UCERF3 について

2015年統一カリフォルニア州地震破壊予測バージョン3（UCERF3 ）は、 UCERF2に代わるカリフォルニア州の最新の公式地震破壊予測（ERF）である。これは、長期的および短期的に潜在的に損害を与える地震破壊の可能性と深刻度について権威ある推定値を提供する。これを地盤動モデルと組み合わせることで、一定期間に予想される地面の揺れの深刻度（地震ハザード）と建築環境への脅威（地震リスク）の推定値が得られる。この情報は、工学設計や建築基準、災害計画、地震保険料が予測損失に対して十分かどうかの評価に役立てられる。^[1] UCERF3ではさまざまなハザード指標^[2]を計算できる。典型的な指標は、 2014年以降の30年間におけるマグニチュード^{[3] 6.7の地震（}1994年のノースリッジ地震の規模）の発生確率である。

UCERF3は、カリフォルニア地震確率ワーキンググループ（WGCEP）によって準備されました。このワーキンググループは、米国地質調査所（USGS）、カリフォルニア地質調査所（CGS）、南カリフォルニア地震センター（SCEC）の協力のもと、カリフォルニア地震庁（CEA）から多額の資金提供を受けて作成されました。^[4]

ハイライト

UCERF3 の主な成果は、最近の地震で観測されているような多重断層破壊をモデル化できる新しい方法論の使用です。^[5]これにより、地震活動をより現実的に分布させることができ、中規模 (マグニチュード 6.5 から 7.0) の地震を過大予測していた以前の研究の問題を修正しました。^{[6]マグニチュード (M}^[7] ) 6.7 以上の地震の発生率(州全体) は、4.8 年に 1 回ではなく、約 6.3 年に 1 回であると考えられています。一方、マグニチュード 8 以上の地震は現在、約 494 年に 1 回 (617 年から減少) と予想されています。^[8]それ以外の場合、地震活動の全体的な予測は、以前の結果と概ね一致しています。^[9] (全体的な発生率の概要については、表 A を参照してください。)

断層モデルデータベースは改訂され、UCERF2の約200から350以上の断層セクションをカバーするように拡張され、断層をよりよく特徴付けるために新しい属性が追加されました。^[10]さまざまな技術的な改善も行われました。^[11]

1. Field et al. 2015、p. 529の表7より。「M」はモーメントマグニチュード（p. 512）です。

これまでの研究で評価された6つの主要な断層のうち、南サンアンドレアス断層は、今後30年間にM 6.7以上の地震が発生する可能性が最も高い。その可能性が最も高いのはカラベラス断層（位置については主要な断層地図を参照）で、その平均（最も可能性の高い）値は現在25％と設定されている。以前の値8％は、現在予測されている最小値（10％）よりも低い。以前の過小評価は、主に複数の断層破壊をモデル化していなかったため、多くの破壊の規模が制限されたためだと考えられている。^[13]

最も確率が低下したのはサンジャシント断層で、32%から9%に減少した。これも多断層破壊によるものだが、ここでは地震の数は減っているが、規模は大きくなる傾向にある（M ≥ 7.7）^[14]

表B

メモ。

1. Field et al. 2015、p. 525 の表 6 から引用。値は各断層を構成する断層セクションから集計されます。セクションによっては、個々の確率が高くなる場合があります。Field et al. 2015、p. 523 の表 4 を参照してください。「M」はモーメントマグニチュードです(p. 512)。

2. これらは、UCERF2 が応力更新モデリングを行うのに十分なデータを持っていた 6 つの断層です。ヘイワード断層帯とロジャーズクリーク断層は 1 つの断層として扱われ、サンアンドレアス断層は 2 つのセクションとして扱われます。

3. UCEF3 断層セクション。各セクションの「関与」マップへのリンク (黒で囲まれている) があり、そのセクションが他のセクションとの破壊に関与する割合 (色で表示) を示しています。すべての断層セクションの関与マップは、http://pubs.usgs.gov/of/2013/1165/data/UCERF3_SupplementalFiles/UCERF3.3/Model/FaultParticipation/ で入手できます。一部の断層では、UCERF2 以降にセクションが追加または分割されています。

