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 определенного периода ( сейсмическая опасность ), и угрозы для антропогенной среды ( 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. [1] С помощью UCERF3 можно рассчитать различные показатели опасности [2] ; Типичным показателем является вероятность землетрясения с магнитудой [3] 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). [4]
Основные моменты [ править ]
Основным достижением UCERF3 является использование новой методологии, которая может моделировать множественные разрывы, подобные тем, которые наблюдались при недавних землетрясениях. [5] Это позволяет распределять сейсмичность более реалистичным образом, что устраняет проблему с предыдущими исследованиями, в которых прогнозировались землетрясения умеренной силы (от 6,5 до 7,0 баллов). [6] В настоящее время считается, что частота землетрясений магнитудой (M [7] ) 6,7 и выше (по всему штату) составляет примерно одно за 6,3 года, а не одно за 4,8 года. С другой стороны, землетрясения магнитудой 8 и более теперь ожидаются примерно каждые 494 года (по сравнению с 617). [8] В остальном общие ожидания относительно сейсмичности в целом соответствуют ранее полученным результатам. [9](См. Таблицу A, где приведены общие показатели.)
База данных модели разломов была пересмотрена и расширена, чтобы охватить более 350 секций разломов, по сравнению с примерно 200 для UCERF2, и добавлены новые атрибуты для более точной характеристики разломов. [10] Также были внесены различные технические улучшения. [11]
Таблица A : Расчетные вероятности (минимальная, наиболее вероятная и максимальная) землетрясения данной магнитуды в ближайшие тридцать лет для различных регионов Калифорнии 1 M ≥ 6.0 6,7 7.0 7,5 7,7 8.0 Все CA 100% 100% 100% 97% 100% 100% 77% 93% 100% 17% 48% 85% 3% 27% 71% 0% 7% 32% Северная Калифорния 100% 100% 100% 84% 95% 100% 55% 76% 96% 8% 28% 60% 1% 15% 45% 0% 5% 25% Южная Калифорния 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% ЛА 84% 96% 100% 28% 60% 92% 17% 46% 87% 5% 31% 77% 1% 20% 68% 0% 7% 32%
- 1. Из таблицы 7 в Field et al. 2015 , стр. 529. «M» - моментная величина (стр. 512).
Из шести основных разломов, оцененных в предыдущих исследованиях, разлом Южный Сан-Андреас остается наиболее вероятным для землетрясения с магнитудой ≥ 6,7 в следующие 30 лет. Наибольшее увеличение такой вероятности наблюдается на разломе Калаверас ( местоположение см. На карте основных разломов ), где среднее (наиболее вероятное) значение теперь установлено на уровне 25%. Старое значение 8% меньше минимума, ожидаемого сейчас (10%). Предполагается, что предыдущая заниженная оценка в основном связана с отсутствием моделирования множественных разрывов, что ограничивало размер многих разрывов. [13]
Наибольшее снижение вероятности произошло по разлому Сан-Хасинто , который увеличился с 32% до 9%. Опять же, это происходит из-за множественного разрушения, но здесь эффект меньше землетрясений, но с большей вероятностью они будут сильнее (M ≥ 7,7) [14]
Таблица B [ править ]
Таблица B : Суммарная вероятность землетрясения с M ≥ 6,7 в течение 30 лет (и отклонение от UCERF2) 1 Ошибка 2 Карты разрезов 3
Ошибка QFFDB # 4Длина 5 Заметные землетрясения Мин. 6 Иметь в виду Максимум. Сан-Андреас разлом на юге Паркфилд
Чоламе
Карризо
Биг Бенд
Мохаве Н
Мохаве С
Сан Бернардино Н
Сан Бернардино С
Сан Горгонио Пасс
Н. Бранч Милл Кр
Коачелла1f
1g
1h
1i
1j546 км
339 мильЗемлетрясение в Форт-Теджон в 1857 г.
