«Предыдущие исследования машинного обучения показали, что акустические сигналы, обнаруженные в результате землетрясения, могут использоваться для прогнозирования следующего землетрясения», – сказал Ке Гао, специалист по вычислительной геофизике из группы геофизики в Лос-Аламосской национальной лаборатории. «Эта новая работа по моделированию показывает нам, что обрушение цепей напряжений внутри землетрясения излучает этот сигнал в лаборатории, указывая на механизмы, которые также могут быть важны на Земле.Гао – ведущий автор статьи «От цепей напряжений до акустической эмиссии», опубликованной сегодня в журнале Physical Review Letters.
Цепи напряжений – это перемычки, состоящие из зерен, которые передают напряжения с одной стороны блока разлома на другую.
Гао работает в группе из Лос-Аламоса, которая определила прогнозируемый акустический сигнал в данных как по лабораторным землетрясениям, так и по регионам мегапространства в Северной Америке, Южной Америке и Новой Зеландии.
Сигнал точно указывает состояние напряжения в неисправности, независимо от того, когда сигнал считывается.
«Используя численную модель, которую мы разработали в Лос-Аламосе, мы исследуем и соединяем динамику в гранулированной системе пропахивания разломов с сигналами, обнаруженными на пассивных удаленных мониторах», – сказал Гао. Пропускная канавка – это грунтовый гравийный скальный материал, созданный напряжениями и движениями разлома.
Чтобы выяснить причину появления акустических сигналов, команда провела серию численных симуляций на суперкомпьютерах с использованием кода HOSS, разработанного в Лос-Аламосе (Hybrid Optimization Software Suite). Этот новый числовой инструмент представляет собой гибридную методологию – комбинированный метод конечных дискретных элементов. Он объединяет методы, разработанные в рамках методов дискретных элементов, для описания межзеренных взаимодействий; и с помощью методов конечных элементов для описания напряжений как функции деформации внутри зерен и распространения волн от гранулированной системы.
Моделирование точно имитирует динамику развития сейсмического разлома, например, как материалы внутри канавки измельчаются и сталкиваются друг с другом, а также как цепи напряжений формируются и развиваются во времени за счет взаимодействия между соседними материалами канавки.
Лос-Аламос профинансировал многомиллионную многолетнюю программу, состоящую из экспериментов, численного моделирования и машинного обучения, для разработки и тестирования совершенно нового подхода к исследованию цикла землетрясений и, в частности, к обнаружению и локализации напряженных неисправности, приближающиеся к отказу.