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科学家们公布了新的地震预测模型

西北大学的研究人员发表了一项研究,它可以帮助解决地震学的主要挑战之一–预测断层上的下一次大地震将在何时发生。传统上地震学家们认为,断层上的大地震遵循一个有规律的模式,在前两次地震之间的相同时间後发生。然而,地球并不总是遵守这一规律,因为地震有时会比预期的早或晚发生。直到现在,地震学家还缺乏一种方法来解释这种不可预测性,现在他们有了。

地震是由构造板块运动或火山活动引起的突然而强烈的地面晃动。它们可以发生在世界的任何地方,并有可能对建筑物、基础设施和生命损失造成重大损害。地震学家研究地震以了解其原因并预测未来的事件,但预测地震的确切时间和地点仍然是一个挑战。

由地震学家和统计学家组成的西北研究小组已经开发了一个地震概率模型,该模型比目前可用的模型更加全面和贴近现实。新的模型不是仅仅使用过去地震之间的平均时间来预测下一次地震,而是考虑以前地震的具体顺序和时间。它有助於解释一个令人费解的事实,即地震有时是成群结队的–一群地震之间的时间相对较短,中间有较长的时间没有发生地震。

温伯格文理学院地球和行星科学教授威廉-迪林(William Deering)说:”考虑完整的地震历史,而不仅仅是一段时间的平均值和自上一次地震以来的时间,将对我们预测未来地震发生的时间有很大帮助。当你试图弄清楚一个球队赢得一场球赛的机会时,你不想只看上一场比赛和长期平均水平。回顾最近的其他比赛也会有帮助。我们现在可以为地震做一种类似的事情。”

这项研究最近发表在《美国地震学会公报》上。该研究的作者是Stein、西北大学教授Bruce D. Spencer和最近的博士毕业生James S. Neely和Leah Salditch。Stein是西北大学政策研究所(IPR)的副教授,Spencer是IPR的教员。

“地震的行为就像一辆班次不可靠的公共汽车,”现在在芝加哥大学的Neely说。”巴士可能被安排每30分钟到达一次,但有时它非常晚,而其他时候它又太早。地震学家们假设,即使一次地震晚了,下一次地震也不可能提前到达。相反,在我们的模型中,如果它迟到了,现在更有可能很快到来。而且,公车越晚,下一次就会在它之後越早到来。”

传统模式和新模式

自1906年的一次大地震摧毁了旧金山以来,传统模型一直被使用,它假定整个断层的缓慢运动会积累应变,所有这些都会在大地震中释放出来。换句话说,断层只有短期记忆–它只”记得”上一次地震,而”忘记”了以前所有的地震。这一假设被用於预测未来地震发生的时间,然後被用於预测抗震建筑应该设计的摇晃程度的危险地图。

然而,”大地震不会像钟表一样发生,”Neely说。”有时我们看到在相对较短的时间范围内发生了几次大地震,然後又有很长一段时间什麽都没有发生。传统的模型无法处理这种行为。”

相比之下,新模型假设地震断层比地震学家假设的更聪明 – 有更长期的记忆。长期的断层记忆来自於这样一个事实,即有时地震并没有释放随着时间的推移在断层上积累的所有应变,因此在大地震之後,一些应变仍然存在,并可能引起另一次地震。这就解释了有时成群结队的地震连续发生。

现在在美国地质调查局工作的萨尔迪奇说:”地震群意味着断层有长期记忆。如果距离一次大地震已经很久了,那麽即使在另一次地震发生後,断层的”记忆”有时也不会被地震抹去,留下残留的应变和增加发生另一次地震的机会。我们的新模型就是这样计算地震概率的。”

例如,尽管圣安德烈亚斯断层莫哈韦段的大地震平均每135年发生一次,但最近一次地震发生在1857年,距离1812年的地震只有45年。虽然用传统的模型不会出现这种情况,但新的模型显示,由於1812年的地震发生在自1508年的前一次地震以来的304年空白期之後,剩余的应变导致1857年的地震比平均水平要早。

统计学教授斯宾塞说:”过去地震的具体顺序和时间很重要,这很有意义。许多系统的行为取决於它们在很长一段时间内的历史。例如,你扭伤脚踝的风险不仅取决於你最後一次扭伤,而且还取决於以前的扭伤。”

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