UCERF3 - UCERF3

2015 Uniform California Earthquake Pupture Forecast, Version 3 , lub UCERF3 , to najnowsza oficjalna prognoza pęknięć związanych z trzęsieniami ziemi (ERF) dla stanu Kalifornia , która zastępuje UCERF2 . Dostarcza miarodajnych szacunków prawdopodobieństwa i dotkliwości potencjalnie szkodliwych pęknięć w wyniku trzęsień ziemi w perspektywie długoterminowej i bliskiej. W połączeniu z modelami ruchu gruntu można oszacować nasilenie wstrząsów gruntu, jakich można się spodziewać w danym okresie ( zagrożenie sejsmiczne ) oraz zagrożenia środowiska zabudowanego ( ryzyko sejsmiczne ). Informacje te są wykorzystywane do informowania o projektowaniu inżynieryjnym i przepisach budowlanych, planowaniu na wypadek katastrofy i ocenie, czy składki ubezpieczeniowe od trzęsienia ziemi są wystarczające na potencjalne straty. Za pomocą UCERF3 można obliczyć różne metryki zagrożeń; typową miarą jest prawdopodobieństwo trzęsienia ziemi o sile M 6,7 (wielkość trzęsienia ziemi w Northridge z 1994 r. ) w ciągu 30 lat (typowy okres trwania kredytu hipotecznego) od 2014 r.

UCERF3 został przygotowany przez Grupę Roboczą ds. Prawdopodobieństwa Trzęsienia Ziemi w Kalifornii (WGCEP), we współpracy między United States Geological Survey (USGS), California Geological Survey (CGS) i Southern California Earthquake Center (SCEC), przy znaczącym finansowaniu z Kalifornijski Urząd ds. Trzęsienia Ziemi (CEA).

Kalifornia (zaznaczona na biało) i strefa buforowa pokazująca 2606 podsekcji uskokowych UCERF 3.1. Kolory wskazują prawdopodobieństwo (w procentach) wystąpienia trzęsienia ziemi o sile M ≥ 6,7 w ciągu najbliższych 30 lat, uwzględniając naprężenia nagromadzone od ostatniego trzęsienia ziemi. Nie obejmuje efektów ze strefy subdukcji Cascadia (nie pokazano) w północno-zachodnim rogu.

Najważniejsze

Głównym osiągnięciem projektu UCERF3 jest zastosowanie nowej metodologii, która umożliwia modelowanie pęknięć wielozwarciowych, jakie zaobserwowano podczas ostatnich trzęsień ziemi. Pozwala to na bardziej realistyczny rozkład sejsmiczności, co rozwiązało problem z wcześniejszymi badaniami, które przewidywały trzęsienia ziemi o średniej wielkości (od 6,5 do 7,0 magnitudo). Obecnie uważa się, że tempo trzęsień ziemi o sile (M) 6,7 i większej (w całym stanie) wynosi około 1 na 6,3 roku, zamiast 1 na 4,8 roku. Z drugiej strony, trzęsienia ziemi o sile 8 i większej są obecnie spodziewane co 494 lata (spadek z 617). W przeciwnym razie ogólne oczekiwania dotyczące sejsmiczności są generalnie zgodne z wcześniejszymi wynikami. (Patrz Tabela A dla podsumowania ogólnych stawek.)

Baza danych modeli usterek została poprawiona i rozszerzona, aby objąć ponad 350 sekcji usterek, w porównaniu z około 200 dla UCERF2 i dodano nowe atrybuty w celu lepszego scharakteryzowania usterek. Wprowadzono również różne ulepszenia techniczne.

Tabela A : Szacunkowe prawdopodobieństwo (minimalne, najbardziej prawdopodobne i maksymalne) trzęsienia ziemi o danej sile w ciągu najbliższych trzydziestu lat dla różnych regionów Kalifornii 1
M ≥ 6,0 6,7 7,0 7,5 7,7 8,0
Wszystkie CA 100% 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%
LA   84% 96% 100% 28% 60% 92% 17% 46% 87%   5% 31% 77%   1% 20% 68%   0%   7% 32%
1. Z Tabeli 7 w Field et al. 2015 , s. 529. „M” to wielkość momentu (s. 512).

Lokalizacja głównych usterek w poniższej tabeli, z segmentami zakodowanymi kolorami, aby pokazać poślizg (do 40 mm na rok).

Spośród sześciu głównych uskoków ocenionych w poprzednich badaniach, uskok południowego San Andreas pozostaje najbardziej prawdopodobnym, aby doświadczyć trzęsienia ziemi o sile M ≥ 6,7 w ciągu najbliższych 30 lat. Największy wzrost takiego prawdopodobieństwa występuje na uskoku Calaveras (patrz główna mapa uskoków dla lokalizacji), gdzie średnia (najbardziej prawdopodobna) wartość jest teraz ustalona na 25%. Stara wartość, wynosząca 8%, jest niższa od oczekiwanego minimum (10%). Uważa się, że poprzednie niedoszacowanie wynikało głównie z braku modelowania pęknięć wielouszkodzeniowych, co ograniczało wielkość wielu pęknięć.

