UCERF3 - UCERF3 - Wikipedia

2015 Jednotná předpověď prasknutí zemětřesení v Kalifornii, verze 3nebo UCERF3, je poslední oficiální předpověď prasknutí zemětřesení (ERF) pro stát Kalifornie, nahrazující UCERF2. Poskytuje směrodatné odhady pravděpodobnosti a závažnosti potenciálně škodlivých prasknutí zemětřesení v dlouhodobém i krátkodobém horizontu. Kombinace tohoto s modely pohybu na zemi vytváří odhady závažnosti otřesů země, které lze očekávat během daného období (seismické nebezpečí ) a ohrožení zastavěného prostředí (seismické riziko ). Tyto informace se používají k informování o inženýrských projektech a stavebních předpisech, plánování katastrof a hodnocení toho, zda je pojistné pro případ zemětřesení dostatečné pro případné ztráty.[1] Různé metriky nebezpečnosti[2] lze vypočítat pomocí UCERF3; typická metrika je pravděpodobnost velikosti[3] Zemětřesení M 6,7 (velikost 1994 Northridge zemětřesení ) za 30 let (typická životnost hypotéky) od roku 2014.

UCERF3 byl připraven Pracovní skupina pro pravděpodobnost zemětřesení v Kalifornii (WGCEP), spolupráce mezi Geologický průzkum Spojených států (USGS) Kalifornský geologický průzkum (CGS) a Centrum zemětřesení v jižní Kalifornii (SCEC), s významným financováním z Kalifornský úřad pro zemětřesení (CEA).[4]

Kalifornie (vyznačeno bíle) a nárazníková zóna zobrazující 2 606 dílčích částí poruch UCERF 3.1. Barvy označují pravděpodobnost (v procentech), že v příštích 30 letech dojde k zemětřesení M ≥ 6,7, což odpovídá stresu nahromaděnému od posledního zemětřesení. Nezahrnuje účinky z Subdukční zóna Cascadia (nezobrazeno) v severozápadním rohu.

Hlavní body

Hlavním úspěchem UCERF3 je použití nové metodiky, která může modelovat praskliny s více poruchami, jaké byly pozorovány při nedávných zemětřeseních.[5] To umožňuje distribuci seismicity realističtějším způsobem, což napravilo problém s předchozími studiemi, které předpovídaly zemětřesení střední velikosti (mezi magnitudem 6,5 a 7,0).[6] Míra zemětřesení o síle (M[7]) Předpokládá se, že 6,7 a více (v celém státě) je přibližně jeden za 6,3 roku, místo jednoho za 4,8 roku. Na druhou stranu se nyní očekává zemětřesení o síle 8 a větší přibližně každých 494 let (pokles z 617).[8] Jinak jsou celková očekávání seismicity obecně v souladu s dřívějšími výsledky.[9] (Vidět Tabulka A pro souhrn celkových sazeb.)

Databáze poruchových modelů byla revidována a rozšířena tak, aby pokrývala více než 350 poruchových úseků, z přibližně 200 pro UCERF2, a byly přidány nové atributy, které lépe charakterizují poruchy.[10] Rovněž byla provedena různá technická vylepšení.[11]

Tabulka A: Odhadované pravděpodobnosti (minimální, pravděpodobněa maximum) zemětřesení dané velikosti v příštích třiceti letech pro různé oblasti Kalifornie1
M≥6.06.77.07.57.78.0
Všechny CA100% 100% 100%97% 100% 100%77% 93% 100%17% 48% 85%  3% 27% 71%  0%   7% 32%
N. CA.100% 100% 100%84% 95% 100%55% 76% 96%  8% 28% 60%  1% 15% 45%  0%   5% 25%
S. CA.100% 100% 100%77% 93% 100%44% 75% 97%  9% 36% 79%  2% 22% 68%  0%   7% 32%
SF  89% 98% 100%52% 72% 94%27% 51% 84%  5% 20% 43%  0% 10% 32%  0%   4% 21%
Los Angeles  84% 96% 100%28% 60% 92%17% 46% 87%  5% 31% 77%  1% 20% 68%  0%   7% 32%
1. Z tabulky 7 palců Field a kol. 2015, str. 529. „M“ je velikost momentu (str. 512).

