, Tab. 1), ktorá zodpovedala úrovni SL-1 v IAEA (1991), a pre návratovú periódu rokov (Obr. 17, Tab. 2), ktorá zodpovedala úrovni SL-2 v IAEA (1991). 59

61

62

63

64 Pre určujúce zemetrasenie autori štúdie určili priemerné horizontálne spektrum odozvy pomocou piatich útlmových vzťahov použitých v pravdepodobnostnom výpočte seizmického ohrozenia. Priemerné horizontálne spektrum odozvy normovali na hodnotu stredného spektra odozvy PSA na frekvencii 5 Hz, ktoré bolo určené pravdepodobnostným výpočtom seizmického ohrozenia pomocou Monte Carlo simulácií. Takto určené spektrum odozvy bolo horizontálnym spektrom odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne (Obr. 18). 1.0 Horizontal response spectrum for the RLE 5% of critical damping Spectral acceleration [g] Period [s] Obr. 18 Horizontálne spektrum odozvy pre RLE. (Obr. 3.1 v správe Labák a Moczo 1998) Pre určujúce zemetrasenie určili autori štúdie priemerné vertikálne spektrum odozvy z troch dostupných útlmových vzťahov. Pomocou útlmových vzťahov pre horizontálnu i vertikálnu zložku určili pomer medzi horizontálnym a vertikálnym spektrom odozvy. Z tohto pomeru a z horizontálneho spektra odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne vypočítali vertikálne spektrum pre zemetrasenie revíznej úrovne (Obr. 19). Hodnoty zrýchlení pre horizontálne a vertikálne spektrá odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne sú uvedené v Tab. 3. Keďže v Západných Karpatoch neboli dovtedy prístrojovo zaznamenané silné seizmické pohyby, autori podľa zvolených kritérií vybrali z celosvetovej databázy zaznamenaných akcelerogramov Dunbar a Row (1996) päť trojzložkových záznamov silných pohybov. 63

65 1.0 Vertical response spectrum for the RLE 5% of critical damping Spectral Acceleration [g] Period [s] Obr. 19 Vertikálne spektrum odozvy pre RLE. (Obr. 4.1 v správe Labák a Moczo 1998) frekvencia [Hz] horiz. spektrum pre RLE [g] vert. spektrum pre RLE [g] PGA Tab. 3 Hodnoty horizontálnych a vertikálnych zrýchlení pre RLE. (podľa Tab. 4.1 v správe Labák a Moczo 1998) 64

66 2 Ciele dizertačnej práce Cieľom dizertačnej práce bolo vykonať pravdepodobnostnú analýzu seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice a určiť príslušné charakteristiky seizmického ohrozenia lokality. Pre naplnenie cieľa dizertačnej práce bolo potrebné vykonať nasledovné čiastkové kroky: 1. Kompilácia seizmologickej databázy pre Región EBO a Blízky región EBO. 2. Homogenizácia seizmologickej databázy na jednotnú veličinu určujúcu veľkosť zemetrasenia momentové magnitúdo. 3. Určenie kategórie zemetrasení (identifikácia predtrasov, hlavných otrasov a dotrasov). 4. Analýza úplnosti katalógu zemetrasení v čase a priestore. 5. Zostavenie seizmotektonického modelu Regiónu EBO a Blízkeho regiónu EBO a vyčlenenie seizmických zdrojových zón. 6. Určenie parametrov početnostných vzťahov a maximálneho potenciálneho magnitúda pre každú seizmickú zdrojovú zónu. 7. Výber súboru prediktívnych rovníc seizmického pohybu. 8. Zostavenie logického stromu a výber minimálneho výpočtového magnitúda. 9. Vykonanie pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia pre záujmovú lokalitu a určenie horizontálneho spektra odozvy pre rovnomerné ohrozenie. 10. Deagregácia pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia a určenie magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia. 11. Určenie horizontálneho a vertikálneho spektra odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne. 12. Výber akcelerogramov pre zemetrasenie revíznej úrovne. 65

67 3 Výsledky dizertačnej práce 3.1 Seizmologická databáza pre Región EBO a Blízky región EBO Seizmologická databáza tvorí spolu s geologickou a geotechnickou databázou súbor vstupných údajov potrebných pre pravdepodobnostný výpočet charakteristík seizmického ohrozenia lokality EBO. Požiadavky na obsahové náležitosti seizmologickej databázy v prípade hodnotenia lokalít s jadrovoenergetickými zariadeniami upravuje bezpečnostný návod MAAE č. SSG-9 v kapitole 3 (IAEA 2010) Región EBO a Blízky región EBO Bezpečnostný návod (IAEA 2010) vyžaduje, aby boli zhromaždené a zdokumentované informácie o prehistorických, historických a seizmometricky zaznamenaných zemetraseniach v regióne. Bezpečnostný návod rozlišuje pojmy Región (v staršej terminológii tzv. širší región) a Blízky región. Za veľkosť Regiónu bezpečnostný návod odporúča zvoliť symetrickú geografickú oblasť v tvare kruhu s polomerom 300 km a za veľkosť Blízkeho regiónu geografickú oblasť s polomerom nie menším než 25 km od skúmanej lokality. Veľkosť relevantného regiónu je však možné prispôsobiť seizmotektonickým podmienkam geografickej oblasti v okolí skúmanej lokality. Pri tvorbe seizmologickej databázy sme dodržali odporúčania bezpečnostného návodu a za Región EBO sme zvolili symetrickú oblasť s polomerom 305 km a za Blízky región EBO symetrickú oblasť s polomerom 30 km od lokality Jaslovské Bohunice. Región EBO zahŕňa časti územia Slovenska, Maďarska, Rakúska, Českej republiky a Poľska a čiastočne zasahuje až do Nemecka, Slovinska, Chorvátska a Srbska (Obr. 20). Územie Regiónu EBO zahŕňa časti týchto základných geologicko-tektonických jednotiek: Západné Karpaty, Panónska panva, Dinaridy, Východné Alpy, Český masív a Európsku platformu. 66

68 Obr. 20 Región EBO (kruh s polomerom 305 km) a Blízky región EBO (kruh s polomerom 30 km) Obsah seizmologickej databázy Bezpečnostný návod (IAEA 2010) pri požiadavkách na rozsah údajov zhromažďovaných v seizmologickej databáze rozlišuje medzi prehistorickými a historickými zemetraseniami (zemetraseniami z predseizmometrického obdobia), seizmometricky zaznamenanými zemetraseniami a seizmometrickými údajmi špecifickými pre lokalitu. Informácie o zemetraseniach z predseizmometrického obdobia by mali zahŕňať nasledovné druhy údajov: 67

69 (a) dátum, čas a trvanie zemetrasenia, (b) miesto makroseizmického epicentra, (c) určenú hĺbku ohniska, (d) určené magnitúdo, druh magnitúda a dokumentáciu metód použitých na určenie magnitúda z makroseizmickej intenzity, (e) maximálnu intenzitu; ak sa líši od intenzity v makroseizmickom epicentre, tak aj intenzitu v makroseizmickom epicentre a opis lokálnych podmienok a pozorovaných škôd, (f) izoseisty, (g) intenzitu zemetrasenia v lokalite spolu s akýmikoľvek dostupnými podrobnosťami o účinkoch zemetrasenia na lokalite, (h) odhady neurčitosti pre všetky vyššie uvedené parametre, (i) posúdenie kvality a kvantity dát, na základe ktorých boli vyššie uvedené parametre určené, (j) dáta o predtrasoch a dotrasoch, (k) dáta o zlome, ku ktorému je možné zemetrasenie priradiť. Bezpečnostný návod tiež vyžaduje špecifikáciu použitej stupnice makroseizmickej intenzity. Na určenie magnitúda a hĺbky pre každé zemetrasenie by mali byť použité relevantné empirické vzťahy medzi seizmometrickými a makroseizmickými dátami, ktoré možno odvodiť priamo z regionálnych dát o intenzite alebo využitím izoseist. Informácie o seizmometricky zaznamenaných zemetraseniach by mali zahŕňať nasledovné druhy údajov: (a) dátum a čas vzniku zemetrasenia, (b) súradnice epicentra, (c) hĺbku ohniska, (d) všetky určené magnitúda, seizmický moment, (e) dáta o predtrasoch a dotrasoch vrátane rozmerov a geometrie, (f) iné informácie, ktoré môžu byť užitočné pre pochopenie seizmotektonického režimu (napríklad mechanizmus ohniska, pokles napätia a iné parametre seizmického zdroja), (g) makroseizmické údaje (rovnaké ako u historických zemetrasení), (h) polohu a veľkosť asperity, (i) odhady neurčitosti pre každý z vyššie uvedených parametrov, 68

70 (j) dáta o zlome, ku ktorému je možné priradiť zemetrasenie, smerovosť a trvanie šírenia trhliny; (k) záznamy zo širokopásmových seizmometrov a akcelerografov silných pohybov. Bezpečnostný návod vyžaduje zhromaždiť dostupné záznamy regionálnych a lokálnych silných seizmických pohybov pre účely výberu vhodných prediktívnych rovníc seizmického pohybu (GMPE). V Regióne EBO neexistujú databázy silných seizmických pohybov, preto tieto záznamy neboli pre účely seizmologickej databázy zhromažďované. Medzi seizmometrické údaje špecifické pre lokalitu bezpečnostný návod zaraďuje údaje z lokálnej siete seizmických staníc vybudovanej/prevádzkovanej v okolí lokality, ktorá by mala byť schopná zaznamenávať mikrozemetrasenia Vstupy do seizmologickej databázy Pri kompilovaní seizmologickej databázy boli použité tzv. národné katalógy zemetrasení (katalógy vytvorené národnými seizmologickými službami), bulletiny (ročenky) národných seizmologických služieb, regionálne katalógy zemetrasení (kompilované katalógy zahŕňajúce územie viacerých štátov) a subsidiárne celosvetové databázy zemetrasení (napr. ISC katalóg). Základný prehľad najdôležitejších použitých vstupných katalógov je uvedený v Tab. 4. katalóg ZAMG (2011) GFÚ SAV (2012) GFÚ AV ČR (2005) časové obdobie geografické pokrytie AT, CZ, HU, SK AT, CZ, HU, PL, SK AT, CZ, PL, SK makroseizmická stupnica typy magnitúd neuvedené EMS-98, MSK-64 neuvedené M S, M L, MI 0 M L, ML g, M S, mb M L počet záznamov skratka názvu katalógu ZAMG GFÚ SAV GFÚ AV ČR katalóg Zsíros (2000) IGF PAS (2012) Pagaczewski (1972) časové obdobie geografické pokrytie AT, HU, SK, YU CZ, SK, PL PL makroseizmická stupnica typy magnitúd EMS-98 EMS-98, MSK-64 MCS M L, M S, mb, mdur, MI 0 M L, M S, mb, M w, MI 0 počet záznamov (deskript. časť) skratka katalógu Zsíros IGF PAS Pag MI 0 69

71 katalóg Progseis (2012) ACORN (2004) CENEC (2009) časové obdobie geografické pokrytie SK AT, CZ, HU, SK AT, CZ, HU, PL, SK, YU makroseizmická stupnica typy magnitúd neuvedené MSK-64 neuvedené M L M L, MI 0 M L, M S, mb, mdur, M počet záznamov skratka katalógu EBO ACORN CENEC Tab. 4 Základný prehľad najdôležitejších použitých vstupných katalógov. w Katalógy zemetrasení pre územie Rakúska Katalóg ZAMG (2011) je časťou rakúskeho národného katalógu, ktorý zostavil Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Viedeň, Rakúsko (W. Lenhardt 2011, osobná komunikácia). Je tvorený údajmi o zemetraseniach s epicentrami na území Rakúska a okolitých štátoch. V katalógu sú údaje z územia od 13.5 E do 20.5 E a od 46 N do 50 N pre obdobie rokov Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná epicentrálnou intenzitou (Obr. 1 v Prílohe A) a lokálnym magnitúdom M L (Obr. 2 v Prílohe A), ktoré je stotožnené s momentovým magnitúdom. V katalógu sú uvedené len zemetrasenia s lokálnym magnitúdom M L väčším ako 2.0. Katalógy zemetrasení pre územie Českej republiky Katalóg GFÚ AV ČR (2012) je skompilovaný z bulletinov, ktoré vydáva Geofyzikální ústav Akademie věd České republiky. Bulletiny sú zostavené z údajov o seizmických javoch zaznamenaných Českou regionálnou seizmickou sieťou a z makroseizmických hlásení o zemetraseniach pocítených na území Českej republiky (J. Zedník 2011, osobná komunikácia). Katalóg tvoria údaje o zemetraseniach v období rokov Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná epicentrálnou intenzitou I 0 (Obr. 3 v Prílohe A) a/alebo lokálnym magnitúdom M L (Obr. 4 v Prílohe A). Druhá časť vstupov do seizmologickej databázy pre územie Českej republiky bola vytvorená z bulletinov údajov o seizmických javoch zaznamenaných Českou regionálnou seizmickou sieťou, ktoré sú dostupné online na internetovej stránke Geofyzikálního ústavu AV ČR. Použité bulletiny obsahujú údaje o zemetraseniach v období rokov

72 Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná epicentrálnou intenzitou I 0 (Obr. 5 v Prílohe A) a/alebo lokálnym magnitúdom M L (Obr. 6 v Prílohe A). Tretiu časť vstupov do seizmologickej databázy pre územie Českej republiky tvorili údaje z regionálnych katalógov ACORN a CENEC. Katalógy zemetrasení pre územie Slovenska Časť katalógu GFÚ SAV (2012) bola skompilovaná z katalógov, ktoré boli zostavené pre analýzu seizmického ohrozenia Atómovej elektrárne Bohunice (Labák et al. 1997a) a analýzu seizmického ohrozenia Atómovej elektrárne Mochovce (Labák 2000). Tieto katalógy sú tvorené údajmi o historických a makroseizmicky pozorovaných zemetraseniach na území Slovenska, Maďarska, Rakúska, Čiech a Poľska do vzdialenosti približne 250 km od lokalít atómových elektrární a údajmi o prístrojovo zaznamenaných zemetraseniach na území Slovenska. Katalógy sú pre obdobie rokov Veľkosť historických a makroseizmicky pozorovaných zemetrasení je charakterizovaná epicentrálnou intenzitou, z ktorej bolo vypočítané intenzitné magnitúdo. V prípade prístrojovo pozorovaných zemetrasení je uvedené lokálne magnitúdo vĺn) alebo M L, prípadne magnitúdo ML g (magnitúdo z Loveových povrchových M S (magnitúdo z Rayleighových povrchových vĺn). Druhá časť katalógu je tvorená údajmi o makroseizmicky a prístrojovo zaznamenaných zemetraseniach na území Slovenska a v jeho okolí v období rokov , ktoré boli lokalizované a analyzované Geofyzikálnym ústavom Slovenskej akadémie vied. Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná epicentrálnou intenzitou a/alebo lokálnym magnitúdom M L. Vstupné údaje o zemetraseniach z katalógu zemetrasení GFÚ SAV (2012) sú zobrazené v podobe makroseizmickej intenzity I 0 na Obr. 7 v Prílohe A a v podobe lokálneho magnitúda M L na Obr. 8 v Prílohe A. Katalógy zemetrasení pre územie Maďarska Katalóg Zsíros (2000) možno považovať za aktuálny národný katalóg zemetrasení pre územie Maďarska. Je tvorený údajmi o zemetraseniach z územia Maďarska a okolitých štátov (v dokumentácii katalógu je toto územie pomenované ako Karpatská kotlina). V katalógu sú údaje z územia od 13 E do 28 E a od 44 N do 50 N pre obdobie rokov Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná epicentrálnou intenzitou I 0 (Obr. 9 v Prílohe A), lokálnym magnitúdom M L (Obr. 10 v Prílohe A) a ďalšími druhmi magnitúd. Ku katalógu bola 71

73 vytvorená dokumentácia, ktorá popisuje napr. spôsob jeho kompilácie, homogenizácie, prepočtové vzťahy medzi epicentrálnou intenzitou a použitými druhmi magnitúd, resp. medzi magnitúdami navzájom a stanovenie úplnosti katalógu v čase. Seizmometricky zaznamenané a/alebo makroseizmicky pocítené zemetrasenia na území Maďarska v rokoch boli získané z bulletinov (ročeniek) národnej siete seizmických staníc prevádzkovaných Maďarskou akadémiou vied (Tóth et al až 2011). Katalógy zemetrasení pre územie Poľska Katalóg IGF PAS (2012) vytvorený Geofyzikálnym inštitútom Poľskej akadémie vied možno považovať za národný katalóg zemetrasení pre územie Poľska. Je tvorený údajmi o zemetraseniach z územia Poľska a území, ktoré s ním bezprostredne hraničia. Katalóg pokrýva časové obdobie rokov Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná epicentrálnou intenzitou I 0 (Obr. 11 v Prílohe A) a lokálnym magnitúdom L M (Obr. 12 v Prílohe A). Pre rovnaké obdobie bola ako doplnkový zdroj informácií použitá práca Guterch (2009), ktorá obsahuje údaje o makroseizmicky pozorovaných (najmä historických) zemetraseniach na území Poľska. Pre informácie o zemetraseniach z územia Poľska pred rokom 1496 boli ako zdrojové katalógy použité regionálny katalóg CENEC a katalóg Pagaczewski (1972). Katalóg zemetrasení z lokálnej siete EBO Od r je monitorovaná seizmická aktivita v zdrojovej oblasti Dobrá Voda lokálnou sieťou seizmických staníc, ktorú prevádzkuje spoločnosť ProgSeis, s.r.o. Katalóg zemetrasení Progseis (2012) lokalizovaných pomocou uvedenej siete je skompilovaný z pravidelných správ o monitoringu seizmickej aktivity, ktoré sú zostavované firmou ProgSeis, s.r.o. Údaje v katalógu sú pre obdobie od roku 1987 do Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná lokálnym magnitúdom M L (Obr. 13 v Prílohe A). ACORN katalóg Katalóg ACORN (2004) zostavil Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik v spolupráci s Ústavom fyziky Země Masarykovej univerzity v Brne v rámci projektu ACORN. Údaje boli skompilované z niekoľkých katalógov pre územie Rakúska, Čiech, Slovenska a Maďarska. V katalógu sú údaje z územia od 13 E do 19 E a od 47.5 N do 49.9 N pre 72