Największy spadek prawdopodobieństwa dotyczy uskoku San Jacinto , który wzrósł z 32% do 9%. Znowu jest to spowodowane pękaniem wielokrotnym, ale tutaj efektem jest mniej trzęsień ziemi, ale jest bardziej prawdopodobne, że będą większe (M ≥ 7,7)

Tabela B

Tabela B : Zagregowane prawdopodobieństwo trzęsienia ziemi M ≥ 6,7 w ciągu 30 lat (i zmiana z UCERF2) 1
Błąd 2 Mapy sekcji 3
Błąd QFFDB nr 4 # 		Długość 5 Wybitne trzęsienia ziemi Min. 6 Oznaczać Maks.
Uskok San Andreas południe

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

1f
1g
1h
1i
1j

546 km
339 mil

1857 Trzęsienie ziemi w Fort Tejon

17%
(-6%)		 53%
(−7%)		 93%
(−1%)
Uskok San Andreas północ

Offshore
North Coast
Półwysep
Santa Cruz Sekcja Creeping Mts

1a
1b
1c
1d
1e

472 km
293 mil

Trzęsienie ziemi w San Francisco w 1906 r.

 1%
(-5%)		 33%
(+12%)		 73%
(+33%)
Usterka Hayward /
Rodgers Creek

Rodgers Creek
Hayward Północ
Hayward Południe

55a
55b
55c
32

150 km
93 mil

1868 trzęsienie ziemi w Hayward

14%
(−2%)		 32%
(0%)		 54%
(-14%)
Usterka Calaveras

Północ
Środkowo
Południe

54a
54b
54c
54d

123 km
76 mil

1911 trzęsienie ziemi Calaveras
1979 trzęsienie ziemi Coyote Lake
1984 trzęsienie ziemi Morgan Hill 2007 trzęsienie ziemi
Alum Rock

10%
(+8%)		 25%
(+17%)		 54%
(+32%)
Strefa uskoków San Jacinto

San Bernardino
San Jacinto Valley
Stepovers
Anza
Clark
Coyote Creek
Borrego
Superstition Mtn

125a
125b

125c
125d
125e
125f
125g

309 km
192 mil

1918 trzęsienie ziemi w San Jacinto 19

 0%
(-14%)		 9%
(23%)		 35%
(-20%)
Usterka Garlocka


Środkowo- Wschodni
Zachód

69a
69b
69c

254 km
158 mil

 0%
(−3%)		 8%
(+2%)		 37%
(+24%)
Strefa błędu Elsinore

Whittier
Glen Ivy
Stepovers
Temecula
Julian
Coyote Góry

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

249 km
217 mil

1910 trzęsienie ziemi w Elsinore

 1%
(−4%)		 5%
(-6%)		 17%
(−8%)
Notatki.
1. Na podstawie Tabeli 6 w Field et al. 2015 , s. 525. Wartości są agregowane z odcinków uskokowych składających się na każdy uskok. Niektóre sekcje mają wyższe indywidualne prawdopodobieństwa; patrz Tabela 4 w Field et al. 2015 , s. 523. „M” to wielkość momentu (s. 512).
2. Jest to sześć błędów, dla których UCERF2 posiadał wystarczającą ilość danych, aby przeprowadzić modelowanie odnowy stresu. Strefa uskoku Haywarda i uskoku Rodgers Creek są traktowane jako jeden uskok; uskok San Andreas jest traktowany jako dwie sekcje.
3. Sekcje uskoków UCEF3, z linkami do map „uczestnictwa” dla każdej sekcji (zaznaczone na czarno), pokazujące tempo (w kolorze) udziału tej sekcji w zerwaniach z innymi sekcjami. Mapy partycypacji dla wszystkich sekcji usterek dostępne na http://pubs.usgs.gov/of/2013/1165/data/UCERF3_SupplementalFiles/UCERF3.3/Model/FaultParticipation/ Do niektórych usterek dodano lub podzielono sekcje od czasu UCERF2.
4. Numery błędów bazy danych USGS Quaternary Fault and Fold z łączami do raportów podsumowujących. Mapy QFFDB nie są już dostępne.
5. Długości z UCERF-2, Tabela 4; może różnić się od wartości QFFDB.
6. Min. i Max. prawdopodobieństwa odpowiadają najmniejszym i najbardziej prawdopodobnym alternatywom w drzewie logicznym; średnia jest średnią ważoną.
7. Poślizg nie został uwzględniony ze względu na różnice w przekrojach i modelach odkształcenia. Patrz rysunek C21 (poniżej) na ilustracji.

