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 обоснования инженерного проектирования и строительных норм, планирования на случай стихийных бедствий и оценки того, достаточны ли страховые премии от землетрясения для покрытия предполагаемых потерь. Разнообразие показателей опасности можно рассчитать с помощью UCERF3; типичная метрика - это вероятность величины Землетрясение магнитудой 6,7 (размер землетрясения в Нортридже 1994 года ) за 30 лет (типичный срок 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).

Калифорния (обведена белым) и буферная зона, на которой показаны 2606 подразделов разломов UCERF 3.1. Цвета обозначают вероятность (в процентах) возникновения землетрясения с М ≥ 6,7 в ближайшие 30 лет с учетом напряжения, накопленного со времени последнего землетрясения. Не включает эффекты зоны субдукции Каскадия (не показана) в северо-западном углу.

Основные моменты

Главным достижением UCERF3 является использование новой методологии, позволяющей моделировать множественные разломы, подобные тем, которые наблюдались при недавних землетрясениях. Это позволяет распределять сейсмичность более реалистичным образом, что исправляет проблему предыдущих исследований, которые переоценивали землетрясения умеренной силы (от 6,5 до 7,0). Частота землетрясений магнитудой (M ) 6,7 и выше (по всему штату) теперь считается примерно одним на 6,3 года вместо одного на 4,8 года. С другой стороны, землетрясения силой 8 баллов и выше сейчас ожидаются примерно каждые 494 года (по сравнению с 617). В остальном общие ожидания сейсмичности в целом соответствуют предыдущим результатам. ( в Таблице А. Сводную информацию об общих ставках см. )

База данных моделей разломов была пересмотрена и расширена, чтобы охватить более 350 участков разломов по сравнению с примерно 200 для UCERF2, а также добавлены новые атрибуты для лучшего описания разломов. Также были внесены различные технические улучшения.

Таблица A : Оценочные вероятности (минимальная, наиболее вероятная и максимальная) землетрясения заданной магнитуды в ближайшие тридцать лет для различных регионов Калифорнии ¹

M ≥	6.0	6.7	7.0	7.5	7.7	8.0
Вся Калифорния	100% 100% 100%	97% 100% 100%	77% 93% 100%	17% 48% 85%	3% 27% 71%	0%   7% 32%
Н. Калифорния	100% 100% 100%	84% 95% 100%	55% 76% 96%	8% 28% 60%	1% 15% 45%	0%   5% 25%
С. Калифорния	100% 100% 100%	77% 93% 100%	44% 75% 97%	9% 36% 79%	2% 22% 68%	0%   7% 32%
Сан-Франциско	89% 98% 100%	52% 72% 94%	27% 51% 84%	5% 20% 43%	0% 10% 32%	0%   4% 21%
ТО	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 , с. 529. «М» — моментная величина (с. 512).

Расположение основных неисправностей указано в следующей таблице, сегменты отмечены цветом для обозначения скорости скольжения (до 40 мм в год).

Из шести основных разломов, оцененных в предыдущих исследованиях, разлом Южный Сан-Андреас остается наиболее вероятным для землетрясений с М ≥ 6,7 в ближайшие 30 лет. Наибольшее увеличение такой вероятности наблюдается на разломе Калаверас (расположение см . на карте основных разломов ), где среднее (наиболее вероятное) значение теперь установлено на уровне 25%. Старое значение в 8% меньше ожидаемого сейчас минимума (10%). Считается, что предыдущая заниженная оценка обусловлена ​​главным образом отсутствием моделирования многоразломных разрывов, что ограничивало размер многих разрывов.

Наибольшее снижение вероятности наблюдается по разлому Сан-Хасинто , который увеличился с 32% до 9%. Опять же, это связано с многоразломными разрывами, но здесь эффект заключается в меньшем количестве землетрясений, но они с большей вероятностью будут более сильными (M ≥ 7,7).

Таблица Б

Таблица B : Совокупная вероятность землетрясения с М ≥ 6,7 в течение 30 лет (и изменение по сравнению с UCERF2) ¹

