Numerisk model udpeger kilden til forløberen til seismiske signaler

Numeriske simuleringer har udpeget kilden til akustiske signaler, der udsendes af stressede fejl i laboratoriejordskælvsmaskiner. Arbejdet udpakker yderligere de fysik, der driver geologiske fejl, viden, der en dag kunne gøre det muligt præcist at forudsige jordskælv.

"Tidligere maskinlæringsundersøgelser viste, at de akustiske signaler, der er detekteret fra en jordskælvsfejl, kan bruges til at forudsige, hvornår det næste jordskælv vil opstå, " sagde Ke Gao, en beregningsgeofysiker i Geofysik-gruppen ved Los Alamos National Laboratory. "Dette nye modelleringsarbejde viser os, at sammenbruddet af stresskæder inde i jordskælvshulen udsender dette signal i laboratoriet, peger på mekanismer, der også kan være vigtige på Jorden." Gao er hovedforfatter af papiret, "Fra stresskæder til akustisk emission, " offentliggjort i dag i Fysiske anmeldelsesbreve og valgt som "Redaktørens forslag."

Spændingskæder er broer sammensat af korn, der overfører spændinger fra den ene side af en forkastningsblok til den anden.

Gao arbejder på et Los Alamos-hold, der har identificeret det forudsigelige akustiske signal i data fra både laboratorieskælv og megathrust-regioner i Nordamerika, Sydamerika og New Zealand. Signalet angiver nøjagtigt stresstilstanden i fejlen, uanset hvornår signalet aflæses.

"Ved at bruge den numeriske model, som vi udviklede hos Los Alamos, vi undersøger og forbinder dynamikken i et granulært system af fejlhuller til signaler detekteret på passive fjernskærme, " sagde Gao. Fejlhullet er grunden, gruset stenmateriale skabt af spændinger og bevægelser fra en forkastning.

For at undersøge årsagen til akustiske signaler, holdet gennemførte en række numeriske simuleringer på supercomputere ved hjælp af den Los Alamos-udviklede kode HOSS (Hybrid Optimization Software Suite). Dette nye numeriske værktøj er en hybridmetodologi - den kombinerede endelige-diskrete element-metode. Den kombinerer teknikker udviklet under diskrete elementmetoder, at beskrive korn-til-korn interaktioner; og under finite element metoder, at beskrive spændinger som en funktion af deformation i kornene og bølgeudbredelse væk fra det granulære system. Simuleringerne efterligner nøjagtigt dynamikken i jordskælvsfejludviklingen, såsom hvordan materialerne inde i hulningen kværner og kolliderer med hinanden, og hvordan stresskæderne dannes og udvikler sig over tid via interaktioner mellem tilstødende hulmaterialer.

Los Alamos har finansieret en multi-million-dollar, flerårigt program bestående af eksperimenter, numerisk modellering, og maskinlæringsindsats for at udvikle og teste en meget ny tilgang til at undersøge jordskælvets cyklus og, i særdeleshed, at opdage og lokalisere stressede fejl, der nærmer sig fejl.