Metodologia

Trzęsienia ziemi w Kalifornii są spowodowane przez płytę Pacyfiku , kierując się w przybliżeniu na północny zachód, osuwając się obok kontynentu północnoamerykańskiego. Wymaga to dostosowania od 34 do 48 milimetrów (około półtora cala) poślizgu rocznie, przy czym część tego poślizgu jest zajęta w częściach Basin i Range Province na wschód od Kalifornii. Poślizg ten jest kompensowany przez pęknięcia (trzęsienia ziemi) i pełzanie asejsmiczne na różnych uskokach, przy czym częstotliwość pęknięć zależy (częściowo) od tego, jak poślizg jest rozłożony na różne uskoki.

Modelowanie

Cztery poziomy modelowania UCERF3 i niektóre alternatywy tworzące drzewo logiczne.

Podobnie jak jego poprzednik, UCERF3 określa to na podstawie czterech warstw modelowania:

  1. Te modele błędów (FM 3,1 i 3,2) opisuje fizyczną geometrię większych i bardziej aktywnych uskoków .
  2. Modele deformacji określają współczynniki poślizgu i powiązane czynniki dla każdej sekcji zwarcia, jak duże naprężenie akumuluje się przed pęknięciem i ile energii jest następnie uwalniane. Wykorzystywane są cztery modele deformacji, odzwierciedlające różne podejścia do radzenia sobie z dynamiką trzęsień ziemi.
  3. Model szybkości trzęsień ziemi (ERM) łączy wszystkie te dane, aby oszacować długoterminową szybkość pękania.
  4. Model prawdopodobieństwa szacuje, jak blisko (gotowy) jest każdy segment do pęknięcia, biorąc pod uwagę ilość naprężeń nagromadzonych od ostatniego pęknięcia.

Pierwsze trzy warstwy modelowania są wykorzystywane do określenia długoterminowych lub niezależnych od czasu szacunków wielkości, lokalizacji i częstotliwości potencjalnie szkodliwych trzęsień ziemi w Kalifornii. Model zależny od czasu opiera się na teorii sprężystego odbicia , zgodnie z którą po uwolnieniu naprężeń tektonicznych po trzęsieniu ziemi minie trochę czasu, zanim naprężenie zostanie nagromadzone, aby wywołać kolejne trzęsienie ziemi. Teoretycznie powinno to wywoływać pewną regularność w trzęsieniach ziemi na danym uskoku, a znajomość daty ostatniego pęknięcia jest wskazówką, jak szybko można się spodziewać następnego. W praktyce nie jest to takie jasne, po części dlatego, że szybkość poślizgu jest różna, a także dlatego, że segmenty zwarcia wpływają na siebie nawzajem, więc pęknięcie w jednym segmencie powoduje pęknięcie w sąsiednich segmentach. Jednym z osiągnięć UCERF3 jest lepsza obsługa takich wieloudarowych pęknięć.

Różne alternatywy (patrz diagram), wzięte w różnych kombinacjach, tworzą drzewo logiczne składające się z 1440 gałęzi dla modelu Niezależnego od Czasu, a gdy cztery modele prawdopodobieństwa są brane pod uwagę, 5760 gałęzi dla modelu zależnego od czasu. Każda gałąź została oceniona i zważona zgodnie z jej względnym prawdopodobieństwem i znaczeniem. Wyniki UCERF3 są średnią wszystkich tych ważonych alternatyw.

„Wielka inwersja”

W UCERF2 każdy uskok modelowano oddzielnie, tak jakby pęknięcia nie rozciągały się na inne uskoki. Podejrzewano, że to założenie segmentacji zwarć jest przyczyną przewidywania przez UCERF2 prawie dwukrotnie większej liczby trzęsień ziemi w zakresie M 6,5 do 7,0 niż faktycznie zaobserwowanych i jest sprzeczne z pękaniem wielozwarciowym obserwowanym w wielu trzęsieniach ziemi.

UCERF3 dzieli każdą sekcję błędu (zgodnie z modelami modeli błędów) na podsekcje (2606 segmentów dla FM 3.1 i 2665 dla FM 3.2), a następnie uwzględnia pęknięcia wielu segmentów, niezależnie od tego, do którego błędu macierzystego należą. Po usunięciu tych pęknięć uznanych za nieprawdopodobne, istnieje 253.706 możliwości do rozważenia dla FM 3.1 i 305.709 dla FM 3.2. W porównaniu do mniej niż 8000 pęknięć uwzględnionych w UCERF2 i odzwierciedla wysoką łączność systemu błędów Kalifornii.

