Szenario-Erdbeben sind hilfreich bei der Beurteilung der Erdbebengefahr entlang aktiver Verwerfungen. Allerdings kann die Bestimmung der Quellen zerstörerischer Erdbebenszenarien, insbesondere bei heterogenen Belastungen, eine Herausforderung sein.
Forscher der University of Science and Technology of China führten eine Studie über die Tanlu-Verwerfung durch, die größte Strike-Slip-Verwerfung in Ostchina, und zeigten, dass sich selbstähnliche fraktale Spannungen besser zur Charakterisierung der Quellen von Szenario-Erdbeben eignen. Ihr Papier ist veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaft China Geowissenschaften.
Die Studie konzentrierte sich auf den Xinyi-Sihong-Abschnitt der Tanlu-Verwerfung, ein Gebiet, von dem bekannt ist, dass es möglicherweise zu einem Erdbeben der Stärke 7,5 kommt. Das Hypozentrum wurde in etwa 10 km Tiefe um Suqian herum platziert, wo ein deutlicher Kontrast zwischen hohen und niedrigen Geschwindigkeiten auf einen möglichen Keimbildungspunkt hinweist. Das Team schränkte die Länge und Breite des Verwerfungsbruchs effektiv gemäß den Skalierungsgesetzen ein, die für große Erdbeben gelten.
Um den physikalischen Prozess der Kopplung der Bruchausbreitung mit der Spannungsheterogenität besser zu verstehen, simulierten die Forscher das Szenario des Erdbebenbruchprozesses mithilfe der Finite-Differenzen-Methode. Es wird eine tiefenabhängige Hintergrundnormalspannung einbezogen. Sie nutzten die selbstähnliche fraktale Spannungsstörung, um die Spannungsheterogenität in der Fehler-Strich-Richtung zu charakterisieren.
Im Vergleich zum horizontalen Gleichspannungsmodell haben Forscher gezeigt, dass die Quellzeitfunktion des horizontalen Gleichspannungsmodells der des Haskell-Modells sehr ähnelt. Das selbstähnliche Spannungsmodell stimmt jedoch eher mit denen überein, die bei echten Erdbeben beobachtet werden.
Die dynamischen Bruchsimulationen lieferten Erkenntnisse darüber, wie verschiedene Spannungsbedingungen das Bruchverhalten und die Bodenbewegung beeinflussen. Bemerkenswert ist, dass das selbstähnliche Spannungsmodell, das eine kürzere charakteristische Länge beinhaltet, eine rauere Anfangsspannung und eine heterogenere Schlupfverteilung nahelegt.
Nördlich des Epizentrums in der Nähe von Suqian sagen die Modelle intensivere Vibrationen aufgrund der nahegelegenen Zone mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Schlupfraten an der Verwerfung voraus. Dieses Gebiet liegt innerhalb der 9-Grad-Intensitätszone, was die Bedeutung einer gezielten Erdbebenvorsorge und des Aufbaus von Widerstandsfähigkeiten unterstreicht.
Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Kopplung selbstähnlicher fraktaler Spannungen in Szenario-Erdbebensimulationen. Durch die Weiterentwicklung unseres Verständnisses des Spannungsheterogenitätseffekts bei der Ausbreitung von Erdbebenbrüchen und Bodenbewegungen können Wissenschaftler bessere Richtlinien für die Infrastrukturentwicklung und Strategien zur Katastrophenvorsorge bereitstellen.
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Feng Hu et al., Einfluss selbstähnlicher Belastungen auf den Erdbebenaufbau im Szenario: Ein Beispiel entlang der Tanlu-Verwerfung, Wissenschaft China Geowissenschaften (2024). DOI: 10.1007/s11430-023-1239-8