4. USGS 第四紀断層および褶曲データベースの断層番号と概要レポートへのリンク。QFFDB マップは利用できなくなりました。

5. UCERF-2、表4の長さ。QFFDBの値とは異なる場合があります。

6. 最小確率と最大確率は、ロジックツリー内の最も可能性の低い選択肢と最も可能性の高い選択肢に対応します。平均は加重平均です。

7. 断面と変形モデルによって異なるため、すべり率は含まれていません。図については、下の図 C21 を参照してください。

方法論

カリフォルニアの地震は、太平洋プレートが北西方向に進み、北米大陸を通り過ぎることで発生します。このため、年間34～48ミリメートル（約1.5インチ）の滑りが許容されますが、^[19]その一部はカリフォルニア東部のベイスン・アンド・レンジ地域の一部で吸収されます。 ^{[20]この滑りは、さまざまな断層の破壊（地震）と}非地震性クリープによって許容されますが、破壊の頻度は、さまざまな断層間で滑りがどのように分布しているかに（部分的に）依存します。

モデリング

UCERF3は前身と同様に、4層のモデリングに基づいてこれを決定します。^[22]

断層モデル(FM 3.1 および 3.2) は、より大きく活発な断層の物理的な形状を記述します。
変形モデルは、各断層セクションの滑り速度と関連要因、断層が破壊されるまでに蓄積されるひずみの量、そして破壊後に放出されるエネルギーの量を決定します。地震のダイナミクスを扱うためのさまざまなアプローチを反映して、4 つの変形モデルが使用されます。
地震発生率モデル( ERM) は、これらすべてのデータを組み合わせて長期的な破壊率を推定します。
確率モデルは、前回の断層破壊以降に蓄積された応力の量を考慮して、各断層セグメントが破壊にどれだけ近づいているか（準備ができているか）を推定します。

最初の 3 つのモデリング層は、カリフォルニア州で被害をもたらす可能性のある地震の規模、発生場所、頻度の長期的、つまり時間に依存しない推定値を決定するために使用されます。時間依存モデルは、地震によって地殻応力が解放された後、次の地震を引き起こすのに十分な応力が蓄積されるまでにしばらく時間がかかるという弾性反発理論に基づいています。理論上、これにより特定の断層での地震に一定の規則性が生まれ、最後の断層破壊の日付を知ることで、次の断層破壊がどのくらい早く発生するかの手がかりになります。実際には、これはそれほど明確ではありません。その理由の 1 つは、すべり速度が変化するためであり、また断層セグメントが互いに影響し合うため、1 つのセグメントの破壊が隣接するセグメントの破壊を引き起こすためです。UCERF3 の成果の 1 つは、このような多重断層破壊をより適切に処理することです。^[23]

さまざまな選択肢（図を参照）をさまざまな組み合わせで採用すると、時間独立モデルでは1440の分岐の論理ツリーが形成され、4つの確率モデルを考慮すると、時間依存モデルでは5760の分岐が形成されます。各分岐は、相対的な確率と重要性に応じて評価され、重み付けされました。UCERF3の結果は、これらすべての重み付けされた選択肢の平均です。^[24]

「大逆転」

UCERF2では、各断層は別々にモデル化され^[25]、破壊が他の断層に及ばないかのように扱われた。この断層分割の仮定が、UCERF2が実際に観測されたマグニチュード6.5～7.0の地震の2倍近くを予測した原因であると疑われ、多くの地震で見られる多断層破壊とは相反している^{[26] 。}

UCERF3 は、各断層セクション (断層モデルでモデル化) をサブセクション (FM 3.1 の場合は 2606 セグメント、FM 3.2 の場合は 2665 セグメント) に分割し、どの親断層に属しているかに関係なく、複数のセグメントの破壊を考慮します。ありそうにないと考えられる破壊を除外すると、FM 3.1 の場合は 253,706 の可能性が考えられ、FM 3.2 の場合は 305,709 の可能性が考えられます。これは、UCERF2 で考慮された破壊が 8,000 件未満であることと比較すると、カリフォルニアの断層システムの接続性の高さを反映しています。^[27]

