Прогноз землетрясений - Earthquake forecasting

Относительно области сейсмологии, связанной с указанием времени, местоположения и магнитуды будущих землетрясений в установленных пределах, см. Прогноз землетрясения.
Часть серия на
Землетрясения
  • Портал наук о Земле

Прогноз землетрясений это отрасль науки о сейсмология связана с вероятностной оценкой общего землетрясения сейсмическая опасность, включая частоту и силу разрушительных землетрясений в данном районе за годы или десятилетия.[1] Пока прогнозирование обычно считается разновидностью прогноз прогноз землетрясений часто отличается от прогноз землетрясения, целью которого является указание времени, места и магнитуды будущих землетрясений с достаточной точностью, чтобы можно было выдать предупреждение.[2][3] И прогноз, и предсказание землетрясений отличаются от системы предупреждения о землетрясениях, которые при обнаружении землетрясения в режиме реального времени предупреждают регионы, которые могут быть затронуты.

В 1970-х годах ученые были оптимистично настроены в отношении того, что вскоре будет найден практический метод предсказания землетрясений, но к 1990-м годам продолжающиеся неудачи заставили многих усомниться в возможности этого.[4] Демонстрационно успешных предсказаний сильных землетрясений не произошло, и несколько утверждений об успехе спорны.[5] Следовательно, многие научные и правительственные ресурсы были использованы для вероятностного анализа. сейсмическая опасность оценки, а не прогнозы отдельных землетрясений. Такие оценки используются для установления строительных норм и правил, структуры страховых ставок, программ повышения осведомленности и готовности, а также государственной политики в отношении сейсмических событий.[6] В дополнение к прогнозам региональных землетрясений при таких расчетах сейсмической опасности могут учитываться такие факторы, как местные геологические условия. Ожидаемое движение грунта затем можно использовать для определения критериев проектирования здания.[нужна цитата ]

Методы прогноза землетрясений

Методы прогнозирования землетрясений обычно ищут тенденции или закономерности, которые приводят к землетрясениям. Поскольку эти тенденции могут быть сложными и включать множество переменных, для их понимания часто требуются передовые статистические методы, поэтому их иногда называют статистическими методами. Эти подходы обычно имеют относительно длительные периоды времени, что делает их полезными для прогнозирования землетрясений.

Эластичный отскок

Даже самый твердый камень не является абсолютно твердым. При наличии большой силы (например, между двумя огромными тектоническими плитами, движущимися мимо друг друга) земная кора будет изгибаться или деформироваться. Согласно упругий отскок теория Рид (1910), со временем деформация (деформация) становится настолько большой, что что-то ломается, обычно в существующей неисправности. Проскальзывание вдоль разлома (землетрясение) позволяет скале с каждой стороны отскочить до менее деформированного состояния. При этом энергия высвобождается в различных формах, включая сейсмические волны.[7] Затем цикл тектонической силы, накапливающейся в упругой деформации и высвобождающейся при внезапном отскоке, повторяется. Поскольку смещение от одного землетрясения составляет от менее метра до примерно 10 метров (для землетрясения M 8),[8] продемонстрированное существование большого сдвиг смещения на сотни миль показывают существование длительного цикла землетрясений.[9]

Характерные землетрясения

Наиболее изученные разломы землетрясений (такие как Нанкайский мегатраст, то Уосатч вина, а Сан-Андреас вина ) имеют четкие сегменты. В характерное землетрясение Модель постулирует, что землетрясения обычно ограничиваются этими сегментами.[10] Как длины и другие свойства[11] сегментов зафиксированы, землетрясения, которые приводят к разрыву всего разлома, должны иметь аналогичные характеристики. К ним относятся максимальная величина (которая ограничена длиной разрыва) и величина накопленной деформации, необходимой для разрыва сегмента разлома. Поскольку непрерывные движения плит вызывают постоянное накопление напряжения, в сейсмической активности на данном участке должны преобладать землетрясения с аналогичными характеристиками, повторяющиеся через несколько регулярных интервалов.[12] Для данного сегмента разлома идентификация этих характерных землетрясений и определение времени их повторяемости (или, наоборот, период возврата ) должен сообщить нам о следующем разрыве; это подход, который обычно используется при прогнозировании сейсмической опасности. Периоды повторяемости также используются для прогнозирования других редких событий, таких как циклоны и наводнения, и предполагают, что частота в будущем будет аналогична частоте, наблюдаемой на сегодняшний день.

