Математическое моделирование: новый шаг к прогнозированию землетрясений

Российские ученые успешно применили математическое моделирование для оценки тектонических напряжений в районе подводного желоба Нанкай, недалеко от Японии. Их расчеты показали высокую степень точности, совпадая с данными бурения и анализом сейсмической активности региона. Эти результаты открывают перспективу для более точных прогнозов землетрясений. Исследование опубликовано в Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering.

Прямое изучение недр Земли — задача сложная. Например, крайне важно оценивать напряженно-деформированное состояние на глубинах в несколько километров: как распределяются тектонические силы, какие нагрузки испытывают породы, и приводят ли они к деформации, сжатию или растяжению. Однако провести прямые измерения на таких глубинах почти невозможно — приходится полагаться на косвенные данные.

Существует два основных способа оценки состояния пород на больших глубинах. Во-первых, наблюдения за землетрясениями помогают понять, какие силы их вызвали. Во-вторых, можно пробурить скважину, но это дает информацию только о конкретной точке. Возникает вопрос: как получить полную картину состояния земной коры между точками наблюдений?

На помощь приходит математическое моделирование. Ученые из Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН и Московского физико-технического института разработали программное обеспечение, позволяющее восстанавливать направления тектонических напряжений в любой точке региона, основываясь на данных бурения и мировой карте напряжений земной коры. Их метод был протестирован на примере подводного желоба Нанкай, где существует угроза мощного землетрясения.

«Представьте, что у вас есть несколько точечных измерений направления силы в разных местах, — объясняет Никита Дубиня, ведущий научный сотрудник МФТИ и Института физики Земли. — С помощью физических законов мы можем восстановить полную картину того, как распределяются эти силы в пространстве».

Исследование ученых показало распределение напряжений в масштабах целого региона. Эти данные помогут выявить зоны, наиболее подверженные сейсмическим рискам. Несмотря на то что напрямую оценка сейсмической опасности не проводилась, полученные результаты могут быть использованы для этой задачи. Примечательно, что моделирование подтвердило совпадение с данными, полученными из скважин и мировой карты напряжений, что придает дополнительную уверенность в надежности модели.

«Наши результаты шире предыдущих исследований, — добавляет Никита Дубиня. — Мы смогли оценить состояние региона там, где нет данных для классических методов. В местах, где наши данные пересекаются с уже известными результатами, совпадение оказалось почти идеальным».

Это исследование способствует улучшению методов прогнозирования землетрясений и может стать частью более крупной программы по изучению региона. Кроме того, такие методы могут быть применимы не только в районе желоба Нанкай, но и в других сейсмоопасных зонах и при разработке месторождений полезных ископаемых. Ученые планируют продолжать развитие методик оценки напряжений и использовать их в различных регионах мира, включая Россию.

Источник: Математическое моделирование поможет предсказывать землетрясения — «За науку»