Прогнозирование землетрясений - это отрасль науки сейсмологии, связанная с вероятностной оценкой общей сейсмической опасности землетрясений , включая частоту и силу разрушительных землетрясений в данной области в течение многих лет или десятилетий. [1] Хотя прогнозирование обычно считается одним из видов прогнозирования , прогнозирование землетрясений часто отличается от прогнозирования землетрясений , цель которого - определение времени, местоположения и силы будущих землетрясений с достаточной точностью, чтобы можно было выдать предупреждение. [2] [3] Как прогнозирование землетрясений, так и прогнозирование землетрясений отличаются отсистемы предупреждения о землетрясениях , которые при обнаружении землетрясения выдают предупреждение в реальном времени регионам, которые могут быть затронуты.
В 1970-х годах ученые были оптимистичны 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] Показательно успешных предсказаний сильных землетрясений не произошло, и несколько утверждений об успехе спорны. [5] Следовательно, многие научные и правительственные ресурсы использовались для вероятностных оценок сейсмической опасности, а не для прогнозирования 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 региональным прогнозам землетрясений, такие расчеты сейсмической опасности могут учитывать такие факторы, как местные геологические условия. Затем ожидаемые колебания грунта можно использовать для определения критериев проектирования здания. [ необходима 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, как правило, 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 теории упругого отскока Рейда (1910) , в конечном итоге деформация (деформация) становится настолько большой, что что-то ломается, обычно в существующем разломе. Проскальзывание вдоль разрыва (землетрясение) позволяет скале с каждой стороны отскочить до менее деформированного состояния. При этом энергия выделяется в различных формах, включая сейсмические волны. [7] Затем повторяется цикл тектонической силы, которая накапливается при упругой деформации и высвобождается при внезапном отскоке. Поскольку смещение от одиночного землетрясения колеблется от менее метра до примерно 10 метров (для землетрясения M 8), [8] продемонстрированное существование больших сдвиговых смещений на сотни миль показывает существование длительного цикла землетрясений. . [9]
Характерные землетрясения
Наиболее изученным разломы землетрясений (например, megathrust Нанькайского , по вине Уошэтч , и разлома Сан - Андреас ) , по всей видимости имеют различные сегменты. В характерных землетрясениях модель постулат , что землетрясения , как правило , сдерживаются в пределах этих сегментов. [10] Поскольку длина и другие свойства [11] сегментов фиксированы, землетрясения, приводящие 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, периода повторяемости ) должны, следовательно, информировать нас о следующем разрыве; это подход, обычно используемый 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 землетрясений в Паркфилде 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 и 1966 годов привела к прогнозу землетрясения примерно в 1988 году или самое позднее до 1993 года (с доверительным интервалом 95%) на основе характеристической модели землетрясения. [13] Приборы были установлены в надежде обнаружить предвестники ожидаемого землетрясения. Однако прогнозируемое землетрясение произошло только в 2004 году. Провал эксперимента по прогнозированию в Паркфилде вызвал сомнения в достоверности самой характерной модели землетрясения. [14]
Сейсмические промежутки
В месте соприкосновения, где две тектонические плиты скользят друг мимо друга, каждая секция должна в конечном итоге 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 интуитивно понятна; он используется в долгосрочном прогнозировании и лежал в основе ряда прогнозов для стран Тихоокеанского региона ( Тихоокеанский регион ) в 1979 и 1989–1991 годах. [16]
Однако сейчас известно, что некоторые основные предположения о сейсмических разрывах неверны. При внимательном рассмотрении предполагается, что «в сейсмических промежутках может не быть информации о времени возникновения или величине следующего крупного события в регионе»; [17] статистические проверки прогнозов по Тихоокеанскому региону 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
Единый прогноз землетрясения в Калифорнии на 2015 год , версия 3 , или UCERF3 , является последним официальным прогнозом землетрясения (ERF) для штата Калифорния , заменяющим 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, которые можно ожидать в течение данного периода ( сейсмическая опасность ), и угрозы строительной среде ( сейсмический риск ). Эта информация используется для информационного обеспечения инженерного проектирования и строительных норм, планирования стихийных бедствий и оценки достаточности страховых взносов от землетрясения для покрытия предполагаемых убытков. [20] С помощью UCERF3 можно рассчитать различные показатели опасности [21] ; Типичным показателем является вероятность землетрясения магнитудой [22] M 6,7 (размер землетрясения в Нортридже 1994 года ) через 30 лет (типичный срок действия ипотеки) с 2014 года.