Вина 2	Карты разделов 3	QFFDB вина# 4	Длина 5	Известные землетрясения	Мин. 6	Иметь в виду	Макс.
Разлом Сан-Андреас на юге	Паркфилд Животное Карризо Биг Бенд Мохаве Н Мохаве С Сан-Бернардино Н Сан-Бернардино С Перевал Сан-Горгонио Н. Бранч Милл Кр. Коачелла	1ф 1 г 1 час 1я 1 Дж	546 км 339 миль	Землетрясение в Форт-Техон 1857 г.	17% (−6%)	53% (−7%)	93% (−1%)
Разлом Сан-Андреас на севере	Оффшор Северное побережье Полуостров Санта-Крус Мтс Ползущая секция	1а 1б 1с 1д 1е	472 км 293 мили	Землетрясение в Сан-Франциско 1906 года.	1% (−5%)	33% (+12%)	73% (+33%)
Хейворд / Разлом Роджерс-Крик	Роджерс Крик Хейворд Норт Хейворд Саут	55а 55б 55с 32	150 км 93 мили	Землетрясение 1868 года в Хейворде	14% (−2%)	32% (0%)	54% (−14%)
Разлом Калаверас	Север Центральный Юг	54а 54б 54с 54д	123 км 76 миль	Землетрясение 1911 года в Калаверасе Землетрясение 1979 года на озере Койот Землетрясение 1984 года в Морган-Хилле Землетрясение в Алум-Роке, 2007 г.	10% (+8%)	25% (+17%)	54% (+32%)
Зона разлома Сан-Хасинто	Сан-Бернардино Сан-Хасинто-Вэлли Шаги Начинать Кларк Койот-Крик Боррего Суеверие	125а 125б 125с 125д 125е 125f 125 г	309 км 192 мили	Землетрясение в Сан-Хасинто 1918 года.	0% (−14%)	9% (23%)	35% (−20%)
Разлом Гарлока	Восток Центральный Запад	69а 69б 69с	254 км 158 миль		0% (−3%)	8% (+2%)	37% (+24%)
Зона Эльсинорского разлома	Уиттиер Глен Айви Шаги Темекула Джулиан Койотские горы	126а 126б 126 с 126д 126е 126f 126 г	249 км 217 миль	Землетрясение в Эльсиноре 1910 года.	1% (−4%)	5% (−6%)	17% (−8%)

Примечания.

1. Адаптировано из таблицы 6 в Field et al. 2015 , с. 525. Значения агрегируются по участкам разломов, включающим каждый разлом. Некоторые разделы имеют более высокие индивидуальные вероятности; см. Таблицу 4 в Field et al. 2015 , с. 523. «М» — моментная величина (с. 512).

2. Это шесть разломов, по которым UCERF2 имел достаточно данных для моделирования возобновления стресса. Зона разлома Хейворд и разлом Роджерс-Крик рассматриваются как один разлом; Разлом Сан-Андреас рассматривается как два участка.

3. Участки разломов UCEF3 со ссылками на карты «участия» для каждого участка (обведены черным), показывающие скорость (цветом) участия этого участка в разрывах вместе с другими участками. Карты участия для всех разделов разломов доступны по адресу http://pubs.usgs.gov/of/2013/1165/data/UCERF3_SupplementalFiles/UCERF3.3/Model/FaultParticipation/ . После UCERF2 к некоторым разломам были добавлены или разделены разделы.

4. Номера неисправностей в базе данных четвертичных разломов и складок Геологической службы США со ссылками на сводные отчеты. Карты QFFDB больше не доступны.

5. Длины из УЦЕРФ-2, таблица 4; может отличаться от значений QFFDB.

6. Мин. и Макс. вероятности соответствуют наименьшей и наиболее вероятной альтернативам в логическом дереве; Среднее значение представляет собой средневзвешенное значение.

7. Скорость скольжения не включена из-за различий в разрезах и моделях деформации. см. рисунок C21 (ниже). Для иллюстрации

Методология

Землетрясения в Калифорнии происходят из-за Тихоокеанской плиты , направляющейся примерно на северо-запад и проходящей мимо североамериканского континента. Это требует приспособления к проскальзыванию от 34 до 48 миллиметров (около полутора дюймов) в год. часть из них занята в некоторых частях провинции Бассейн и хребет к востоку от Калифорнии. Это проскальзывание компенсируется разрывами (землетрясениями) и асейсмической ползучестью на различных разломах, при этом частота разрывов зависит (частично) от того, как проскальзывание распределяется по различным разломам.

Моделирование

Четыре уровня моделирования UCERF3 и некоторые альтернативы, формирующие логическое дерево.

Как и его предшественник, UCERF3 определяет это на основе четырех уровней моделирования:

1. Модели разломов (FM 3.1 и 3.2) описывают физическую геометрию более крупных и активных разломов .
2. Модели деформации определяют скорость скольжения и связанные с этим факторы для каждого участка разлома, сколько напряжения накапливается до разрушения разлома и сколько энергии затем высвобождается. Используются четыре модели деформации, отражающие различные подходы к управлению динамикой землетрясений.
3. Модель скорости землетрясений (ERM) объединяет все эти данные для оценки долгосрочной скорости разрушения.
4. Вероятностная модель оценивает, насколько близок (готов) каждый сегмент разлома к разрыву, учитывая, сколько напряжений накопилось с момента его последнего разрыва.

