Erdbeben in der Provinz Sichuan bietet Erkenntnisse zur Erdrutschvorhersage auf Grundlage von GNSS-Beobachtungen

Anhand von Daten, die bei einem Erdbeben der Stärke 6,8 im Jahr 2022 im Kreis Luding in der chinesischen Provinz Sichuan gesammelt wurden, haben Forscher getestet, ob Beobachtungen des Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) zur schnellen Vorhersage von durch Erdbeben ausgelösten Erdrutschen verwendet werden könnten.

In ihrer Bericht In Seismologische ForschungsbriefeKejie Chen von der Southern University of Science and Technology und seine Kollegen präsentieren eine Reihe von Methoden zur nahezu Echtzeit-GNSS-Vorhersage von Erdrutschen. Einige ihrer Modelle identifizierten rund 80 % der Erdrutschorte, die durch das Erdbeben in Luding ausgelöst wurden, genau, fanden die Forscher heraus.

Anhand ihrer Ergebnisse zeigen Chen und seine Kollegen, dass eine nahezu Echtzeit-Vorhersage von Erdrutschen bei einem Erdbeben wie dem in Luding in etwa 40 Minuten abgeschlossen werden könnte – eine Zeit, die sich durch die Weiterentwicklung ihrer Modelle und schnellere Berechnungen wahrscheinlich noch verbessern lässt, merkten sie an.

Das Luding-Erdbeben vom 5. September 2022 im südöstlichen Abschnitt der Xianshuihe-Verwerfung führte zu mehr als 6.000 Erdrutschen, die auf über 3.500 Quadratkilometern der Region schwere Schäden anrichteten.

„Die Anzahl der durch das Erdbeben in Luding ausgelösten ko-seismischen Erdrutsche war beträchtlich, aber angesichts der Topografie und der seismischen Aktivität der Region nicht völlig unerwartet. Das Gebiet ist bekannt für seine Anfälligkeit für Erdrutsche, insbesondere nach großen seismischen Ereignissen“, sagte Chen. „Das Ausmaß der Zerstörung und die konkreten betroffenen Orte haben jedoch neue Einblicke in das Risikoprofil der Region gegeben und die Bedeutung einer kontinuierlichen Überwachung und verbesserter Vorhersagemodelle unterstrichen.“

GNSS-Daten messen die Bewegung des Bodens während eines Erdbebens. Chen und seine Kollegen hatten bereits die Verwendung von GNSS-Daten zur Lokalisierung von Erdbebenherden und zur Frühwarnung vor Tsunamis untersucht, als das Erdbeben in Luding zuschlug.

„Bei Erdbeben, die sich im Landesinneren ereignen, insbesondere in den Bergregionen Chinas, werden Erdrutsche zur größten seismologischen Gefahr“, erklärte Chen. „Unsere Forschung konzentrierte sich auf die Entwicklung und Verfeinerung von Methoden zur Erdrutschvorhersage mit GNSS. Das Erdbeben von Luding war eine wichtige Fallstudie, die es uns ermöglichte, unsere Methoden im Zusammenhang mit ko-seismischen Erdrutschen zu bewerten und anzupassen.“

Die Forscher entwickelten eine End-to-End-GNSS-Vorhersagemethode, die mit der Konstruktion von Gleitmodellen des Ereignisses auf Grundlage der GNSS-Offset- und Verschiebungswellenformdaten beginnt. Anschließend verwendeten sie physikbasierte Simulationen des Erdbebens mit diesen Gleitmodellen, um eine Messung der maximalen Bodengeschwindigkeit zu erhalten.

Schließlich nutzten Chen und seine Kollegen die Spitzengeschwindigkeit am Boden mit einem maschinellen Lernalgorithmus, um eine mögliche räumliche Verteilung von Erdrutschen für das Ereignis vorherzusagen. Sechs chinesische Erdbeben mit einer Stärke von 6,1 bis 8,0, die geologische Ähnlichkeiten mit dem Erdbeben von Luding aufwiesen, wurden verwendet, um den Vorhersagealgorithmus zu trainieren.

Eine Möglichkeit, die Methode zu verbessern, bestünde darin, GNSS-Beobachtungen mit Daten über Bodenbewegungswellen in der Nähe von Verwerfungen zu kombinieren, die von kostengünstigen Beschleunigungsmessern, sogenannten MEMS, erfasst werden, bemerkten Chen und Kollegen. Um die Erdbebenwarnung und -reaktion zu verbessern, hat China kürzlich mehr als 10.000 MEMS-basierte Stationen in ein landesweites Erdbebenwarnsystem aufgenommen.

„Die komplementäre Verwendung beider Datentypen verbessert die Robustheit und Genauigkeit der Erdrutschvorhersage“, sagte Chen. „GNSS-Daten können die Vorhersagen der MEMS-Daten validieren und verfeinern und so ein umfassendes Überwachungssystem gewährleisten.“