UCERF3 был подготовлен Рабочей группой по вероятности землетрясений в Калифорнии (WGCEP), в сотрудничестве между Геологической службой США (USGS), Калифорнийской геологической службой (CGS) и Центром землетрясений Южной Калифорнии (SCEC) при значительном финансировании со стороны Калифорнийское управление землетрясений (CEA). [23]
Заметки
- ^ Канамори 2003 , стр. 1205. См. Также МИЭФ 2011 , с. 327.
- ^ Геллер и др. 1997 , стр. 1616, вслед за Алленом (1976 , с. 2070), который, в свою очередь, последовал за Вудом и Гутенбергом (1935) . Каган (1997b , §2.1) говорит: «Это определение имеет несколько недостатков, которые вносят путаницу и затрудняют исследования в области 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 , стр. 1563) определяют предсказание (частично) как «формальное правило, при котором за счет доступного пространства-времени-сейсмического момента многообразие возникновения землетрясений значительно сокращается ...»
- ^ Каган 1997b , стр. 507.
- ^ Геллер и др. 1997 , стр. 1617; Геллер 1997 , §2.3, стр. 427; Консоль 2001 , стр. 261.
- ^ Например, наиболее известным утверждением об успешном прогнозе является предсказание землетрясения в Хайчэн 1975 года ( ICEF 2011 , стр. 328), и теперь оно указано в качестве такового в учебниках ( Jackson 2004 , стр. 344). Более позднее исследование пришло к выводу, что достоверных краткосрочных прогнозов не существует ( Wang et al. 2006 ). См. Прогноз землетрясений .
- ^ "Национальные карты сейсмической опасности" . Геологическая служба США. 25 августа 2016 года Архивировано из оригинала 10 августа 2016 года . Проверено 1 сентября 2016 года .
- Перейти ↑ Reid 1910 , p. 22; МИЭФ 2011 , стр. 329.
- ^ Wells & Coppersmith 1994 , рис. 11, стр. 993.
- ^ Zoback 2006 дает четкое объяснение. Evans 1997 , §2.2 также дает описание парадигмы «самоорганизованной критичности» (SOC), которая вытесняет модель упругого отскока.
- ^ Кастелларо 2003
- ^ К ним относятся тип породы и геометрия разломов.
- ^ Schwartz & Coppersmith 1984 ; Тиампо, Щербаков 2012 , стр. 93, §2.2.
- ^ Бакун и Линды 1985 , стр. 621.
- ^ Джексон и Каган 2006 .
- Перейти ↑ Scholz 2002 , p. 284, §5.3.3; Каган и Джексон, 1991 , стр. 21419; Джексон и Каган 2006 , стр. S404.
- ↑ Каган и Джексон, 1991 , стр. 21419; McCann et al. 1979 ; Ронг, Джексон и Каган 2003 .
- ^ Lomnitz & Нава 1983 .
- ^ Ронг, Джексон и Каган 2003 , стр. 23.
- Перейти ↑ Kagan & Jackson 1991 , Summary.
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 2.
- ^ Список показателей оценки, доступных по состоянию на 2013 год, см. В Таблице 11 в Field et al. 2013 , стр. 52.
- ^ Следуя стандартной сейсмологической практике, здесь все магнитуды землетрясений даны по шкале магнитуды моментов . Это обычно эквивалентно более известной шкале величин Рихтера .
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 2.
Источники
- Аллен, Кларенс Р. (декабрь 1976 г.), «Ответственность за прогнозирование землетрясений», Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 66 (6): 2069–2074..
- Бакун, WH; Линд, AG (16 августа 1985), "The Паркфилд, Калифорния, землетрясение Прогноз Эксперимент" (PDF) , Science , 229 (4714): 619-624, Bibcode : 1985Sci ... 229..619B , DOI : 10.1126 / наука .229.4714.619 , PMID 17739363.