Экстраполяция из Землетрясения в Паркфилде 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 и 1966 годов привели к прогнозу землетрясения около 1988 года или самое позднее до 1993 года (с доверительным интервалом 95%) на основе характеристической модели землетрясения.[13] Приборы были установлены в надежде обнаружить предвестников ожидаемого землетрясения. Однако прогнозируемое землетрясение произошло только в 2004 году. Прогнозирующий эксперимент Паркфилда вызывает сомнение в достоверности самой характерной модели землетрясения.[14]

Сейсмические промежутки

В месте соприкосновения, где две тектонические плиты скользят друг мимо друга, каждая секция должна со временем проскользнуть, поскольку (в долгосрочной перспективе) ни одна не останется позади. Но не все они скользят одновременно; разные участки будут находиться на разных стадиях цикла накопления деформации (деформации) и резкого отскока. В модели сейсмического разрыва следует ожидать «следующего большого землетрясения» не в тех сегментах, где недавняя сейсмичность уменьшила напряжение, а в промежутках между ними, где неослабленная деформация является наибольшей.[15] Эта модель имеет интуитивное обращение; он используется в долгосрочном прогнозировании и послужил основой для серии околотихоокеанских (Тихоокеанский рубеж ) прогнозы на 1979 и 1989–1991 гг.[16]

Однако сейчас известно, что некоторые основные предположения о сейсмических разрывах неверны. Тщательное изучение предполагает, что «в сейсмических промежутках может не быть информации о времени возникновения или величине следующего крупного события в регионе»;[17] Статистические проверки прогнозов в районе Тихого океана показывают, что модель сейсмического разрыва «плохо предсказывала сильные землетрясения».[18] Другое исследование пришло к выводу, что длительный период затишья не увеличивает вероятность землетрясения.[19]

Примечательные прогнозы

UCERF3

Основная статья: UCERF3
Калифорния (обведена белым) и буферная зона, показывающая 2606 подразделов разломов UCERF 3.1. Цвета указывают на вероятность (в процентах) землетрясения с магнитудой M ≥ 6,7 в следующие 30 лет с учетом напряжения, накопленного с момента последнего землетрясения. Не включает эффекты от Зона субдукции Каскадия (не показано) в северо-западном углу.

2015 год Единый прогноз землетрясения в Калифорнии, версия 3, или же UCERF3, это последний официальный прогноз землетрясения (ERF) для штата Калифорния, заменяя UCERF2. Он обеспечивает авторитетные оценки вероятности и серьезности потенциально разрушительных разрывов в результате землетрясений в долгосрочной и краткосрочной перспективе. Комбинирование этого с моделями движения грунта дает оценки серьезности сотрясений грунта, которых можно ожидать в течение заданного периода (сейсмическая опасность ), а также угрозы искусственной среде (сейсмический риск ). Эта информация используется для информационного обеспечения инженерного проектирования и строительных норм, планирования стихийных бедствий и оценки достаточности страховых взносов от землетрясений для покрытия предполагаемых убытков.[20] Разнообразие показателей опасности [21] можно рассчитать с помощью UCERF3; типичная метрика - это вероятность величины[22] Землетрясение М 6,7 (размер 1994 землетрясение в Нортридже ) через 30 лет (типичный срок ипотеки) с 2014 года.

UCERF3 был подготовлен Рабочая группа по вероятности землетрясений в Калифорнии (WGCEP), сотрудничество между Геологическая служба США (USGS), Калифорнийская геологическая служба (CGS), а Центр землетрясений Южной Калифорнии (SCEC), при значительном финансировании со стороны Калифорнийское Управление Землетрясений (CEA).[23]