Umístění hlavních poruch v následující tabulce, přičemž segmenty jsou barevně kódovány tak, aby vykazovaly rychlost skluzu (až 40 mm za rok).[12]

Ze šesti hlavních poruch hodnocených v předchozích studiích jižní Chyba San Andreas zůstává nejpravděpodobnějším zemětřesením M ≥ 6,7 v příštích 30 letech. Největší nárůst této pravděpodobnosti je na internetu Porucha Calaveras (vidět mapa hlavních poruch pro umístění), kde je nyní střední (nejpravděpodobnější) hodnota nastavena na 25%. Stará hodnota 8% je nižší než nyní očekávané minimum (10%). Předpokládá se, že předchozí podhodnocení je způsobeno většinou nemodelováním víceporuchových trhlin, které omezovaly velikost mnoha trhlin.[13]

Největší pokles pravděpodobnosti je na Chyba San Jacinto, který se zvýšil z 32% na 9%. Opět je to způsobeno prasknutím více poruch, ale zde je efekt méně zemětřesení, ale je pravděpodobnější, že budou větší (M ≥ 7,7) [14]

Tabulka B

Tabulka B: Souhrnné pravděpodobnosti zemětřesení M ≥ 6,7 do 30 let (a změna od UCERF2)1
Chyba2Sekce mapy3QFFDB
chyba#4		Délka5Pozoruhodné zemětřeseníMin.6ZnamenatMax.
Chyba San Andreas jižní

Parkfield
Cholame
Carrizo
Big Bend
Mojave N.
Mojave S.
San Bernardino N
San Bernardino S
San Gorgonio Pass
N. Branch Mill Cr
Coachella

1f
1 g
1 hod
1i
1j

546 km
339 mil

1857 Fort Tejon zemětřesení

17%
(−6%)		53%
(−7%)		93%
(−1%)
Chyba San Andreas severní

Na moři
Severní pobřeží
Poloostrov
Santa Cruz Mts
Plíživá sekce

1a
1b
1c
1d
1e

472 km
293 mil

1906 San Francisco zemětřesení

 1%
(−5%)		33%
(+12%)		73%
(+33%)
Hayward /
Porucha Rodgers Creek

Rodgers Creek
Hayward North
Hayward South

55a
55b
55c
32

150 km
93 mil

1868 Hayward zemětřesení

14%
(−2%)		32%
(0%)		54%
(−14%)
Porucha Calaveras

Severní
Centrální
Jižní

54a
54b
54c
54d

123 km
76 mil

1911 Calaveras zemětřesení[15]
1979 zemětřesení v Kojotském jezeře[16]
1984 Morgan Hill zemětřesení [17]
2007 zemětřesení kamence[18]

10%
(+8%)		25%
(+17%)		54%
(+32%)
Poruchová zóna San Jacinto

San Bernardino
Údolí San Jacinto
Ochránci
Anza
Clarku
Coyote Creek
Borrego
Pověra Mtn