74 obdobie rokov Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná epicentrálnou intenzitou I 0 (Obr. 14 v Prílohe A) a/alebo lokálnym magnitúdom M L (Obr. 15 v Prílohe A). CENEC katalóg Pri kompilovaní CENEC katalógu (Grünthal et al. 2009a) boli zozbierané a spracované údaje z viac ako 30 regionálnych katalógov, z ISC bulletinov (International Seismological Centre) a NEIC bulletinov (National Informational Earthquake Center). Je tvorený údajmi o zemetraseniach zo strednej, severnej a severozápadnej Európy z územia severne od 44 N. Pre potrebu analýzy seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice sú z katalógu vybrané tie zemetrasenia, ktorých epicentrum je vo vzdialenosti približne do 300 km od lokality EBO, t.j. od 13.5 E do 22.5 E a od 45.5 N do 52 N. V katalógu sú údaje o zemetraseniach v období rokov Veľkosť zemetrasení je charakterizovaná momentovým magnitúdom M w (Obr. 17 v Prílohe A), v prípade makroseizmických pozorovaní aj epicentrálnou intenzitou I 0 (Obr. 18 v Prílohe A). V CENEC katalógu sú iba zemetrasenia s veľkosťou magnitúda M w väčšou ako Metodológia zostavenia seizmologickej databázy Seizmologická databáza bola vytvorená spojením jednotlivých zdrojových katalógov pre územie Regiónu EBO. Po spojení jednotlivých katalógov boli odstránené duplicitné zemetrasenia podľa nasledovných zásad: A) Prípady, keď boli všetky časové a lokalizačné údaje o zemetrasení rovnaké 1. Bol ponechaný len jeden (primárny) záznam s údajmi o zemetrasení pri súčasnom vylúčení duplicitných záznamov. Údaje o (lokálnych) magnitúdach z ostatných zdrojových katalógov boli ponechané v príslušných stĺpcoch. 2. Do stĺpca CATALOGUES bola na prvé miesto zapísaná skratka katalógu, ktorého údaje boli primárne pre vytvorenie záznamu, pričom boli zaznamenané aj ďalšie katalógy (v abecednom poradí), v ktorých sa nachádzali údaje o zemetrasení. 3. Do stĺpca MATCH bola zapísaná hodnota 0 vyjadrujúca zhodu údajov medzi katalógmi. 73

75 B) Prípady, keď nie sú všetky časové a lokalizačné údaje o zemetrasení rovnaké 1. Bol ponechaný len jeden (primárny) záznam s údajmi o zemetrasení pri súčasnom vylúčení duplicitných záznamov. Údaje o (lokálnych) magnitúdach z ostatných zdrojových katalógov boli ponechané v príslušných stĺpcoch. Uprednostnené boli údaje o čase, lokalizácii, hĺbke, magnitúde a epicentrálnej intenzite z toho zdrojového katalógu, na ktorého územie pripadá lokalizácia zemetrasenia. 2. Ak chýbali niektoré údaje v zdrojovom katalógu, tieto mohli byť podľa expertného uváženia doplnené údajmi z ostatných zdrojových katalógov, ktoré daný údaj obsahovali. 3. V prípade výraznej odlišnosti údajov o lokalizácii, hĺbke alebo epicentrálnej intenzite bola pripustená možnosť zvýšenia ich neurčitosti v ponechanom zázname o zemetrasení (maximálne hodnoty neurčitosti: 55 km v lokalizácii; 1,5 pri epicentrálnej intenzite). 4. Do stĺpca CATALOGUES bola na prvé miesto zapísaná skratka katalógu, ktorého údaje boli primárne pre vytvorenie záznamu, pričom boli zaznamenané aj ďalšie katalógy (v abecednom poradí), v ktorých sa nachádzali údaje o zemetrasení. 5. Do stĺpca MATCH bola zapísaná hodnota: 1 vyjadrujúca odlišnosť časových údajov o zemetrasení zo zdrojových katalógov (odlišnosť záznamov do 3 sek. sa považovala za zhodu) 2 vyjadrujúca odlišnosť údajov o lokalizácii zemetrasení zo zdrojových katalógov (odlišnosť záznamov do 0.03 stupňa sa považovala za zhodu) 12 vyjadrujúca odlišnosť časových údajov a údajov o lokalizácii súčasne Výsledná skompilovaná seizmologická databáza obsahuje údaje o zemetraseniach, ktoré boli makroseizmicky pocítené a/alebo seizmometricky zaznamenané v Regióne EBO. Spomedzi všetkých zemetrasení v seizmologickej databáze: zemetrasení neobsahuje žiaden údaj o epicentrálnej intenzite alebo o niektorom z druhov magnitúd, zemetrasení obsahuje údaj o epicentrálnej intenzite alebo o niektorom z druhov magnitúd. 74

76 3.2 Katalóg zemetrasení pre Región EBO Seizmologická databáza pre Región EBO a Blízky región EBO bola podrobená štandardnému spracovaniu, ktoré spočívalo v homogenizácii seizmologickej databázy, určeniu predtrasov, hlavných otrasov a dotrasov a analýze úplnosti v čase a priestore. Zhomogenizovaná seizmologická databáza bola pre potreby ďalšieho použitia v pravdepodobnostnom výpočte seizmického ohrozenia nazvaná katalógom zemetrasení Homogenizácia seizmologickej databázy a vytvorenie katalógu Homogenizácia skompilovanej seizmologickej databázy pre Región EBO a Blízky región EBO spočívala v prepočte veličín vyjadrujúcich veľkosť alebo účinky zemetrasení (magnitúdo, makroseizmická intenzita) na jednotnú veličinu určujúcu veľkosť zemetrasenia, a to momentové magnitúdo M w. Seizmologická databáza bola pre účely homogenizácie rozdelená na dva časové úseky: A) Predseizmometrické obdobie ( ) B) Seizmometrické obdobie ( ) A) Predseizmometrické obdobie ( ) Seizmologická databáza v predseizmometrickom období obsahuje údaje o zemetraseniach, z ktorých zemetrasení obsahuje údaj o epicentrálnej intenzite I 0. Rozdelenie počtov zemetrasení v závislosti od jednotlivých intenzitných stupňov je uvedené v Tab. 5. I No I No Tab. 5 Počty zemetrasení jednotlivých intenzitných stupňov v predseizmometrickom období. 75

77 Pre prepočet epicentrálnej intenzity na momentové magnitúdo bol použitý vzťah pre homogenizáciu CENEC katalógu (Grünthal et al. 2009a) v dvoch variantoch: v prípade, ak záznam o zemetrasení v databáze obsahoval údaj o hĺbke ohniska h : M I 0.30 log ( h) (44) w 0 v prípade, ak záznam o zemetrasení v databáze neobsahoval údaj o hĺbke ohniska h : Mw I (45) 0 Uvedené vzťahy platia pre I 0 5, vzťahy sme však použili aj pre hodnotu I (numerická hodnota: 4.5). Týmto spôsobom sme zhomogenizovali 386 zemetrasení s I Poznamenávame, že prepočtové vzťahy pre CENEC katalóg je možné použiť aj pre účely homogenizácie seizmologickej databázy Regiónu EBO, a to z dôvodu, že pri príprave CENEC katalógu bola overovaná ich platnosť voči údajom zo zdrojových katalógov použitých pre kompiláciu seizmologickej databázy Regiónu EBO, resp. ich starších verzií (Grünthal et al. 2009b). B) Seizmometrické obdobie ( ) Seizmologická databáza v seizmometrickom období obsahuje údaje o zemetraseniach, z ktorých zemetrasení obsahuje údaj o epicentrálnej intenzite I 0 a/alebo údaj o niektorom z druhov magnitúd. Rozdelenie počtov zemetrasení v závislosti od jednotlivých intenzitných stupňov je uvedené v Tab. 6. I No I No Tab. 6 Počty zemetrasení jednotlivých intenzitných stupňov v seizmometrickom období ( ). Seizmologická databáza v seizmometrickom období bola homogenizovaná podľa nasledovných priorít: 76

78 B-1) zemetrasenia obsahujúce údaj o momentovom magnitúde V seizmologickej databáze sa nachádza 39 zemetrasení (Príloha B), ktoré obsahujú údaj o momentovom magnitúde M w M w v intervale Informácia o momentovom magnitúde bola prebratá, pričom sme momentové magnitúda získané rôznymi agentúrami prepočítavali v pomere 1 : 1. B-2) zemetrasenia obsahujúce údaj o magnitúde z objemových vĺn mb V seizmologickej databáze sa nachádza 33 zemetrasení, pre ktoré bolo agentúrami ISC alebo NEIC určené magnitúdo z objemových vĺn mb v intervale Predpokladali sme, že magnitúdo z objemových vĺn stanovené agentúrou ISC je rovnaké ako magnitúdo z objemových vĺn stanovené agentúrou NEIC, t.j. platí mb ISC mb. (46) NEIC Pre prepočet magnitúda z objemových vĺn mb na momentové magnitúdo vzťah Scordilis (2006) Mw mb M w bol použitý (47) Rozsah platnosti vzťahu (47) je v intervale (3.5 mb 6.2), vzťah bol však použitý aj pre 7 zemetrasení z intervalu magnitúd Obdobie B-3) zemetrasenia obsahujúce údaj o epicentrálnej intenzite Tab. 7 udáva počty zemetrasení v závislosti od jednotlivých intenzitných stupňov v predmetnom časovom období: I No I No Tab. 7 Počty zemetrasení jednotlivých intenzitných stupňov v období

79 Pre prepočet epicentrálnej intenzity na momentové magnitúdo bol použitý vzťah pre homogenizáciu CENEC katalógu (Grünthal et al. 2009a) v dvoch variantoch: v prípade, ak záznam o zemetrasení v databáze obsahoval údaj o hĺbke ohniska h : M I 0.30 log ( h) (vzťah 44) w 0 v prípade, ak záznam o zemetrasení v databáze neobsahoval údaj o hĺbke ohniska h : Mw I (vzťah 45) 0 Uvedené vzťahy platia pre I 0 5, vzťahy sme však použili aj pre hodnotu I (numerická hodnota: 4.5). Týmto spôsobom sme zhomogenizovali 591 zemetrasení s I B-4) zemetrasenia obsahujúce údaj o lokálnom magnitúde z povrchových vĺn M S M L alebo údaj o magnitúde Predpokladali sme, že lokálne magnitúda M L a tiež magnitúda z povrchových vĺn M S určené rôznymi národnými seizmologickými službami sú v období rokov rovnaké. Pre homogenizáciu sme použili iba zemetrasenia s lokálnym magnitúdom ako 1.5. Ich zastúpenie podľa jednotlivých zdrojových katalógov je uvedené v Tab. 8: katalóg ZAMG ACORN GFÚ GFÚ AV ČR Zsíros EBO SAV IGF PAS M L väčším CENEC počet Tab. 8 Zastúpenie zdrojových katalógov v seizmologickej databáze s uvedeným lokálnym magnitúdom v období Pre homogenizáciu zemetrasení s údajmi o lokálnom magnitúde (2002) M w L M L bol použitý vzťah Utsu M. (48) Týmto vzťahom sme zhomogenizovali 107 zemetrasení s lokálnymi magnitúdami v intervale M L 78

80 Pre homogenizáciu zemetrasení s údajmi o magnitúde z povrchových vĺn vzťah M S w M S bol použitý M. (49) Týmto vzťahom sme zhomogenizovali 3 zemetrasenia. Obdobie B-3) zemetrasenia obsahujúce údaj o lokálnom magnitúde M L Homogenizácia tejto skupiny zemetrasení prebehla v dvoch krokoch. Najskôr boli všetky zemetrasenia obsahujúce údaj o lokálnych magnitúdach jednotlivých národných seizmologických inštitúcií zhomogenizované na rakúske lokálne magnitúdo podľa vzťahov uvedených v Tab. 9. Predpokladali sme, že spôsob stanovovania rakúskeho lokálneho magnitúda sa v uvedenom čase nemenil. Vzťahy uvedené v Tab. 9 boli získané regresiou pomocou metódy najmenších štvorcov (Príloha C). obdobie katalóg ACORN ZAMG ACORN --- CENEC ZAMG CENEC --- GFÚ AV ČR ZAMG CZ ZAMG CZ ACORN = GFU 0.5 ACORN = GFU 0.5 CZ GFU GFÚ SAV CZ = GFU 0.56 ZAMG = GFU 0.5 ZAMG = GFU 0.5 ZAMG GFU Zsíros ZAMG HU ZAMG = HU HU HU < 3.7 ZAMG HU HU 3.7 EBO GFU = EBO GFU EBO GFU EBO 0.37 ZAMG = EBO 0.3 ZAMG = EBO 0.7 ZAMG = EBO 0.4 IGF PAS ZAMG = 1.48 PL 2.0 ZAMG = 1.48 PL 2.0 PL (2; 4.3), extrapolované z obdobia PL (2; 4.3) Tab. 9 Homogenizácia lokálnych magnitúd národných seizmologických služieb na rakúske lokálne magnitúdo ZAMG. 79

81 V druhom kroku bolo zemetrasení, ktorých homogenizované rakúske lokálne magnitúdo bolo väčšie alebo rovné ako M LZAMG 1.5 (v rozsahu magnitúd ), prepočítaných na momentové magnitúdo M w podľa vzťahu 2 Mw MLZAMG MLZAMG (50) Vzťah (50) bol adaptovaný pre účely homogenizácie seizmologickej databázy zo vzťahu Grünthal et al. (2009a) odvodeného pre účely homogenizácie CENEC katalógu 2 w L L M M M (51) Pre účely overenia platnosti vzťahu (51) na lokálne magnitúdo určované rakúskou národnou seizmologickou službou ZAMG sme v ISC katalógu našli v období zemetrasení (4 zemetrasenia boli neskôr z porovnávania vylúčené), ktoré súčasne obsahujú údaj o momentovom magnitúde M w určenom Švajčiarskou seizmologickou službou a údaj o lokálnom magnitúde určenom ZAMG. Zoznam týchto zemetrasení je uvedený v Prílohe D. Obr. 21 Závislosť momentového magnitúda M w od rakúskeho lokálneho magnitúda ZAMG. 80

82 Pomocou metódy najmenších štvorcov sme ukázali (Obr. 21), že rozdiel medzi regresiou využitím vzťahu Grünthal et al. (2009a) a našou vlastnou lineárnou, resp. kvadratickou regresiou je minimálny, a preto môžeme pre homogenizáciu rakúskeho lokálneho magnitúda na momentové magnitúdo M w vzťah (51) odvodený pre účely homogenizácie CENEC katalógu využiť aj pre účely homogenizácie seizmologickej databázy vytvorenej pre Región EBO. B-4) zemetrasenia obsahujúce údaj o epicentrálnej intenzite Tab. 10 udáva počty zemetrasení v závislosti od jednotlivých intenzitných stupňov v predmetnom časovom období: I No I No Tab. 10 Počty zemetrasení jednotlivých intenzitných stupňov v období Pre prepočet epicentrálnej intenzity na momentové magnitúdo bol použitý vzťah pre homogenizáciu CENEC katalógu (Grünthal et al. 2009a) v dvoch variantoch: v prípade, ak záznam o zemetrasení v databáze obsahoval údaj o hĺbke ohniska h : M I 0.30 log ( h) (vzťah 44) w 0 v prípade, ak záznam o zemetrasení v databáze neobsahoval údaj o hĺbke ohniska h : Mw I (vzťah 45) 0 Uvedené vzťahy platia pre I 0 5, vzťahy sme však použili aj pre hodnotu I (numerická hodnota: 4.5). Týmto spôsobom sme zhomogenizovali 212 zemetrasení s I

83 Zhrnutie údajov o zhomogenizovanej seizmologickej databáze Zhomogenizovaná seizmologická databáza pre Región EBO a Blízky región EBO má nasledovné parametre: minimálne momentové magnitúdo M w : 1.5 počet zemetrasení: Tab. 11 udáva počty zemetrasení v jednotlivých magnitúdových triedach pre zhomogenizovanú seizmologickú databázu: magnitúdová trieda počet zemetrasení M w M w M w M w M w M w M w M w M w M w M w spolu Tab. 11 Počty zemetrasení v jednotlivých magnitúdových triedach zhomogenizovanej seizmologickej databázy. Zhomogenizovanú seizmologickú databázu sme pre účely jej ďalšieho spracovania a použitia pri výpočte seizmického ohrozenia lokality EBO nazvali katalógom zemetrasení. Katalóg zemetrasení pre Región EBO je dokumentovaný v Prílohe E a na Obr

84 Obr. 22 Katalóg zemetrasení pre Región EBO s vyznačením momentového magnitúda M w. (Mierka mapky nie je zachovaná.) 83

85 3.2.2 Určenie predtrasov, hlavných otrasov a dotrasov Pre určenie kategórie zemetrasenia, t.j. stanovenie, či zemetrasenie je predtrasom, hlavným otrasom alebo dotrasom (declustering), sme použili dve nezávislé metódy: Metóda okna (window method) Pri metóde okna sú zemetrasenia v katalógu zoradené zostupne podľa ich veľkosti. V prípade, ak niektoré zemetrasenie padne do časovo-priestorového okna zemetrasenia s vyššou magnitúdou, je označené za predtras, resp. dotras. Parametre časovo-priestorového okna boli zvolené z práce Burkhard a Grünthal (2009): časové okno pre predtrasy [v dňoch]: dt ( M ) exp( M ) M 7.8 foreshock dt ( M ) exp ( M ) M 7.8 foreshock w w w w w w (52) časové okno pre dotrasy [v dňoch]: dt ( M ) exp( M ) M 6.6 aftershock dt ( M ) exp( M ) M 6.6 aftershock w w w w w w (53) priestorové okno [v km]: dr ( M ) exp ( M ). (54) w w Metóda klastrov (cluster method) Algoritmus metódy clustrov vyvinul Reasenberg (1985). Zemetrasenia v katalógu sú na základe interakčnej oblasti v priestore a čase spájané do klastrov. Najsilnejší jav v klastri je označený za hlavný otras, zemetrasenia, ktoré mu predchádzajú, za predtrasy a zemetrasenia po ňom nasledujúce za dotrasy. Interakčná oblasť v čase je vytváraná pomocou Omoriho zákona dotrasov (parametre P ) a časových okien T min a T max, interakčná oblasť v priestore je modelovaná pomocou kruhovej trhliny okolo každého zemetrasenia (parameter r fact ). Pri výpočte sa ďalej využíva tzv. efektívne magnitúdo všetkých zemetrasení spadajúcich do klastra (parametre x eff a x k ). 84