17%
(−6%)53%
(-7%)93%
(-1%)Разлом Сан-Андреас север Offshore
Северное побережье
полуострова
Santa Cruz Mts
Раздел ползучий1a
1b
1c
1d
1e472 км
293 милиЗемлетрясение 1906 года в Сан-Франциско
1%
(-5%)33%
(+ 12%)73%
(+ 33%)Разлом Хейворд /
Роджерс-КрикРоджерс Крик
Хейворд Север
Хейворд Юг55a
55b
55c
32150 км
93 мили1868 г., землетрясение в Хейворде
14%
(-2%)32%
(0%)54%
(-14%)Калаверас разлом Север
Центральный
Юг54a
54b
54c
54d123 км
76 мильЗемлетрясение 1911 г. в Калаверасе [15]
Землетрясение на озере Койот в 1979 г. [16]
Землетрясение в Морган-Хилл 1984 г. [17]
Землетрясение 2007 г. в Алум-Рок [18]10%
(+ 8%)25%
(+ 17%)54%
(+ 32%)Зона разлома Сан-Хасинто Сан-Бернардино
Долина Сан-Хасинто
Шаги
Анза
Кларк
Койот-Крик
Боррего
Суеверие Гора125a
125b
125c
125d
125e
125f
125g309 км
192 милиЗемлетрясение в Сан-Хасинто 1918 г.
0%
(-14%)9%
(23%)35%
(-20%)Разлом Гарлока Восток
Центральный
Запад69a
69b
69c254 км
158 миль0%
(−3%)8%
(+ 2%)37%
(+ 24%)Зона разлома Эльсинор Whittier
Glen Ivy
Stepovers
Темекула Горы
Джулиан
Койот126a
126b
126c
126d
126e
126f
126g249 км
217 миль1910 г., землетрясение в Эльсиноре
1%
(-4%)5%
(-6%)17%
(-8%)
- Заметки.
- 1. Взято из таблицы 6 в Field et al. 2015 , стр. 525. Значения суммируются из секций разломов, составляющих каждый разлом. Некоторые разделы имеют более высокие индивидуальные вероятности; см. Таблицу 4 в Field et al. 2015 , стр. 523. «M» - моментная величина (стр. 512).
- 2. Это шесть разломов, для которых UCERF2 имел достаточно данных для моделирования восстановления напряжений. Зона разлома Хейворд и разлом Роджерс-Крик рассматриваются как единый разлом; разлом Сан-Андреас рассматривается как два участка.
- 3. Разделы разломов UCEF3 со ссылками на карты «участия» для каждого раздела (обведены черным), показывающие частоту (в цвете) этого раздела в разрывах с другими разделами. Карты участия для всех разделов сбоев доступны на http://pubs.usgs.gov/of/2013/1165/data/UCERF3_SupplementalFiles/UCERF3.3/Model/FaultParticipation/ Разделы некоторых сбоев были добавлены или разделены после UCERF2.
- 4. Номера отказов базы данных четвертичных отказов и складывания данных USGS со ссылками на сводные отчеты. Карты QFFDB больше не доступны.
- 5. Длины из УЦЭРФ-2, таблица 4; может отличаться от значений QFFDB.
- 6. Мин. и Макс. вероятности соответствуют наименее и наиболее вероятным альтернативам в логическом дереве; Среднее - это средневзвешенное значение.
- 7. Скорости скольжения не включены из-за различий по сечениям и моделям деформации. См. Рисунок C21 (ниже) для иллюстрации.
Методология [ править ]
Землетрясения в Калифорнии возникают в результате того, что Тихоокеанская плита движется примерно на северо-запад и проходит мимо североамериканского континента. Это требует компенсации проскальзывания от 34 до 48 миллиметров (около полутора дюймов) в год [19], причем некоторые из них приходятся на части провинции Бассейн и Диапазон к востоку от Калифорнии. [20] Это проскальзывание компенсируется разрывами (землетрясениями) и сейсмической ползучестью по различным разломам, при этом частота разрывов зависит (частично) от того, как проскальзывание распределяется по различным разломам.
Моделирование [ править ]
Как и его предшественник, UCERF3 определяет это на основе четырех уровней моделирования: [22]
- Модели разломов (FM 3.1 и 3.2) описывают физическую геометрию более крупных и более активных разломов .
- Модели деформации определяют скорость скольжения и соответствующие факторы для каждого участка разлома, сколько деформации накапливается перед разрывом разлома и сколько энергии затем выделяется. Используются четыре модели деформации, отражающие разные подходы к управлению динамикой землетрясений.
