Analyse af seismiske mønstre for at forudsige størrelsen af ​​de største jordskælv efterskælv

Jordskælv kan have ødelæggende konsekvenser for samfund over hele verden. De slår til uden varsel, ofte resulteret i store dødsfald. Da efterskælvene, der følger efter det første jordskælv, ofte viser sig at være mere katastrofale end hovedskælvet, at være i stand til præcist at forudsige intensiteten af ​​fremtidige efterskælv kan være med til at redde liv. Lektor Jiancang Zhuang og emeritusprofessor Yosihiko Ogata fra Institute of Statistical Mathematics (ISM) i Japan, i samarbejde med kollegaer, har udviklet en metode, der kan forudsige sandsynligheden for, hvornår og hvor efterskælv er sandsynligt, og hvor stærke den største af disse vil være.

Deres resultater blev offentliggjort den 6. september, 2019 i Naturkommunikation .

Jordskælv kan udløse bevægelse i jordskorpen, forårsager ustabilitet, der kan resultere i kraftigere rystelser. Et jordskælv er sjældent en isoleret begivenhed, men snarere ledsaget af en række begivenheder, ofte omtalt som klynger. Hver sekvens er typisk domineret af en begivenhed, der har en større størrelse end alle de andre begivenheder i sekvensen. Denne begivenhed er kendt som hovedstødet, mens de begivenheder, der går forud for og/eller følger, er kendt som henholdsvis forudskælv og efterskælv. Efterskælv forekommer i samme region som hovedskælvet, men er af mindre størrelse. Når et efterskælv er større end hovedskælvet, det originale hovedstød er redesignet som et foreshock, og det større efterskælv er anerkendt som hovedskælvet.

"Mange kraftige jordskælv efterfølges af et efterfølgende stort jordskælv, af størrelsesorden svarende til det oprindelige jordskælv eller endnu stærkere. Gentagne jordskælv forårsager akkumuleret skade på allerede svækkede bygninger og infrastrukturer; derfor, at forudsige deres forekomst er en udfordrende opgave fra et civilbeskyttelsessynspunkt for at forhindre vedvarende tab af menneskeliv, "sagde forfatterne." Sandsynlighederne for det største jordskælv efter et stort jordskælv kan evalueres ved at lære af andre jordskælvsekvenser - en statistisk metode kendt som Bayesian inference - og fra en meget kort oversigt over jordskælvsekvensen, " forklarede Zhuang.

Forfatterne har introduceret en ny metode til at forudsige størrelsen af ​​det største efterskælv inden for et fremtidigt tidsinterval, i realtid, fra historien om jordskælvsekvensen. Denne metode analyserer datamønstrene fra det bestemte jordskælv ved at kombinere to statistiske metoder (bayesiansk statistik og ekstremværditeori) og inkorporere dataene i Epidemic Type Aftershock-Sequence (ETAS)-modellen - en punktproces, der repræsenterer den tidsrelaterede aktivitet af jordskælv. i et bestemt geofysisk område - for hurtigt og præcist at beregne og forudsige sandsynligheden for og sværhedsgraden af ​​efterskælv. Metoden, som med succes blev brugt til at analysere jordskælvssekvenserne fra jordskælvet i 2016 i Kumamoto, Japan, og forudsagde med tilbagevirkende kraft sandsynligheden for store efterfølgende jordskælv efter stormskuddet, giver et nyttigt værktøj til at afbøde jordskælvsfaren.

"Vi forstår, at det er umuligt at lave præcise forudsigelser om, hvornår og hvor et skadeligt jordskælv vil opstå på grund af den iboende tilfældighed i jordskælvets forekomst og vores begrænsede observationer af den underjordiske proces. Men jordskælvets forekomst er heller ikke helt tilfældig, men det er heller ikke helt tilfældigt. " sagde Zhuang. "Dette arbejde udføres ved at gøre brug af vores forståelse af jordskælvsklyngning, som er den mest forudsigelige komponent i seismicitet. Vores mål er at finde så mange forudsigelige komponenter i jordskælvsprocessen som muligt, så vi kan reducere tilfældighederne i vores prognoser."

Denne forskning følger efter et relateret forskningsresultat, som er medforfatter af Ogata, som blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter i 2013, som brugte Omori-formlen til at forudsige store efterskælv inden for en dag efter hovedchokket.

"Forskellen mellem de to papirer, " siger Zhuang, "er, at førstnævnte er baseret på Omori -formlen, som kun gælder i tilfælde af et enkelt hovedstød, og indebærer, at hyppigheden af ​​efterskælv aftager hurtigt med tiden. Mens vores papir er baseret på ETAS-modellen, en mere avanceret model, der gælder for flere store jordskælv, som i Kumamoto -sagen, " sagde han. "Den model, der blev brugt i 2013-undersøgelsen, har til formål at rette op på skævheder forårsaget af manglende data, mens den nye model hjælper med at opnå stabile resultater så hurtigt som muligt ved at bruge forhåndsviden."

Desuden, modellen beskrevet i 2013 -papiret "forudsiger jordskælvshastigheden i fremtiden, og kun overvejer den største størrelse i et fast tidsinterval i fremtiden, " sagde Zhuang, tilføjer:"Resultaterne af de to papirer kompenserer hinanden i stedet for at komme i konflikt med hinanden. Det er svært at sammenligne dem direkte gennem deres output."

"En af de vigtige fordele ved den implementerede metode er, at den fuldt ud inkorporerer usikkerheden i modelparametrene i analysen og klyngestrukturen af ​​seismicitet, " skriver forfatterne, konkluderer, at "komplekse udløsninger, herunder forudsigelser og/eller efterskælv af højere orden, ikke kan negligeres med henblik på jordskælvs-/efterskælvsprognoser."

Ifølge Zhuang, næste skridt er at kunne beregne dette i realtid, så når registreringen af ​​jordskælv er opdateret, sandsynlighedsprognosen opdateres med det samme.