86 Keďže metóda klastrov je citlivá na voľbu hodnôt vstupných parametrov (Christophersen et al. 2011, Beauval et al. 2013), v programe CLUSTER (Reasenberg 1985) sme zvolili hodnoty vstupných parametrov v dvoch variantoch (Tab. 12). Variant A predstavuje voľbu hodnôt vstupných parametrov odporúčanú Reasenbergom (1985), hodnoty vo variante B predstavujú ich horné hranice zvolené v práci Beauval et al. (2013). parameter variant A variant B T min [s] T max [s] P x eff x k r fact Tab. 12 Voľba hodnôt vstupných parametrov v programe CLUSTER (Reasenberg 1985). Počty zemetrasení v jednotlivých kategóriách v závislosti od zvolenej metódy ich stanovenia sú uvedené v Tab. 13. V prípade metódy klastrov sme za vierohodnejšie pre lokalitu EBO považovali stanovenie kategórie zemetrasenia podľa variantu B voľby hodnôt parametrov (udáva nižší počet hlavných otrasov ako variant A). kategória metóda okna 212 predtrasy (8,0 %) hlavné otrasy (70,2 %) metóda klastrov (variant A) 53 (2,0 %) (89,9 %) metóda klastrov (variant B) 64 (2,4 %) (87,9 %) dotrasy 579 (21,8 %) 214 (8,1 %) 258 (9,7 %) spolu Tab. 13 Počty zemetrasení v jednotlivých kategóriách v závislosti od použitej metódy ich stanovenia Analýza úplnosti katalógu v priestore a čase 85

87 Úplnosť katalógu v priestore bola stanovená podľa skupín seizmických zdrojových zón, ktoré sa približne kryjú s územiami štátov (pozri Obr. 24). Predpokladáme, že hustota osídlenia, dostupnosť historických písomných záznamov o zemetraseniach a pokrytie štátneho územia národnou sieťou seizmických staníc sú v rámci danej skupiny seizmických zdrojových zón homogénne. Úplnosť katalógu v čase bola stanovená pomocou zobrazovania kumulatívneho počtu zemetrasení pre danú skupinu seizmických zdrojových zón a daný interval magnitúd v závislosti od času. V čase posledný lineárny úsek na grafe indikuje stabilnú seizmickú aktivitu, t.j. dolné ohraničenie periódy úplnosti katalógu. Za magnitúdový krok sme zobrali veľkosť intervalu 0.5. V prípade zdrojových zón nachádzajúcich sa na území Slovenska (zóny SK) bolo ako ďalšie kritérium použité zobrazovanie časového vývoja seizmickej aktivity (zodpovedajúca parametru Guttenberg-Richterovho početnostného vzťahu v prírastkovom tvare) pre daný interval magnitúd, čo je dokumentované v Prílohe F. Úplnosť katalógu v čase bola stanovená pre katalóg pred určením kategórie zemetrasení (predtrasy, hlavné otrasy, dotrasy). Pri stanovení úplnosti katalógu pre declusterovaný katalóg (katalóg obsahujúci len hlavné otrasy) nepredpokladáme výrazné odlišnosti v rokoch úplnosti stanovených z celého katalógu. Výsledky stanovenia rokov úplnosti katalógu v čase podľa jednotlivých skupín seizmických zdrojových zón sú uvedené v Tab. 14 a Obr. 23a-d. skupiny zdrojových zón A H P SK Tab. 14 Úplnosť katalógu v čase pre jednotlivé magnitúdové triedy a skupiny zdrojových zón. 86

88 (a) (b) 87

89 (c) (d) Obr. 23a-d Grafické znázornenie úplnosti katalógu v čase pre jednotlivé magnitúdové triedy a skupiny zdrojových zón. (a) seizmické zóny platformy (územie Českej republiky a Poľska), (b) seizmické zóny na území Rakúska, (c) seizmické zóny na území Maďarska, (d) seizmické zóny na území Slovenska. 88

90 3.3 Seizmotektonický model Regiónu EBO a Blízkeho regiónu EBO Seizmotektonický model záujmovej oblasti je syntézou seizmologickej a geologickej databázy Regiónu EBO a Blízkeho regiónu EBO. Pre jeho účely bola vytvorená litotektonická mapa Západných Karpát a priľahlých území, ktorá zohľadňovala tektonickú individualizáciu jednotiek a ich prevažujúce litologické zloženie ako základný prvok reologickej diferenciácie segmentov kôry. Tvorba regionálneho seizmotektonického modelu bola založená na vzájomnej korelácii geologicko - tektonických, geodynamických a geofyzikálnych údajov v prostredí GIS. Seizmotektonický model zohľadňuje údaje seizmologickej databázy, relevantné geofyzikálne údaje, charakteristiky recentného tektonického režimu vrátane existujúcich fokálnych mechanizmov zemetrasení a údaje o recentných pohybových trendoch. Riešené územie je charakteristické polohou mimo hlavné rozhrania kontinentálnych platní, značne zložitou vrásovo - príkrovovou stavbou, prevažujúcim extenzným režimom napätia a nízkou až strednou úrovňou seizmickej aktivity. Vyčlenené zdrojové zóny sú chápané ako bloky zemskej kôry, v ktorých je predpoklad výskytu zemetrasení so vzájomne podobnými charakteristikami a seizmotektonickým režimom Princípy tvorby seizmotektonického modelu Regiónu EBO Seizmotektonický model bol skonštruovaný na základe hierarchickej regionalizácie (seizmo)geologických štruktúr od seizmogeologických domén až po seizmické zdrojové zóny. Definícia seizmogeologických domén v danom regióne čiastočne zohľadňovala aj metodické postupy projektu PEGASOS, komplexnej štúdie seizmického ohrozenia jadrových zariadení vo Švajčiarsku (Burkhard a Grünthal 2009) a metodiku projektu SHARE, paneurópskeho projektu v oblasti seizmického ohrozenia Európy (Delavaud et al. 2012). Projekt SHARE však pracoval v mierke kontinentálnych rozmerov, pre riešenie územia Regiónu EBO vhodnej len v základných rysoch. Napriek tomu bolo z projektu SHARE použité základné rozdelenie územia Európy na oblasti s odlišnými seizmogeologickými charakteristikami (Obr. 24). Toto rozdelenie je kompatibilné s delením použitým pre územie Regiónu EBO, pričom zohľadňuje neoalpínsky a súčasný tektonický režim (CTR, current tectonic regime). Územie Regiónu EBO v danom zmysle delíme na : 89

91 stabilnú oblasť kontinentu (platforma), označovanú ako SCR (Stabile Continental Regions), oblasti s aktívnymi (plytko) kôrovými deformáciami, označovanú ako ASCR (Active Shallow Crustal Regions). Obr. 24 Seizmogeologické (geodynamické) teritóriá Európy (podľa Delavaud et al. 2012). Červenou prerušovanou čiarou je vyznačené územie Regiónu EBO. Uvedené dve základné oblasti sú oddelené tektonickým rozhraním prvého rádu (Grünthal a Wahlström 2003), za ktoré považujeme styk európskej platformy a alpsko - karpatského orogénu. Na základe odlišného obdobia hlavnej konsolidácie geologickej stavby boli v oblasti strednej Európy vyčlenené dve základné seizmogeologické (geodynamické) teritóriá, ktorých hranica je totožná s uvedeným tektonickým rozhraním prvého rádu : SCR (Stabile Continental Regions) - teritórium kaledónsky a hercýnsky konsolidovanej európskej platformy. Stabilná kontinentálna oblasť, resp. doména konsolidovanej európskej platformy obsahuje baltický štít tvorený predkambrickými kryštalickými komplexmi hornín bez výrazného sedimentárneho pokryvu, ktorý je charakterizovaný nízkym stupňom útlmu a predpokladanej deformácie, a kontinentálnu kôru konsolidovanú po hercýnskej orogenéze s mezozoickým a terciérnym sedimentárnym 90

92 pokryvom (kaledonidy a hercynidy), taktiež s nízkym stupňom možnej deformácie. Základné geofyzikálne charakteristiky seizmogeologickej domény : hrúbka litosféry dosahuje okolo 100 až 140 km; hrúbka kôry 30 až 40 km; teplotné pomery v hĺbkových úrovniach 50 km 600 až 700 C, 20 km 350 až 400 C, 10 km 200 až 250 C a v hĺbke 5 km 100 až 140 C. Prevažujúcim typom tektonického porušenia sú poklesové zlomy sudetského (severozápad - juhovýchod) a rýnskeho smeru (SSV-JJZ). Plošne rozsiahla doména s pomerne slabou seizmickou aktivitou zaberá severovýchodnú časť strednej Európy, avšak na územie Regiónu EBO zasahuje len na jeho severnom okraji. ASCR (Active Shallow Crustal Region) - teritórium mezozoicky (paleoalpínsky) konsolidovanej litosféry predkenozoických jednotiek alpsko-karpatského orogénu a hlbokého podložia panónskej oblasti. K teritóriu ASCR náleží v danom území teran - mikroplatňa Alcapa (Kováč 2000), ktorá je regiónom s kenozoickými (neoalpínskymi) aktívnymi (plytko)kôrovými deformáciami (ASCR podľa Delavaud et al. 2012). Regióny ASCR podľa uvedeného zdroja obsahujú : (a) oblasti s dominantným kompresným tektonickým režimom, vrátane presunov príkrovov a spätných prešmykov, transkurentných zlomov (horizontálnych posunov) a vytváraním akrečnej prizmy v čele nasúvanej platne; (b) oblasti s dominantným extenzným tektonickým režimom, flexúr a poklesových zlomov, vrátane aktivity transkurentných zlomov (horizontálnych posunov). Oblasti s neoalpínsky aktívnymi (plytko)kôrovými deformáciami (ASCR) obsahujú Doménu flyšového pásma a Domény teranov Alcapa a Tisza Dacia. Pre účely spracovania podkladovej geologickej databázy a návrh seizmotektonického modelu boli použité pojmy seizmogeologická doména, seizmotektonická zóna a seizmická zdrojová (ohnisková) zóna. Seizmogeologická doména je priestorovo ohraničený segment zemskej kôry s kvázihomogénnymi geodynamickými charakteristikami. Hlavným kritériom pre vyčlenenie je jednotný vek poslednej rozsiahlej konsolidácie geologickej stavby (hercýnskej, paleoalpínskej alebo neoalpínskej). Domény sú definované hrúbkou litosféry, hrúbkou kôry a teplotnými pomermi v rôznych hĺbkach. Ďalšími podstatnými charakteristikami sú neotektonické porušenie, resp. neotektonická aktivita a seizmicita (údaje seizmologickej databázy). Seizmotektonická zóna je zóna krehkého porušenia zemskej kôry, kde v dôsledku pôsobenia aktuálneho tektonického režimu môžu vznikať zmeny v štruktúrnom usporiadaní, ktoré uvoľňovaním generovaného napätia vytvárajú predpoklady potenciálnej seizmickej aktivity. Ak je seizmická aktivita viazaná na oblasť s definovaným zlomovým porušením s charakteristickým kinematickým režimom (CTR) ide o seizmogénnu štruktúru. V prípade, že aktivita nie je viazaná na jednoznačne definovateľné štruktúry ide 91

93 o zóny difúznej seizmickej aktivity. Štruktúrno - tektonické charakteristiky seizmotektonických zón boli ďalej podkladom pre stanovenie hodnoty maximálneho magnitúda pre vyčlenené seizmické zdrojové zóny. Seizmická zdrojová (ohnisková) zóna je diskrétne vymedzená časť územia s charakteristickým usporiadaním geologických štruktúr a charakteristickým tektonickým režimom, na ktoré je viazaná seizmická aktivita s typickými (spoločnými) znakmi. Model seizmogeologických domén Regiónu EBO je uvedený v Prílohe G Model seizmických zdrojových zón Diferenciácia plochy Regiónu EBO na seizmické zdrojové zóny vychádza z modelu seizmogeologických domén a seizmotektonických zón, integráciou geologickej, geofyzikálnej a seizmologickej databázy. Seizmické zdrojové zóny boli vyčlenené ako diskrétne časti územia, v rámci ktorých sú predpokladané spoločné znaky vzniku zemetrasení. Seizmické zdrojové zóny pokrývajú celú plochu Regiónu EBO a obsahujú seizmogénne štruktúry a zóny difúznej seizmickej aktivity. Na podklade modelu seizmických zdrojových zón bolo stanovené maximálne potenciálne magnitúdo a určené parametre početnostných vzťahov. Základné rozdelenie územia Regiónu EBO rešpektuje delenie na seizmogeologické domény, resp. na stabilnú oblasť kontinentu (platforma) a oblasti s aktívnymi (plytko) kôrovými deformáciami (Delavaud et al. 2012). Seizmické zdrojové zóny možno vyčleniť v štyroch skupinách (Obr. 25) : zóny príslušné doméne konsolidovanej Európskej platformy označené ako P1 až P4; zóny približne pokrývajú územie Českej republiky, Poľska a severnú časť Rakúska; zóny domény Alcapa, časť Východné Alpy označené ako A1, A2 (podzóny A21, A22, A23) a A3, ktoré približne pokrývajú územie juhovýchodného Rakúska; zóny príslušné Severopanónskej doméne vrátane územia teranu Tisza s označením H1, H2 (podzóny H21, H22), H3 a H4, približne pokrývajúce územie Maďarska a severovýchodných výbežkov Slovinska a Chorvátska; zóny domény Alcapa, časť Západné Karpaty, resp. zóny na území Slovenska, východného Rakúska a severného Maďarska s označením SK1, SK2 (podzóny SK21, SK22, SK23), SK3, SK4 a SK5. 92

94 S ohľadom na plošnú hustotu zemetrasení a ďalšie charakteristiky (distribúcia magnitúd a hĺbok hypocentra) boli niektoré zdrojové zóny rozdelené na podzóny, ktoré slúžili ako podklad pre tvorbu logického stromu v rámci výpočtovej časti PSHA. Ide o podrozdelenie zóny Mur - Mürz na tri časti (Lavanttal, Mur a Mürz) s označením A21, A22 a A23 a zóny v rámci Severopanónskej domény na H21 a H22. Dobrovodská zdrojová zóna (SK2), ktorej charakteristiky sú pre výsledky PSHA významné, bola diskretizovaná na tri podzóny označené ako SK21, SK22 a SK23. Obr. 25 Schéma členenia Regiónu EBO na seizmické zdrojové zóny. Seizmická aktivita vo vyčlenených zónach bola vzájomne porovnávaná na základe parametrov získaných z katalógu a priestorovej identifikácie konkrétnej zóny (podzóny). Ako 93

95 najvhodnejší porovnávací parameter sa ukázala hodnota energie vyžiarenej vo forme seizmických vĺn na jednotku plochy normalizovaná na čas prostredníctvom doby pozorovania v jednotlivej zóne (podzóne) v MJ.km -2 za rok. Ako ďalšie pomocné kritérium bola použitá hustota evidovaných javov na jednotku plochy. Pre popis zón bola ďalej použitá deskriptívna štatistika na základe údajov katalógu, t.j. distribúcia momentových magnitúd a hĺbok hypocentier zemetrasení. Je potrebné uviesť, že hodnota charakteristickej hĺbky hypocentra mediánom je do značnej miery postihnutá neurčitosťou stanovenia, a preto bola táto hodnota použitá doplnkovo. Zóny konsolidovanej Európskej platformy Územie stabilnej domény (Obr. 26) je rozdelené na štyri zóny, pričom v troch je možné seizmickú aktivitu označiť ako difúznu (P1, P3 a P4) a iba zóna sudetsko - labská (P2) sa prejavuje ako seizmogénna. Ide o cca 40 až 60 km široké pásmo generálne severozápad - juhovýchodného smeru. Zlomy labského systému porušujú Český masív v jeho severnej časti po čelo flyšových príkrovov Vonkajších Karpát. Ostatné tri zóny je možné v zásade označiť ako kaledonidy (zóna P1) a zóny moldanubika (P3 a P4), pričom zóna P4 obsahuje aj molasovú zónu a rhenodanubický flyš Východných Álp. Prevažujúcim typom porušenia sú zlomy normálne (poklesové), v menšej miere sa uplatňujú zlomy násunové. Kompresné štruktúry sú sústredené najmä do južnej časti zóny P4, kde sa prejavuje doznievanie kolízie Českého masívu a Východných Álp a do blízkosti hranice s flyšovým pásmom. Prevažujúce smery hlavných tektonických línii je možné označiť v zóne sudetsko - labskej (P2), kde je smer dôležitých zlomov severozápad - juhovýchod. V zóne moldanubika (P3) prevažujú zlomy severo - južných smerov, v moldanubickej zóne P4 pribúdajú smery juhozápad - severovýchod. Okrem uvedených je možné stanoviť prevažujúce smery pri násunových líniach, ktoré sledujú styk s čelom flyšových príkrovov (t.j. generálne smer juhozápad - severovýchod v zónach P2 a P3, resp. západ - východ v zóne P1) a styk Českého masívu s Alpami v zóne P4, ktorý je generálne západo - východný. Na styku s čelom flyšových príkrovov boli podľa priamych meraní vo vrtoch (tzv. overcoring, break-out alebo in-situ merania) indikované kompresie generálne severo - južných smerov, ktoré zodpovedajú orientácii recentného napäťového poľa. V západnej časti (zóny P2, P3 a P4) sa napätie reorientuje postupne k severozápadu. Hlavné zlomové štruktúry sudetsko - labskej zóny (P2) môžu mať pomerne hlboký dosah, avšak z hľadiska aktuálnej seizmicity, ako aj pozície voči lokalite EBO bude príspevok tejto zóny k seizmickému ohrozeniu lokality minimálny. 94

