- Субекти
- Обобщение
- Въведение
- Резултати
- Времева еволюция на максимално изместване
- Модел, годен за оценка на параметри
- Изпитване и анализ на устойчивост.
- Дискусия
- Методи
- Обработка на данни и изчисляване на средното пиково изместване
- Допълнителна информация
- Допълнителна информация
- PDF файлове
- Допълнителна информация
- Коментари
Субекти
Обобщение
Процесът на зародиш и разпространение на руптурата на земетресението е изследван чрез лабораторни експерименти и теоретични модели, но има ограничен брой наблюдения в мащаба на зоните на земетресението. Предложени са различни модели и дали размерът може да се предскаже, докато се извършва разбивката, е отворен въпрос. Тук показваме, че еволюцията на максималното изместване на P вълната във времето е информативна по отношение на началния етап на процеса на пробив и може да се използва като прокси за крайния размер на пробив. За анализирания набор от земетресения открихме бързо първоначално нарастване на максималното изместване за малки събития и по-бавен растеж за големи земетресения. Нашите резултати показват, че земетресенията, които се случват в регион с голямо критично разстояние на приплъзване, са по-склонни да прераснат в голямо разкъсване, отколкото тези, които произхождат от регион с по-кратко разстояние на приплъзване.
Въведение
Интересът към началото на руптурата отново се повиши наскоро поради непосредственото му въздействие върху бързата оценка на размера на земетресението. Способността да се прави правилно разграничаване на малък шок от голямо събитие чрез анализа на първото наблюдение на вълната Р е от решаващо значение за действията за намаляване на риска, предизвикани от системите за ранно предупреждение за земетресение. Няколко автори демонстрират, че първата част от записаните P вълни съдържа информация за величината чрез нейната честота и/или амплитудно съдържание 17, 18, 19, 20. Повечето от тези изследвания се фокусираха върху анализа на фиксиран времеви прозорец с P-вълна (PTW; 3-4 секунди).
В настоящото изследване измерихме максималната амплитуда на изместване на филтрираните сигнали с P-вълна (Pd) при прогресивно разширяваща се PTW. Предишни изследвания на началото на вълновите форми са анализирали някои земетресения, регистрирани в ограничен брой станции или земетресения, принадлежащи към същата последователност. При такива условия може да бъде трудно ясно да се разпознае и разграничи въздействието на източника и разпространението, което може да повлияе на първоначалната форма на сигналите. Тук използваме по-голям, висококачествен набор от данни от 43 умерени до силни японски събития, обхващащи диапазони с голяма величина (M) и разстояние (R) (4≤ M ≤9; 0≤ R ≤500 km). Анализирахме над 7000 трикомпонентни форми на вълната, записани на 1120 станции. Пълният списък на анализираните събития е даден в Допълнителна таблица 1, докато повече подробности за избора на база данни са предоставени в раздела Допълнителни методи. Фигура 1 показва картата на използваните станции и епицентрите на избраните събития.
Разпределението на използваните в това проучване станции (малки зелени кръгове) и епицентралните местоположения на 43-те избрани събития (цветни звезди). Размерът на звездата е пропорционален на големината, а цветът представлява дълбочината на източника. Черната лента в долния десен ъгъл означава дължина от 100 км.
Изображение в пълен размер
Резултати
Времева еволюция на максимално изместване
Броят на анализираните земетресения гарантира адекватно вземане на проби от данни в контейнери с магнитуд и разстояние (фиг. 2а - в). За всяко събитие логаритъмът на кривата P d спрямо PTW (оттук нататък съкратено като LPW крива) се получава чрез усредняване на данните от всички налични станции по всяко време (обикновено над 100; вижте раздела Методи). Откриваме, че всяка крива постепенно се увеличава с течение на времето, докато се достигне стабилна крайна стойност. Нивото на платото (PL) и времето за насищане обикновено се увеличават с големината (фиг. 3а).