- Модель интенсивности землетрясений (ERM) объединяет все эти данные для оценки долгосрочной скорости разрушения.
- Вероятностная модель оценки , насколько близко (готовность) каждый сегмент вина является разрывам учитывая , сколько стресс накопился с момента его последнего разрыва.
Первые три уровня моделирования используются для определения долгосрочных или независимых от времени оценок силы, местоположения и частоты потенциально разрушительных землетрясений в Калифорнии. Модель, зависящая от времени, основана на теории упругого отскока., что после того, как землетрясение высвободит тектоническое напряжение, пройдет некоторое время, прежде чем накопится достаточное напряжение, чтобы вызвать новое землетрясение. Теоретически это должно приводить к некоторой регулярности землетрясений при данном разломе, и знание даты последнего разрыва является ключом к пониманию того, как скоро можно ожидать следующего. На практике это не так ясно, отчасти потому, что скорости скольжения меняются, а также потому, что сегменты разлома влияют друг на друга, поэтому разрыв одного сегмента вызывает разрыв соседних сегментов. Одним из достижений UCERF3 является лучшая обработка таких многоаварийных разрывов. [23]
Различные альтернативы (см. Диаграмму), взятые в различных комбинациях, образуют логическое дерево из 1440 ветвей для модели, не зависящей от времени, и, когда четыре вероятностные модели учтены, 5760 ветвей для модели, зависящей от времени. Каждая ветвь была оценена и взвешена в соответствии с ее относительной вероятностью и важностью. Результаты UCERF3 представляют собой среднее значение всех этих взвешенных альтернатив. [24]
"Великая инверсия" [ править ]
В UCERF2 каждая неисправность моделировалась отдельно [25], как будто разрывы не распространяются на другие неисправности. Это предположение о сегментации разломов предполагалось как причина того, что UCERF2 предсказал почти вдвое больше землетрясений в диапазоне M 6.5–7.0, чем фактически наблюдалось, и противоречит множеству разломов, наблюдаемых во многих землетрясениях. [26]
UCERF3 подразделяет каждую секцию разлома (смоделированную моделями разломов) на подсекции (2606 сегментов для FM 3.1 и 2665 для FM 3.2), а затем рассматривает разрывы нескольких сегментов независимо от того, к какому родительскому разлому они принадлежат. После устранения этих разрывов, которые считаются маловероятными, остается 253 706 возможностей для рассмотрения для FM 3.1 и 305 709 для FM 3.2. Это сопоставимо с менее чем 8000 разрывами, рассмотренными в UCERF2, и отражает высокую связность системы отказов Калифорнии. [27]
Существенным достижением UCERF является развитие системного подхода, получившего название «большая инверсия». [29] При этом используется суперкомпьютер для решения системы линейных уравнений, которая одновременно удовлетворяет множеству ограничений, таких как известная скорость скольжения и т. Д. [30] В результате получается модель (набор значений), которая наилучшим образом соответствует доступным данным. Уравновешивая эти различные факторы, он также дает оценку того, насколько сейсмичность не учтена в модели разломов, возможно, в разломах, которые еще не обнаружены. Количество сдвигов, возникающих на неидентифицированных разломах, оценивается от 5 до примерно 20 мм / год в зависимости от местоположения (обычно выше в районе Лос-Анджелеса) и модели деформации, при этом одна модель достигает 30 мм / год к северу от Лос-Анджелеса. [31]
Оценка [ править ]
Хотя UCERF3 представляет собой значительное улучшение по сравнению с UCERF2, [32] и является лучшим из имеющихся на сегодняшний день научных исследований для оценки опасности землетрясений в Калифорнии [33], авторы предупреждают, что он остается приближенным к естественной системе. [34] В модели, не зависящей от времени, [35] существует ряд допущений, [35] в то время как окончательная (зависящая от времени) модель явно «предполагает, что упругий отскок доминирует над другими известными и предполагаемыми процессами, которые не включены в модель». [36] Среди известных процессов не включена пространственно-временная кластеризация. [37]