- Кастелларо, С. (2003), «§2.4.3. Классическая модель землетрясения», в Муларджа, Франческо; Геллер, Роберт Дж. (Ред.), Наука о землетрясениях и снижение сейсмического риска , Дордрехт: Kluwer Academic Publishers, стр. 56–57, ISBN 9781402017780.
- Консольные, R. (30 августа 2001), "Проверка гипотезы прогноза землетрясений", Тектонофизика , 338 (3-4): 261-268, Bibcode : 2001Tectp.338..261C , DOI : 10.1016 / S0040-1951 (01) 00081 -6.
- Эванс, Р. (декабрь 1997 г.), "Оценка схем прогнозирования землетрясений: введение редактора", Geophysical Journal International , 131 (3): 413–420, Bibcode : 1997GeoJI.131..413E , doi : 10.1111 / j.1365 -246X.1997.tb06585.x.
- Филд, Эдвард Х .; Biasi, Glenn P .; Птица, Питер; Доусон, Тимоти Э .; Felzer, Karen R .; Джексон, Дэвид Д.; Johnson, Kaj M .; Джордан, Томас Х .; Мэдден, Кристофер; Майкл, Эндрю Дж .; Милнер, Кевин Р .; Пейдж, Морган Т .; Парсонс, Том; Пауэрс, Питер М .; Шоу, Брюс Э .; Тэтчер, Уэйн Р .; Велдон, Рэй Дж., II; Цзэн, Юэхуа (2013), «Единый прогноз разрыва землетрясения в Калифорнии, версия 3 (UCERF3) - модель , не зависящая от времени» , Геологическая служба США , Отчет в открытом доступе за 2013–1165 гг.. Также специальный отчет 228 Калифорнийской геологической службы и публикация 1792 Центра землетрясений Южной Калифорнии. Также опубликованы в BSSA как Field et al. 2014 г. .
- Геллер, Роберт Дж. (Декабрь 1997 г.), «Предсказание землетрясений: критический обзор». (PDF) , Международный геофизический журнал , 131 (3): 425–450, Bibcode : 1997GeoJI.131..425G , doi : 10.1111 / j.1365-246X.1997.tb06588.x[ мертвая ссылка ]
- Геллер, Роберт Дж .; Джексон, Дэвид Д.; Каган, Ян Ю .; Муларджа, Франческо (14 марта 1997 г.), «Землетрясения невозможно предсказать» (PDF) , Science , 275 (5306): 1616, DOI : 10.1126 / science.275.5306.1616.
- Международная комиссия по прогнозированию землетрясений для гражданской защиты (30 мая 2011 г.), «Оперативное прогнозирование землетрясений: состояние знаний и руководящие принципы использования» , Annals of Geophysics , 54 (4): 315–391, doi : 10.4401 / ag-5350.
- Джексон, Дэвид Д. (2004), «Предсказание и прогнозирование землетрясений», в Sparks, RSJ; Хоксворт, CJ (ред.), Состояние планеты: границы и проблемы геофизики (PDF) , Серия геофизических монографий, 150 , стр. 335–348, Bibcode : 2004GMS ... 150..335J , doi : 10.1029 / 150GM26 , ISBN 0-87590-415-7.
- Джексон, Дэвид Д.; Каган, Ян Ю. (сентябрь 2006 г.), «Землетрясение в Паркфилде 2004 г., прогноз 1985 г. и характерные землетрясения: уроки на будущее» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 96 (4B): S397 – S409, Bibcode : 2006BuSSA..96S.397J , DOI : 10,1785 / 0120050821.
- Каган, Ян Ю. (декабрь 1997b), "Землетрясения предсказуемы?" (PDF) , Международный геофизический журнал , 131 (3): 505–525, Bibcode : 1997GeoJI.131..505K , doi : 10.1111 / j.1365-246X.1997.tb06595.x.
- Каган, Ян Ю .; Джексон, Дэвид Д. (10 декабря 1991 г.), «Гипотеза сейсмического разрыва: десять лет спустя» (PDF) , Journal of Geophysical Research , 96 (B13): 21, 419–21, 431, Bibcode : 1991JGR .... 9621419K , DOI : 10,1029 / 91jb02210.