( да се ) Хистограма на броя на земетресенията като функция от магнитуда. ( б ) Разпределение на величината като функция от дълбочината за избраните събития. ( ° С ) Разпределение на записите като функция от разстоянието за различни класове по величина.
Изображение в пълен размер
( да се ) Среден логаритъм на кривата P d спрямо PTW (LPW) за всяко анализирано събитие. Оста y представлява средния логаритъм на P d, получен чрез използване на всички налични данни във всяка точка от времето, след коригиране на отделните стойности за ефекта на разстоянието (като се използва уравнение 1). Кутията за вмъкване е схематично представяне на функцията на частично линейно прилягане. ( б, ° С, д ), Пример за крива на LPW за три представителни събития с магнитуд M 4.7 ( б ), 6,7 ( ° С ) и 9 ( д ), съответно. Във всеки панел сивите кръгове са наблюдаваните данни със съответните ленти за грешки ± 1σ (пунктирани линии). Плътната линия е най-подходящата функция, получена с помощта на линейния модел на парчета и тъмните квадрати маркират T1 и T2 пъти за всяко събитие.
Изображение в пълен размер
За една станция кинематичните модели на далечно поле показват, че кривата P d спрямо времето възпроизвежда формата на функцията на очевидния източник на време 21. Чрез осредняване на P d между много станции, разпределени по азимут и разстояние, получената функция се приближава до MRF. Ако приемем триъгълна форма за MRF, платото на кривите P d спрямо времето се достига в пика на MRF и съответното време е прокси за момента и продължителността на източника 22. Нашите наблюдения показват, че първоначалната форма на кривите P d спрямо времето обикновено следва експоненциална тенденция.
Модел, годен за оценка на параметри
Въпреки че тези оценки се отнасят до целия процес на разбивка, е малко вероятно първоначалното намаление да доведе до крайна постоянна стойност, независима от величината. За разлика от това, ако приемем, че за D c характерна стойност от 0,5–1 m за събитие M = 7 27, съответната стойност за събитие M = 4,5 ще бъде в скалата от 5–10 cm. Екстраполирайки тази стойност до отрицателни величини, ще се получат стойности от микрометри до милиметри за D c, в съответствие с оценките на лабораторните експерименти. Такъв мащаб показва наличието на по-голяма енергия на счупване в началния етап на разрушаване за по-големи събития. Освен това, размерът на нуклеацията е пряко свързан със скоростта на избледняване за линейни модели на избледняване на приплъзване 28, което предполага по-голям размер и по-дълго характерно време на нуклеиране на по-големи събития, както се потвърждава от положителната скала на T1 с величина.
Увеличаването на енергията на разрушаване с магнитуд обикновено се тълкува в механиката на разрушаване на земетресенията като хомогенизиран ефект на всички конкурентни дисипативни механизми в равнината на повредата, като триене, повреда от повреда, термично налягане и сливане 29. Разширявайки тази интерпретация до началния етап на разрушаване, възможните промени в D c по разлома могат да бъдат свързани с характерна дължина на неравностите 3 или с присъща твърдост на зоната на разлома, която еластично акумулира енергия по време на разлома. натоварване. Ако приемем променливо фрактално разпределение на D c в разлома, с известна пространствена кохерентност, ние твърдим, че когато се развие сеизмично разрушаване в регион с ниска стойност на D c, вероятността от разкъсване в съседните области е ниска. За разлика от това, когато кохерентното прекъсване се зароди в по-голяма област на постоянен ток, е по-вероятно да се превърне в по-голямо събитие. В този контекст вариацията на D c и вероятността за нарастване на първоначалното сеизмично разрушаване оправдава разсейването на стойностите на B1 по отношение на величината.
И накрая, логаритарната връзка между MRF и B1 показва експоненциалния растеж на фазата на зародиш. Въпреки че наблюдаваните стойности на T1 са сравними с времената на зародиш, не можем да изключим възможността те да предполагат първоначалното ускорение на фазата на динамично разрушаване. Освен това, по-високата енергия на разпадане предотвратява бързото ускоряване на разрушаването на този ранен етап, което също ограничава нарастването на моментната скорост във времето.
