Развитие сценарного подхода в задачах оценки сейсмической опасности и риска

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-17-00180

НазваниеРазвитие сценарного подхода в задачах оценки сейсмической опасности и риска

Руководитель Шебалин Петр Николаевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академии наук (ИТПЗ РАН) , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-402 - Механизмы возникновения землетрясений, очаг, предвестники землетрясений

Ключевые слова сейсмическая опасность, сценарный подход, сейсмическое воздействие, интенсивность, экономический ущерб, модель ETAS, продуктивность, динамическая модель очага

Код ГРНТИ37.01.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Актуальность задач точной оценки сейсмической опасности и сейсмического риска в современных условиях определяется двумя факторами. С одной стороны, опыт начала XXI столетия показывает, что наиболее разрушительные землетрясения часто происходят в областях существенной недооценки сейсмической опасности. Так, например, с момента публикации финальной карты Программы Глобальной Оценки Сейсмической Опасности (GSHAP) в 1999 году эффект каждого из более 60 землетрясений с магнитудой от 7.5 и выше был недооценен, причем в половине случаев вместо ожидаемых «легких» повреждений плохо построенных домов имели место «существенные», «значительные», или даже «тотальные» разрушения индустриально построенных сооружений, что суммарно определило невосполнимые потери более 700 тысяч человек погибших. Это приводит к тому, что на обновленных картах сейсмического районирования после подобных землетрясений повышается ожидаемая балльность в некоторой области, включающей его эпицентр. Так, например, 14 февраля 2013 г. на территории Республики Саха (Якутия) Российской Федерации произошло сильное землетрясение, которое явилось неожиданным для карт GSHAP, ОСР-97 и ОСР-2012. На перечисленных картах недооценка интенсивности сотрясений в эпицентральной зоне заведомо превышает 2 балла. В частности, интенсивность сотрясения в эпицентре была 8-9 баллов, а на карте ОСР-2012, характеризующей повторяемость превышения балльности 1 раз в 100 лет, эпицентр основного толчка 14 февраля 2013 г. находится в зоне 5.5-6 баллов (и даже на карте, характеризующей повторяемость превышения 1 раз в 2500 лет ожидаемое значение 7.5-8 баллов). Недооценка опасности вызвана либо занижением сейсмического потенциала в этой области (например, Олюторское землетрясение 2006, Катав-Ивановское землетрясение на Южном Урале 2018), либо недостаточным учетом локальных условий (например, землетрясение в Мичиоакан 1985, Мексика, или в Кобе 1995, Япония), либо обоими факторами (как это было в районе Спитакского землетрясения в Армении в 1989 г.). С другой стороны, в большинстве зон, отнесенных на картах ОСР к опасным, сильные воздействия не наблюдались со времени составления карт и, возможно, не будут наблюдены в течение многих десятков лет. Конечно, если речь идет о безопасности людей, об экологической безопасности, этот аргумент не должен быть определяющим при строительстве новых объектов или при укреплении старых. Это, очевидно, относится к 9-балльным зонам, в которых землетрясения могут приводить к обрушению зданий, или при строительстве атомных электростанций, плотин, хранилищ опасных отходов и т.д. Но в зонах умеренной опасности, в частности в 7- и 8-балльных зонах возникает вопрос о целесообразности огромных затрат на сейсмостойкость зданий и сооружений. Особенно актуально это становится в современных условиях, когда плановая продолжительность эксплуатации новых зданий и сооружений сокращается. Появление дешевых строительных материалов, материалов, допускающих повторное использование, совершенствование строительных технологий будет приводит к дальнейшему сокращению сроков эксплуатации зданий. В этих условиях локальное завышение ожидаемой балльности (интенсивности) фактически будет приводить к огромным экономическим потерям. Предварительные подсчеты