UCERF の重要な成果は、「グランドインバージョン」と呼ばれるシステムレベルのアプローチの開発です。^[29]これは、スーパーコンピュータを使用して、既知の滑り速度などの複数の制約を同時に満たす線形方程式のシステムを解きます。 ^[30]結果は、利用可能なデータに最も適合するモデル (値のセット) です。これらのさまざまな要素のバランスをとることで、断層モデルで説明されていない地震活動 (おそらくまだ発見されていない断層) の量を推定することもできます。未確認の断層で発生する滑り量は、場所 (一般に LA 地域では高い) と変形モデルに応じて 5 ～ 20 mm/年と推定されており、1 つのモデルでは LA のすぐ北で 30 mm/年に達しています。^[31]

評価

UCERF3 は UCERF2 より大幅に改善されており^[32]、カリフォルニアの地震災害を推定する上で現在までに利用可能な最良の科学であるが^[33]、著者らはそれが自然システムの近似値のままであることを警告している。^[34]時間独立モデルには多くの仮定があるが^[35] 、最終的な (時間依存) モデルは明示的に「弾性反発がモデルに含まれていない他の既知および疑わしいプロセスを支配すると仮定している」^[36]既知のプロセスの中には時空間クラスタリングがある。^[37]

断層の形状（特に深度）やすべり速度に関する知識が不十分であるなど、不確実性の原因は数多くある^[38]。また、利用可能な観測値と最もよく適合するようにモデルのさまざまな要素のバランスをとるには、かなりの課題がある。たとえば、南サンアンドレアス断層の古地震データとすべり速度を適合させることは難しく、その結果、地震活動の推定値は古地震データで見られるものより約25％少なくなる。特定の制約（地域的なマグニチュード-頻度分布）を緩和すればデータは適合するが、これにより中程度の地震を過剰に予測するという問題が再び生じる。^[39]

重要な結果は、一般的に受け入れられているグーテンベルク・リヒター（GR）関係（地震の分布はマグニチュードと頻度の間に一定の関係を示す）が、現在のUCERF3モデルの特定の部分と矛盾しているということです。このモデルは、GRの一貫性を達成するには、地震学の理解に「現在のコンセンサスレベルの許容範囲を超える」一定の変更が必要であることを示唆しています。^[40]グーテンベルク・リヒター関係が個々の断層の規模では適用できないか、モデルの何らかの根拠が間違っているかは、「科学的に同様に重要であり、危険に関して非常に重大な結果をもたらすでしょう。」^[41]

参照

注記

^ Field et al. 2013、p.2。
^ 2013年時点で利用可能な評価指標のリストについては、Field et al. 2013、p. 52の表11を参照してください。
^ 標準的な地震学の慣例に従い、ここでの地震のマグニチュードはすべてモーメントマグニチュードスケールによるものです。これは一般に、よりよく知られているリヒタースケールに相当します。
^ Field et al. 2013、p.2。
^ Field et al. 2015、512ページ。
^ フィールド2015、2-3頁。
^ 特に断りのない限り、ここでの地震のマグニチュードは、Field et al. 2015、p. 512 のモーメントマグニチュードスケールに従っています。
^ フィールド 2015。
^ フィールド 2015。
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^ フィールドら 2013年。
^ Field et al. 2015、p.520の図4。
^ Field et al. 2015、pp.525-526; Field 2015。
^ Field et al. 2015, pp.525–526; Field .
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^ イェイツ 2012、92ページ
^ ハーツェル＆ヒートン 1986、649ページ
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^ パーソンズら。 2013、p. 57、表C7。
^ パーソンズら2013年54頁。
^ 図3はField et al. 2015、p.514より。
^ Field et al. 2013、5ページ。
^ Field et al. 2015、513頁。
^ Field et al. 2015、521頁。
^ Field et al. 2013、27ページ。
^ Field et al. 2013、p.3; Field 2015、p.2。
^ Field et al. 2013、27-28頁、51頁。
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^ Field 2015, p. 5; Field et al. 2013, pp. 3, 27–28. 詳細についてはPage et al. 2014を参照。
^ Field et al. 2013、51ページ。
^ Page et al. 2014、pp.44-45、図C16。
^ Field et al. 2013、90ページ。
^ Field et al. 2015、541頁。
^ Field et al. 2015、pp. 512、539。以前のレポートで、Field et al. (2013、p. 7) はこれを「大まかな近似値」と呼んでいます。
^ Field et al. 2013、p. 89の表16を参照。そこには15の主要な仮定が列挙されている。
^ Field et al. 2015、541頁。
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^ Field et al. 2013、87ページ。
^ Field et al. 2013、pp. 88-89。pp 55-56の議論。
^ Field et al. 2013、pp. 86–87。具体的には、GR の一貫性には、次の 1 つ以上の条件が必要であると思われます。「(1) 断層内外のクリープの程度が高いこと、(2) 地域全体での地震の長期発生率が高いこと (および SAF などの断層に大幅な時間的変動があること)、(3) 州全体での断層の連結性が高いこと (たとえば、どこでも M8 程度)、(または) (4) せん断剛性が低いこと」。
^ Field et al. 2013、87ページ。