- Каган, Ян Ю .; Джексон, Дэвид Д. (27 мая 1996 г.), «Статистические проверки прогнозов землетрясений VAN: комментарии и размышления» (PDF) , Geophysical Research Letters , 23 (11): 1433–1436, Bibcode : 1996GeoRL..23.1433K , doi : 10.1029 / 95GL03786[ постоянная мертвая ссылка ] .
- Каган, Ян Ю .; Кнопова, Леон (19 июня 1987), "Статистический краткосрочный прогноз землетрясений" (PDF) , Science , 236 (4808): 1563-1567, Bibcode : 1987Sci ... 236.1563K , DOI : 10.1126 / science.236.4808.1563 , PMID 17835741.
- Канамори, Хиро (2003), "Землетрясение Прогноз: Обзор", Международный справочник землетрясений и инженерной сейсмологии , Международного геофизического, 616 : 1205-1216, DOI : 10.1016 / s0074-6142 (03) 80186-9 , ISBN 0-12-440658-0.
- Ломниц, Цинна; Нава, Ф. Алехандро (декабрь 1983 г.), «Прогностическая ценность сейсмических разрывов». Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 73 (6A): 1815–1824.
- Макканн, WR; Нищенко, ИП; Сайкс, Л. Р.; Краузе, Дж. (1979), «Сейсмические промежутки и тектоника плит: сейсмический потенциал для основных границ», Pure and Applied Geophysics , 117 (6): 1082–1147, Bibcode : 1979PApGe.117.1082M , doi : 10.1007 / BF00876211.
- Рид, Гарри Филдинг (1910), «Механика землетрясения». , Землетрясение в Калифорнии 18 апреля 1906 г .: Отчет Государственной комиссии по расследованию землетрясений , Vol. 2
|volume=
имеет дополнительный текст ( справка ).
- Ронг, Юфан; Джексон, Дэвид Д.; Каган, Ян Ю. (октябрь 2003 г.), «Сейсмические разрывы и землетрясения» (PDF) , Журнал геофизических исследований , 108 (B10): 1–14, Bibcode : 2003JGRB..108.2471R , doi : 10.1029 / 2002JB002334.
- Шольц, Кристофер Х. (2002), Механика землетрясений и разломов (2-е изд.), Cambridge Univ. Пресса, 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 , DOI : 10,1029 / JB089iB07p05681.
- Тиампо, Кристи Ф .; Щербаков, Роберт (2012), «Методы прогнозирования землетрясений на основе сейсмичности: десять лет прогресса» (PDF) , Tectonophysics , 522–523: 89–121, Bibcode : 2012Tectp.522 ... 89T , doi : 10.1016 / j. tecto.2011.08.019 , архивировано из оригинала (PDF) 16.05.2016.
- Уэллс, DL; Копперсмит, К.Дж. (август 1994 г.), «Новые эмпирические зависимости между величиной, длиной разрыва, шириной разрыва, площадью разрыва и смещением поверхности». (PDF) , Бюллетень сейсмологического общества Америки , 84 (4): 974–1002.
- Дерево, HO ; Гутенберг, Б. (6 сентября 1935 г.), «Предсказание землетрясений» (PDF) , Science , 82 (2123): 219–320, Bibcode : 1935Sci .... 82..219W , doi : 10.1126 / science.82.2123.219 , PMID 17818812.
- Зобак, Мэри Лу (апрель – май 2006 г.), «Землетрясение 1906 г. и век прогресса в понимании землетрясений и их опасностей» (PDF) , GSA Today , 16 (r / 5): 4–11, doi : 10.1130 / GSAT01604 .1.
- Ван, Келин; Чен, Ци-Фу; Сунь, Шихонг; Ван, Андонг (июнь 2006 г.), «Предсказание землетрясения в Хайчэн 1975 г.» (PDF) , Бюллетень сейсмологического общества Америки , 96 (3): 757–795, Bibcode : 2006BuSSA..96..757W , doi : 10.1785 / 0120050191.