3D-печатные модели обеспечивают лучшее понимание сейсмических колебаний

Исследователь из Калифорнийского технологического института (Caltech) Сунён Пак и её коллеги используют 3D-печать для создания физических моделей, таких как металлический аналог осадочного бассейна Лос-Анджелеса, для проведения экспериментов по распространению сейсмических волн. Направляя лазерный луч на модель, которая воспроизводит край бассейна или топографические особенности, учёные могут моделировать и записывать, как волны проходили бы через реальные геологические структуры.

На ежегодном собрании Сейсмологического общества Америки (SSA) в 2021 году Пак объяснила, что такие физические модели помогают преодолеть некоторые ограничения численного моделирования сейсмических колебаний. Мелкомасштабные сложные структуры в рельефе могут усиливать и изменять колебания грунта после землетрясения, но их эффект трудно смоделировать численно из-за высоких вычислительных затрат и сложности верификации.

Для решения этой задачи Пак создаёт 3D-модели простых топографических элементов и границ бассейнов, используя металл, который может быть таким же жёстким, как условия в нижней коре Земли. Контролируя параметры печати, можно управлять плотностью материала, создавая объекты с разной скоростью сейсмических волн. Например, модель бассейна Лос-Анджелеса размером 20 на 4 сантиметра представляет собой поперечное сечение длиной 50 километров в масштабе 1:250 000. Лазерная система имитирует сейсмический источник, а доплеровские приёмники регистрируют вибрации.

Эксперименты уже дали интересные результаты. Для модели неглубокого бассейна было обнаружено, что некоторые высокочастотные волны блокируются и не проходят через него. «Мы знаем, что бассейны обычно усиливают колебания грунта, но это говорит о том, что нам следует учитывать и различный частотный состав», — отметила Пак. Этот метод также может быть полезен для изучения распространения волн через другие сложные среды, такие как сильно разрушенные породы у разлома или пласты с закачанными флюидами.