96 Obr. 26 Seizmické zdrojové zóny domény konsolidovanej Európskej platformy (P). 95

97 Z hľadiska dokumentovanej seizmickej aktivity sa zóny vzájomne odlišujú. V zónach P1 a P3 je výskyt zemetrasení vzácny, ich celkový počet v katalógu dosahuje 7, resp. 15 javov s hodnotami M w do 5.0. V zóne sudetsko - labskej (P2) je v katalógu registrovaných spolu 117 javov s momentovým magnitúdom najčastejšie v intervale 2 až 4. Podobne je charakterizovaná moldanubická zóna P4 s počtom 136 zemetrasení. Hĺbky výskytu hypocentier sú v zónach P1, P3 a P4 skôr menšie, medián hĺbok sa pohybuje okolo 4 km. V zóne P2 boli registrované hypocentrá po 16 km, ojedinele aj viac, avšak hodnota mediánu je približne rovnaká. Plošná hustota výskytu zemetrasení je v zónach P1 a P3 ďaleko najnižšia v celom Regióne EBO, ale aj v zónach P2 a P4 zostáva výrazne nižšia ako je priemer. Pri hodnotení zón podľa množstva seizmicky vyžiarenej energie ide o hodnoty zlomkov voči priemeru Regiónu EBO. Uvedené neplatí pre zónu P4, kde je táto hodnota významne skreslená zemetrasením z r s hodnotou M w St. Pölten a Viedňou (Neulengbach, resp. Ried am Riederberg). 6.2, ktoré bolo lokalizované medzi Pre účely hodnotenia seizmogénneho potenciálu zón P1, P3 a P4 je maximálna predpokladaná dĺžka seizmogénneho zlomu cca 10 km s maximálnym hĺbkovým dosahom do 6 až 8 km; v zóne P2 predpokladáme dĺžky do 20 km s hĺbkovým dosahom do 12 km. Charakteristická hĺbka hypocentier zemetrasení sa bude v zónach P1, P3 a P4 pohybovať v intervale 4 až 8 km, max. do 12 km, v zóne P2 do 20 km. Zóny kaledoníd (P1) a moldanubika (P3 a P4) považujeme za typické zóny difúznej seizmickej aktivity. V zóne sudetsko - labskej je možné pozorovať určitú väzbu epicentier zemetrasení na známe geologické štruktúry. Zóny domény Alcapa - Východné Alpy Juhozápadná časť Regiónu EBO, príslušná Východným Alpám (Obr. 27) je rozdelená na zónu A1 (Severné Vápencové Alpy), zónu A2 (Mur - Mürz) a Východoštajerskú zónu A3 na juhovýchode, pri styku so Severopanónskou doménou. Pásmo Mur - Mürz bolo rozdelené podľa hustoty seizmickej aktivity na podzóny Lavanttal (A21), Mur (A22) a Mürz (A23). Zvýšená aktivita je dokumentovaná najmä v podzónach A21 a A23, kde boli lokalizované zemetrasenia s hodnotami M w nad 5.0. V zóne Severné Vápencové Alpy (A1) je zlomové porušenie poklesovými a násunovými zlomami, v zónach A21, A22 a A23 pribúdajú smerné posuny (strike - slip). Dôležité smerné posuny sledujú najmä Lavanttalsky smer v zóne A21 (severozápad - juhovýchod) a smer lineamentu Mur - Mürz v zóne A22 a A23 (juhozápad - severovýchod). V zóne Severné Vápencové Alpy (A1) je dominantným prvkom lineament Salzachtal - 96

98 Ennstal - Mariazell - Puchberg (SEMP) smeru ZJZ - VSV. Lineament ale nemá s výnimkou úseku Enns výraznejší prejav v dokumentovanej seizmicite. V zóne A3 je porušenie zlomami menej výrazné, dôležitým je lavanttalsky systém smeru severozápad - juhovýchod na hranici Regiónu EBO. Orientácia recentného napäťového poľa je prakticky na celom území príslušnom Východným Alpám v smere sever - juh a vyplýva z doznievajúcej kolízie - podsunutia Českého masívu pod Východné Alpy. Iba v zóne Mürz (A23) dochádza k čiastočnej reorientácii v smere na severovýchod (únik Karpát). Indície podľa in-situ meraní nemajú jasný prevažujúci smer, pole odvodené podľa fokálnych mechanizmov do určitej miery potvrdzuje kompresiu približne kolmú na okraj podsunutia Českého masívu. Vzhľadom k celkovej hrúbke kôry, ako aj predpokladanej hrúbke rigídnej časti litosféry je možný výskyt štruktúr s krehkou deformáciou do pomerne veľkej hĺbky. Z hľadiska typu krehkých štruktúr a orientácie recentného napäťového poľa je z hľadiska ohrozenia lokality EBO dôležitou najmä zóna Mürz (A23), v ktorej je zároveň indikovaná aj najvýraznejšia seizmicita v Regióne EBO. Určitým príspevkom k tvorbe napätia môžu byť pomerne výrazné teplotné gradienty na juhovýchodnom vymedzení Východných Álp, ktoré sú predpokladané v hĺbkach 10 až 20 km a môžu vytvárať termoelastické napätia. Na základe údajov katalógu možno konštatovať, že zóny sú výrazne odlišné počtom registrovaných zemetrasení. V zóne Mürz (A23) je v katalógu registrovaných 561 javov, čo je cca 21% všetkých jeho záznamov. V uvedenej zóne je aj najvyššia plošná hustota javov, cca 12-násobok priemernej hodnoty Regiónu EBO. V zónach A1, A21 a A22 je stále plošná hustota javov vysoká, v podzóne Lavanttal (A21) na juhozápadnej hranici Regiónu EBO dosahuje viac ako 5-násobok priemeru. Podpriemerná hustota javov je dokumentovaná vo Východoštajerskej zóne A3 pri styku so Severopanónskou doménou. Rozloženie magnitúd je vo všetkých zónach A najčastejšie v intervale 2.0 až 4.0. V podzóne Mur (A21) a najmä v podzóne Mürz (A23) boli registrované aj silnejšie zemetrasenia s momentovými magnitúdami v intervaloch 4.0 až 5.0 a 5.0 až 6.0 (v zóne A23 ide o 50 javov). Hypocentrá zemetrasení sa v zónach A1 a A22 pohybujú najčastejšie v intervale 4 až 10 km, v zónach A21, A23 a A3 v menšom počte až do 16 km. Medián hĺbok hypocentier sa v zónach A dosahuje hodnoty 6 a 8 km. Podľa množstva energie vyžiarenej vo forme seizmických vĺn ide o mimoriadne exponované územie, najmä v prípade zóny A2, resp. podzóny Mürz (A23). 97

99 Obr. 27 Seizmické zdrojové zóny domény Alcapa Východné Alpy (A). Z hľadiska seizmogénneho potenciálu je z východoalpských zón najdôležitejšou podzóna Mürz (A23) s výskytom smerných posunov a kompresných štruktúr. V zóne A2 (Mur - Mürz) sa vyskytujú zlomy so súvislými úsekmi dĺžky do 30 až 40 km, s hĺbkovým dosahom po 8 až 10 km (Reinecker a Lenhardt 1999). V zóne Severné Vápencové Alpy (A1) predpokladáme zlomy so seizmogénnymi dĺžkami do 20 km, v zóne A3 (Východoštajerská) do 10 km. Hypocentrá predpokladaných zemetrasení sa môžu vo východoalpských zónach vyskytovať po maximálnu hĺbku 20 km, charakteristické hĺbky sa budú pohybovať v zóne A2 v intervale 8 až 12 km, v zónach A1 a A3 v intervale 4 až 8 (10) km. Juhovýchodnú zónu A3 v blízkosti panónskej oblasti považujeme za zónu difúznej seizmickej aktivity. 98

100 Zóny Severopanónskej domény (vrátane teranu Tisza) Panónska oblasť tvorí južnú a juhovýchodnú časť Regiónu EBO (Obr. 28). Oblasť je rozdelená na zóny H1 (zóna rábskeho zlomu), podzóny H21 (Transdanubikum - západ) a H22 (Transdanubikum - východ), zónu H3 (Igal - MHL - Tisza) a zónu H4, ktorá pokrýva styk s dinárskou oblasťou. Zvýšená seizmická aktivita je sústredená do podzón Transdanubika (H21 a H22) a do zóny styku s dinárskou oblasťou, ktorá sa ale nachádza na okraji Regiónu EBO a jej vplyv na seizmické ohrozenie lokality EBO je zanedbateľný. Podstatná časť dôležitých zlomových rozhraní v zónach Transdanubikum (H21 a H22) má smer severozápad - juhovýchod a západ - východ, v zóne Rába (H1) tiež juhozápad - severovýchod. V Transdanubických zónach H21 a H22 sa vyskytujú významné zlomy aj v smere sever - juh. Zlomy s orientáciou severozápad - juhovýchod prevažne segmentujú hlavné neogénne panvy. Recentné napäťové pole je charakterizované orientáciou kompresie v smere západ - východ až juhozápad - severovýchod, t. j. z hľadiska možných posunov a vzniku seizmickej aktivity sú podstatné plytkokôrové zlomy uvedených smerov. Preexistujúce hlboké zlomové štruktúry sú prevažne kolmatované kenozoickými sedimentami. Na veľkej časti uvedeného územia súčasne dochádza následkom vyklenutia astenosféry k výraznému nárastu teplôt v spodnej kôre, čo spôsobuje nárast podielu plastickej (duktilnej) deformácie. Orientácie recentného napäťového poľa podľa fokálnych mechanizmov nevykazujú žiadny jednoznačne interpretovateľný trend. Merania napätia in-situ boli sústredené iba lokálne, do juhozápadného okraja Regiónu EBO v hlbokých častiach paniev Veľkej Uhorskej nížiny Makó a Békes v oblastiach prieskumu a ťažby uhľovodíkov. Uvedené merania ale tiež nevykazujú žiadny markantný trend. Na styku s dinárskou oblasťou dochádza k reorientácii recentného napäťového poľa do severo - južného smeru, čo potvrdzujú aj merania in-situ a tiež väčšia časť fokálnych mechanizmov. Táto skutočnosť je v súlade s predpokladmi južného tlaku mikroplatne Adria na mikroplatne Alcapa a Tisza - Dacia. V zóne Igal - MHL - Tisza (H3) je okrem hlavného smeru juhozápad - severovýchod zastúpený aj kolmý systém zlomov, ktorý obmedzuje panvy Veľkej uhorskej nížiny - Békes a Makó. Vzhľadom k celkovej hrúbke neogénnej sedimentárnej výplne ide o dôležité rozhrania, avšak väčšia časť zlomov je kolmatovaná neogénnymi sedimentami. Vysoké teploty v spodnej kôre zároveň spôsobujú menšie uplatnenie krehkých deformácii, s čím súvisí aj pomerne nízka pozorovaná seizmická aktivita. 99

101 Obr. 28 Seizmické zdrojové zóny Severopanónskej domény (H). 100

102 Katalóg zemetrasení poukazuje na vysokú plošnú hustotu javov najmä v zóne Transdanubikum - západná časť (H21), kde dosahuje viac ako 5-násobok priemernej hodnoty Regiónu EBO. Zóna obsahuje skupinu 9 javov s momentovým magnitúdom v intervale 5.0 až 6.0. V severnej časti zóny H21 bolo registrované aj zemetrasenie v Komárne z r s prepočítanou hodnotou momentového magnitúda M w 5.8. V zónach H1 a H22 je dokumentovaná plošná hustota javov blízka priemeru Regiónu EBO, v zóne Igal - MHL - Tisza (H3) je hustota výrazne nižšia. V zóne Rába (H1) je dokumentovaná seizmicita pomerne nízka, spolu ide o 47 javov s hodnotami M w v intervale 2.0 až 4.0 a charakteristickými hĺbkami hypocentier v intervale 4 až 12 km. V ostatných panónskych zónach H sa vyskytujú aj zemetrasenia s hodnotami momentového magnitúda do 6.0. Zemetrasenia s M w v intervale 5.0 až 6.0 sa vyskytujú v počte 6 až 13 javov v každej zóne. Hĺbky hypocentier sa pohybujú spravidla v intervale 4 až 16 km, pričom najvýraznejšie sú zastúpené hĺbky 8 až 10 km (v tomto intervale ležia aj mediány hĺbok pre jednotlivé zóny). Limitom pre hĺbku hypocentra je úroveň geoizotermy 350 C alebo 550 C, kde podľa horninového typu (kyslejšie, resp. intermediárne variety granitov a diority) začína prevládať duktilná deformácia. Pri porovnávaní zón podľa množstva seizmicky vyžiarenej energie sú panónske zóny H značne odlišné. Zóna Rába (H1) sa javí ako pomerne pokojná, vysoko nadpriemernými hodnotami sú charakteristické najmä podzóna západného Transdanubika (H21) a zóna styku s Dinaridami (H4). Podzóna východného Transdanubika (H22) a zóna Igal - MHL - Tisza (H3) zodpovedajú približne priemeru Regiónu EBO. Pre zónu H3 platí rovnako ako pre zónu Moldanubikum 2 (P4) predpoklad značného skreslenia dvomi historickými zemetraseniami. Ide o zemetrasenia Szombathely z r. 456 a Dunaújváros z r. 1258, pre ktoré boli stanovené momentové magnitúda s rovnakou hodnotou M w 6.3. Pri úprave o hodnotu 1.0 nadol pri oboch javoch sa aktivita v zóne ukazuje ako výrazne menšia voči priemeru Regiónu EBO. Z hľadiska seizmogénneho potenciálu je z panónskych zón najdôležitejšou podzóna Transdanubikum - západná časť (H21), kam náleží aj epicentrálna oblasť Komárno. Zlomy so seizmogénnymi úsekmi dĺžky do 20 km môžu zasahovať po hĺbky 6 až 10 km. V zóne Rába (H1) sa nachádzajú zlomy so seizmogénnymi úsekmi do 10 km s hĺbkovým dosahom 8 až 12 km. V zóne Igal - MHL - Tisza (H3) dosahujú dôležité línie generálneho smeru juhozápad - severovýchod podstatne vyššie dĺžky aj hĺbkový dosah, avšak tieto štruktúry sú v súčasnosti kolmatované mladými sedimentami a segmentované mladšími generáciami zlomov kolmého smeru. 101

103 Hypocentrá predpokladaných zemetrasení sa môžu vyskytovať po nasledovné hĺbky : zóna Rába (H1) do 16 km, zóny Transdanubika (H21 a H22) do 20 km a v zóne Igal - MHL - Tisza (H3) do 16 až 18 km. Zónu Igal - MHL - Tisza (H3) považujeme za zónu difúznej seizmickej aktivity. Do určitej miery tieto znaky splňuje aj zóna Rába (H1), i keď časť aktivity v severnej časti zóny veľmi pravdepodobne koinciduje s rábskou líniou pri jej kontakte s hurbanovskou časťou lineamentu Hurbanovo - Diósjenő. Zóna H4 na styku s dinaridnými jednotkami bola vyčlenená, nakoľko má odlišné geologicko - tektonické pozadie a seizmicitu a zároveň sa nachádza v dosahu Regiónu EBO. S ohľadom na jej vzdialenú pozíciu od lokality EBO nie je podrobnejšie dokumentovaná, nakoľko jej príspevok k ohrozeniu bude zanedbateľný. Zóny domény Alcapa - Západné Karpaty Najdôležitejšou časťou Regiónu EBO z hľadiska seizmického ohrozenia vlastnej lokality sú zóny príslušné západokarpatskej časti domény Alcapa. Plocha domény je rozdelená do piatich základných a troch doplnkových zón (Obr. 29) : zóna Viedenskej panvy (SK1) Dobrovodská zdrojová zóna (SK2, rozdelená na SK21, SK22 a SK23), zóna Dunajskej panvy (SK3), zóna neoalpínsky konsolidovanej časti Západných Karpát (SK4) a zóna paleoalpínsky konsolidovanej časti Západných Karpát (SK5). Dobrovodská zdrojová zóna je vzhľadom k blízkosti k lokalite EBO a potrebe väčšej mierky spracovania ďalej rozdelená do troch podzón na základe kritérií, ktoré sú analyzované v podkapitole Blízky región EBO. V tejto časti dokumentácie sa nachádzajú aj podrobnejšie charakteristiky jednotlivých podzón. Hlavné tektonické rozhrania, najmä v západnej časti územia (zóny SK1, SK2 a SK3) majú smer juhozápad - severovýchod, t. j. sledujú oblúk Karpát a paralelné štruktúry. V zóne Dunajskej panvy (SK3) patria k štruktúram uvedených smerov aj okrajové zlomy panvy a čiastkových depresii. Uvedenú orientáciu majú aj známe štruktúry vo vnútornej stavbe Dunajskej panvy, pri ktorých existuje predpoklad ich zásahu do predterciérneho podložia. Zóna neoalpínsky konsolidovanej časti Západných Karpát (SK4) nemá jednoznačne preferovaný smer porušenia. Okrem systémov paralelných s čelom orogénu (t. j. prevažne západ - východ) je v zóne významným prvkom stredoslovenské zlomové pásmo (Kováč a Hók 1993), ktorého generálny smer je severojužný. Doplnkovo sa v zóne vyskytujú zlomy s orientáciou severozápad - juhovýchod a kolmých smerov. V zóne paleoalpínsky konsolidovanej časti Západných Karpát (SK5) možno opäť pozorovať určitý prevažujúci trend porušenia v smere juhozápad - severovýchod. Orientácia recentného napäťového poľa je v oblasti zón SK pomerne komplikovaná. Osi kompresie v smere juhozápad - severovýchod možno sledovať iba v paleoalpínsky 102