Наблюдаваните вариации на B1 с магнитуд могат да окажат голямо влияние върху бързата оценка на размера на земетресението. Въпреки това, наклонът, измерен в тази работа, се извлича от средната тенденция на стотици записи, обхващащи широки диапазони на азимут и разстояние, докато в реално време наличността на данни зависи от геометрията на началната станция. Следователно е необходим допълнителен анализ за симулиране на предаването на данни в реално време и за оценка на минималните данни от близък произход, необходими за ограничаване на първоначалния наклон. Ако приемем, че наклонът е добре ограничен от данни в близост до източника, кратък времеви прозорец (приблизително 1 s, допълнителна фиг. 7) е достатъчен за оценка на размера на земетресението.
Методи
Обработка на данни и изчисляване на средното пиково изместване
За да се получат вълнови форми на изместване, средната стойност и линейната тенденция първо се отстраняват от суровите данни за ускорение. Тези записи са интегрирани двойно и се прилага безпричинен високочестотен филтър на Батъруърт с гранична честота от 0,075 Hz, за да се елиминира дългосрочната изкуствена тенденция и базовите линии, въведени от операцията за двойна интеграция. Времето за начало на P вълната са избрани ръчно от всеки вертикален компонент на записите на акселерометъра.
Измерваме максималната амплитуда на изместване във филтрираните сигнали на P-вълната (Pd) през прогресивно разширяваща се PTW, започвайки от 0,05 s след стартовото време на P вълната и продължавайки до очакваното пристигане на S фаза 30 За всяко събитие получихме кривата LPW, като осреднихме всички налични данни във всеки времеви прозорец, след като коригирахме стойностите на Pd, наблюдавани в различни станции, за ефекта на геометричното затихване. За сравнение на стойностите на Pd, наблюдавани в различни станции, ефектът на геометрично затихване е коригиран със следната връзка на затихване:
където M е величината на събитието, P d се измерва в cm (при фиксиран времеви прозорец от 3 s) и хипоцентралното разстояние R се измерва в km. В уравнение (1) един термин (log R) се използва за обяснение както на геометрично разсейване, така и на анеластично затихване. Използваните тук количества са предоставени от Японската метеорологична агенция и се приема, че са еквивалентни на настоящите количества. За земетресения с М
където T p е наблюдаваното начално време на P вълната, R е хипоцентралното разстояние в km и b = 0,088. Коефициентът b е получен чрез линеен регресионен анализ след ръчно избиране на времената на пристигане на S вълната за ограничен брой записи в нашия набор от данни.
За всяко събитие ние установяваме максимален PTW за изследване въз основа на очакваната продължителност на източника на кинематичните модели за съответната величина и ние считаме поне два пъти по-голяма от очакваната продължителност. За да изчислим средната крива на LPW, ние също изискваме поне пет точки от данни, които да използваме за всяка PTW. Усредняването спира, когато броят на точките с данни не е достатъчен или когато PTW достигне максималния си срок, което от условията настъпи първо.
За да моделираме кривите на LPW, използваме обърната на парчета линейна функция за приспособяване за пет неизвестни параметъра: първо и второ време на ъгъла (T1 и T2, съответно), наклон на двете прави линии (B1 и B2, съответно) и Final PL.
Допълнителна информация
Как да цитирам тази статия: Colombelli, S. et al. Доказателство за разлика в началото на разкъсването между малки и големи земетресения. Nat. Commun. 5: 3958 doi: 10.1038/ncomms4958 (2014).
Допълнителна информация
PDF файлове
Допълнителна информация
Допълнителни фигури 1-7, допълнителни таблици 1-2, допълнителни дискусии, допълнителни методи и допълнителни справки
Коментари
Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и насоки. Ако откриете нещо злоупотребяващо или което не отговаря на нашите условия или насоки, моля, маркирайте го като неподходящо.