Прогноз землетрясений

Прогнозирование землетрясений — это раздел науки сейсмологии, занимающийся 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 разновидностью прогнозирования , прогнозирование землетрясений часто отличают от прогнозирования землетрясений . Прогнозирование землетрясений оценивает вероятность землетрясений в определенный период времени и в определенном регионе, тогда как прогнозирование землетрясений пытается определить точное время, место и магнитуду землетрясений. надвигающееся землетрясение, которое в настоящее время достоверно недостижимо. Вуд и Гутенберг (1935) . Каган (1997b , §2.1) говорит: «Это определение имеет несколько недостатков, которые способствуют путанице и трудностям в исследованиях по прогнозированию». В дополнение к указанию времени, места 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 дает неудачам такую же видимость, как и успехам. Каган и Кнопофф (1987 , стр. 1563) определяют прогнозирование (частично) как «формальное правило, согласно которому из-за доступного пространства-времени-сейсмического момента многообразие возникновения землетрясений значительно сужается...»</ref> ^[2] Как прогнозирование, так и предсказание землетрясений отличаются от систем предупреждения о землетрясениях , которые при обнаружении землетрясения в режиме реального времени предупреждают регионы, которые могут пострадать.

В 1970-е годы ученые были оптимистичны в отношении того, что вскоре будет найден практический метод прогнозирования землетрясений, но к 1990-м годам постоянные неудачи заставили многих усомниться в том, возможно ли это вообще. ^[3] Явно успешных предсказаний сильных землетрясений не произошло, и некоторые заявления об успехе являются спорными. ^[4] Следовательно, многие научные и государственные ресурсы использовались для вероятностных оценок сейсмической опасности , а не для прогнозирования отдельных землетрясений. Такие оценки используются для установления строительных норм и правил, структуры страховых тарифов, программ осведомленности и готовности, а также государственной политики, связанной с сейсмическими событиями. ^[5] Помимо прогнозов региональных землетрясений, такие расчеты сейсмической опасности могут учитывать такие факторы, как местные геологические условия. Ожидаемое движение грунта затем можно использовать для определения критериев проектирования здания. ^{[ нужна ссылка ]}

Методы прогнозирования землетрясений

Методы прогнозирования землетрясений обычно направлены на выявление тенденций или закономерностей, которые приводят к землетрясению. Поскольку эти тенденции могут быть сложными и включать множество переменных, для их понимания часто необходимы 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 изгибается или деформируется. Согласно упругого отскока теории Рида (1910) , в конечном итоге деформация (деформация) становится настолько большой, что что-то ломается, обычно в месте существующего разлома. Проскальзывание по разлому (землетрясение) позволяет породе с каждой стороны вернуться в менее деформированное состояние. При этом энергия выделяется в различных формах, включая сейсмические волны. ^[6] Затем цикл тектонической силы, накапливающейся в результате упругой деформации и высвобождаемой при внезапном отскоке, повторяется. Поскольку смещение от одного землетрясения колеблется от менее метра до примерно 10 метров (для землетрясения силой 8 баллов), ^[7] продемонстрированное существование крупных сдвиговых смещений на сотни миль показывает существование длительного цикла землетрясений. ^[8]

Характерные землетрясения

Наиболее изученные сейсмические разломы (такие как Нанкайский меганадвиг , разлом Уосатч и разлом Сан-Андреас ), по-видимому, имеют отдельные сегменты. Модель характерных землетрясений постулирует, что землетрясения обычно ограничиваются этими сегментами. ^[9] Поскольку длины и другие свойства ^[10] из фиксированных сегментов землетрясения, разрушающие весь разлом, 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 деформации, в сейсмической активности на данном сегменте должны преобладать землетрясения со схожими характеристиками, которые повторяются через определенные промежутки времени. ^[11] Таким образом , для данного сегмента разлома идентификация этих характерных землетрясений и определение времени их повторяемости (или, наоборот, периода повторяемости ) должны информировать нас о следующем разрыве; именно этот подход обычно используется при прогнозировании сейсмической опасности. Периоды повторяемости также используются для прогнозирования других редких явлений, таких как циклоны и наводнения, и предполагается, что будущая частота будет аналогична наблюдаемой частоте 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 (при доверительном интервале 95%) на основе модели характерного землетрясения. ^[12] Приборы были установлены в надежде обнаружить предвестники ожидаемого землетрясения. Однако прогнозируемое землетрясение произошло только в 2004 году. Провал эксперимента по прогнозированию Паркфилда вызвал сомнения в достоверности самой модели характерного землетрясения. ^[13]