Примечания

  1. ^ Канамори 2003, п. 1205. См. Также МИЭФ 2011, п. 327.
  2. ^ Geller et al. 1997 г., п. 1616 г., после Аллен (1976, п. 2070), которые, в свою очередь, последовали Вуд и Гутенберг (1935). Каган (1997b, §2.1) гласит: «Это определение имеет несколько недостатков, которые вносят путаницу и затруднения в исследованиях прогнозирования». Помимо указания времени, местоположения и магнитуды, Аллен предложил три других требования: 4) указание уверенности автора в предсказании, 5) вероятность того, что землетрясение произойдет в любом случае как случайное событие, и 6) публикация в форме это придает неудачам такую ​​же видимость, как и успехи. Каган и Кнопофф (1987, п. 1563) определяют предсказание (частично) как «формальное правило, при котором за счет доступного пространства-времени-сейсмического момента многообразие возникновения землетрясений значительно сокращается ...»
  3. ^ Каган 1997б, п. 507.
  4. ^ Geller et al. 1997 г., п. 1617; Геллер 1997, §2.3, с. 427; Консоль 2001, п. 261.
  5. ^ Например, наиболее известным утверждением об успешном прогнозе является утверждение о том, что Землетрясение в Хайчэне 1975 года (МИЭФ 2011, п. 328), и теперь он указан как таковой в учебниках (Джексон 2004, п. 344). Более позднее исследование пришло к выводу, что достоверных краткосрочных прогнозов не существует (Wang et al. 2006 г. ). Видеть Прогноз землетрясения.
  6. ^ «Национальные карты сейсмической опасности». Геологическая служба США. 25 августа 2016 г. Архивировано с оригинал 10 августа 2016 г.. Получено 1 сентября 2016.
  7. ^ Рид 1910, п. 22; МИЭФ 2011, п. 329.
  8. ^ Wells & Coppersmith 1994, Рис. 11, стр. 993.
  9. ^ Зобак 2006 дает четкое объяснение. Эванс 1997 В §2.2 также дается описание парадигмы «самоорганизованной критичности» (SOC), которая вытесняет модель упругого отскока.
  10. ^ Кастелларо 2003
  11. ^ К ним относятся тип породы и геометрия разломов.
  12. ^ Schwartz & Coppersmith 1984 г.; Тиампо и Щербаков 2012, п. 93, §2.2.
  13. ^ Бакун и Линд 1985, п. 621.
  14. ^ Джексон и Каган 2006.
  15. ^ Шольц 2002, п. 284, §5.3.3; Каган и Джексон 1991, pp. 21419; Джексон и Каган 2006, п. S404.
  16. ^ Каган и Джексон 1991, pp. 21419; McCann et al. 1979 г.; Ронг, Джексон и Каган 2003.
  17. ^ Ломниц и Нава 1983.
  18. ^ Ронг, Джексон и Каган 2003, п. 23.
  19. ^ Каган и Джексон 1991, Резюме.
  20. ^ Филд и др. 2013, п. 2.
  21. ^ Список показателей оценки, доступных по состоянию на 2013 г., см. В Таблице 11 в Филд и др. 2013, п. 52.
  22. ^ Согласно стандартной сейсмологической практике, здесь все магнитуды землетрясений шкала моментной магнитуды. Это обычно эквивалентно более известному Шкала звездных величин Рихтера.
  23. ^ Филд и др. 2013, п. 2.

Источники

  • Аллен, Кларенс Р. (Декабрь 1976 г.), «Обязанности по прогнозированию землетрясений», Бюллетень сейсмологического общества Америки, 66 (6): 2069–2074.
  • Ломниц, Цинна; Нава, Ф. Алехандро (декабрь 1983 г.), «Прогнозирующая ценность сейсмических разрывов», Бюллетень сейсмологического общества Америки, 73 (6A): 1815–1824.
  • McCann, W. R .; Нищенко, С.П .; Sykes, L.R .; Краузе Дж. (1979), "Сейсмические бреши и тектоника плит: сейсмический потенциал основных границ", Чистая и прикладная геофизика, 117 (6): 1082–1147, Bibcode:1979PApGe.117.1082M, Дои:10.1007 / BF00876211.
  • Рид, Гарри Филдинг (1910), «Механика землетрясения»., Землетрясение в Калифорнии 18 апреля 1906 года: отчет Государственной комиссии по расследованию землетрясений, Vol. 2.
  • Шольц, Кристофер Х. (2002), Механика землетрясений и разломов (2-е изд.), Cambridge Univ. Нажмите, ISBN  0-521-65223-5.
  • Шварц, Дэвид П .; Копперсмит, Кевин Дж. (10 июля 1984 г.), «Поведение разломов и характерные землетрясения: примеры из зон разломов Уосатч и Сан-Андреас», Журнал геофизических исследований, 89 (B7): 5681–5698, Bibcode:1984JGR .... 89.5681S, Дои:10.1029 / JB089iB07p05681.