新超级计算机的地震危险视图:模拟了800,000年的加州地震历史,以确定风险

加利福尼亚故障系统3000年

在Frontera创建的加利福尼亚州的随机选择了3000年的地震模拟目录。信贷:克维林米尔纳,南加州大学

SCEC开发的超级计算机动力框架提供了新的地震危害视图。

幸运的是,大地震很少发生。但是,信息的缺乏在某些方面使我们看不到它们的风险,尤其是在确定特定地点或结构的风险时。

“我们没有观察到大部分可能导致大量伤害的可能事件,”南加州大学南加州地震中心(Scec)的计算机科学家和地震研究员凯文米尔纳解释道。“使用南加州作为一个例子,自1857年以来,我们没有真正的大地震 - 这是Southand San Andreas的最后一次陷入了大量的7.9地震。San Andreas地震可能会影响比1994年的北极地震更大的区域,也可能发生其他大地震。这就是我们担心的。“

绕过这种缺乏数据的传统方法包括挖战壕以了解更多关于过去的破裂,整理信息从很多世界各地的地震和创建一个统计模型的风险,或使用超级计算机来模拟特定的地震在一个特定的位置与高度的忠诚。

然而,在过去十年中,通过与Scec相关的研究人员开发的研究人员开发的新框架,已经发现了一个中间地面,也许是一种更好的方法来确定风险。

米尔纳和布鲁斯·肖领导的一项新研究哥伦比亚大学,发表在美国地震学会公报在2021年1月,展示了一个速率状态地震模拟模型(RSQSim)的结果,该模型模拟了加州几十万年的地震历史。再加上另一个代码CyberShake,这个框架可以计算出每次地震可能发生的震动量。它们的结果与历史地震和其他方法的结果比较良好,显示了地震概率的真实分布。

加州多断层破裂的3D视图

3D一个特别复杂的多故障破裂从南加州地震中心开发的综合地震目录的看法使用新的地震造型框架。信贷:克维林米尔纳,南加州大学

根据开发人员,新方法可以提高确定在给定位置中可能发生的大地震的能力,允许建设代码开发人员,建筑师和结构工程师设计更多的弹性建筑物,这些建筑物可以在特定网站处生存地震。

“首次,我们有一个整个管道从开始完成地震发生和地面运动仿真是基于物理的,”Milner说。“它可以在一个非常复杂的故障系统上模拟高达10万年的年。”

将大量计算机电力应用于大问题

RSQSIM在地震中发挥作用的地球物理力量的数学表现 - 标准模型的核心如何成核,传播到算法中,然后在地球上的一些最强大的超级计算机上解决它们。德克萨斯高级计算中心的政府赞助超级计算机在包括Frontera - 世界上最强大的系统中,在世界上最强大的系统 - 全球超级计算中心的蓝色水域,以及超级普通的应用程序,以及峰会橡树岭领导计算设施。

“我们能够在预测风险方面可以做得更好的方式是通过基于物理的建模,通过利用Frontera这样的系统的力量来运行模拟,”Milner说。“而不是经验统计分布,我们模拟了地震的发生和波浪的传播。”

参与这项工作的SCEC应用科学执行主任克里斯汀·古利特(Christine Goulet)说:“我们在弗朗特拉研究上取得了很大进展,确定了我们预计会发生什么样的地震,发生在哪个断层上,以及发生的频率。”“我们不会规定或告知密码地震何时会发生。我们启动了一个数十万年的模拟,让代码将应力从一个断层转移到另一个断层。”

该模拟开始于加利福尼亚州的地质地形,并模拟了80万个虚拟岁月,以压力形式和散发在地球上的构造力量。从这些模拟中,框架生成了目录 - 一种记录,地震发生在某个位置和给定时间的某个级别的位置。Goulet表示,在Frontera和Blue Waters上生产的SCEC团队的目录是最大的,Goulet表示。然后将RSQSIM的输出送入了再次使用电脑模型的地球物理模型来预测每个Quake的结果发生多少摇动(在地面加速度或速度和持续时间和持续时间)。

Milner解释说:“该框架输出一个完整的滑动时间历史:断裂发生的位置和它是如何增长的。”“我们发现,它产生了真实的地面运动,这告诉我们,在模型中实现的物理是预期的工作。“他们计划了更多的工作来验证结果,这在设计应用接受之前是至关重要的。

研究人员发现RSQSIM框架总体产生丰富的变量地震 - 一个标志,它正在产生合理的结果 - 同时也产生可重复的来源和路径效应。

“对于大量网站,摇晃危险与实践状态估计相比,”Milner说。“但对于几个网站有附近的故障或当地地质特征的特殊配置,就像在圣贝纳迪诺附近一样,危险上升了。我们正在努力更好地了解这些结果并定义方法来验证它们。“

这项工作有助于确定沿着加州数百个地震产生故障发生的地震发生的概率,可以预期的地震规模,以及如何触发其他地震。

对该项目的支持来自美国地质调查(USGS),国家科学基金会(NSF)和下午。凯克基金会。Frontera是NSF的领导级国家资源。通过大规模社区合作伙伴(LSCP)奖励来提供Frontera的计算时间,允许数百名美国学者进入机器来研究地震科学的许多方面。LSCP奖项提供长达三年的扩展拨款,以支持长期的研究工作。SCEC - 成立于1991年,并在十年内计算了TACC系统 - 这是一个如此努力的首要例子。

创建目录需要在Frontera上连续计算8天,同时使用超过3500个处理器。模拟加州10个地点的地面震动,需要在世界上速度第二快的超级计算机“顶峰”上进行相当数量的计算。

米尔纳说:“被更广泛的社区接受将是可以理解的缓慢。”古利特补充说:“由于这些结果将影响安全性,我们尽职调查的一部分是确保这些结果在技术上为更广泛的社区所支持。”但是,诸如此类的研究结果对于超越一般的建筑规范非常重要,因为在某些情况下,这些建筑规范可能不能充分代表一个地区面临的风险,而在其他情况下又过于保守。

米尔纳说:“我们的希望是,这些类型的模型将帮助我们更好地描述地震危险,因此我们正在花费我们的资源,在最需要它们的地方建造坚固、安全、有弹性的建筑。”

参考文献:“朝向物理的非精通PSHA:凯文R. Milner南加州南部的原型全决定性地震危险模型;Bruce E. Shaw;克里斯汀A. Goulet;Keith B. Richards-Dinger;斯科特Callaghan;托马斯H.约旦;詹姆斯H. Dieterich和Edward H. Field,1月5日2021年,美国地震学会公报
DOI:10.1785 / 0120200216

资助:《美国地质调查合作协议G17AC00047》;国家科学基金合作协议EAR-1600087;波长计凯克基金会

1条评论论“地震危害的新超级计算机观点:模拟了800,000年的加州地震历史来确定风险”

  1. 如果你曾经深入矿井亲眼看到这些缺点,你会吓得尿裤子的。绝对没有什么东西能把它们固定住。任何时候意味着随时。很可怕的东西。只是说说而已…

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