Сейсмические разрывы

В месте контакта, где две тектонические плиты скользят мимо друг друга, каждый участок в конечном итоге должен соскользнуть, поскольку (в долгосрочной перспективе) ни один из них не останется позади. Но не все они скользят одновременно; разные участки будут находиться на разных стадиях цикла накопления напряжения (деформации) и внезапного отскока. В модели сейсмического разрыва «следующее большое землетрясение» следует ожидать не в тех сегментах, где недавняя сейсмичность ослабила напряжение, а в промежуточных разрывах, где неослабленное напряжение является наибольшим. ^[14] Эта модель имеет интуитивную привлекательность; он используется в долгосрочном прогнозировании и был основой серии прогнозов для Тихоокеанского региона ( Тихоокеанского региона ) в 1979 и 1989–1991 годах. ^[15]

Однако теперь известно, что некоторые основные предположения о сейсмических разрывах неверны. Внимательное изучение показывает, что «в сейсмических промежутках может не быть информации о времени возникновения или величине следующего крупного события в регионе»; ^[16] Статистические проверки прогнозов для Тихоокеанского региона показывают, что модель сейсмического разрыва «не очень хорошо предсказывала сильные землетрясения». ^[17] Другое исследование пришло к выводу, что длительный период затишья не увеличивает вероятность землетрясений. ^[18]

Заметные прогнозы

УЦЕРФ3

Единый прогноз разрушения землетрясения в Калифорнии на 2015 год , версия 3 , или UCERF3 , является последним официальным прогнозом разрушения землетрясения (ERF) для штата Калифорния , заменяющим UCERF2 . Он предоставляет авторитетные оценки вероятности и серьезности потенциально разрушительных землетрясений в долгосрочной и краткосрочной перспективе. Сочетание этого с моделями движения грунта дает оценки силы сотрясений грунта, которые можно ожидать в течение определенного периода ( сейсмическая опасность ), а также угрозы для застроенной среды ( сейсмический риск ). Эта информация используется для информирования инженерного проектирования и строительных норм, планирования на случай стихийных бедствий и оценки того, достаточны ли страховые премии от землетрясения для покрытия предполагаемых потерь. ^[19] Разнообразие показателей опасности ^[20] можно рассчитать с помощью UCERF3; типичная метрика - это вероятность величины ^[21] Землетрясение магнитудой 6,7 (размер землетрясения в Нортридже 1994 года ) за 30 лет (типичный срок действия ипотеки) с 2014 года.

UCERF3 был подготовлен Рабочей группой по вероятности землетрясений в Калифорнии (WGCEP) в результате сотрудничества Геологической службы США (USGS), Геологической службы Калифорнии (CGS) и Центра землетрясений Южной Калифорнии (SCEC) при значительном финансировании со стороны Калифорнийское управление по землетрясениям (CEA). ^[22]

Примечания

^ Канамори 2003 , с. 1205. См. также МИЭФ 2011 , с. 327.
^ Каган 1997b , с. 507.
^ Геллер и др. 1997 , с. 1617; Геллер 1997 , §2.3, с. 427; Консоль 2001 , с. 261.
^ Например, самое известное утверждение об успешном предсказании - это предсказание землетрясения в Хайчэне 1975 года ( МИЭФ 2011 , стр. 328), и теперь оно указано как таковое в учебниках ( Джексон 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 г.
^ Рид 1910 , с. 22; МИЭФ 2011 , с. 329.
^ Wells & Coppersmith 1994 , рис. 11, с. 993.
^ Zoback 2006 дает четкое объяснение. Evans 1997 , §2.2 также дает описание парадигмы «самоорганизованной критичности» (SOC), которая заменяет модель упругого отскока.
^ Кастелларо 2003
^ К ним относятся тип породы и геометрия разлома.
^ Шварц и Копперсмит 1984 ; Тиампо и Щербаков 2012 , с. 93, §2.2.
^ Бакун и Линд 1985 , с. 621.
^ Джексон и Каган 2006 .
^ Шольц 2002 , с. 284, §5.3.3; Каган и Джексон, 1991 , стр. 21, 419; Джексон и Каган 2006 , с. С404.
^ Каган и Джексон 1991 , стр. 21, 419; Макканн и др. 1979 год ; Ронг, Джексон и Каган 2003 .
^ Ломниц и Нава 1983 .
^ Ронг, Джексон и Каган 2003 , с. 23.
^ Каган и Джексон 1991 , Краткое содержание.
^ Филд и др. 2013 , с. 2.
^ Список показателей оценки, доступных по состоянию на 2013 год, см. в таблице 11 в Field et al. 2013 , с. 52.
^ Согласно стандартной сейсмологической практике, все магнитуды землетрясений здесь указаны по моментной шкале магнитуд . Обычно это эквивалентно более известной шкале магнитуд Рихтера .
^ Филд и др. 2013 , с. 2.

Источники

Аллен, Кларенс Р. (декабрь 1976 г.), «Обязанности по прогнозированию землетрясений», Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 66 (6): 2069–2074, Бибкод : 1976BuSSA..66.2069A , doi : 10.1785/BSSA0660062069 .