125a
125b

125c
125 d
125e
125f
125 g

309 km
192 mil

Zemětřesení v San Jacinto v roce 1918

 0%
(−14%)		9%
(23%)		35%
(−20%)
Garlockova chyba

Východní
Centrální
Západ

69a
69b
69c

254 km
158 mil

 0%
(−3%)		8%
(+2%)		37%
(+24%)
Elsinore Fault Zone

Whittier
Glen Ivy
Ochránci
Temecula
Juliane
Kojotské hory

126a
126b
126c
126d
126e
126f
126 g

249 km
217 mil

1910 Elsinore zemětřesení

 1%
(−4%)		5%
(−6%)		17%
(−8%)
Poznámky.
1. Upraveno z tabulky 6 v Field a kol. 2015, str. 525. Hodnoty jsou agregovány z poruchových částí zahrnujících každou poruchu. Některé sekce mají vyšší individuální pravděpodobnosti; viz tabulka 4 v Field a kol. 2015, str. 523. „M“ je velikost momentu (str. 512).
2. Toto je šest poruch, pro které měl UCERF2 dostatek dat pro modelování obnovy napětí. Poruchová zóna Hayward a porucha Rodgers Creek jsou považována za jednu chybu; chyba San Andreas je považována za dvě části.
3. Poruchové sekce UCEF3, s odkazy na mapy „účasti“ pro každou sekci (vyznačené černě), zobrazující rychlost (barevně), která se účastní roztržek s ostatními částmi. Mapy účasti pro všechny sekce poruch dostupné na http://pubs.usgs.gov/of/2013/1165/data/UCERF3_SupplementalFiles/UCERF3.3/Model/FaultParticipation/ U některých poruch byly sekce přidány nebo rozděleny od UCERF2.
4. USGS Databáze kvartérních poruch a skladů čísla poruch s odkazy na souhrnné zprávy. Mapy QFFDB již nejsou k dispozici.
5. Délky od UCERF-2, tabulka 4; se může lišit od hodnot QFFDB.
6. min. a Max. pravděpodobnosti odpovídají nejméně a nejpravděpodobnějším alternativám v logickém stromu; průměr je vážený průměr.
7. Rychlost skluzu není zahrnuta kvůli variacím napříč řezy a deformačním modelům. Viz obrázek C21 (níže) pro ilustraci.

Metodologie

Kalifornská zemětřesení jsou výsledkem Pacifická deska, míří přibližně na severozápad, klouzá kolem severoamerického kontinentu. To vyžaduje ubytování o 34 až 48 milimetrech (asi jeden a půl palce) skluzu ročně,[19] s některými z nich převzatými v částech Povodí a provincie Range na východ od Kalifornie.[20] Tento skluz je přizpůsoben prasklinám (zemětřesením) a aseismic creep na různých poruchách, přičemž četnost prasknutí závisí (částečně) na tom, jak je skluz distribuován mezi různé poruchy.

Modelování

UCERF3 má čtyři úrovně modelování a některé z alternativ, které tvoří logický strom.[21]

Stejně jako jeho předchůdce to UCERF3 určuje na základě čtyř vrstev modelování:[22]

  1. The poruchové modely (FM 3.1 a 3.2) popisují fyzickou geometrii větších a dalších aktivní poruchy.
  2. Deformační modely určete rychlosti prokluzu a související faktory pro každou poruchovou sekci, kolik napětí se hromadí před prasknutím poruchy a kolik energie se poté uvolní. Používají se čtyři deformační modely odrážející různé přístupy k řešení dynamiky zemětřesení.
  3. The model rychlosti zemětřesení (ERM) zapadá do všech těchto dat, aby odhadl dlouhodobou míru prasknutí.
  4. The pravděpodobnostní model odhaduje, jak blízko (připraven) je každý zlomový segment k prasknutí vzhledem k tomu, kolik stresu se nahromadilo od jeho posledního prasknutí.

První tři vrstvy modelování se používají k určení dlouhodobých nebo časově nezávislých odhadů rozsahu, polohy a frekvence potenciálně škodlivých zemětřesení v Kalifornii. Model závislý na čase je založen na teorii pružný odskok „poté, co zemětřesení uvolní tektonické napětí, bude nějaký čas trvat, než se nahromadí dostatečné napětí, které způsobí další zemětřesení. Teoreticky by to mělo zajistit určitou pravidelnost při zemětřeseních při dané poruše a znalost data posledního prasknutí je vodítkem, jak brzy lze očekávat další. V praxi to není tak jasné, částečně proto, že se mění rychlosti skluzu, a také proto, že se poruchové segmenty navzájem ovlivňují, takže prasknutí na jednom segmentu spustí prasknutí na sousedních segmentech. Jedním z úspěchů UCERF3 je lepší zvládnutí takových multifunkčních prasknutí.[23]

Různé alternativy (viz diagram), přijaté v různých kombinacích, tvoří logický strom 1440 větví pro model nezávislý na čase, a když jsou zahrnuty čtyři modely pravděpodobnosti, 5760 větví pro model závislý na čase. Každá větev byla hodnocena a vážena podle její relativní pravděpodobnosti a důležitosti. Výsledky UCERF3 jsou průměrem všech těchto vážených alternativ.[24]

„Velká inverze“

V UCERF2 byla každá chyba modelována samostatně,[25] jako by prasknutí nepřesahovalo další poruchy. Tento předpoklad segmentace poruch byl podezřelý jako příčina předpovědi UCERF2 téměř dvakrát většího počtu zemětřesení v rozmezí M 6,5 až 7,0, než ve skutečnosti bylo pozorováno, a je v rozporu s prasknutím více poruch zaznamenaným u mnoha zemětřesení.[26]