104 konsolidovanej zóne (SK5). Západne a severne od hranice zóny SK5 dochádza k reorientácii napätia v smere generálne kolmom na os orogénu, t. j. v zónach Dunajskej panvy (SK3) a v neoalpínsky konsolidovanej zóne (SK4) do smeru generálne sever - juh. V západnej časti územia zóny SK4 sa osi kompresie otáčajú k severozápadu, tento trend prevažuje aj v zóne Viedenskej panvy (SK1). Uvádzaná reorientácia recentného napäťového poľa v západnej časti územia súvisí s hlbinným kontaktom orogénu Západných Karpát s Českým masívom. Vzhľadom ku skutočnosti, že v danom prípade smerujú všetky indície k predpokladu, že ide o doznievanie šikmej kolízie, je táto situácia porovnateľná so zónou Mur - Mürz iba čiastočne. K uvoľňovaniu napätia dochádza prostredníctvom seizmickej aktivity v Dobrovodskej zdrojovej zóne (zóna SK2), čo súvisí najmä s extrémnym nahromadením karbonátov hronika, ktoré vytvárajú rigidnú štruktúru zasahujúcu do seizmogénnych hĺbok. Tento fenomén je podrobnejšie diskutovaný v kapitole Blízky región EBO. Merania in-situ na vrtných jadrách v rámci Západných Karpát chýbajú. Jedinou lokalitou, kde boli najbližšie podobné merania vykonané je Hainburg, ležiaci v zóne Viedenskej panvy (SK1). Merania poukazujú na kompresiu s generálnou orientáciou západ - východ. Orientácie napätia odvodené z fokálnych mechanizmov poukazujú na nevýraznú prevahu juhozápad - severovýchodne orientovanú kompresiu v epicentrálnej oblasti Dobrej Vody, ktorá nie je v súlade s regionálne interpretovanými trendmi. Uvedený lokálny trend kompresie je viditeľný, avšak existuje aj početná časť meraní, poukazujúcich na odlišné smery. Kompresia kolmá na os orogénu je sprevádzaná extenziou s kolmou orientáciou (orogen - parallel extension), ktorá bola potvrdená meraniami na subrecentných útvaroch (napr. rozpad travertínov). V zmysle uvedeného budú podstatnými pohybmi na zlomoch v západnej časti územia smerné posuny, doplnené najmä pohybmi s poklesovou zložkou (zóny SK1, SK2 a západný okraj zóny SK4). Poklesy vznikajú okrem normálnych zlomov aj na rejuvenizovaných násunových plochách vzniknutých v období dosúvania príkrovových jednotiek Západných Karpát. Smerne posuvný režim je možné predpokladať ešte na stredoslovenskom zlomovom pásme. V ostatných častiach územia zón SK budú prevažovať normálne (poklesové) zlomy, reflektujúce súčasnú celkovú extenziu sprevádzanú kolapsom orogénu (Minár et al. 2011). 103

105 Obr. 29 Seizmické zdrojové zóny domény Alcapa Západné Karpaty (SK). 104

106 Z hľadiska dokumentovanej seizmickej aktivity je územie pokrývajúce zóny SK výrazne anizotropné. V princípe je v oblasti oblúka Západných Karpát možné identifikovať dve zóny so zvýšenou aktivitou. Ide o Dobrovodskú zdrojovú zónu a epicentrálnu oblasť v juhovýchodnom predĺžení vulkanitov Vihorlatu a Popričného na východnej hranici Regiónu EBO. Spoločnou črtou oboch oblastí je blízky kontakt orogénu s platformou (Český masív a Východoeurópska platforma), resp. blízkosť jednotiek najhlbších etáží príkrovovej stavby (južné penninikum). V danom zmysle ide v západnej časti o Rechnitzské okno, na východe o iňačovskú a kričevskú jednotku. V Dobrovodskej zóne (SK2) je pomerne vysoká plošná hustota zemetrasení, pričom dosahuje 2/3 hustoty v zóne západného Transdanubika (H21). Táto skutočnosť síce súvisí s detailnejším vymedzením zón v blízkosti lokality EBO, ale v každom prípade ide o najdôležitejšiu zónu z hľadiska seizmického ohrozenia lokality. V Dobrovodskej zóne je v katalógu registrovaných 57 zemetrasení so širokým rozsahom magnitúd od 1.5 až do hodnoty 5.8 (zemetrasenie z r lokalizované do oblasti Dobrej Vody). Pre interpretácie v podrobnejšej mierke bol použitý aj katalóg zemetrasení lokálnej seizmickej siete Jaslovské Bohunice, ktorá je v prevádzke od r Určité zvýšenie plošnej hustoty epicentier je ešte pozorovateľné na východnom okraji zóny Viedenskej panvy (SK1), pri jej kontakte s Malými Karpatami. Hustota v zóne SK1 je ale porovnateľná s priemernou hodnotou Regiónu EBO. V zóne SK1 je najvýznamnejším javom historické zemetrasenie Petronell - Carnuntum (r. 350; Mw = 6.6). Vzhľadom ku lokalizácii poškodených historických objektov v recentnom alúviu Dunaja je v danom prípade diskutovateľný problém uplatnenia lokálnych efektov. V zónach SK1 a SK2 môže k iniciácii seizmicity prispievať aj pomerne výrazný horizontálny gradient teplôt zemskej kôry, ktorý môže vytvárať termoelastické napätia. V zóne Dunajskej panvy (SK3) je hustota zemetrasení veľmi nízka, pričom je porovnateľná so zónami stabilnej Európskej platformy. Táto skutočnosť môže súvisieť s termálnym režimom hlbokého podložia panvy a prítomnosťou tzv. termálnej litosféry. Spolu bolo v zóne registrovaných 16 zemetrasení s M w do 5.0 a hĺbkami hypocentier v rozmedzí 4 až 10 km. Seizmicita v zónach neo- a peleoalpínsky konsolidovaných častí Západných Karpát (SK4 a SK5) je z hľadiska frekvencie výskytu nízka, plošná hustota javov je nižšia ako priemer v Regióne EBO. Z hľadiska dosiahnutých hodnôt momentových magnitúd je ale potrebné uviesť, že v neoalpínskej zóne (SK4) sú zaznamenané aj tri javy s M w v rozmedzí 5.0 až 6.0. Ide o dve historické zemetrasenia z rokov 1613 a 1858 s hodnotami M w 5.6, resp. 5.2, lokalizované do blízkosti Žiliny. Tretím javom je veľmi diskutované historické 105

107 stredoslovenské zemetrasenie z r s prepočítanou hodnotou M w 5.7 lokalizované do Kremnice. Silnejšie zemetrasenia v paleoalpínskej zóne (SK5) boli registrované v už spomínanej epicentrálnej oblasti Vihorlat, avšak ide o výskyty na hranici Regiónu EBO, ktoré neovplyvňujú hodnotenie seizmického ohrozenia lokality EBO. Pri porovnávaní úrovne seizmicity podľa úhrnu seizmicky vyžiarenej energie sa výrazne odlišujú zóna Viedenskej panvy (SK1) a Dobrovodská zóna (SK2). V prípade zóny SK1 je celková hodnota zóny výrazne ovplyvnená stanovením momentového magnitúda zemetrasenia Petronell - Carnuntum z r. 350 na hodnotu M w 6.6. Zvýšená hodnota pre Dobrovodskú zdrojovú zónu je do značnej miery determinovaná prítomnosťou lokálnej seizmickej siete a vlastným princípom geometrického vymedzenia zóny (a podzón) v podrobnej mierke z dôvodu blízkosti k lokalite EBO. V každom prípade je ale zóna SK2 spolu so zónou A2 (Mur - Mürz) a podzónou H21 (Transdanubikum - západ) seizmicky najaktívnejšou časťou Regiónu EBO. Z hľadiska predpokladov budúcej seizmickej aktivity sú podľa viacerých okolností dôležité najmä smerné posuny na transformných zlomoch v oblasti zóny Viedenskej panvy (SK1), v Dobrovodskej zóne (SK2) a čiastočne tiež v západnej časti neoalpínskej zóny (SK4). Uvedené zlomy môžu mať pomerne hlboké založenie, podľa údajov reflexnej seizmiky ide o hĺbky zodpovedajúce časom okolo 3 až 4 s, resp. hĺbky okolo 8 až 12 km v oblasti tzv. transformného zlomu Viedenskej panvy (Hinsch et al. 2005), litavských zlomov, resp. zlomov v oblasti Dobrovodskej zóny. Generálny smer uvedených štruktúr je juhozápad - severovýchod, v zóne SK2 dochádza k odklonu smeru viac k východu. Seizmogénne úseky uvedených zlomov majú dĺžky 10 až 20 km, nakoľko dochádza k ich vetveniu a častej následnej segmentácii. Situácia v Dobrovodskej zóne (SK2) je komplikovaná prítomnosťou telesa karbonátov, ktoré dosahuje na pomery Západných Karpát anomálne rozmery a najmä zasahuje do seizmogénnych hĺbok. Uvedený segment, budovaný najmä dolomitmi umožňuje svojim porušením v troch hlavných orientáciách vznik pohybov rôznych smerov a režimov. Tejto skutočnosti zodpovedajú aj fokálne mechanizmy získané interpretáciou zemetrasení v zóne (Fojtíková 2009, Fojtíková et al. 2010). Hĺbky hypocentier boli v oboch zónach (SK1 a SK2) dokumentované vo veľmi širokom intervale hodnôt, do 16 až 18 km. Za charakteristický výskyt je považovaný v zónach SK1 a SK2 hĺbkový interval 4 až 12 km s maximálnou hĺbkou hypocentra 18 km. V zóne Dunajskej panvy (SK3) je možné predpokladať aktivitu na okrajových zlomoch, prednostne v oblasti na styku so severnou časťou Malých Karpát a pri južnej hranici zóny 106

108 v smere k lineamentu Rába - Hurbanovo. Väčšie úseky zlomov sú kolmatované minimálne pliocénnymi sedimentami. Efektívne seizmogénne dĺžky prevažne listrických zlomov sa pohybujú do 10 km s hĺbkovým dosahom do 8 km. Typickou hĺbkou výskytu hypocentra je 4 až 10 km s maximom do 16 km. V zóne Dunajskej panvy existujú predpoklady pre bezzlomové uvoľňovanie napätia teplotným vplyvom vyklenutia astenosféry procesom differential sagging. Podobné procesy sú predpokladané aj v oblasti zóny Igal - MHL - Tisza (H3) (Bus et al. 2009). V neoalpínsky konsolidovanej zóne (SK4) budú určujúcimi horizontálne posuny a sprievodné poklesy. Zlomy dosahujú dĺžky do 20 km s hĺbkovým dosahom do 6 až 10 km. Maximálna hĺbka hypocentra je predpokladaná do 16 km, charakteristicky sa zemetrasenia vyskytujú v hĺbkach 2 až 6 km. V paleoalpínsky konsolidovanej zóne (SK5) budú v pohyboch prevažovať poklesy na zlomoch s dĺžkou seizmogénnych úsekov do 10 km s hĺbkovým dosahom do 6 až 10 km. Maximálnu hĺbku hypocentra predpokladáme do 20 km s typickým výskytom v intervale hĺbok 4 až 10 km. 107

109 názov parametre zlomov hypocentrum seizmická zdrojová zóna režim sklzu [%] rozmery [km] [km] konsolidovaná európska platforma seizmogeologická doména kód poklesy prešmyky horizontálne posuny seizmogénna dĺžka maximálna hĺbka charakterist. hĺbka maximálna hĺbka Kaledonidy P až 8 12 Sudetsko-labská P až Moldanubikum 1 P až 8 12 Moldanubikum 2 P až 8 12 Severné Váp. Alpy A až 8 20 Mur Mürz A až Východoštajerská A až 8 20 Severopanónska Igal MHL Tisza Alcapa Východné Alpy Rába H až Transdanubikum H až Igal - MHL - Tisza H až Dinaridy H až Viedenská panva SK až Dobrá Voda SK až Dunajská panva SK až Neoalpínska SK až 6 16 Paleoalpínska SK až Alcapa Západné Karpaty Tab. 15 Prehľadná charakteristika vyčlenených seizmických zdrojových zón v Regióne EBO. 108

110 3.3.3 Seizmotektonický model Blízkeho regiónu EBO Blízky región EBO sa nachádza v internidách Západných Karpát, v blízkosti rozhrania s Českým masívom a Východnými Alpami. Seizmotektonický model Blízkeho regiónu EBO (oblasť s rádiusom cca 30 km od lokality EBO) nadväzuje na model Regiónu EBO, ktorý je podrobne charakterizovaný v predchádzajúcich podkapitolách. Blízky región EBO je súčasťou troch základných seizmických zdrojových zón, príslušných seizmogeologickej doméne Západných Karpát : a) zóna SK2 Dobrá Voda s podzónami SK21, 22 a 23; b) zóna SK3 Dunajská panva; c) zóna SK1 Viedenská panva (nepodstatná časť územia Blízkeho regiónu EBO). Seizmogeologická doména Západných Karpát náleží do teritória s neoalpínskymi aktívnymi (plytko)kôrovými deformáciami (ASCR). Tektonické rozhranie prvého rádu, ktoré vymedzuje teritórium ASCR (podľa interpretácie seizmotektonického modelu v Regióne EBO), prebieha v línii čela flyšových príkrovov severozápadne od hranice Blízkeho regiónu EBO. Hlavnými prvkami geologickej stavby v Blízkom regióne EBO sú tektonické jednotky tatrika, fatrika a hronika. Pri južnom okraji Považského Inovca sa v plošne obmedzenom rozsahu vyskytuje belická jednotka váhika a pri severozápadnom okraji Blízkeho regiónu EBO sedimenty oravika. Najväčšie plošné zastúpenie majú pokryvné útvary sedimentov neogénu, prípadne paleogénu a vrchnej kriedy. Zemetrasenia sú v Blízkom regióne EBO koncentrované v jeho severozápadnej časti, ktorá patrí do Dobrovodskej zdrojovej zóny SK2. Epicentrá sú signifikantne viazané na prítomnosť segmentu horninových komplexov tektonickej jednotky hronika. Litologicky sa na stavbe uvedeného telesa podieľajú predovšetkým dolomity a vápence stredného triasu. Hronikum je tvorené viacerými čiastkovými príkrovmi presunutými počas paleoalpínskej etapy alpínskeho orogénu v období kriedy. Počas neoalpínskej etapy (spodný miocén) bola vytvorená vejárová bivergentná štruktúra s početnými spätnými prešmykmi, do ktorých sú inkorporované sedimenty vrchnej kriedy, paleogénu a spodného miocénu. Juhovýchodné krídlo vejárovej štruktúry má monoklinálne uloženie smeru VSV - ZJZ až severovýchod - juhozápad s upadaním na severozápad pod priemerným sklonom

111 Dobrovodská zdrojová zóna SK2 zahŕňa vejárovú štruktúru sedimentov hronika vyvinutú na rozhraní externíd a interníd Západných Karpát. Zóna bola vymedzená na základe geologickej stavby a tektonických vzťahov. Pri vymedzení podzón SK21, 22 a 23 bol zohľadnený katalóg zemetrasení, plošná distribúcia energie vyžiarenej vo forme seizmických vĺn a geofyzikálne údaje. Zóna SK23 tvorí jadro Dobrovodskej zdrojovej zóny, pričom jej hranice tvorí diskrétne vymedzenie segmentu karbonátov hronika, na ktoré je viazaná významná časť zemetrasení zóny SK2. Segment karbonátov s prevahou dolomitov vytvára výraznú kladnú anomáliu v gravimetrických mapách. Pre stanovenie hraníc podzón boli použité okrem seizmologických údajov aj indície vertikálnych hustotných rozhraní podľa Linssera. Výrazná koncentrácia epicentier zemetrasení je lokalizovaná na podzónu SK22, ktorá je na povrchu tvorená južným a juhovýchodným krídlom štruktúry. Na povrchu vystupujú horniny veterlínskeho a havranického príkrovu (šupiny) tektonickej jednotky hronika. V jej podloží možno predpokladať sedimenty fatrika a tatrika. Registrované zemetrasenia sú najvýraznejšie koncentrované v jadrovej podzóne SK23. Recentné napäťové pole bolo pre Dobrovodskú zdrojovú zónu SK2 odvodené na základe analýzy fokálnych mechanizmov (Fojtíková 2009, Fojtíková et al. 2010) a prístrojovo indikovaných mikropohybov. Recentné napäťové pole možno charakterizovať kompresiou orientovanou v smere severovýchod - juhozápad až SSZ - JJV s kolmo orientovanou extenznou zložkou napätia (severozápad - juhovýchod) a prevládajúcim smerne posuvným a transtenzným tektonickým režimom. V danom napäťovom poli sú reaktivované hlavne sinistrálne zlomové štruktúry s orientáciou VSV - ZJZ až severovýchod - juhozápad, menej dextrálne zlomy s orientáciou severozápad - juhovýchod. Kompresné a extenzné štruktúry (poklesy a prešmyky) sú zastúpené minoritne. Seizmická zdrojová zóna Dunajskej panvy (SK3), ktorá pokrýva nadpolovičnú plochu Blízkeho regiónu EBO, nevykazuje štruktúrne porušenie, ktoré by poukazovalo na uplatnenie kompresnej fázy neoalpínskej etapy v spodnom miocéne. Zlomové porušenie a vznik depozičných centier v strednom miocéne s následným utíchaním tektonickej aktivity je spoločnou charakteristikou s Dobrovodskou zdrojovou zónou (SK2). Priestorová distribúcia registrovaných zemetrasení nedovoľuje ich koreláciu so známymi tektonickými štruktúrami. Recentné napäťové pole je charakterizované extenziou s orientáciou Shmin v smere severovýchod - juhozápad. Seizmickú zdrojovú zónu Dunajskej panvy (SK3) považujeme za zónu s difúznou seizmickou aktivitou. 110

112 Seizmická zdrojová zóna Dobrá Voda (SK2) a jej jadro (podzóna SK23) boli vyčlenené v dvoch variantoch: variant A (Obr. 30a,b) predstavuje konzervatívnejší prístup, pri ktorom zdrojová zóna SK2 pokrýva celú oblasť výskytu tektonickej jednotky hronika v podloží a epicentrá zemetrasení v katalógu pre Blízky región EBO, variant B (Obr. 31a,b) predstavuje menej konzervatívny prístup so zohľadnením hrúbky tektonickej jednotky hronika v podloží a rozloženia hypocentier zemetrasení zaznamenaných lokálnou seizmickou sieťou Jaslovské Bohunice (Obr. 13 v Prílohe A). Hĺbkovo-priestorové modelovanie podzón SK22 a SK23 v seizmickej zdrojovej zóne Dobrá Voda (SK2) bolo riešené v dvoch alternatívach: alternatíva a (Obr. 32) obsahuje vertikalizované hranice podzón SK22 a SK23 a predstavuje konzervatívnu alternatívu, alternatíva b (Obr. 33) obsahuje podzóny SK22 a SK23 s hranicami uklonenými v smere na ZSZ; zohľadňuje výsledky seizmických meraní a priestorové uklonenie tektonickej jednotky hronika. Koordináty vrcholových bodov podzón na úrovni povrchu a na úrovni ich bázy (v povrchovom priemete) sú uvedené v Tab. 16 (alternatíva a) a Tab. 17 (alternatíva b). 111

