В статье рассматривается подход РНПК к определению сейсмического риска. Приводится краткое описание создания модели сейсмического режима.
В мировой статистике землетрясения являются одними из самых разрушительных стихийных бедствий. За период 1980–2025 гг. общие экономические потери составили порядка 500 млрд долларов США, что составляет 1/5 общих экономических потерь от стихийных бедствий. В России наиболее сейсмоопасными регионами являются Камчатка, Сахалин, Курильские острова, Алтае-Саянский регион, Прибайкалье, а также Кавказ и Крым.
Сегодня на Сахалине, в Прибайкалье и Алтае-Саянском регионе активно развивается добыча полезных ископаемых. Там сформирована современная технологическая инфраструктура, которая характеризуется высокой стоимостью и рассчитана на долгосрочную эксплуатацию. Компании-владельцы обоснованно заинтересованы в страховании своих активов от возможных разрушений, вызванных землетрясениями. Таким образом, наличие и использование качественного инструмента оценки сейсмического риска становится актуальным для страховых и перестраховочных компаний. В первую очередь для оценки возможных экономических потерь, распределения капитала компании, а также для составления тарифов страхования и перестрахования.
Любые оценки рисков используют вероятностные подходы, которые требуют достаточной точности в части использования исходных данных. Для сейсмического риска такими данными являются параметры сейсмического режима. Сейсмический режим — характеристика пространственно-временного распределения землетрясений на исследуемой территории. Оценка его параметров является фундаментальной задачей для последующих оценок сейсмической опасности.
Рассмотрим подход, который используется в РНПК, для построения модели сейсмического режима. Модель строится для отдельного региона (территория исследования ограничивается исходя из сейсмотектонических условий)
на регулярной сетке с шагом 0.1о по широте и по долготе. Регулярная сетка (пример рис.1) используется для дискретизации непрерывного пространства, в результате чего появляется возможность рассматривать каждый элемент (ячейку) отдельно, что в свою очередь повышает разрешающую способность исследования.
Корректная модель сейсмического режима предполагает определения для каждой ячейки регулярной сетки:
1) параметра ожидаемого числа землетрясений с магнитудой М>Мс в ячейке в единицу времени, где Mc — представительная магнитуда каталога;
2) параметр b закона Гутенберга-Рихтера (более подробно описано в п.3 алгоритма).
Чтобы избежать в будущем возможного завышения сейсмической опасности, необходимо контролировать, чтобы модель не была сильно сглажена, то есть параметр числа ожидаемого количества событий должен значительно различаться для ячеек с низкой и высокой сейсмичностью.
Алгоритм создания модели сейсмического режима для интересующей территории включает в себя шесть элементов:
1. Создание калиброванного каталога.
Калиброванный каталог — это каталог землетрясений, который был получен путем объединения нескольких разных международных и региональных каталогов землетрясений. Корректное объединение каталогов включает себя идентификацию дублей с применением улучшенного метода ближайшего соседа, чтобы исключить нахождение в объединенном каталоге одних и тех же событий. Вторым шагом является унификация магнитуды. Разные международные сейсмологические агентства регистрируют события и приписывают им свои параметры силы землетрясения, так в одном агентстве используют моментную магнитуду, в другом магнитуду определяют по поверхностным волнам. В России принято определять силу землетрясения параметром — энергетический класс. Таким образом, для калиброванного каталога определяются корреляционные зависимости значений магнитуд разных типов, по которым происходит пересчет в одну шкалу магнитуд.
2. Декластеризация каталога.
Декластеризация каталога является важным процессом при определении параметров сейсмического режима. Она позволяет разделить калиброванный каталог на фоновые (основные) события и афтершоки. Для декластаризации применяется метод Заляпина-Бен-Зиона, основанный на функции близости. Эта функция характеризует «удаление» двух точек относительно друг друга в заданном пространстве. На основе метода анализируется взаимосвязь пары землетрясений (событий) в пространстве-времени-магнитуде. В результате можно отделить являются ли события между собой зависимыми или независимыми. Для связанных событий (родитель — потомок) необходимо выполнение нескольких условий:
1) время возникновения потомка должно быть всегда позже времени возникновения родителя;
2) каждый родитель может иметь несколько потомков, но каждый потомок должен иметь только 1 родителя. Если землетрясение не имеет родителя, то оно считается фоновым и наоборот.