UCERF3 rozděluje každou poruchovou sekci (podle modelování poruchových modelů) na podsekce (2606 segmentů pro FM 3.1 a 2665 pro FM 3.2), poté uvažuje prasknutí více segmentů bez ohledu na to, ke které nadřazené chybě patří. Po odstranění těch prasknutí, které jsou považovány za nepravděpodobné, existuje 253 706 možností, které je třeba zvážit pro FM 3.1, a 305 709 pro FM 3.2. To je ve srovnání s méně než 8 000 prasknutími uvažovanými v UCERF2 a odráží to vysokou konektivitu kalifornského poruchového systému.[27]

Obr. C21 z přílohy C.[28] Grafy rychlosti prokluzu na dvou paralelních poruchách (San Andreas a San Jacinto), jak je stanoveno třemi modely deformace, a „geologický“ model zcela založený na pozorovaných rychlostech skluzu, ukazující variace podél každého segmentu. Velká inverze řeší tyto a mnoho dalších proměnných, aby našla hodnoty, které poskytují celkově nejlepší shodu.

Významným úspěchem UCERF je vývoj systémového přístupu zvaného „velká inverze“.[29] K vyřešení problému používá superpočítač soustava lineárních rovnic který současně splňuje několik omezení, jako jsou známé rychlosti skluzu atd.[30] Výsledkem je model (sada hodnot), který nejlépe vyhovuje dostupným datům. Při vyvážení těchto různých faktorů poskytuje také odhad, kolik seismicity není zohledněno v modelu poruchy, případně v dosud nezjištěných poruchách. Množství skluzu vyskytujícího se na neidentifikovaných poruchách bylo odhadnuto na 5 až 20 mm / rok v závislosti na umístění (obecně vyšší v oblasti LA) a deformačním modelu, přičemž jeden model dosáhl 30 mm / rok severně od LA.[31]

Posouzení

Zatímco UCERF3 představuje značné zlepšení oproti UCERF2,[32] a dosud nejlepší dostupné vědy pro odhad nebezpečí zemětřesení v Kalifornii,[33] autoři varují, že zůstává aproximací přirozeného systému.[34] V modelu nezávislém na čase existuje řada předpokladů,[35] zatímco konečný (časově závislý) model výslovně „předpokládá, že pružný odskok dominuje jiným známým a podezřelým procesům, které nejsou v modelu zahrnuty.“[36] Mezi známé procesy, které nejsou zahrnuty, patří časoprostorové shlukování.[37]

Existuje řada zdrojů nejistoty, například nedostatečné znalosti geometrie poruch (zejména v hloubce) a rychlosti prokluzu,[38] a existuje značná výzva v tom, jak vyvážit různé prvky modelu tak, aby bylo dosaženo nejlepších výsledků s dostupnými pozorováními. Například je obtížné přizpůsobit paleoseismická data a míry skluzu na jižní zlom San Andreas, což má za následek odhady seismicity, které jsou o 25% nižší, než je vidět v paleoseismických datech. Data se hodí, pokud je určité omezení (regionální distribuce velikosti a frekvence) uvolněné, ale to přináší problém s předvídáním mírných událostí.[39]

Důležitým výsledkem je, že obecně přijímané Gutenberg-Richter (GR) vztah (že distribuce zemětřesení ukazuje určitý vztah mezi velikostí a frekvencí) je v rozporu s určitými částmi aktuálního modelu UCERF3. Z modelu vyplývá, že dosažení konzistence GR by vyžadovalo určité změny v seismologickém chápání, které „spadají mimo současné hranice přijatelnosti na úrovni konsensu“.[40] Ať už je Gutenberg-Richterův vztah nepoužitelný v rozsahu jednotlivých chyb, nebo je některý základ modelu nesprávný, „bude to vědecky stejně hluboké a vzhledem k riziku zcela důsledné“.[41]