113 Obr. 30a Variant A vyčlenenia seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) a jej členenie na podzóny SK21 a SK22 so zobrazením epicentier zemetrasení podľa katalógu. 112

114 Obr. 30b Variant A vyčlenenia seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) a jej členenie na podzóny SK21 a SK22 so zobrazením hĺbok hypocentier zemetrasení podľa katalógu. 113

115 Obr. 31a Variant B vyčlenenia seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) a jej členenie na podzóny SK21 a SK22 so zobrazením epicentier zemetrasení podľa katalógu. 114

116 Obr. 31b Variant B vyčlenenia seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) a jej členenie na podzóny SK21 a SK22 so zobrazením hĺbok hypocentier zemetrasení podľa katalógu. 115

117 Obr. 32 Alternatíva b (hranice uklonené na ZSZ) hĺbkovo-priestorového modelovania podzón SK22 a SK23 pri variante A vyčlenenia seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda). VRCH BÁZA číslo zem. dĺžka zem. šírka číslo zem. dĺžka zem. šírka hĺbka [km] Tab. 16 Koordináty vrcholových bodov podzón na úrovni povrchu a bázy pre alternatívy A - b. 116

118 Obr. 33 Alternatíva b (hranice uklonené na ZSZ) hĺbkovo-priestorového modelovania podzón SK22 a SK23 pri variante B vyčlenenia seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda). VRCH BÁZA číslo zem. dĺžka zem. šírka číslo zem. dĺžka zem. šírka hĺbka [km] Tab. 17 Koordináty vrcholových bodov podzón na úrovni povrchu a bázy pre alternatívy B - b. 117

119 3.3.4 Maximálne potenciálne magnitúdo Maximálne potenciálne magnitúdo v štyroch alternatívach: max M pre jednotlivé seizmické zdrojové zóny sme určili max 1. M geodynamické (podľa geologicko-tektonických charakteristík) Pri stanovení geodynamického maximálneho magnitúda bol uplatnení integrovaný geologicko-tektonický prístup (recentné tektonické trendy v rámci konkrétnej zdrojovej zóny vrátane pohybových tendencií, orientácia hlavných zón krehkých deformácií voči orientácii aktuálneho napätia, hĺbkový dosah a prevažujúce úklony zlomov) pri zohľadnení údajov o seizmickej aktivite dostupných z katalógu zemetrasení. Maximálne pozorované magnitúdo M obs v danej zdrojovej zóne (Obr. 34) nemohlo byť väčšie ako geodynamické maximálne magnitúdo určené podľa spomenutých kritérií (Obr. 35). Obr. 34 Maximálne pozorované manitúdo M obs pre jednotlivé zdrojové zóny. 118

120 Obr. 35 Geodynamické maximálne magnitúdo M max pre jednotlivé zdrojové zóny. 2. max M zlomové (podľa dĺžky seizmogénnych zlomov) Pri stanovení zlomového maximálneho magnitúda boli ako vstupy použité expertne stanovené maximálne seizmogénne dlžky zlomov pre jednotlivé zdrojové zóny (Tab. 18), pričom ako najmenší rozmer seizmogénneho zlomu pre zdrojovú zónu bola z hľadiska zachovania konzervativizmu uvažovaná dĺžka 10 km. Seizmogénne dĺžky zlomov pre jednotlivé zdrojové zóny boli následne prepočítané na maximálne potenciálne (momentové) magnitúdo max M podľa vzťahu Leonard (2010) M max 1.67 log L 4.24, (55) kde L je podpovrchová dĺžka seizmogénnej časti zlomu (v km). 3. max M pozorované Maximálne magnitúdo v tomto variante bolo stanovené ako maximálne pozorované magnitúdo M obs v danej zdrojovej zóne, ku ktorému bola pripočítaná hodnota

121 4. max M pozorované Maximálne magnitúdo v tomto variante bolo stanovené ako maximálne pozorované magnitúdo M obs v danej zdrojovej zóne, ku ktorému bola pripočítaná hodnota 1.0. zdrojová zóna seizmogénna dĺžka [km] M obs maximálne magnitúdo max M geodynam. zlomové M obs M obs A A A A A A H H H H H H P P P P SK SK SK SK SK SKdv SK SK SK Tab. 18 Hodnoty maximálneho potenciálneho magnitúda pre jednotlivé seizmické zdrojové zóny a jednotlivé varianty jeho stanovenia. 120

122 3.4 Určenie parametrov početnostných vzťahov Početnostné vzťahy boli určené metódou maximálnej vierohodnosti podľa práce Weichert (1980). Metódu najmenších štvorcov pre určenie početnostných vzťahov nemožno použiť, pretože pri tejto metóde sa predpokladá, že jednotlivé údaje sú nezávislé. Uvedený predpoklad však v prípade kumulatívnych početnostných vzťahov neplatí, a to ani pri použití váhovanej metódy najmenších štvorcov. Početnostné vzťahy boli určené pre momentové magnitúdo M w a pre oba varianty vyčlenenia seizmických zdrojových zón v Blízkom regióne EBO. Pri určovaní početnostných vzťahov boli v súlade s pravdepodobnostnou metodológiou seizmického ohrozenia použité iba zemetrasenia majúce charakter hlavných otrasov. Pre účely výpočtu početnostných vzťahov boli zemetrasenia uvedené v Tab. 19 relokalizované (pri výpočte bolo s nimi uvažované v inej seizmickej zdrojovej zóne, než sa podľa katalógu nachádzajú). Epicentrá historických zemetrasení z rokov 1515, 1586 a 1661 sú podľa katalógu lokalizované do Trnavy. Kvôli určeniu početnostných vzťahov sme ich konzervatívne relokalizovali do seizmickej zdrojovej zóny SK23 (Dobrá Voda). ID rok mesiac deň lon lat M w pôvodná ZZ nová ZZ SK1 A SK3 SK SK3 SK P4 A SK3 SK23 Tab. 19 Relokalizácia vybraných zemetrasení pre účely výpočtu početnostných vzťahov. Zemetrasenia boli rozdelené do magnitúdových tried s krokom 0.5. Pre účely výpočtu početnostných vzťahov sme použili len zemetrasenia s magnitúdom väčším alebo rovným ako: M w = 1.50 (všetky zóny SK), M w = 1.75 (všetky zóny A, zóny P2 až P4), M w = 2.25 (všetky zóny H), M w = 3.75 (zóna P1). 121

123 Poznamenávame, že minimálne magnitúdo použité pre výpočet početnostných vzťahov M min nie je totožné s minimálnym magnitúdom seizmického ohrozenia vo vzťahu (14). min M pre pravdepodobnostný výpočet Pri výpočte početnostných vzťahov metódou maximálnej vierohodnosti podľa algoritmu Weicherta (1980) sa vyžaduje dodržať nasledovné zásady: 1. Zadávajú sa stredy magnitúdových tried ( binov ) M i. 2. Zadávajú sa početnosti v jednotlivých magnitúdových binoch N i. 3. Zadáva sa počet rokov úplnosti t i, ktorý zodpovedá príslušnému počtu zemetrasení v danej magnitúdovej triede. 4. Zadáva sa taký počet magnitúdových tried, aby posledná trieda obsahovala maximálne magnitúdo M max, pričom početnosť v najvyšších magnitúdových binoch môže byť nulová, avšak počet rokov úplnosti nie. Výstupom z výpočtu početnostných vzťahov metódou Weicherta sú: kde parametre početnostného vzťahu, M min, neurčitosti určenia parametrov,, M min je dolná hranica najnižšieho magnitúdového binu. V prípade potreby agregácie niektorej zdrojovej zóny je potrebné postupovať nasledovne: j M min A M min 1. Parameter pre j -tu zónu určíme z agregovaného parametra ako j Mmin T j AM N, (56) min N T A kde T N A je počet zemetrasení v agregovanej zóne a T N j je počet zemetrasení v j -tej zóne. j 2. Príslušnú neurčitosť M určíme zo vzťahu min 122

124 min 3. Príslušné hodnoty, j j A T T M M N j N A min. (57) budú rovnaké ako,. A A 4. Pri agregácii by sme mali uvažovať také isté obdobia úplnosti v jednotlivých zdrojových zónach, ako sme použili pri agregovanej zóne, a teda v každej zóne ako M min agregované. M min bude rovnaké Pre výpočet seizmického ohrozenia však potrebujeme poznať (zadávať) hodnoty početnostných vzťahov pri hodnote minimálneho výpočtového magnitúda min M. Príslušné hodnoty parametra početnostného vzťahu α pre jednotlivé zdrojové zóny prepočítame podľa vzťahu j 5 j Mmin 1 exp j 5 M 1 1exp j,min max j M j M j,min. (58) kde max j M a M,min sú maximálne a minimálne magnitúdo v j -tej zdrojovej zóne. j Početnostné vzťahy pre jednotlivé varianty vyčlenenia seizmických zdrojových zón, spôsoby kategorizácie zemetrasení (určenia predtrasov, hlavných otrasov a dotrasov) a spôsoby určenia maximálneho potenciálneho magnitúda sú uvedené v Tab. 20 až 23. V dôsledku malého počtu zemetrasení v niektorých zdrojových zónach bolo expertným posúdením rozhodnuté o agregovaní týchto zdrojových zón: H1 agregované so všetkými zdrojovými zónami H, P1 agregované so všetkými zdrojovými zónami P, P3 agregované so všetkými zdrojovými zónami P, SK21, SK22, SK23, SKdv so všetkými zdrojovými zónami SK. Agregácia je v Tab. 20 až 23 vyznačená šedou farbou pozadia. 123

125

126

127

128

129 3.5 Výber prediktívnych rovníc seizmického pohybu Prediktívne rovnice seizmického pohybu (Ground Motion Prediction Equations, GMPE) sú empirické vzťahy vyjadrujúce určitú charakteristiku seizmického pohybu (napr. PGA, PSA) ako funkciu magnitúda, vzdialenosti, ďalších relevantných parametrov (napr. typu zlomového procesu, efektov nadložného bloku, lokálnych podmienok). V minulosti sa GMPE nazývali útlmovými vzťahmi (attenuation relationships). V súčasnosti sa už tento termín nepoužíva, pretože procesy, ktoré prediktívne rovnice seizmického pohybu reprezentujú, zahŕňajú viac než len samotný útlm seizmických vĺn so vzdialenosťou. Podľa bezpečnostného návodu MAAE č. SSG-9 (IAEA 2010) majú byť prediktívne rovnice seizmického pohybu kompatibilné s referenčnými podmienkami lokality a majú byť zvolené tak, aby spĺňali nasledujúce kritériá: a) mali by byť aktuálne a akceptované v čase vypracovania štúdie, b) mali by byť konzistentné s druhmi zemetrasení a útlmovými charakteristikami záujmového regiónu, c) mali by čo najviac zodpovedať tektonickým podmienkam záujmového regiónu, d) mali by zohľadňovať lokálne dáta o seizmickom pohybe, ak sú k dispozícii Prediktívne rovnice seizmického pohybu použité v projekte SHARE Keďže pre Región EBO a Blízky región EBO neexistujú záznamy silných seizmických pohybov a žiadne prediktívne rovnice neboli odvodené pre tieto regióny, rozhodli sme sa aplikovať metodológiu výberu GMPE použitú v projekte SHARE (Delavaud et al. 2012), poslednom paneurópskom projekte v oblasti seizmického ohrozenia územia Európy a Stredomoria. V úvodnej fáze projektu SHARE boli využité údaje z kompilačnej práce Douglas (2011), ktorá zhrňujúcou formou podáva informácie o vyše 250 celosvetovo publikovaných GMPE v rokoch Prediktívne rovnice seizmického pohybu podľa regiónu svojho použitia členia podľa šiestich seizmotektonických režimov: 1. stabilné kontinentálne oblasti (Stable Continental Regions, SCR), a. štít (shield), b. kontinentálna kôra (continental crust), 128

130 2. aktívne plytké kôrové oblasti (Active Shallow Crustal Regions, ASCR), 3. oceánska kôra (oceanic crust), 4. subdukčné zóny (subduction zones), 5. oblasti s hlbokými nesubdukčnými zemetraseniami (areas of deep focus nonsubduction earthquakes, napr. región Vrancea, Rumunsko) 6. oblasti s aktívnym vulkanizmom (active volcanoes). Rozdelenie Európy na seizmotektonické režimy (domény) s implikáciami pre Región EBO a Blízky región EBO je diskutované v podkapitole a zobrazené na Obr. 24. Keďže v Regióne EBO sa vyskytujú iba seizmotektonické režimy SCR kontinentálna kôra a ASCR, pri výbere sady GMPE pre účely pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice bola venovaná pozornosť GMPE odporúčaných v projekte SHARE pre tieto dva seizmotektonické režimy. Z databázy prediktívnych rovníc Douglas (2011) ostalo po aplikácii selekčných kritérií podľa prác Cotton et al. (2006) a Bommer et al. (2010) 6 GMPE pre SCR a 19 GMPE pre ASCR. Tieto rovnice postúpili do fázy expertného posudzovania a súčasne testovania voči európskej a celosvetovej databáze silných seizmických pohybov metódou Scherbaum et al. (2009). Poznamenávame, že selekčné kritériá aplikované v projekte SHARE spĺňajú podmienky pre výber prediktívnych rovníc seizmického pohybu podľa bezpečnostného návodu MAAE č. SSG-9 (IAEA 2010). Po expertnom posudzovaní a testovaní bola pre účely aplikácie v projekte SHARE vybraná nasledovná sada GMPE: Stabilné kontinentálne oblasti kontinentálna kôra: Campbell (2003) - upravený na vs,30 Toro (1997, 2002) - upravený na vs,30 Akkar a Bommer (2010) Cauzzi a Faccioli (2008) Chiou a Youngs (2008) 800 m/s 800 m/s Aktívne plytké kôrové oblasti (pre rozsah periód T 3 s) Akkar a Bommer (2010) Cauzzi a Faccioli (2008) Zhao et al. (2006) Chiou a Youngs (2008) 129

131 3.5.2 Výber prediktívnych rovníc seizmického pohybu pre lokalitu EBO Pre účely pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice nemohla byť použitá kompletná sada GMPE aplikovaná pri pravdepodobnostných výpočtoch v projekte SHARE, a to z týchto dôvodov: Chiou a Youngs (2008) Funkčná závislosť tejto rovnice od vzdialenosti je vyjadrená kombináciou dvoch rôznych seizmologických vzdialeností súčasne (Joyner-Booreova vzdialenosť vzdialenosť k zlomovej ploche R JB, najbližšia R Rup ), čo však nie je možné implementovať do programu CRISIS2007 (Ordaz et al. 2007), ktorý bol pre účely tejto práce použitý pre pravdepodobnostný výpočet seizmického ohrozenia skúmanej lokality. Cauzzi a Faccioli (2008) Táto prediktívna rovnica používa hypocentrálnu (seizmologickú) vzdialenosť R hyp, pričom rozsah platnosti tejto rovnice začína pri Rhyp 15 km. Keďže však hranica zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) v oboch variantoch jej vyčlenenia je od lokality EBO vzdialená menej ako 15 km, rozhodli sme sa túto rovnicu v pravdepodobnostnom výpočte pre ASCR oblasti nepoužiť; ponechali sme ju len v skupine prediktívnych rovníc pre SCR. Toro et al. (1997, 2002) Koeficienty tejto prediktívnej rovnice sú definované pre iné frekvencie PSA, než je tomu u ostatných (vyššie uvedených) prediktívnych rovníc pre SCR a ASCR. Z dôvodu, aby nebolo potrebné interpolovať spektrá odozvy, táto rovnica nebola použitá pri výpočte charakteristík seizmického ohrozenia. Horeuvedené tri prediktívne rovnice aplikované v projekte SHARE boli pre účely pravdepodobnostnéh výpočtu seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice nahradené nasledovnými GMPE: Bindi et al. (2010) Táto prediktívna rovnica pre ASCR bola zvolená z dôvodu, že v projekte SHARE vykazovala najlepšie výsledky pri testovaní voči dátam z európskej databázy silných seizmických pohybov (Delavaud et al. 2012). 130

132 Boore a Atkinson (2008) Táto prediktívna rovnica pre SCR bola zvolená z dôvodu, že v projekte SHARE bolo jej použitie odporúčané všetkými expertnými skupinami (Delavaud et al. 2012). Prediktívna rovnica pre SCR Toro et al. (1997, 2002) nebola pre účely PSHA lokality Jaslovské Bohunice nahradená inou prediktívnou rovnicou, ale vo vetvách logického stromu zodpovedajúcim seizmickým zdrojovým zónam patriacim do seizmotektonického režimu SCR - kontinentálna kôra bol o príslušný podiel zvýšený váhový koeficient rovnice Campbell (2003) tak, aby ostala zachovaná proporcionalita váhových koeficientov medzi rovnicami vhodnými pre SCR a rovnicami vhodnými pre ASCR pre daný typ seizmotektonického režimu, a to v súlade s metodológiou aplikovanou v projekte SHARE. Vzhľadom na vzdialenosť seizmických zdrojových zón patriacich do seizmotektonického režimu SCR - kontinentálna kôra ku skúmanej lokalite považujeme zvolený postup za postačujúci. Výsledná sada GMPE pre účely PSHA lokality Jaslovské Bohunice má nasledovnú podobu: Stabilné kontinentálne oblasti kontinentálna kôra: Campbell (2003) - upravený na vs,30 Akkar a Bommer (2010) Cauzzi a Faccioli (2008) Aktívne plytké kôrové oblasti: Akkar a Bommer (2010) Bindi et al. (2010) Boore a Atkinson (2008) Zhao et al. (2006) 800 m/s Počet použitých GMPE pre ASCR považujeme za dostatočný, pretože podľa práce Sabetta et al. (2005) pri použití štyroch (a viac) GMPE v logickom strome už k nim priradené váhy podstatne neovplyvňujú výsledné hodnoty charakteristík seizmického ohrozenia. Stručné charakteristiky GMPE použitých vo výpočte PSHA lokality Jaslovské Bohunice sú uvedené v Tab. 24 a Prílohe H, pričom jednotlivé typy používaných seizmologických vzdialeností sú znázornené na Obr. 36. Porovnanie GMPE použitých v pravdepodobnostnom výpočte, ktoré sú definované pre Joyner-Booreovu vzdialenosť, je znázornené na Obr