Декластеризация необходима для определения «естественной» сейсмичности региона и предотвращения завышения сейсмической опасности для зон, где происходило много афтершоков.
3. Оценка параметра b закона Гутенберга-Рихтера.
Закон Гутенберга-Рихтера — основной сейсмологический закон, который показывает частотное распределение землетрясений в зависимости от значений магнитуд для заданного региона и временного периода. Закон описывается степенным характером распределения. Параметр b — угол наклона линейной части распределения. Он позволяет определить частоту сильных землетрясений по статистике малых. Параметр b определяется для полного калиброванного каталога и проведения декластеризации каталога, поскольку это требуется для расчета пороговой величины функции близости.
4. Оценка и картирование вариаций сейсмической активности.
Для выявления локальных вариаций сейсмической активности территория «сканируется» кругами с постоянным радиусом R. Центр круга располагается в узлах регулярной сетки, частое перекрытие кругов позволяет обеспечить сглаживание характеристик сейсмичности. Для каждого круга определяется число землетрясений, которые в него попали. Если в круг не попало ни одно землетрясение, то данному кругу для определенности присваивается дробное значение числа землетрясений, например, N=0.1. Для исключения расширения зон сейсмической активности, значения соответствующего параметра привязываются не к центру круга, а к среднему положению землетрясений, попавших в круг. Для ячеек, где попало несколько значений параметра сейсмической активности, выбирается максимальное значение, если в ячейке параметр не определен, то он восстанавливается с помощью интерполяции. В результате мы получаем карту вариаций сейсмической активности, которая хорошо согласована с пространственным распределением эпицентров.
5. Оценка и картирование вариаций наклона графика повторяемости.
По аналогии с картами вариации сейсмической активности строятся карты вариаций наклона графика повторяемости. Если для ячеек невозможно определить локальный параметр наклона графика повторяемости (параметр b), используется значение регионального графика повторяемости.
Для остальных — присваивается локальный, соответствующий ячейке.
Оценка производится методом максимального правдоподобия для группированных событий с ограничением максимальной магнитуды. Для корректных оценок требуется минимальное количество событий (N=50) в круге радиусом R, что обеспечивается, как правило, только для небольшого количества ячеек регулярной сетки на исследуемой территории.
6. Верификация восстановленного регионального графика повторяемости.
Оценки пространственных вариаций сейсмической активности и наклона графика повторяемости позволяют восстановить теоретический график повторяемости. Это производится с помощью суммирования числа событий в каждой ячейке регулярной сетки с заданным минимальным значением магнитуды. Если сравнение теоретического графика повторяемости с фактическим показывает хорошую сходимость, то можно утверждать, что модель сейсмического режима корректна (в фоновой части).
7. Верификация модели сейсмического режима.
Для полной верификации модели сейсмического режима определены ряд тестов:
1) Общая сумма событий по ячейкам регулярной сетки исследуемой территории должна быть примерно равна среднегодовому количеству наблюдаемых землетрясений в зависимости от магнитуды;
2) Восстановленный параметр наклона графика повторяемости должен быть примерно равен региональному значению наклона графика повторяемости;
3) Определение корректности степени сглаживания при помощи L-теста.
Используемый в РНПК алгоритм унифицирован, что позволяет использовать его для определения сейсмического режима любой интересующей территории, а также в последствии для оценок потенциального экономического ущерба от воздействия землетрясений. В подходе используются уже улучшенные классические методы оценок параметров сейсмического режима, что позволяет повысить точность совокупных оценок сейсмической опасности.
Оставить комментарий