Первые три уровня моделирования используются для определения долгосрочных или независимых от времени оценок магнитуды, местоположения и частоты потенциально разрушительных землетрясений в Калифорнии. Модель зависимости от времени основана на теории упругого отскока , согласно которой после того, как землетрясение высвобождает тектоническое напряжение, пройдет некоторое время, прежде чем накопится достаточное напряжение, чтобы вызвать новое землетрясение. Теоретически это должно приводить к некоторой регулярности землетрясений на данном разломе, а знание даты последнего разрыва является ключом к тому, как скоро можно ожидать следующего. На практике это не так очевидно, отчасти потому, что скорости скольжения различаются, а также потому, что сегменты разлома влияют друг на друга, поэтому разрыв одного сегмента вызывает разрыв соседних сегментов. Одним из достижений UCERF3 является то, что он лучше справляется с такими множественными разрывами.

Различные альтернативы (см. диаграмму), взятые в разных комбинациях, образуют логическое дерево из 1440 ветвей для модели, независимой от времени, и, если учитывать четыре вероятностные модели, 5760 ветвей для модели, зависящей от времени. Каждая ветвь оценивалась и взвешивалась в соответствии с ее относительной вероятностью и важностью. Результаты UCERF3 представляют собой среднее значение всех этих взвешенных альтернатив.

«Великая инверсия»

В UCERF2 каждая неисправность моделировалась отдельно. как будто разрывы не распространяются на другие неисправности. Предполагалось, что это предположение о сегментации разломов является причиной того, что UCERF2 предсказывает почти вдвое больше землетрясений в диапазоне M от 6,5 до 7,0, чем фактически наблюдалось, и противоречит многоразломным разрывам, наблюдаемым во многих землетрясениях.

UCERF3 подразделяет каждый участок разлома (смоделированный моделями разломов) на подразделы (2606 сегментов для FM 3.1 и 2665 для FM 3.2), а затем учитывает разрывы нескольких сегментов независимо от того, к какому родительскому разлому они принадлежат. После удаления разрывов, считающихся невероятными, остается рассмотреть 253 706 возможностей для FM 3.1 и 305 709 для FM 3.2. Это можно сравнить с менее чем 8000 разрывами, рассматриваемыми в UCERF2, и отражает высокую степень связности системы разломов Калифорнии.

Рис. С21 из Приложения С. Графики скорости скольжения по двум параллельным разломам (Сан-Андреас и Сан-Хасинто), определенные тремя моделями деформации, а также «геологической» моделью, полностью основанной на наблюдаемых скоростях скольжения и показывающей изменения вдоль каждого сегмента. Большая инверсия решает эти и многие другие переменные, чтобы найти значения, которые в целом обеспечивают наилучшее соответствие.

Значительным достижением УЦЕРФ является разработка системного подхода, получившего название «большая инверсия». При этом суперкомпьютер используется для решения системы линейных уравнений , которая одновременно удовлетворяет множеству ограничений, таких как известные скорости скольжения и т. д. В результате получается модель (набор значений), которая наилучшим образом соответствует имеющимся данным. Уравновешивая эти различные факторы, он также дает оценку того, какая часть сейсмичности не учтена в модели разломов, возможно, в еще не обнаруженных разломах. Величина смещения, происходящего по неопознанным разломам, оценивается от 5 до примерно 20 мм/год в зависимости от местоположения (обычно выше в районе Лос-Анджелеса) и модели деформации, причем одна модель достигает 30 мм/год к северу от Лос-Анджелеса.

Оценка

Хотя UCERF3 представляет собой значительное улучшение по сравнению с UCERF2, и лучшие на сегодняшний день научные данные для оценки опасности землетрясений в Калифорнии, авторы предупреждают, что это остается приближением к естественной системе. В модели, независимой от времени, есть ряд допущений: в то время как окончательная (зависимая от времени) модель явно «предполагает, что упругий отскок доминирует над другими известными и предполагаемыми процессами, которые не включены в модель». Среди известных процессов не включена пространственно-временная кластеризация.

Существует ряд источников неопределенности, таких как недостаточное знание геометрии разломов (особенно на глубине) и скорости скольжения, и существует серьезная проблема в том, как сбалансировать различные элементы модели для достижения наилучшего соответствия имеющимся наблюдениям. Например, существуют трудности с сопоставлением палеосейсмических данных и скоростей скольжения на юге разлома Сан-Андреас, в результате чего оценки сейсмичности примерно на 25% меньше, чем видно по палеосейсмическим данным. Данные подходят, если определенное ограничение (региональное распределение магнитуд-частот) ослаблено, но это возвращает проблему завышенного прогнозирования умеренных событий.