Viz také

Poznámky

  1. ^ Field a kol. 2013, str. 2.
  2. ^ Seznam metrik hodnocení dostupných od roku 2013 najdete v tabulce 11 v Field a kol. 2013, str. 52.
  3. ^ Podle standardní seismologické praxe jsou zde všechny velikosti zemětřesení stupnice velikosti momentu. To je obecně ekvivalentní známějším Richterova stupnice velikosti.
  4. ^ Field a kol. 2013, str. 2.
  5. ^ Field a kol. 2015, str. 512.
  6. ^ Pole 2015, s. 2–3.
  7. ^ Pokud není uvedeno jinak, všechny zde uvedené velikosti zemětřesení jsou v souladu s stupnice velikosti momentu za Field a kol. 2015, str. 512.
  8. ^ Pole 2015.
  9. ^ Pole 2015.
  10. ^ Field a kol. 2013, str. xiii, 11. str.
  11. ^ Field a kol. 2013.
  12. ^ Obrázek 4 v Field a kol. 2015, str. 520.
  13. ^ Field a kol. 2015, str. 525–526; Pole 2015.
  14. ^ Field a kol. 2015, str. 525–526; Pole.
  15. ^ Dozer a kol. 2009, str. 1746–1759
  16. ^ Yeats 2012, str. 92
  17. ^ Hartzell & Heaton 1986, str. 649
  18. ^ Oppenheimer et al. 2010
  19. ^ Parsons a kol. 2013, str. 57, tabulka C7.
  20. ^ Parsons a kol. 2013, str. 54.
  21. ^ Obrázek 3 z Field a kol. 2015, str. 514.
  22. ^ Field a kol. 2013, str. 5.
  23. ^ Field a kol. 2015, str. 513.
  24. ^ Field a kol. 2015, str. 521.
  25. ^ Field a kol. 2013, str. 27.
  26. ^ Field a kol. 2013, str. 3; Pole 2015, str. 2.
  27. ^ Field a kol. 2013, s. 27–28, 51.
  28. ^ Parsons a kol. 2013
  29. ^ Pole 2015, str. 5; Field a kol. 2013, s. 3, 27–28. Vidět Page a kol. 2014 pro detaily.
  30. ^ Field a kol. 2013, str. 51.
  31. ^ Page a kol. 2014, str. 44–45, obr. C16.
  32. ^ Field a kol. 2013, str. 90.
  33. ^ Field a kol. 2015, str. 541.
  34. ^ Field a kol. 2015, str. 512, 539. V dřívější zprávě Field a kol. (2013, str. 7) nazvat to „hrubá aproximace“.
  35. ^ Viz tabulka 16 v Field a kol. 2013, str. 89, který uvádí 15 klíčových předpokladů.
  36. ^ Field a kol. 2015, str. 541.
  37. ^ Field a kol. 2015, str. 512.
  38. ^ Field a kol. 2013, str. 87.
  39. ^ Field a kol. 2013, s. 88–89. Diskuse na str. 55–56.
  40. ^ Field a kol. 2013, str. 86–87. Konkrétně se zdá, že konzistence GR vyžaduje jednu nebo více z následujících možností: „(1) vyšší stupeň dotvarování na poruchách i mimo ně; (2) vyšší dlouhodobá rychlost zemětřesení v celé oblasti (a významná časová variabilita poruch) jako je SAF); (3) větší poruchová konektivita v celém stavu (například ~ M8 kdekoli); a (nebo) (4) nižší smyková tuhost. "
  41. ^ Field a kol. 2013, str. 87.

Zdroje

  • Dozer, D. I .; Olsen, K. B .; Pollitz, F. F .; Stein, R. S.; Toda, S. (2009), „Zemětřesení Calaveras z roku 1911 M∼6,6: Parametry zdroje a role statických, viskoelastických a dynamických změn stresu Coulomba způsobených zemětřesením v San Francisku v roce 1906“, Bulletin of Seismological Society of America, 99 (3): 1746–1759, doi:10.1785/0120080305.
  • Parsons, Tom; Johnson, Kaj M .; Bird, Peter; Bormann, Jayne; Dawson, Timothy E .; Field, Edward H .; Hammond, William C .; Herring, Thomas A .; McCaffrey, Rob; Shen, Zhen-Kang; Thatcher, Wayne R .; Weldon II, Ray J .; Zeng, Yuehua (2013), „Příloha C - Deformační modely pro UCERF3“, Americký geologický průzkum, Zpráva o otevřeném souboru 2013–1165.

externí odkazy