En ny tilgang til at beregne jordskælvsskridningsfordelinger

Under et jordskælv, Jordens skorpe bevæger sig, eller glider, langs brud i bjergarter kaldet forkastninger. Disse bevægelser kan detekteres og registreres af geofysiske instrumenter placeret forskellige steder på Jordens overflade. Optagelser fra geofysiske instrumenter har en anden orientering i forhold til jordskælvets epicenter og registrerer derfor et andet aspekt af en fejlglidning. Et vigtigt problem i seismologi er at forene disse forskellige målinger for at bestemme den sande orientering af et jordskælvs mange fejlglidninger, samt de store belastninger, der skaber dem.

Processen med at bestemme fordelingen af ​​fejlslip, der skaber et givet sæt geofysiske observationer, kaldes slip-inversion. I computerens æra, det er traditionelt blevet opnået ved en række mindste kvadraters tilpasningsrutiner, der forsøger at matche mulige slipfordelinger til de observerede data. Imidlertid, denne teknik står over for en række udfordringer, herunder at sikre en fysisk plausibel løsning, korrekt håndtering af komplekse observationsusikkerheder, og bestemmelse af en slipfordeling, der varierer rumligt.

For at løse disse problemer, moderne slip-inversionsteknikker er begyndt at bruge en probabilistisk tilgang ved hjælp af Markov-kæden Monte Carlo (MCMC) metoder. En traditionel MCMC-tilgang overvinder mange af de problemer, som en optimeringsteknik som mindste kvadraters støder på, men kan støde på vanskeligheder, når man støder på den alvorligt uensartede fordeling af seismiske observationer. For at løse dette, Tomita et al. udviklet en transdimensional MCMC-teknik. I en transdimensional tilgang, antallet af modelparametre er ikke forudbestemt, men hellere, kommer naturligt ud fra kompleksiteten af ​​inputdataene.

Forfatterne skabte deres tilgang ud fra reversible-jump MCMC (rj-MCMC) teknikken, en eksisterende ramme til udførelse af transdimensionelle MCMC-beregninger. For at evaluere deres tilgang, de simulerede virkningerne af et jordskælv placeret i en undersøisk rende inden for flere hundrede kilometer fra forskellige geodætiske observationssteder. De overvejede tre scenarier:to med en blanding af onshore- og offshore-observationssteder og et med kun onshore-lokationer.

I de blandede scenarier, rj-MCMC-teknikken og mindste kvadraters tilgang reproducerede begge slipfordelingen rimeligt. Imidlertid, kun rj-MCMC-beregningen kunne håndtere det mere asymmetriske scenarie med kun observationer på land.

Endelig, de anvendte rj-MCMC-metoden til observationsdata fra 2011 Tōhoku-oki jordskælvet ud for Japan i Stillehavet. Deres resultat svarer stort set til tidligere arbejde på denne begivenhed, men giver et bedre udtryk for de mest væsentlige slips. Samlet set, det transdimensionelle, probabilistisk tilgang ser ud til at være et lovende værktøj til fremtidige jordskælvsstudier.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Eos, vært for American Geophysical Union. Læs den originale historie her.