出典

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外部リンク

UCERF3 に関する USGS ファクトシート
カリフォルニア州地震確率ワーキンググループ (WGCEP)
UCERF3 ウェブサイト (WGCEP)
USGS オープンファイルレポート 2013–1165、付録および補足資料付き。
米国地質調査所（USGS）
カリフォルニア地質調査所 (CGS)
南カリフォルニア地震センター (SCEC)
CGS断層活動マップ
地震は予測できますか? (USGS) 良い説明です。
カリフォルニア州およびその他の地域で最近発生した地震 (SCEC)
米国と世界の最新の地震（USGS）
国立地震ハザードマップと関連リソース (USGS)
第四紀断層・褶曲データベース(USGS)

[1] Field et al. 2013、p.2。

[2] 2013年時点で利用可能な評価指標のリストについては、Field et al. 2013、p. 52の表11を参照してください。

[3] 標準的な地震学の慣例に従い、ここでの地震のマグニチュードはすべてモーメントマグニチュードスケールによるものです。これは一般に、よりよく知られているリヒタースケールに相当します。

[4] Field et al. 2013、p.2。

[5] Field et al. 2015、512ページ。

[6] フィールド2015、2-3頁。

[7] 特に断りのない限り、ここでの地震のマグニチュードは、Field et al. 2015、p. 512 のモーメントマグニチュードスケールに従っています。

[8] フィールド 2015。

[9] フィールド 2015。

[10] フィールドら。 2013 年、xiii、11 ページ。

[11] フィールドら 2013年。

[12] Field et al. 2015、p.520の図4。

[13] Field et al. 2015、pp.525-526; Field 2015。

[14] Field et al. 2015, pp.525–526; Field .

[15] ドーザーら。 2009 年、1746 ～ 1759 ページ

[16] イェイツ 2012、92ページ

[17] ハーツェル＆ヒートン 1986、649ページ

[18] オッペンハイマー他 2010

[19] パーソンズら。 2013、p. 57、表C7。

[20] パーソンズら2013年54頁。

[21] 図3はField et al. 2015、p.514より。

[22] Field et al. 2013、5ページ。

[23] Field et al. 2015、513頁。

[24] Field et al. 2015、521頁。

[25] Field et al. 2013、27ページ。

[26] Field et al. 2013、p.3; Field 2015、p.2。

[27] Field et al. 2013、27-28頁、51頁。

[28] パーソンズら 2013

[29] Field 2015, p. 5; Field et al. 2013, pp. 3, 27–28. 詳細についてはPage et al. 2014を参照。

[30] Field et al. 2013、51ページ。

[31] Page et al. 2014、pp.44-45、図C16。

[32] Field et al. 2013、90ページ。

[33] Field et al. 2015、541頁。

[34] Field et al. 2015、pp. 512、539。以前のレポートで、Field et al. (2013、p. 7) はこれを「大まかな近似値」と呼んでいます。

[35] Field et al. 2013、p. 89の表16を参照。そこには15の主要な仮定が列挙されている。

[36] Field et al. 2015、541頁。

[37] Field et al. 2015、512ページ。

[38] Field et al. 2013、87ページ。

[39] Field et al. 2013、pp. 88-89。pp 55-56の議論。

[40] Field et al. 2013、pp. 86–87。具体的には、GR の一貫性には、次の 1 つ以上の条件が必要であると思われます。「(1) 断層内外のクリープの程度が高いこと、(2) 地域全体での地震の長期発生率が高いこと (および SAF などの断層に大幅な時間的変動があること)、(3) 州全体での断層の連結性が高いこと (たとえば、どこでも M8 程度)、(または) (4) せん断剛性が低いこと」。

[41] Field et al. 2013、87ページ。