Бакун, WH; Линд, А.Г. (16 августа 1985 г.), «Паркфилд, Калифорния, Эксперимент по прогнозированию землетрясений» , Science , 229 (4714): 619–624, Бибкод : 1985Sci...229..619B , doi : 10.1126/science.229.4714. 619 , PMID 17739363 , S2CID 40899434 .

Кастелларо, С. (2003), «§2.4.3. Классическая модель землетрясения» , в Муларджии, Франческо; Геллер, Роберт Дж. (ред.), Наука о землетрясениях и снижение сейсмического риска , Дордрехт: Kluwer Academic Publishers, стр. 56–57, ISBN. 978-1-4020-1778-0 .

Консоль, Р. (30 августа 2001 г.), «Проверка гипотез прогноза землетрясений», Tectonophysical , 338 (3–4): 261–268, Бибкод : 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, Бибкод : 1997GeoJI.131..413E , doi : 10.1111/j.1365 -246X.1997.tb06585.x .

Филд, Эдвард Х.; Биаси, Гленн П.; Птица, Питер; Доусон, Тимоти Э.; Фельцер, Карен Р.; Джексон, Дэвид Д.; Джонсон, Кай М.; 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.; Уэлдон, Рэй Дж. II; Цзэн, Юэхуа (2013), «Единый прогноз разрушения от землетрясения в Калифорнии, версия 3 (UCERF3) – независимая от времени модель» , Геологическая служба США , Отчет об открытом файле, 2013–1165 гг . Также специальный отчет Калифорнийской геологической службы № 228 и публикация Центра землетрясений Южной Калифорнии № 1792.

Геллер, Роберт Дж. (декабрь 1997 г.), «Прогноз землетрясений: критический обзор». (PDF) , Geophysical Journal International , 131 (3): 425–450, Бибкод : 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 , S2CID 123516228 , заархивировано из оригинала (PDF) 12 Май 2019 г. , дата обращения 29 декабря 2016 г.

Международная комиссия по прогнозированию землетрясений в целях гражданской защиты (30 мая 2011 г.), «Оперативное прогнозирование землетрясений: состояние знаний и рекомендации по использованию» , Анналы геофизики , 54 (4): 315–391, doi : 10.4401/ag-5350 , hdl : 20.500.11820/6552f865-6e59-47f1-a5ec-b7446bfd1a82 , S2CID 129825964 .

Джексон, Дэвид Д. (2004), «Прогнозирование и прогнозирование землетрясений» (PDF) , в Спаркс, RSJ; Хоксворт, К.Дж. (ред.), Состояние планеты: границы и проблемы геофизики , Серия геофизических монографий, том. 150, стр. 335–348, Bibcode : 2004GMS...150..335J , doi : 10.1029/150GM26 , ISBN 0-87590-415-7 ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}.

Джексон, Дэвид Д.; Каган, Ян Ю. (сентябрь 2006 г.), «Землетрясение в Паркфилде 2004 года, прогноз 1985 года и характерные землетрясения: уроки для будущего» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 96 (4B): S397–S409, Bibcode : 2006BuSSA..96S.397J , doi : 10.1785/0120050821 , заархивировано из оригинала (PDF) 23 марта 2014 г. , получено 30 декабря 2016 г.

Каган, Ян Ю. (декабрь 1997b), «Предсказуемы ли землетрясения?», Geophysical Journal International , 131 (3): 505–525, Бибкод : 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: Solid Earth , 96 (B13): 21419–21431, Бибкод : 1991JGR....9621419K , doi : 10.1029/91jb02210 , заархивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. , получено 30 декабря 2016 г.

Каган, Ян Ю.; Джексон, Дэвид Д. (27 мая 1996 г.), «Статистические проверки прогнозов землетрясений в ВАН: комментарии и размышления» (PDF) , Geophysical Research Letters , 23 (11): 1433–1436, Бибкод : 1996GeoRL..23.1433K , doi : 10.1029/95GL03786 ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}.

Каган, Ян Ю.; Knopoff, Leon (19 июня 1987 г.), «Статистический краткосрочный прогноз землетрясений» , Science , 236 (4808): 1563–1567, Bibcode : 1987sci ... 236.1563k , doi : 10.1126/science.236.4808.1563 , PMID 1783574141 . , S2CID 12946111 .

Канамори, Хироо (2003), «Прогнозирование землетрясений: обзор», Международный справочник по землетрясениям и инженерной сейсмологии , Международная геофизика, 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, ЛР; Краузе, Дж. (1979), «Сейсмические разрывы и тектоника плит: сейсмический потенциал для основных границ», Pure and Applied Geophysics , 117 (6): 1082–1147, Бибкод : 1979PApGe.117.1082M , doi : 10.1007/BF00876211 , S2CID 129377355 .