показывают, что такие потери в среднем значительно превышают потери, связанные с занижением сейсмической опасности. Так, например, в Иркутской области основанные на оценках ОСР-97 затраты на сейсмостойкое строительство оказались фактически завышенными на два порядка. В настоящее время при составлении карт ОСР снижение балльности отдельных зон часто происходит не за счет более точных расчетов сейсмологов и геологов, а по чисто экономическим причинам, под давлением заинтересованных ведомств. Для сокращения экономических потерь от недооценки и переоценки сейсмической опасности необходимо развивать исследования по следующим основным направлениям: 1) совершенствование методов оценки сейсмического потенциала зон тектонических разломов (в современных условиях дополнительное внимание должно уделяться возможному изменению сейсмического потенциала в результате деятельности человека); 2) совершенствование методов определения возможного сейсмического воздействия землетрясений на здания и сооружения в зависимости от структуры очага землетрясения (с привлечением информации о региональной системе разломов) и его спектрально-энергетических характеристик, от характера затухания сейсмических волн с расстоянием от источника, от локальных грунтовых условий; 3) постепенный переход от оценок сейсмической опасности, определяющих ожидаемую максимальную балльность или пиковое ускорение грунта в заданном интервале времени, к расчетам сейсмического риска, определяющим ожидаемые экономические потери от воздействия землетрясений. Такие расчеты позволят в конкретных случаях оптимизировать расходы на повышение сейсмостойкости зданий при строительстве, а также задействовать систему страхования от воздействия землетрясений. Авторы заявленного проекта считают, что наиболее подходящим инструментом для расчетов по всем трем указанным направлениям является сценарный подход. В частности, под сценарным подходом авторы понимают многократное моделирование конкретных вероятных землетрясений, совокупность которых характеризует реальность. В частности, сейсмический потенциал какой-либо области при сценарном подходе представляется в виде синтетического каталога землетрясений, свойства которого совпадают со свойствами реального, а размер значительно больше и достаточен для статистически обоснованных оценок. Сценарный подход для расчета сейсмического воздействия состоит в построении синтетических сейсмограмм на основе детального моделирования очага потенциального землетрясения, с учетом затухания волн на пути до заданной точки. Для расчета сейсмического риска сценарный подход подразумевает многократное моделирование конкретных сценариев землетрясений (момент, очаг, воздействие), оценка экономических потерь для конкретных объектов или групп объектов в каждом сценарии и построение на этой основе статистических оценок рисков. Использование сценарного подхода предполагает сложные расчеты на ЭВМ, возможные лишь с использованием суперкомпьютеров. В том числе поэтому в России сценарный подход для оценки сейсмической опасности пока не применялся. В Европе, США и Японии (в последнее время и в Китае) сценарный подход реализуется и становится все более популярным, в частности, благодаря поддержке крупных перестраховочных компаний, таких как Swiss Re, Munich Re, SCOR. Вместе с тем рост популярности актуализировал противоречие между общепринятыми моделями сейсмичности и закономерностями, установленными по реальным данным. Разработка такой модели позволит устранить обозначенное противоречие и составит новизну проекта. Другая составляющая новизны заключается в развитии сценарного подхода для оценки сейсмических воздействий с учетом современных представлений об очаге сильного землетрясения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шебалин П.Н. New quantitative characteristics of seismicity and their relationship with regional geodynamics Problems of Geocosmos–2020 Proceedings of the XIII International Conference and School, U1 (год публикации - 2021)