Существует ряд источников неопределенности, таких как недостаточное знание геометрии разлома (особенно на глубине) и скоростей скольжения [38], и существует значительная проблема в том, как сбалансировать различные элементы модели для достижения наилучшего соответствия с доступные наблюдения. Например, существует сложность подбора палеосейсмических данных и скоростей скольжения в южной части разлома Сан-Андреас, в результате чего оценки сейсмичности примерно на 25% меньше, чем в палеосейсмических данных. Данные действительно подходят, если определенное ограничение (региональное распределение магнитуд-частоты) ослабляется, но это возвращает к проблеме чрезмерного прогнозирования умеренных событий. [39]
Важным результатом является то, что общепринятое соотношение Гутенберга-Рихтера (GR) (согласно которому распределение землетрясений показывает определенную взаимосвязь между магнитудой и частотой) несовместимо с некоторыми частями текущей модели UCERF3. Модель предполагает, что достижение согласованности GR потребует определенных изменений в сейсмологическом понимании, которые «выходят за текущие границы приемлемости на уровне консенсуса». [40] Независимо от того, неприменимо ли соотношение Гутенберга-Рихтера в масштабе отдельных ошибок, или некоторая основа модели неверна, «будет столь же глубоким с научной точки зрения и весьма значимым в отношении опасности». [41]
См. Также [ править ]
- Закон о зоне специальных исследований Алквиста Приоло
- Зона субдукции Каскадия
- Прогноз землетрясения
- Теория упругого отскока
- Сейсмическая опасность
- Сейсмический риск
Заметки [ править ]
- ^ 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.
- ^ Филд и др. 2015 , стр. 512.
- Перейти ↑ Field 2015 , pp. 2–3.
- ^ Если не указано иное, все магнитуды землетрясений здесь соответствуют шкале моментных магнитуд , согласно Филду и др. 2015 , стр. 512.
- ^ Поле 2015 .
- ^ Поле 2015 .
- ^ Филд и др. 2013 , с. Xiii, 11.
- ^ Филд и др. 2013 .
- ^ Рисунок 4 в Field et al. 2015 , стр. 520.
- ^ Филд и др. 2015 , с. 525–526; Поле 2015 .
- ^ Филд и др. 2015 , с. 525–526; Поле .
- ^ Дозер и др. 2009 , с. 1746–1759.
- ^ Йейтс 2012 , стр. 92
- ^ Hartzell & Heaton 1986 , стр. 649
- ^ Оппенгеймер и др. 2010 г.
- ^ Парсонс и др. 2013 , стр. 57, Таблица C7.
- ^ Парсонс и др. 2013 , стр. 54.
- ^ Рисунок 3 из Field et al. 2015 , стр. 514.
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 5.
- ^ Филд и др. 2015 , стр. 513.
- ^ Филд и др. 2015 , стр. 521.
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 27.
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 3; Поле 2015 , стр. 2.
- ^ Филд и др. 2013. С. 27–28, 51.
- ^ Парсонс и др. 2013
- ^ Поле 2015 , стр. 5; Филд и др. 2013. С. 3, 27–28. См. Пейдж и др. 2014 для подробностей.
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 51.
- ^ Пейдж и др. 2014 , стр. 44–45, рис. C16.
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 90.
- ^ Филд и др. 2015 , стр. 541.
- ^ Филд и др. 2015 , pp. 512, 539. В более раннем отчете Field et al. (2013 , стр. 7) называют это «грубым приближением».
- ^ См. Таблицу 16 в Field et al. 2013 , стр. 89, где перечислены 15 ключевых предположений.
- ^ Филд и др. 2015 , стр. 541.
- ^ Филд и др. 2015 , стр. 512.
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 87.
- ^ Филд и др. 2013. С. 88–89. Обсуждение на стр. 55–56.
- ^ Филд и др. 2013. С. 86–87. В частности, для согласованности GR, по-видимому, требуется одно или несколько из следующего: «(1) более высокая степень ползучести как по разломам, так и по разломам; (2) более высокая долгосрочная частота землетрясений по всему региону (и значительная временная изменчивость по разломам. такие как SAF); (3) больше связности разломов во всем состоянии (например, ~ M8 где угодно); и (или) (4) меньшая жесткость на сдвиг ".
- ^ Филд и др. 2013 , стр. 87.