Важным результатом является то, что общепринятое соотношение Гутенберга-Рихтера (GR) (что распределение землетрясений демонстрирует определенную связь между магнитудой и частотой) несовместимо с некоторыми частями текущей модели UCERF3. Модель подразумевает, что достижение согласованности GR потребует определенных изменений в сейсмологическом понимании, которые «выходят за рамки нынешних границ приемлемости на уровне консенсуса». Независимо от того, неприменимо ли соотношение Гутенберга-Рихтера в масштабе отдельных неисправностей или неверна какая-то основа модели, «будет одинаково глубоко с научной точки зрения и весьма значимо в отношении опасности».

См. также

• Закон о зоне специальных исследований Алквиста Приоло
• Зона субдукции Каскадия
• Прогноз землетрясений
• Теория упругого отскока
• Сейсмическая опасность
• Сейсмический риск

Источники

• Дозер, ДИ; Олсен, КБ; Поллитц, ФФ; Штейн, RS ; Тода, С. (2009), «Землетрясение в Калаверасе с магнитудой ~6,6 в 1911 году: параметры источника и роль статических, вязкоупругих и динамических изменений кулоновского напряжения, вызванных землетрясением в Сан-Франциско 1906 года» , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 99 (3): 1746–1759, Bibcode : 2009BuSSA..99.1746D , doi : 10.1785/0120080305 .

• 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 228 Геологической службы Калифорнии и публикация 1792 Центра землетрясений Южной Калифорнии. Также опубликовано в BSSA под названием Field et al. 2014 .

• Филд, Эдвард Х.; Эроусмит, Рамон Дж.; 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 (июнь 2014 г.), «Единый прогноз разрушения землетрясения в Калифорнии, версия 3 (UCERF3) – независимая от времени модель» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 104 (3): 1122–1180, Bibcode : 2015BuSSA.105..511F , номер документа : 10.1785/0120140093 .

• Филд, Эдвард Х.; и др. (WGCEP) (март 2015 г.), «UCERF3: Новый прогноз землетрясений для сложной системы разломов Калифорнии» (PDF) , Геологическая служба США , информационный бюллетень 2015–3009, doi : 10.3133/fs20153009 , ISSN   2327-6932 .

• 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 (апрель 2015 г.), «Долгосрочные зависящие от времени вероятности для третьего единообразного прогноза разрушения землетрясения в Калифорнии (UCERF3)» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 105 (2A): 511–543, Bibcode : 2015BuSSA.105..511F , номер документа : 10.1785/0120140093 .

• Хартцелл, Ш.; Хитон, Техас (1986), «История землетрясения 1984 года в Морган-Хилл, Калифорния, из-за инверсии сильных наземных записей» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 76 (3): 649, doi : 10.1785/ BSSA0760030649 .

• Оппенгеймер, Д.Х.; Бакун, WH; Парсонс, Т.; Симпсон, RW; Боутрайт, Дж. Б.; Урхаммер, Р.А. (2010), «Землетрясение M5.4 Alum Rock, Калифорния, 2007 г.: последствия для будущих землетрясений на центральном и южном разломе Калаверас», Журнал геофизических исследований , 115 (B8), Бибкод : 2010JGRB..115.8305O , дои : 10.1029/2009jb006683 .

• Пейдж, Морган Т.; Филд, Эдвард Х.; Милнер, Кевин Р.; Пауэрс, Питер М. (июнь 2014 г.), «Большая инверсия UCERF3: определение долгосрочной скорости разрывов в системе разломов» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 104 (3): 1181–1204 , Bibcode : 2014BuSSA.104.1181P , doi : 10.1785/0120130180 , S2CID   130631811 .

• Парсонс, Том; Джонсон, Кай М.; Птица, Питер; Борман, Джейн; Доусон, Тимоти Э.; Филд, Эдвард Х.; Хаммонд, Уильям К.; Херринг, Томас А.; Маккаффри, Роб; Шен, Чжэнь-Кан; Тэтчер, Уэйн Р.; Уэлдон II, Рэй Дж.; Цзэн, Юэхуа (2013), «Приложение C – Модели деформации для UCERF3» , Геологическая служба США , Отчет об открытом файле, 2013–1165 гг .

Внешние ссылки

• Информационный бюллетень Геологической службы США по UCERF3
• Рабочая группа по вероятности землетрясений в Калифорнии (WGCEP)
• Веб-сайт UCERF3 (WGCEP)
• Отчет USGS в открытом файле за 2013–1165 годы с приложениями и дополнительными материалами.
• Геологическая служба США (USGS)
• Калифорнийская геологическая служба (CGS)
• Центр землетрясений Южной Калифорнии (SCEC)
• CGS Карта активности разломов
• Можно ли предсказать землетрясения? (USGS) Хорошее объяснение.
• Недавние землетрясения в Калифорнии и других местах (SCEC)
• Последние землетрясения в США и мире (USGS)
• Национальные карты сейсмической опасности и соответствующие ресурсы (USGS)
• База данных четвертичных разломов и складок (USGS)