【技术创新】日本东南部未来地震和海啸风险建模
来源: http://www.umass.edu/newsoffice/article/modeling-future-earthquake-and-tsunami
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2018-06-26

2018年4月3日

 

美国马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校(UMass Amherst)、史密斯学院(Smith College)和日本海洋—地球科学与技术局(Japanese Agency for Marine-Earth Science and Technology)的地球科学研究人员于本周公布了一项基于GPS对日本东南部南开海槽(Nankai Trough)海域由于地震引发的海啸进行建模的新方法。

研究报告主要作者,UMass Amherst的Hannah Baranes提出,在未来几十年里,一场Nankai引发的海啸很可能会在那里发生,并有可能造成比2011年遭受日本东北部大规模海啸灾害人数规模大4倍的受灾人数。

她和她的博士生导师Jonathan Woodruff和史密斯大学(Smith College)教授Jack Loveless以及日本研究机构的Mamoru Hyodo在近期《地球物理研究快报》(the current Geophysical Research Letters)上进行了详细阐述。Baranes指出,我们希望该项研究工作将能为世界其他地方应用类似技术打开大门。

她表示,2011年那场出乎意料的毁灭性地震和海啸后,日本政府呼吁进行灾害评估研究,从而确定日本地震和海啸可能造成的最坏情景。

Baranes指出,政府的指导方针将注意力集中在Nankai地区海槽。这是日本南部近海的一个断层,预测在未来几十年内将发生8到9级地震。

该团队的研究得到了美国国家科学基金会(NSF)和美国国家航空航天局(NASA)一项研究生奖学金的资助,研究起始于对日本沿海湖泊沉积物进行研究,建立长期海啸洪水记录。从2012年到2014年,Baranes和Woodruff对湖泊的沉积物岩心进行收集,寻找以往极端海岸洪水冲刷上岸的海洋砂层。

她阐释,这些沙子沉积物被困在沿海湖泊底部。我们可以在数百年甚至数千年后访问这些地点,并发现历史上重大洪水事件的地质证据。

在Bungo海峡一个小岛湖Ryuuoo的研究结果显示,海水冲过13英尺高的屏障海滩,令人惊讶地把一层海洋沙层冲进了Ryuuoo湖。Baranes指出,我们可以追溯到18世纪早期,这与1707年发生的Nankai海啸记录结果一致。

她补充指出,我们有点困惑。Bungo海峡位于日本两个主要岛屿之间,相对而言,它对Nankai海槽引发的海啸得到屏障的庇护。鉴于该地区最近发生的海啸,海峡内发生一次最低13英尺(3.9米)的海啸似乎不太可能。

此外,她指出,Bungo海峡地区现今设有许多敏感和关键的基础设施,包括位于四国岛的唯一核电站。这使得研究人员“特别关注”那里的海啸危险,因此他们决定进一步使用数值模拟技术对他们最初的发现进行进一步的研究。

Baranes解释,地震是由两个板块沿着地壳的断层相互滑动摩擦而产生。这种滑移摩擦会使地球表面变形,造成某些地方上升或下沉,或在其他地方产生下沉。

她补充提到,当地震引发的地壳上升发生在海床上时,它会取代上面的整个水柱,并产生我们称之为海啸的波浪。我们可以用数值模型对这个过程进行模拟。

她和Woodruff曾尝试使用最广泛被援引的1707年Nankai海槽大地震模型之一,对Lake Ryuuoo产生洪水进行模拟,但结果只产生了6英尺(1.8米)高的海啸,远远不够冲过屏障海滩的13英尺(3.9米)高的高度。

Baranes提到,那时,我们还是被难住了。但不久我们就遇到一次好运,因为我们了解到,一位研究日本板块构造建模的顶级专家Jack Loveless正是同我们所在大学同一条街上的Smith College的教授。

Loveless利用GPS测量手段非常精确地观测地球表面运动对造成地震之间断层应力的摩擦锁定范围和空间分布问题进行模拟。在Loveless帮助下,研究小组基于对Nankai槽摩擦锁定现状的GPS估测结果创建了地震情景,而且通过严格测试,首次从GPS测量中创建未来地震情景方法。他们测试了各种方法,建立一套基于GPS的地震情景,模拟产生地面位移和海啸淹没情景。

Baranes报道,他们发现,在Nankai沟槽附近的地球表面运动现状的GPS测量结果的模拟产生的结果与1707年那次地震震级和范围类似,而且,他们模拟的海啸高度与1707年事件的历史记录一致。

她补充提到,对于Ryuuoo湖地质记录一致性问题,我们的地震情景模型显示,Bungo海峡区域下沉了7英尺(2.1米),并将Ryuuoo湖的屏障海滩从13英尺降低到6英尺(1.8米),这样一来,对于内陆地区来说,一个具有适宜高度的海啸很容易将洪水冲入湖泊。

Woodruff,实施该项目作为他获取的美国富布莱特(Fulbright fellowship)奖学金工作的一部分,指出,尽管我们的方法得到了很好的认可,但Bungo海峡研究结果仍然遭到了很多质疑。这需要找到一种独立方法进行验证。

Woodruff提到,他们邀请此前曾发表过基于Nankai海槽物理特性模型产生的地震情景研究论文的Hyodo加入。他的物理模型同样产生了Bungo海峡上的关注性沉降问题。

Baranes补充指出,他的模型也和我们基于GPS的模型在地震震级、地表位移和海啸淹没的结果一致。这是一个非常简捷的结果,因为除了提供一个独立的证据证明Bungo海峡的重大海啸风险外,我们还展示了Nankai槽的物理特性和地表运动GPS测量结果之间的关联性。

 

原文题目:

Modeling future earthquake and tsunami risk in southeast Japan

资料来源:

http://www.umass.edu/newsoffice/article/modeling-future-earthquake-and-tsunami

 

(王化编译,殷永元审核)