Источники [ править ]
- Бульдозер, ДИ; Olsen, KB; Pollitz, FF; Stein, RS ; Тода, С. (2009), «Землетрясение Калавераса магнитудой 6,6 в 1911 году: параметры источника и роль статических, вязкоупругих и динамических изменений кулоновского напряжения, вызванных землетрясением в Сан-Франциско в 1906 году» , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 99 (3): 1746-1759, DOI : 10,1785 / 0120080305 CS1 maint: discouraged parameter (link).
- 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. CS1 maint: discouraged parameter (link). Также специальный отчет 228 Калифорнийской геологической службы и публикация 1792 Центра землетрясений Южной Калифорнии. Также опубликованы в BSSA как Field et al. 2014 .
- Филд, Эдвард Х .; Эроусмит, Рамон Дж .; Biasi, Glenn P .; Птица, Питер; Доусон, Тимоти Э .; Felzer, Karen R .; Джексон, Дэвид Д.; Johnson, Kaj M .; Jordan, Thomas H .; 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 (июнь 2014 г.), «Единый прогноз землетрясения в Калифорнии, версия 3 (UCERF3) - модель, не зависящая от времени» (PDF) , Бюллетень сейсмологического общества Америки , 104 (3): 1122–1180, doi : 10.1785 / 0120140093.
- Филд, Эдвард Х .; и другие. (WGCEP) (март 2015), "UCERF3: Новое Землетрясение Прогноз комплексной система Калифорнии Fault" (PDF) , Геологическая служба США , бюллетень 2015-3009, DOI : 10,3133 / fs20153009 , ISSN 2327-6932.
- Филд, Эдвард Х .; Biasi, Glenn P .; Птица, Питер; Доусон, Тимоти Э .; Felzer, Karen R .; Джексон, Дэвид Д.; Johnson, Kaj M .; Jordan, Thomas H .; 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 (апрель 2015 г.), «Долгосрочные зависящие от времени вероятности для третьего единообразного прогноза землетрясения в Калифорнии (UCERF3)» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 105 (2A): 511–543, doi : 10.1785 / 0120140093.
- Hartzell, SH; Хитон, Т.Х. (1986), «История разрыва 1984 г. в Морган-Хилл, Калифорния, землетрясение в результате инверсии сильных наземных записей» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 76 (3): 649 CS1 maint: discouraged parameter (link).
- Оппенгеймер, DH; Бакун, WH; Parsons, T .; Симпсон, RW; Боутрайт, JB; Урхаммер, Р.А. (2010), «Квасцы M5.4 2007 г., Калифорния, землетрясение: последствия для будущих землетрясений в центральной и южной части разлома Калаверас» , Журнал геофизических исследований , 115 (B8), doi : 10.1029 / 2009jb006683.
- Пейдж, Морган Т .; Филд, Эдвард Х .; Милнер, Кевин Р .; Пауэрс, Питер М. (июнь 2014 г.), «Великая инверсия UCERF3: решение проблемы долгосрочной скорости разрывов в системе разломов» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 104 (3): 1181–1204 , DOI : 10,1785 / 0120130180.
- Парсонс, Том; Johnson, Kaj M .; Птица, Питер; Борман, Джейн; Доусон, Тимоти Э .; Филд, Эдвард Х .; Хаммонд, Уильям С .; Herring, Thomas A .; Маккаффри, Роб; Шен, Чжэнь-Кан; Тэтчер, Уэйн Р .; Велдон II, Рэй Дж .; Цзэн, Юэхуа (2013), «Приложение C - Модели деформации для UCERF3» , Геологическая служба США , Отчет в открытом доступе за 2013–1165 гг..
Внешние ссылки [ править ]
- Информационный бюллетень USGS по UCERF3
- Рабочая группа по вероятности землетрясений в Калифорнии (WGCEP)
- Сайт UCER3 (WGCEP)
- Отчет USGS Open-File 2013–1165 с приложениями и дополнительными материалами.
- Геологическая служба США (USGS)
- Калифорнийская геологическая служба (CGS)
- Центр землетрясений Южной Калифорнии (SCEC)
- Карта активности неисправностей CGS
- Можно ли предсказывать землетрясения? (USGS) Хорошее объяснение.
- Недавние землетрясения в Калифорнии и других местах (SCEC)
- Последние землетрясения в США и мире (USGS)
- Национальные карты сейсмической опасности и связанные ресурсы (USGS)
- База данных четвертичных разломов и складок (USGS)