Горячие серии и спады на разломах могут изменить оценку сейсмической опасности

Более века в сейсмологии господствовал принцип "сейсмического цикла", согласно которому крупные землетрясения повторяются через квазирегулярные интервалы. В этой модели напряжение, постепенно накапливающееся на заблокированном разломе, полностью высвобождается в одном сильном толчке. Однако сейчас сейсмологи осознали, что землетрясения часто происходят кластерами, разделенными паузами. Одна исследовательская группа утверждает, что вероятность повторения толчка зависит от того, продолжается ли кластер или он уже завершился.

23 сентября 2019 года на ежегодном собрании Геологического общества Америки в Финиксе Сет Штейн представил новую модель, которая, по мнению авторов, лучше объясняет сложность "суперциклов", наблюдаемых в долгосрочных палеосейсмических записях. "Можно представить, что у разломов бывают горячие серии — кластеры землетрясений — и спады, прямо как у спортивных команд", — говорит Штейн.

В традиционной модели вероятность крупного землетрясения зависит только от времени, прошедшего с последнего большого толчка, который "обнуляет" систему. По словам Штейна, в этом простом случае разлом обладает лишь "краткосрочной памятью". Но эта модель нереалистична. Геологи видят в палеосейсмических записях долгосрочные паттерны, которые модель сейсмического цикла объяснить не может. В таких случаях не всё накопленное напряжение высвобождается после одного события, и у системы появляется "долгосрочная память".

Чтобы понять, как работает система с долгосрочной памятью, исследователи анализировали 1300-летние "окна" из смоделированных 50-000-летних записей. Результаты показали, что интервалы повторяемости землетрясений выглядят совершенно по-разному в зависимости от выбранного 1300-летнего окна. Из-за случайных элементов есть периоды, когда интервалы кажутся периодическими, и периоды, когда они выглядят кластеризованными, хотя свойства разлома не меняются.

Согласно новой модели, вероятность землетрясения контролируется запасённым на разломе напряжением, которое зависит от скорости его накопления и величины высвобождения при каждом крупном толчке. "Обычная модель цикла предполагает, что важен только последний толчок, тогда как в новой модели более ранние землетрясения тоже оказывают влияние", — поясняет Штейн. После сильного землетрясения на разломе может оставаться много напряжения, и тогда он находится в "горячей серии". Со временем большая часть напряжения высвобождается, и наступает "спад".

В конечном счёте, сейсмическая опасность зависит от того, находится ли разлом в спаде или в серии. "В зависимости от того, какое из этих предположений вы примете, вероятность землетрясения может оказаться гораздо выше или гораздо ниже", — отмечает Штейн. Поскольку у сейсмологов пока нет надёжного способа определить, находится ли разлом в кластере, "неопределённость в оценках вероятности землетрясения гораздо больше, чем люди хотели бы признать".