133 GMPE typ M interval magnitúd typ vzd. interval vzdial. [km] interval periód [s] kategória podložia podľa v s,30 [m] typ sklzu pn, pr typ hor. zlož. oblasť Stabilné kontinentálne oblasti (SCR) Campbell (2003) M w R Rup PGA , 0.81 GM ENA Akkar a Bommer (2010) M w R JB PGA 3 triedy N, R/T, S GM Európa, Blízky východ Cauzzi a Faccioli (2008) M w R hyp PGA 4 triedy alebo spojitá funkcia N, R/T, S GM celosvetovo Aktívne plytké kôrové oblasti (ASCR) Akkar a Bommer (2010) M w R JB PGA 3 triedy N, R/T, S GM Európa, Blízky východ Bindi et al. (2010) M w R JB, R epi PGA 3 triedy podľa hrúbky sedimentov 0.47, 0.16 LE Taliansko Boore a Atkinson (2008) M w R JB PGA spojitá funkcia N, R, S, U GMR Kalifornia, Taiwan Zhao et al. (2006) M w R Rup PGA 5 tried N, R, S GM Japonsko Tab. 24 Stručná charakteristika GMPE použitých pre PSHA lokality Jaslovské Bohunice. Vysvetlivky: Typ M (magnitúda): Typ vzdialenosti: M w - momentové magnitúdo R epi - epicentrálna vzdialenosť R hyp - hypocentrálna vzdialenosť R JB - Joyner -Booreova vzdialenosť (najbližšia horizontálna vzdialenosť k vertikálnej projekcii zlomovej plochy) R - najbližšia vzdialenosť k zlomovej ploche Rup 132

134 Typ sklzu: pn - koeficient vyjadrujúci podiel zemetrasení s normálovým sklzom v databáze daného GMPE pr - koeficient vyjadrujúci podiel zemetrasení s reverzným sklzom v databáze daného GMPE N - normálový sklz (normal) R - reverzný sklz (reverse) S - horizontálny sklz (strike-slip) T - prešmyk (thrust) U - nedefinovaný (generic fault) Typ horizontálnej zložky: GM - geometrický priemer horizontánych zložiek zrýchlení GMR - geometrický priemer horizontálnych zložiek zrýchlení použitých v PEER NGA Projekte LE - horizontálna zložka zodpovedajúca maximálnej obálke (larger envelope) Oblasť: ENA - východná časť severnej Ameriky (Eastern North America) (a) (b) Obr. 36 Jednotlivé typy seizmologických vzdialeností. (a) prípad vertikálneho zlomu, (b) prípad zlomu so šikmou orientáciou. Prevzaté z práce Abrahamson a Shedlock (1997). 133

135 Obr. 37 Porovnanie vybraných GMPE použitých vo výpočte PSHA lokality Jaslovské Bohunice pre momentové magnitúda M w 5.0 (horný obrázok) a M w 7.0 (dolný obrázok). 134

136 3.5.3 Korekcia GMPE na typ sklzu Opravné členy na typ sklzu (style-of-faulting) boli v GMPE pre účely PSHA lokality Jaslovské Bohunice zahrnuté iba pre najbližšie zdrojové zóny k lokalite. Opravné členy v GMPE pre daný typ sklzu boli násobené podielom typu sklzu v príslušnej zdrojovej zóne podľa Tab. 25. zdrojová percentuálny podiel typu sklzu zóna strike-slip normal reverse/thrust SK SK SK SK Tab. 25 Percentuálne podiely jednotlivých typov sklzu pre zdrojové zóny SK1 až SK4. Pre ostatné zdrojové zóny bol uvažovaný nedefinovaný typ sklzu (tzv. generic fault ). Keďže vzťah Bindi et al. (2010) neobsahuje koeficienty pre opravné členy na typ sklzu, tieto bolo potrebné do rovnice dodatočne pridať spôsobom, ktorý uvádza Deliverable 4.2 k projektu SHARE (Drouet et al. 2010). Korekcia na typ sklzu bola vykonaná prenásobením príslušnej spektrálnej charakteristiky PSA podľa nasledujúceho postupu: pr Strike-slip RSS : NSS : Korekcia F ( T) F ( T) Normal RSS : 1 pr NSS : Reverse RSS : pr NSS : Korekcia F ( T) F ( T) Korekcia F ( T) F ( T) pn pn 1 pn. (59) FNSS : ( T) 0.95 pn 0.47 podiel zemetrasení s normálovým sklzom v databáze Bindi et al. (2010) pr 0.16 podiel zemetrasení s reverzným sklzom v databáze Bindi et al. (2010) Vypočítané korekčné koeficienty jednotlivých typov sklzu pre prediktívnu rovnicu Bindi et al. (2010) sú uvedené v Tab

137 T [s] F : ( T) RSS korekcia na typ sklzu strike-slip normal reverse PGA Tab. 26 Korekčné koeficienty jednotlivých typov sklzu pre prediktívnu rovnicu Bindi et al. (2010). Výsledný opravný člen na typ sklzu pre zdrojové zóny SK1, SK2, SK3 a SK4 bol určený ako geometrický priemer opravných koeficientov na typ sklzu s podielom daného typu sklzu v príslušnej zdrojovej zóne ako váhovým faktorom. V súlade s odporučeniami projektu SHARE (Drouet et al. 2010) nebola štandardná odchýlka prediktívnej rovnice Bindi et al. (2010) na typ sklzu upravovaná Korekcia GMPE na spôsob určenia horizontálnej zložky Keďže spektrum odozvy bolo vypočítané ako geometrický priemer horizontálnych zložiek spektrálnych charakteristík PSA, vo vzťahu Bindi et al. (2010) bolo potrebné vykonať korekciu na typ horizontálnej vzdialenosti (component adjustment). Uvedený vzťah je definovaný pre horizontálnu zložku zodpovedajúcu maximálnej obálke spektrálnych charakteristík PSA. Korekcia na typ horizontálnej vzdialenosti bola vykonaná spôsobom podľa Deliverable 4.2 k projektu SHARE (Drouet et al. 2010), a to vydelením príslušnej spektrálnej charakteristiky PSA korekčným faktorom podľa nasledujúceho postupu: 136

138 c 1 2,akT 0.15s Korekcia T ln c c c 0.8 ln 0.15, ak 0.15 s T 0.8. (60) c,akt 0.8s c c Vypočítané korekčné koeficienty pre jednotlivé spektrálne ordináty v prediktívnej rovnici Bindi et al. (2010) sú uvedené v Tab. 27. V súlade s odporučeniami projektu SHARE (Drouet et al. 2010) nebola štandardná odchýlka prediktívnej rovnice Bindi et al. (2010) upravovaná. T [s] korekčný faktor PGA Tab. 27 Korekčné faktory spektrálnych ordinát na spôsob určenia horizontálnej zložky pre prediktívnu rovnicu Bindi et al. (2010). 137

139 3.5.5 Korekcia GMPE na typ podložia Keďže vzťah Campbell (2003) je definovaný pre veľmi tvrdú skalu (very hard rock) charakterizovanú parametrom vs, m/s, bolo potrebné vykonať opravu tejto prediktívnej rovnice na podmienky skalného podložia (rock) charakterizované parametrom vs, m/s; výpočet charakteristík seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice bol vykonávaný pre podmienky skalného podložia. Korekcia na nižšiu hodnotu rýchlosti v s,30 bola vykonaná spôsobom podľa Deliverable 4.2 k projektu SHARE (Drouet et al. 2010), a to vynásobením príslušnej spektrálnej charakteristiky PSA a k nej zodpovedajúcej štandardnej odchýlky korekčným faktorom podľa Tab. 28. korekčný faktor T [s] spektrálna charakteristika štandardná odchýlka PGA Tab. 28 Korekčné faktory spektrálnych charakteristík a štandardných odchýlok na podmienky skalného podložia pre prediktívnu rovnicu Campbell (2003). 138

140 3.6 Konštrukcia logického stromu V predchádzajúcich podkapitolách sme vytvorili seizmotektonický model pre Región EBO a Blízky región EBO, určili sme parametre početnostných vzťahov a vybrali sadu GMPE. Z výsledkov týchto podkapitol je zrejmé, že sme nezískali len jeden súbor parametrov vstupujúcich do pravdepodobnostného výpočtu seizmického ohrozenia, ale viacero alternatívnych súborov. Jednotlivé alternatívne súbory vstupných parametrov sme zahrnuli do pravdepodobnostného výpočtu pomocou metódy logického stromu. Spôsob použitia metódy logického stromu je popísaný napr. v práci Reiter (1990). V pravdepodobnostnom výpočte seizmického ohrozenia nás zaujímajú návratové periódy 475 rokov a rokov. Návratová perióda 475 rokov zodpovedá návratovej perióde použitej v norme EUROCODE 8 a úrovni SL-1 v IAEA (1991). Návratová perióda rokov zodpovedá úrovni SL-2 v IAEA (1991) a návratovej perióde pre zemetrasenie revíznej úrovne (RLE, Review Level Earthquake) v IAEA (1996). Prediktívne rovnice seizmického pohybu sme upravili tak, aby sme pravdepodobnostným výpočtom získali hodnoty pre podložie charakterizované ako skalné s priemernou rýchlosťou šírenia S vĺn v prvých 30 metroch vs, m/s. Epistemické neurčitosti údajov vstupujúcich do výpočtu seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice boli zohľadnené pomocou alternatívnych scenárov logického stromu. V logickom strome pre skúmanú lokalitu (Obr. 38) boli definované tieto uzly: vyčlenenie seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda), vyčlenenie podzón seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda), priestorové modelovanie seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda), určenie maximálneho potenciálneho magnitúda max M, spôsob určenia kategórie zemetrasení (predtrasov, hlavných otrasov a dotrasov), neurčitosť určenia parametra 5.0 v početnostnom vzťahu, výber prediktívnych rovníc seizmického pohybu pre SCR a ASCR. Logický strom obsahuje spolu 7 uzlov a vetiev (scenárov). Hĺbky zdrojových zón a neurčitosť určenia parametra početnostného vzťahu neboli uvažované ako uzly v logickom strome. 139

141 zónovanie A zóny SK21, SKdv zošikmené 0.8 zóny SK21, SK22, SK zóny SK21, SKdv 0.7 zónovanie B zóny SK22, SK23 SKdv kolmo do hĺbky M obs M obs zlomové (Leonard 2009) 0.3 geodynamické 0.5 metóda klastrov (Reasenberg 1985) 0.25 α 5 0 -σ α 0.5 α α σ α 0.5 metóda okna (Burkhard & Grünthal 2009) Stabilné kontinentálne oblasti kontinentálna kôra (P) 0.50 Campbell (2003) 0.25 Cauzzi & Faccioli (2008) 0.25 Akkar & Bommer (2010) Aktívne plytké kôrové oblasti (A, HU, SK) 0.2 Zhao et al. (2006) 0.3 Akkar & Bommer (2010) 0.2 Bindi et al. (2007) 0.3 Boore & Atkinson (2008) Obr. 38 Logický strom pre výpočet pravdepodobnostných charakteristík seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice obsahujúci vetiev (scenárov). 140

142 Vetvy pre uzly vo vyčlenení zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) Vzhľadom na variantné vyčlenenie hraníc seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) boli oba varianty zahrnuté do výpočtu PSHA skúmanej lokality ako vetvy logického stromu. Variant A vyčlenenia zdrojovej zóny Dobrá Voda predstavuje konzervatívnejší prístup a bola mu priradená váha 0.3, variantu B váha 0.7. Vetvy pre uzly vo vyčlenení podzón zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) Alternatívne boli vyčlenené hranice seizmických zdrojových zón SK22 a SK23 (zóna SK23 predstavuje tzv. vlastnú seizmickú zdrojovú zónu Dobrá Voda, pretože ide o oblasť výskytu najväčšej mocnosti karbonátov v podloží). Bola uvažovaná vetva samostatného vyčlenenia podzón SK21, SK22 a SK23 seizmickej zdrojovej zóny SK2 (s váhou 0.8) a vetva spojenia podzón SK22 a SK23 do podzóny SKdv (s váhou 0.2). Vetvy pre uzly v modelovaní podzón zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) Hĺbkovo-priestorové modelovanie podzón SK22, SK23 a SKdv seizmickej zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) bolo uvažované v dvoch alternatívach. S váhou 0.1 bola zahrnutá alternatíva a vertikálnych zlomov na okrajoch seizmických podzón, kým s váhou 0.9 bola uvážená alternatíva b zošikmeného priestorového a hĺbkového vyčlenenia podzón. Vetvy pre uzly v určení maximálneho potenciálneho magnitúda max M Pri určovaní maximálneho potenciálneho magnitúda pre jednotlivé zdrojové zóny sme preferovali prístupy vychádzajúce z geologických dát (tzv. geodynamické max M a zlomové max M ) pred prístupmi založenými na dátach z katalógu zemetrasení (prístup, kedy je k maximálnemu pozorovanému magnitúdu M obs v danej zdrojovej zóne pripočítaná určitá hodnota). Geologické prístupy k určeniu max M preto obdržali váhu 0.6 (v členení: 0.3 pre zlomové max M a 0.3 pre geodynamické zemetrasení váhu 0.4 (v členení: 0.3 pre vetvu max M ), kým prístupy založené na katalógu M obs + 0.5, 0.1 pre vetvu M obs + 1.0). 141

143 Vetvy pre uzly v spôsobe určenia kategórie zemetrasení Keďže nebola známa skutočnosť, pre ktorú by mal byť preferovaný niektorý zo spôsobov určenia kategórie zemetrasenia (predtras, hlavný otras a dotras), prístupy pomocou metódy klastrov (Reasenberg 1985) aj metódy okna (Burkhard a Grünthal 2009) boli uvažované s rovnakou váhou 0.5. Vetvy pre uzly v neurčitosti určenia parametra α 5.0 v početnostnom vzťahu Pre vetvu s nezahrnutím neurčitosti určenia parametra 5.0 v početnostnom vzťahu bola stanovená váha 0.5, pre vetvy so zahrnutím neurčitosti boli stanovené váhy Vetvy pre uzly vo výbere prediktívnych rovníc seizmického pohybu Pre GMPE z kategórie SCR (stabilné kontinentálne oblasti kontinentálna kôra) boli priradené váhy, ktoré rešpektujú odporúčania z projektu SHARE (Delavaud et al. 2012), t.j. aby prediktívne rovnice z kategórie stabilné kontinentálne oblasti štít a prediktívne rovnice z kategórie ASCR (aktívne plytké kôrové oblasti) mali rovnaké kumulatívne váhy 0.5. Preto bola rovnici Campbell (2003) priradená váha 0.5 a rovniciam Cauzzi a Faccioli (2008) a Akkar a Bommer (2010) priradené rovnaké váhy Pre GMPE z kategórie ASCR (aktívne plytké kôrové oblasti) nebolo možné z dôvodov uvedených podkapitole plne rešpektovať váhovanie tejto skupiny prediktívnych rovníc podľa odporúčaní z projektu SHARE (Delavaud et al. 2012). Najväčšia váha 0.3 bola zhodne priradená rovniciam Akkar a Bommer (2010) a Boore a Atkinson (2008). Rovnici Zhao et al. (2006) bola priradená váha 0.2. Napriek tomu, že rovnica Bindi et al. (2010) najlepšie obstála v projekte SHARE pri testovaní voči nameraným akcelerometrickým dátam, jej použitie pre niektoré oblasti Európy bolo spochybnené prácou Beauval et al. (2012), čo sa premietlo do jej nižšej váhy 0.2 v logickom strome pre výpočet pravdepodobnostných charakteristík seizmického ohrozenia lokality Jaslovské Bohunice. 142

144 3.7 Výpočet pravdepodobnostných charakteristík seizmického ohrozenia Výpočty pravdepodobnostných charakteristík pre jednotlivé scenáre v logickom strome sme vykonali pomocou programu CRISIS2007 ver. 7.6 (Ordaz et. al. 2007) Vstupné údaje pre výpočet pravdepodobnostných charakteristík Geometria seizmických zdrojov Každú zdrojovú zónu, vyčlenenú v seizmotektonickom modeli (podkapitola 3.3), sme modelovali niekoľkými rovinnými (plošnými) zónami. Počty a hĺbkové rozpätie rovinných plošných zdrojov pre každú zdrojovú zónu a pre oba varianty vyčlenenia zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda) sú uvedené v Tab. 29 (pre variant A) a Tab. 30 (pre variant B). Aby sme zabezpečili to, že hranice zdrojových zón sú súčasne aj hranicami porušených častí zlomu, zvolili sme parametre pre určenie polomeru trhliny K a K2 0 (pri danej voľbe parametrov sa nemôže trhlina šíriť mimo zdrojovej zóny, v ktorej vznikla). Minimálne výpočtové magnitúdo Pre minimálne výpočtové magnitúdo min M sme zvolili hodnotu M w 5.0. V štúdii EPRI (1993) bolo ukázané, že takáto hodnota minimálneho výpočtového magnitúda je vhodná pre atómové elektrárne a podobné stavebné štruktúry, pretože v prípade výskytu takéhoto alebo slabšieho zemetrasenia v bezprostrednej blízkosti lokality jadrovej elektrárne by atómová elektráreň nemala byť poškodená. Voľbu danej hodnoty minimálneho výpočtového magnitúda sme zvolili aj z toho dôvodu, že rovnaká hodnota bola použitá aj v predchádzajúcej pravdepodobnostnej štúdii seizmického ohrozenia Labák et al. (1997b) pre lokalitu EBO. Pre úplnosť poznamenávame, že minimálne výpočtové magnitúdo sa v programe CRISIS2007 označuje ako Threshold magnitude (M0). Údaje o útlme Do programu CRISIS2007 sme implementovali sadu GMPE podľa podkapitoly 3.5. Uvažovali sme zrezávanie rezíduí v určení GMPE na hodnote trojnásobku štandardnej odchýlky príslušnej prediktívnej rovnice (t.j. v intervale ± 3 σ). 143

