[論文レビュー] NDSHA: robust and reliable seismic hazard assessment

G. F. Panza|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2017

Seismic Performance and Analysis参考文献 29被引用数 7

ひとこと要約

NDSHA は、地震動を源関数とグリーン関数のテンソル積としてモデル化し、全地震源、伝播経路、および現地の影響を組み込む物理的ベースの地震ハザード評価手法を提示する。経験的減衰モデルに依存せず、近年のイタリアおよびネパールの地震によって妥当性が検証された、頑健で保守的なハザード推定を提供する。

ABSTRACT

The Neo-Deterministic Seismic Hazard Assessment (NDSHA) method reliably and realistically simulates the suite of earthquake ground motions that may impact civil populations as well as their heritage buildings. The modeling technique is developed from comprehensive physical knowledge of the seismic source process, the propagation of earthquake waves and their combined interactions with site effects. NDSHA effectively accounts for the tensor nature of earthquake ground motions formally described as the tensor product of the earthquake source functions and the Green Functions of the pathway. NDSHA uses all available information about the space distribution of large magnitude earthquake, including Maximum Credible Earthquake (MCE) and geological and geophysical data. It does not rely on scalar empirical ground motion attenuation models, as these are often both weakly constrained by available observations and unable to account for the tensor nature of earthquake ground motion. Standard NDSHA provides robust and safely conservative hazard estimates for engineering design and mitigation decision strategies without requiring (often faulty) assumptions about the probabilistic risk analysis model of earthquake occurrence. If specific applications may benefit from temporal information the definition of the Gutenberg-Richter (GR) relation is performed according to the multi-scale seismicity model and occurrence rate is associated to each modeled source. Observations from recent destructive earthquakes in Italy and Nepal have confirmed the validity of NDSHA approach and application, and suggest that more widespread application of NDSHA will enhance earthquake safety and resilience of civil populations in all earthquake-prone regions, especially in tectonically active areas where the historic earthquake record is too short.

研究の動機と目的

• 人口および文化的な建造物に影響を及ぼす地震動を現実的にシミュレートする地震ハザード評価手法の開発を目的とする。
• スカラ型経験的減衰モデルの限界を克服すること。これらのモデルは制約が強く、地震動のテンソル的性質を無視する。
• 不確実な確率的地震発生モデルに依存せず、設計および緩和のための頑健で保守的なハザード推定を提供すること。
• 地震記録が短い地域における包括的なハザード評価のため、地質学的・地球物理学的および歴史的地震データを統合すること。
• 特定の用途に応じて必要に応じて、マルチスケール地震活動モデルおよび Gutenberg-Richter 関係を用いて時間依存のハザードモデリングを可能にすること。

提案手法

• NDSHA は、地震源関数と伝播経路のグリーン関数のテンソル積として地震動をモデル化する。
• 地震源プロセス、波動伝播、および局所的サイト効果の完全な物理的知識を用いて、地震動成分をシミュレートする。
• 地質学的・地球物理学的データに基づき、空間的に分散した大規模地震、特に最大信頼地震（MCE）を含む。
• スカラ型経験的減衰モデルを避けるために、地震動のテンポラル表現を完全に保った決定論的波動伝播シミュレーションに依存する。
• 時間依存の応用のため、マルチスケール地震活動フレームワーク内に Gutenberg-Richter 関係を適用し、モデル化された源に発生頻度を割り当てる。
• 地震発生に関する確率的仮定を一切用いずに、源、経路、サイト効果の間で物理的整合性を保つことで、保守的なハザード推定を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地震動のテンソル的性質をよりよく表現するには、地震ハザード評価をどのように改善できるか？
• RQ2 スカラ型経験的減衰モデルが地震ハザード分析において抱える限界は何か。それらはどのように克服できるか？
• RQ3 NDSHA のような物理的ベースの手法は、従来の確率論的手法よりも信頼性が高く保守的なハザード推定を提供できるか？
• RQ4 NDSHA は、地震記録が限られた地域、例えば活断帯地域に適用された場合、どのように機能するか？
• RQ5 NDSHA は、土木インfraや文化的建造物における地震耐性および安全性をどの程度向上できるか？

主な発見

• NDSHA は、経験的減衰モデルに依存せず、地震動の完全なテンソル的性質をモデル化することで、頑健で信頼性の高い保守的ハザード推定を提供する。
• この手法は、地質学的・地球物理学的および歴史的地震データを効果的に統合し、最大信頼地震を含む大規模地震をモデル化できる。
• 最近のイタリアおよびネパールの破壊的地震の観測結果は、NDSHA の手法が現実のシナリオにおいて妥当であることを確認している。
• NDSHA は、確率的地震発生モデルに関する仮定を排除することで、ハザード評価の不確実性を低減する。
• NDSHA の適用は、特に地震記録が短い活断帯地域において、地震安全およびレジリエンスを向上させる。
• マルチスケール地震活動モデルおよび Gutenberg-Richter 関係との統合により、決定論的および時間依存の両方のハザード評価を支援する。