Ученые опровергли самую популярную модель предсказания «следовых» толчков землетрясений

Расчеты российских ученых опровергли базовое положение наиболее используемой модели сейсмичности ETAS. Согласно ей, количество так называемых афтершоков — «следовых» толчков — землетрясения строго зависит от его магнитуды. Авторы показали явные недостатки модели и на реальных данных продемонстрировали: число таких событий описывается экспонентой в широком диапазоне значений по шкале Рихтера. Результаты исследователей помогут строить более точные прогнозы и обеспечивать большую безопасность населения и инфраструктуры сейсмоактивных регионов. С работой, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться на страницах журнала Frontiers.

Предсказание землетрясений и особенно их «следовых» толчков-афтершоков важно для обеспечения безопасности как населения, так и инфраструктуры. Недооценка чревата разрушениями, ранениями и гибелью людей; завышать опасность тоже нельзя: например, постройка особо устойчивых зданий требует значительных материальных затрат.

Сейчас чаще всего используется модель сейсмоактивности ETAS, созданная в конце прошлого века. Согласно ей, число афтершоков почти однозначно определяется магнитудой основного толчка, а естественный разброс значений подчиняется распределению с ярко выраженным ненулевым наиболее вероятным значением. Такое распределение вероятностей называется пуассоновским и представляет собой довольно пологий «холм» вероятностей.

«Недавно мы с французским коллегой вывели закон продуктивности землетрясений, в соответствии с которым количество афтершоков является случайной величиной с распределением экспоненциального вида. Он был установлен для интервала магнитуд повторных толчков на две единицы меньше магнитуд основного толчка. В новой работе мы решили проверить, будет ли сохраняться экспоненциальный закон при увеличении диапазона магнитуд», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Петр Шебалин, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, директор Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН.

Сотрудники ИТПЗ РАН (Москва) вместе с коллегами из Кольского филиала Единой геофизической службы (Апатиты) апробировали предложенный закон на данных с островной части Японии, где магнитуда землетрясений с 2000 года в основном составляет около 1 по шкале Рихтера (такие события регистрируют только очень чувствительные приборы), а землетрясения магнитудой 6 и выше (повреждаются постройки и заметно двигается мебель) происходят несколько раз в год.

Результаты расчетов показали, что экспоненциальная форма закона продуктивности сохраняется в диапазоне магнитуд афтершоков до пяти единиц относительно «родительского» землетрясения. Математический анализ также демонстрирует, что число «потомков» оказывается слабо зависящим от магнитуды «родителя» и не подчиняется распределению Пуассона. Поскольку именно на нем и строится ETAS, это можно считать опровержением состоятельности ее базового принципа — и всей модели в целом.

«Мы на практике показали, что она не соответствует действительности, а потому не может дать достаточно точное предсказание при прогнозировании сейсмоактивности. Мы надеемся, что наши результаты позволят создать модифицированную модель ETAS, не имеющую недостатков своей предшественницы», — подводит итог Петр Шебалин.