145 zdrojová zóna počet rovín min. hĺbka [km] max. hĺbka [km] zdrojová zóna počet rovín min. hĺbka [km] max. hĺbka [km] A A A A A A A A A A H H H H H H H H H H P P P P P P P P SK SK SK SK SKdv / variabil. SK / variabil. SK SK / variabil. SK SK SK SK SK Tab. 29 Počet a hĺbkové rozpätie rovinných plošných zdrojov pre každú zdrojovú zónu pre variant A vyčlenenia zdrojových zón a pre rôzne modelovanie zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda). V prípade použitia šikmých hraníc zón SK22 a SK23 namiesto vertikálnych hraníc, hĺbky zdrojovej zóny podľa seizmotektonického modelu sú dodržané. 144

146 min. min. zdrojová počet max. hĺbka zdrojová počet max. hĺbka hĺbka hĺbka zóna rovín [km] zóna rovín [km] [km] [km] A A A A A A A A A A H H H H H H H H H H P P P P P P P P SK SK SK SK SKdv SK SK SK SK SK SK SK SK Tab. 30 Počet a hĺbkové rozpätie rovinných plošných zdrojov pre každú zdrojovú zónu pre variant B vyčlenenia zdrojových zón a pre rôzne modelovanie zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda). V prípade použitia šikmých hraníc zón SK22 a SK23 namiesto vertikálnych hraníc, hĺbky zdrojovej zóny podľa seizmotektonického modelu sú dodržané. 145

147 Seizmicita zdrojovej zóny Každú zdrojovú zónu sme pokladali za objemovo rovnomerne aktívnu a preto sme seizmicitu rozdelili do jednotlivých rovín rovnomerne s ohľadom na ich plochu (rovnaká plošná hustota). To znamená, že sme parameter 5.0 (v programe CRISIS2007 označený ako Lambda(M0)) priradili pre každú rovinu v pomere plochy roviny k celkovej ploche všetkých rovín, modelujúcich danú zdrojovú zónu. Do výpočtového programu sme zadávali hodnotu parametra určenú v podkapitole 3.4 spolu s jeho štandardnou odchýlkou. Maximálne potenciálne magnitúdo Maximálne magnitúdo sme považovali za neznámu kvantitu a preto sme mu priradili zrezanú Gaussovu distribúciu s hustotou pravdepodobnosti max 2 1 M EM exp 2 max 1 p M ; M M M 2 M2 EM M1EM max 1 2 (61) kde M 1 sme volili ako maximálne pozorované magnitúdo, M 2 sme volili rovné EM (a to bolo rovné maximálnemu magnitúdu určenému v podkapitole 3.3.4), neorezanú štandardnú odchýlku sme zvolili 0.3. Spektrálne ordináty a intenzitné úrovne Výpočet sme robili pre 50 hodnôt zrýchlení logaritmicky rovnomerne pokrývajúcich interval 0.01 m/s 2 40 m/s 2 a pre 9 hodnôt spektrálnych ordinát (PGA + 8 periód): T [s] PGA Globálne parametre Maximálna integračná vzdialenosť bola zvolená 300 km, minimálna veľkosť trojuholníka bola zvolená 5 km a pomer minimálnej vzdialenosti a veľkosti trojuholníka bol zvolený

148 3.7.2 Spôsob určenia mediánu a percentilov charakteristík seizmického ohrozenia Výstupom z výpočtového programu CRISIS2007 bola pre daný scenár j a pre danú hodnotu úrovne a seizmického pohybu (PGA alebo PSA) pravdepodobnosť presiahnutia tejto úrovne seizmického pohybu spolu s rozptylom VAR j a E j a. Pri spracovaní výstupov (mediánových a percentilových hodnôt charakteristík seizmického ohrozenia) sme postupovali podľa práce Ordaz (2009). Pravdepodobnosti jednotlivých scenárov (váhy danej vetvy) w j sme určili ako súčin pravdepodobností vetiev, ktoré sú v danom scenári realizované. Výslednú strednú hodnotu E a sme určili zo vzťahu j j j E a w E a. (62) Za predpokladu log-normálneho rozdelenia pravdepodobnosti presiahnutia, t.j. 2 a ~ N a a ln j j, j, (63) sme určili strednú hodnotu a a štandardnú odchýlku a j nasledovne: j 2 j a Var j a ln 1, 2 E j a 1 2 j a ln E j a j a. 2 (64) Medián 50 j a sme určili zo vzťahu j a e j a. (65)

149 Riešením pravdepodobnostnej distribučnej funkcie a 1 P a0 w 0 j ln, (66) j j a 50 j kde 1 x x 1+erf percentily a. pre 0 s rôznymi hodnotami P a 0, sme určili 16, 50 a Horizontálne spektrum odozvy pre rovnomerné ohrozenie Na Obr. 39 sú zobrazené vypočítané krivky seizmického ohrozenia pre hodnoty PGA. Vykreslené sú 16, 50 a 84 percentilové krivky a krivka zodpovedajúca strednej hodnote. V Tab. 31 sú uvedené hodnoty PGA, ktoré sme určili zo 16, 50 a 84 percentilových kriviek a strednej krivky ohrozenia pre návratové periódy 100, 475, a rokov. Na Obr. 40 sú zobrazené vypočítané krivky seizmického ohrozenia pre periódu 0.2 pseudospektrálneho zrýchlenia. V Tab. 32 sú uvedené hodnoty pseudospektrálneho zrýchlenia pre periódu 0.2 s, ktoré sme určili zo 16, 50 a 84 percentilových kriviek a strednej krivky ohrozenia pre návratové periódy 100, 475, a rokov. Na Obr. 41 sú zobrazené 16, 50 a 84 percentilové krivky a stredná krivka spektrálneho zrýchlenia pre návratovú periódu rokov. Hodnotu PGA sme priradili periódam 0.02 s a 0.03 s. V Tab. 33 sú pre jednotlivé periódy uvedené hodnoty pseudospektrálneho zrýchlenia pre návratovú periódu rokov. 148

150 Horizontálne špičkové zrýchlenie (PGA) [g] Výpočet pre skalné podložie ( v s,30 ~ 800 m/s) krivka s.o. \ návratová per. [roky] percentilová 50 percentilová 84 percentilová stredná (mean) krivka Tab. 31 Hodnoty PGA zo 16, 50 a 84 percentilových kriviek a strednej krivky ohrozenia pre návratové periódy 100, 475, 1000 a rokov. Horizontálne pseudospektrálne zrýchlenie (PSA) [g] T = 0.2 s Výpočet pre skalné podložie ( v s,30 ~ 800 m/s) krivka s.o. \ návratová per. [roky] percentilová 50 percentilová 84 percentilová stredná (mean) krivka Tab. 32 Hodnoty PSA pre periódu 0.2 s zo 16, 50, 84 percentilových kriviek a strednej krivky ohrozenia pre návratové periódy 100, 475, 1000 a rokov. 149

151 Peak Ground Acceleration Návratová perióda [roky] Zrýchlenie [g] Obr , 50 a 84 percentilová a stredná krivka seizmického ohrozenia pre hodnoty PGA. 150

152

153 Horizontálne spektrum odozvy pre návratovú periódu rokov Spektrálne zrýchlenie [g] Perióda [s] Obr , 50 a 84 percentilové a stredné spektrum odozvy pre návratovú periódu rokov. Horizontálne pseudospektrálne zrýchlenie (PSA) [g] Návratová perióda rokov Výpočet pre skalné podložie ( v s,30 ~ 800 m/s) perióda \ krivka stredná s. ohrozenia [s] percentilová percentilová percentilová (mean) Tab. 33 Hodnoty pseudospektrálneho zrýchlenia pre návratovú periódu rokov. 152

154 3.8 Deagregácia pravdepodobnostného výpočtu Magnitúdo a vzdialenosť určujúceho zemetrasenia Určujúce zemetrasenie je definované ako zemetrasenie s magnitúdom M vo vzdialenosti R, ktoré najviac prispieva k celkovej ročnej pravdepodobnosti presiahnutia danej úrovne seizmického pohybu na záujmovej lokalite. V prípade lokality EBO nás zaujíma stredná (mean) úroveň seizmického pohybu pre periódu 0.2 s s ročnou pravdepodobnosťou presiahnutia 10-4, t.j. s návratovou periódou rokov. Táto úroveň seizmického pohybu bola vypočítaná pravdepodobnostnou metódou. Perióda 0.2 s bola zvolená v zhode so štúdiou Labák et al. (1997b), ktorá sa venovala stanoveniu charakteristík zemetrasenia revíznej úrovne pre lokalitu Atómových elektrární Bohunice. Stredná (mean) úroveň seizmického pohybu pre návratovú periódu rokov zodpovedá v prípade lokality EBO úrovni SL-2, a teda aj zemetraseniu revíznej úrovne (RLE). 1. krok Magnitúdo a vzdialenosť určujúceho zemetrasenia sme určili v 5 krokoch: Celý Región EBO sme rozdelili na vzdialenostné intervaly ( biny ) 0-5 km, 5-10 km, km, km, km, km a viac ako 160 km od lokality EBO. Hranice jednotlivých intervalov sme zvolili tak, aby rozdiely medzi prirodzenými logaritmami centroidových hodnôt vzdialeností jednotlivých intervalov boli približne rovnaké. Uvažovali sme dve rôzne definície vzdialenosti: vzdialenosť a Shedlock 1997), a vzdialenosť R JB podľa Joynera a Boorea (Abrahamson R Rup (Obr. 36). Na Obr. 42 a 43 je vyznačená 20 km, 40 km, 80 km a 160 km hranica vzdialenostných intervalov v metrike R JB pre oba varianty vyčlenenia zdrojových zón. Na Obr. 44 a 45 je vyznačená 5 km, 10 km a 20 km hranica vzdialenostných intervalov v metrike R JB pre obe alternatívy modelovania podzón zóny SK2. 2. krok Celý záujmový interval magnitúd od minimálneho magnitúda min M 5.0 po najväčšie z maximálnych magnitúd M1 7.6 použitých pri pravdepodobnostnom výpočte sme rozdelili na magnitúdové intervaly rovnakej veľkosti , , , a >7.08 tak, aby rozdiely medzi strednými hodnotami jednotlivých magnitúdových intervalov boli rovnaké. Magnitúda zodpovedajú momentovému magnitúdu M w. 153

155 3. krok Pre všetky magnitúdovo-vzdialenostné intervaly sme vykonali úplný pravdepodobnostný výpočet seizmického ohrozenia pre ten istý logický strom (podkapitola 3.6), čím sme získali pravdepodobnosť presiahnutia H M, D pre magnitúdovo-vzdialenostný interval M, D. Obr km, 40 km, 80 km, 160 km a 300 km hranica vzdialenostných intervalov pre alternatívu A vyčlenenia zdrojových zón v Regióne EBO. 154

156 Obr km, 40 km, 80 km, 160 km a 300 km hranica vzdialenostných intervalov pre variant B vyčlenenia zdrojových zón v Regióne EBO. 155

157 Obr km, 10 km a 20 km hranica vzdialenostných intervalov pre alternatívu A modelovania podzón zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda). 156

158 Obr km, 10 km a 20 km hranica vzdialenostných intervalov pre alternatívu B modelovania podzón zdrojovej zóny SK2 (Dobrá Voda). 157

159 4. krok Pre každý magnitúdovo-vzdialenostný interval sme určili čiastkový relatívny príspevok k celkovej pravdepodobnosti presiahnutia podľa vzťahu P MD, HMD, (67) H m d md, kde P M, D je čiastkový relatívny príspevok magnitúdovo-vzdialenostného intervalu M, D a Hmd je súčet pravdepodobností presiahnutia všetkých magnitúdovo-vzdialenostných m d intervalov. Na Obr. 46 a 47 a v Tab. 34 a 35 sú pre všetky magnitúdovo-vzdialenostné intervaly v dvoch metrikách uvedené jednotlivé čiastkové relatívne príspevky k celkovej pravdepodobnosti presiahnutia. 5. krok Magnitúdo M C určujúceho zemetrasenia sme vypočítali podľa vzťahu M M P (68) C m m, d m d kde M m je stredná hodnota magnitúdového intervalu m a md, P je čiastkový relatívny príspevok magnitúdovo-vzdialenostného intervalu md, k celkovej pravdepodobnosti presiahnutia. Vzdialenosť určujúceho zemetrasenia sme vypočítali podľa vzťahu kde DC exp ln( Dd) Pm, d d m (69) D d je centroidová hodnota vzdialenostného intervalu d a md, P je čiastkový relatívny príspevok magnitúdovo-vzdialenostného intervalu md, k celkovej pravdepodobnosti presiahnutia. Vypočítaná hodnota momentového magnitúda a vypočítané hodnoty vzdialenosti a 18.5 km. M W určujúceho zemetrasenia je 5.67 R JB a R Rup určujúceho zemetrasenia sú 16.2 km 158

160 vzd. \ mag. int. \ int. [km] \ c. h.* > 7.08 centroid hodnota vzd. int. [km] > * centrálna hodnota Tab. 34 Čiastkové relatívne príspevky magnitúdovo-vzdialenostných intervalov v metrike R JB k celkovému ohrozeniu pre strednú (mean) spektrálnu hodnotu pre periódu 0.2 s a návratovú periódu rokov. T=0.2 s návratová perióda rokov % príspevok k ohrozeniu R JB 160 >160 o Obr. 46 Čiastkové relatívne príspevky v % k celkovej pravdepodobnosti presiahnutia pre jednotlivé magnitúdovo-vzdialenostné intervaly v metrike R JB. Príspevky boli vypočítané pre hodnotu seizmického pohybu g, ktorá bola vypočítaná pre periódu 0.2 s a návratovú periódu rokov v pravdepodobnostnom výpočte. 159

161

162 Porovnanie hodnoty magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia s hodnotami určenými v predchádzajúcich prácach Zo štyroch doterajších zhodnotení seizmického ohrozenia lokality AEB - Energoprojekt (1986), Schenk et al. (1987), Štejnberg et al. (1988) a Labák a Moczo (1998) - je možné porovnať hodnoty magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia len s hodnotami, ktoré boli určené v práci Štejnberg et al. (1988) a Labák a Moczo (1998). Výsledky sú porovnané v Tab. 36. Všetky štúdie získali porovnateľné výsledky. Štejnberg et al. (1988) Labák a Moczo (1998) táto práca magnitúdo M 6 M S 5.86 M w 5.67 vzdialenosť epicentrálna 10 km RJB 12.2 km RJB RRup 16.2 km 18.5 km hĺbka km - ~ 9 km Tab. 36 Porovnanie hodnoty magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia získaných touto prácou s výsledkami z predchádzajúcich štúdií Horizontálne spektrum odozvy pre zemetrasenie revíznej úrovne Pre hodnoty magnitúda a vzdialenosti určujúceho zemetrasenia sme vypočítali hodnoty zrýchlenia z tých istých GMPE, ktoré boli použité v pravdepodobnostnom výpočte seizmického ohrozenia. Keďže určujúce zemetrasenie je z aktívnej oblasti ASCR, použili sme štyri GMPE s tlmením 5%: Akkar a Bommer (2010), Bindi et al. (2010), Boore a Atkinson (2008) a Zhao et al. (2006). Zrýchlenia sme vypočítali pre tie isté periódy, pre ktoré bolo vypočítané stredné (mean) spektrum odozvy pre návratovú periódu rokov - tzv. spektrum odozvy pre rovnomerné ohrozenie (UHS). Pre každú periódu sme zo získaných piatich hodnôt zrýchlenia vypočítali priemernú hodnotu zrýchlenia. Získané priemerné spektrum odozvy sme normalizovali na hodnotu UHS pre periódu 0.2 s. Normalizované 161

163 spektrum odozvy predstavuje horizontálne spektrum odozvy pre RLE. Tento postup zodpovedá postupu, ktorý je uvedený v prílohe F predpisu USNRC RG (1997). V Tab. 37 sú pre jednotlivé periódy uvedené hodnoty zrýchlení pre magnitúdo a vzdialenosť určujúceho zemetrasenia, ktoré sme vypočítali zo štyroch GMPE; hodnoty priemerného spektra odozvy, hodnoty UHS a výsledné hodnoty horizontálneho spektra odozvy pre RLE. Horizontálne spektrum pre RLE spolu s UHS je na Obr. 48. V Tab. 38 sú pre jednotlivé periódy uvedené relatívne rozdiely v % medzi hodnotami horizontálneho spektra odozvy pre RLE a UHS spektrum. V Tab. 38 a na Obr. 48 vidieť, že spektrum odozvy pre RLE je pre periódy do 0.2 s približne vyššie ako UHS spektrum a pre periódy nad 0.5 s nižšie. Porovnanie horizontálneho spektra odozvy pre RLE s podobnými spektrami odozvy v predchádzajúcich zhodnoteniach seizmického ohrozenia Horizontálne spektrum odozvy pre RLE môžeme porovnať so spektrami publikovanými v štúdiách Štejnberg et al. (1988) a Labák a Moczo (1998). V deterministickej štúdii seizmického ohrozenia Štejnberg et al. (1988) je pre tzv. veľké zemetrasenie navrhnuté stredné spektrum odozvy (Tab. 15 v citovanej práci). Toto spektrum je porovnané so spektrom, ktoré bolo vypočítané z vybraných akcelerogramov a štandardným spektrom (Tab. 12 v práci Štejnberg et al. 1988). V práci Westinghouse (1990) bolo ukázané, že tzv. veľkému zemetraseniu v práci Štejnberg et al. (1988) zodpovedá návratová perióda rokov. V pravdepodobnostnej štúdii Labák a Moczo (1998) bolo publikované horizontálne spektrum odozvy pre RLE. Na Obr. 49 je porovnané nami určené horizontálne spektrum odozvy pre RLE so spektrom pre tzv. veľké zemetrasenie, spektrom, ktoré bolo vypočítané z vybraných akcelerogramov a štandardným spektrom z práce Štejnberg et al. (1988) a s RLE spektrom z práce Labák a Moczo (1998). Horizontálne spektrum pre RLE je najnižšie pre periódy väčšie ako 0.2 s. Hodnota PGA v spektre pre RLE je ako hodnota PGA pre tzv. veľké zemetrasenie v štúdii Štejnberga et al. (1988) a ako hodnota PGA pre RLE v Labák a Moczo (1998). 162

164