2. Некрасова А.К., Кособоков В.Г. Unified Scaling Law for Earthquakes in assessment of seismic hazard and associated risks Problems of Geocosmos–2020 Proceedings of the XIII International Conference and School, S17 (год публикации - 2020)

3. Некрасова А.К., Пересан А. Uniﬁed Scaling Law for Earthquakes: space-time dependent assessment in Friuli-Venezia Giulia region Frontiers in Earth Sciences (год публикации - 2020)
10.3389/feart.2020.590724

4. Шебалин П.Н., Баранов А.А. Aftershock rate changes at different ocean tide heights Frontiers in Earth Scinces (год публикации - 2020)
10.3389/feart.2020.559624

5. Кособоков В.Г., Щепалина П.Д., Некрасова А.К. Earthquake preferred days in the Lake Baikal and Yunnan-Sichuan Region EGU General Assembly 2020, Online, 4–8 May 2020, EGU General Assembly 2020, Online, 4–8 May 2020, EGU2020-720, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-720 (год публикации - 2020)
10.5194/egusphere-egu2020-720

6. Шебалин П.Н., Баранов С.В. Earthquake productivity law Problems of Geocosmos–2020 Proceedings of the XIII International Conference and School, S32 (год публикации - 2021)

7. Воробьева И.А., Шебалин П.Н., Баранов С.В. Deficit of large aftershocks and postseismic deformation Problems of Geocosmos–2020 Proceedings of the XIII International Conference and School, S33 (год публикации - 2021)

8. Баранов С.В., Нарто К., Шебалин П.Н. Modeling and prediction of aftershock activity Surveys in Geophysics (год публикации - 2022)

9. Жанг Ю., Ву З., Романелли Ф., Вазари Ф., Джианг Ц., Гао С., Кособоков В., Панда Дж. Next-Generation EEW Empowered by NDSHA: From Concept to Implementation Geosciences, 11, 473, 21p. (год публикации - 2021)
10.3390/geosciences11110473

10. Некрасова А.К., Кособоков В.Г. Uniﬁed Scaling Law for Earthquakes: Lake Baikal Region A. Kosterov, N. Yu. Bobrov, E. Gordeev, E. Kulakov, E. Lyskova, I. Mironova (Eds). Problems of Geocosmos – 2020. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences, Springer International Publishing (год публикации - 2022)

11. Кособоков В.Г., Панца Дж. Seismic roulette: Hazards and risks Terra Nova, Terra Nova, 34(6), 475-494. (год публикации - 2022)
10.1111/ter.12617

12. Шебалин П.Н., Баранов С.В, Воробьева И.А. Earthquake Productivity Law in a Wide Magnitude Range Frontiers in Earth Science, Frontiers in Earth Science, Т. 10. С. 881425. (год публикации - 2022)
10.3389/feart.2022.881425

13. Крушельницкий К.В., Маточкина С.Д, Селюцкая О.В. Spatio-temporal variations of earthquake productivity in Kamchatka, Kuril Islands and Japan Proceedings of the Third European Conference on Earthquake Engineering and Seismology - 3ECEES, c. 3949-3956 (год публикации - 2022)

14. Скоркина А.А. Modeling of Strong Ground Motion within the Baikal Rift Zone: the Irkutsk case Russian Journal of Earth Sciences (RJES) (год публикации - 2023)

Публикации

4. Шебалин П.Н., Баранов А.А. Aftershock rate changes at different ocean tide heights Frontiers in Earth Scinces (год публикации - 2020)
10.3389/feart.2020.559624

8. Баранов С.В., Нарто К., Шебалин П.Н. Modeling and prediction of aftershock activity Surveys in Geophysics (год публикации - 2022)

11. Кособоков В.Г., Панца Дж. Seismic roulette: Hazards and risks Terra Nova, Terra Nova, 34(6), 475-494. (год публикации - 2022)
10.1111/ter.12617

14. Скоркина А.А. Modeling of Strong Ground Motion within the Baikal Rift Zone: the Irkutsk case Russian Journal of Earth Sciences (RJES) (год публикации - 2023)

Публикации

4. Шебалин П.Н., Баранов А.А. Aftershock rate changes at different ocean tide heights Frontiers in Earth Scinces (год публикации - 2020)
10.3389/feart.2020.559624

8. Баранов С.В., Нарто К., Шебалин П.Н. Modeling and prediction of aftershock activity Surveys in Geophysics (год публикации - 2022)

11. Кособоков В.Г., Панца Дж. Seismic roulette: Hazards and risks Terra Nova, Terra Nova, 34(6), 475-494. (год публикации - 2022)
10.1111/ter.12617

14. Скоркина А.А. Modeling of Strong Ground Motion within the Baikal Rift Zone: the Irkutsk case Russian Journal of Earth Sciences (RJES) (год публикации - 2023)