Rys. C21 z Dodatku C. Wykresy szybkości poślizgu w dwóch równoległych uskokach (San Andreas i San Jacinto) określone przez trzy modele deformacji oraz model „geologiczny” oparty całkowicie na zaobserwowanych poślizgach, pokazujący zmiany w każdym segmencie. Wielka inwersja rozwiązuje te i wiele innych zmiennych, aby znaleźć wartości, które zapewniają najlepsze ogólne dopasowanie.

Istotnym osiągnięciem UCERF jest rozwój podejścia systemowego zwanego „wielką inwersją”. Wykorzystuje superkomputer do rozwiązywania układu równań liniowych, który jednocześnie spełnia wiele ograniczeń, takich jak znane współczynniki poślizgu itp. W rezultacie otrzymujemy model (zestaw wartości), który najlepiej pasuje do dostępnych danych. Równoważąc te różne czynniki, zapewnia również oszacowanie, ile sejsmiczności nie jest uwzględnione w modelu uskokowym, prawdopodobnie w przypadku uskoków jeszcze nieodkrytych. Wielkość poślizgu występującego na niezidentyfikowanych uskokach oszacowano na od 5 do około 20 mm/rok w zależności od lokalizacji (ogólnie wyżej w obszarze LA) i modelu deformacji, przy czym jeden model osiąga 30 mm/rok na północ od LA.

Oszacowanie

Chociaż UCERF3 stanowi znaczną poprawę w porównaniu z UCERF2 i najlepszą dostępną do tej pory nauką do szacowania zagrożenia trzęsieniem ziemi w Kalifornii, autorzy ostrzegają, że pozostaje on przybliżeniem systemu naturalnego. W modelu niezależnym od czasu istnieje szereg założeń, podczas gdy ostateczny model (zależny od czasu) wyraźnie „zakłada, że ​​elastyczne odbicie dominuje nad innymi znanymi i podejrzewanymi procesami, które nie są uwzględnione w modelu”. Wśród znanych procesów nieuwzględnionych jest grupowanie przestrzenno-czasowe.

Istnieje wiele źródeł niepewności, takich jak niewystarczająca wiedza na temat geometrii uskoków (zwłaszcza na głębokości) i szybkości poślizgu. Istnieje również duże wyzwanie w zakresie zrównoważenia różnych elementów modelu w celu uzyskania najlepszego dopasowania z dostępnymi obserwacjami. Na przykład trudno jest dopasować dane paleosejsmiczne i współczynniki poślizgu na południowym uskoku San Andreas, co skutkuje oszacowaniami sejsmiczności o około 25% niższymi niż obserwowane w danych paleosejsmicznych. Dane pasują, jeśli pewne ograniczenie (regionalny rozkład amplitudowo-częstotliwościowy) jest złagodzone, ale to przywraca problem polegający na nadmiernym przewidywaniu umiarkowanych zdarzeń.

Ważnym wynikiem jest to, że ogólnie przyjęta zależność Gutenberga-Richtera (GR) (rozmieszczenie trzęsień ziemi pokazuje pewien związek między wielkością a częstotliwością) jest niespójna z niektórymi częściami obecnego modelu UCERF3. Model sugeruje, że osiągnięcie spójności GR wymagałoby pewnych zmian w zrozumieniu sejsmologicznym, które „wykraczają poza obecne granice akceptacji na poziomie konsensusu”. To, czy relacja Gutenberga-Richtera nie daje się zastosować w skali poszczególnych błędów, czy też jakaś podstawa modelu jest nieprawidłowa, „będzie równie dogłębna naukowo i całkiem konsekwentna w odniesieniu do hazardu”.

Zobacz też

Uwagi

Źródła

  • Spycharka, DI; Olsen, KB; Pollitz, FF; Stein, RS ; Toda, S. (2009), „Trzęsienie ziemi z 1911 r. M∼6.6 Calaveras: parametry źródłowe i rola statycznych, lepkosprężystych i dynamicznych zmian naprężeń kulombowskich nadawanych przez trzęsienie ziemi w San Francisco z 1906 r.” , Biuletyn Amerykańskiego Towarzystwa Sejsmologicznego , 99 (3): 1746–1759, doi : 10.1785/0120080305.
  • Pastor, Tom; Johnson, Kaj M.; Ptaku, Piotrze; Bormann, Jayne; Dawson, Timothy E.; Pole, Edward H.; Hammond, William C.; Śledź, Tomasz A.; McCaffrey, Rob; Shen, Zhen-Kang; Thatcher, Wayne R.; Weldon II, Ray J.; Zeng, Yuehua (2013), „Dodatek C – Modele deformacji dla UCERF3” , US Geological Survey , Open-File Report 2013-1165.

Linki zewnętrzne