Рид, Гарри Филдинг (1910), «Механика землетрясения». , Землетрясение в Калифорнии 18 апреля 1906 года: Отчет Комиссии по расследованию землетрясений штата , том. 2 .

Ронг, Юфан; Джексон, Дэвид Д.; Каган, Ян Ю. (октябрь 2003 г.), «Сейсмические разрывы и землетрясения» (PDF) , Журнал геофизических исследований: Solid Earth , 108 (B10): 2471, Бибкод : 2003JGRB..108.2471R , doi : 10.1029/2002JB002334 , S2CID 14079028 .

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: Solid Earth , 89 (B7): 5681–5698, Бибкод : 1984JGR. ...89.5681S , doi : 10.1029/JB089iB07p05681 .

Тиампо, Кристи Ф.; Щербаков, Роберт (2012), «Методы прогнозирования землетрясений на основе сейсмичности: десять лет прогресса» (PDF) , Tectonophysicals , 522–523: 89–121, Bibcode : 2012Tectp.522...89T , doi : 10.1016/j. tecto.2011.08.019 , заархивировано из оригинала (PDF) 16 мая 2016 г.

Уэллс, Д.Л.; 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, Bibcode : 1994BuSSA..84..974W , doi : 10.1785/BSSA0840040974 , заархивировано из оригинала (PDF) 3 января 2019 г. , получено 30 декабря 2016 г.

Вуд, Хоу ; Гутенберг, Б. (6 сентября 1935 г.), «Прогнозирование землетрясений» , Science , 82 (2123): 219–320, Бибкод : 1935Sci....82..219W , doi : 10.1126/science.82.2123.219 , PMID 17818812 .

Зобак, Мэри Лу (апрель – май 2006 г.), «Землетрясение 1906 года и столетие прогресса в понимании землетрясений и их опасностей» (PDF) , GSA Today , 16 (r/5): 4–11, Bibcode : 2006GSAT.. .16d...4Z , doi : 10.1130/GSAT01604.1 .

Ван, Келин; Чен, Ци-Фу; Сунь, Шихун; Ван, Андон (июнь 2006 г.), «Прогнозирование землетрясения Хайчэн 1975 года» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 96 (3): 757–795, Бибкод : 2006BuSSA..96..757W , doi : 10.1785/ 0120050191 .

[1] Канамори 2003 , с. 1205. См. также МИЭФ 2011 , с. 327.

[2] Каган 1997b , с. 507.

[3] Геллер и др. 1997 , с. 1617; Геллер 1997 , §2.3, с. 427; Консоль 2001 , с. 261.

[4] Например, самое известное утверждение об успешном предсказании - это предсказание землетрясения в Хайчэне 1975 года ( МИЭФ 2011 , стр. 328), и теперь оно указано как таковое в учебниках ( Джексон 2004 , стр. 344). Более позднее исследование пришло к выводу, что достоверных краткосрочных прогнозов не существует ( Wang et al. 2006 ). См. прогноз землетрясений .

[USGS1-5] «Национальные карты сейсмической опасности» . Геологическая служба США. 25 августа 2016 года. Архивировано из оригинала 10 августа 2016 года . Проверено 1 сентября 2016 г.

[6] Рид 1910 , с. 22; МИЭФ 2011 , с. 329.

[7] Wells & Coppersmith 1994 , рис. 11, с. 993.

[8] Zoback 2006 дает четкое объяснение. Evans 1997 , §2.2 также дает описание парадигмы «самоорганизованной критичности» (SOC), которая заменяет модель упругого отскока.

[9] Кастелларо 2003

[10] К ним относятся тип породы и геометрия разлома.

[11] Шварц и Копперсмит 1984 ; Тиампо и Щербаков 2012 , с. 93, §2.2.

[12] Бакун и Линд 1985 , с. 621.

[13] Джексон и Каган 2006 .

[14] Шольц 2002 , с. 284, §5.3.3; Каган и Джексон, 1991 , стр. 21, 419; Джексон и Каган 2006 , с. С404.

[15] Каган и Джексон 1991 , стр. 21, 419; Макканн и др. 1979 год ; Ронг, Джексон и Каган 2003 .

[16] Ломниц и Нава 1983 .

[17] Ронг, Джексон и Каган 2003 , с. 23.

[18] Каган и Джексон 1991 , Краткое содержание.

[19] Филд и др. 2013 , с. 2.

[20] Список показателей оценки, доступных по состоянию на 2013 год, см. в таблице 11 в Field et al. 2013 , с. 52.

[21] Согласно стандартной сейсмологической практике, все магнитуды землетрясений здесь указаны по моментной шкале магнитуд . Обычно это эквивалентно более известной шкале магнитуд Рихтера .

[22] Филд и др. 2013 , с. 2.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]