新超级计算机的地震危险视图：模拟800,000年的加州地震历史，确定风险

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。

SCEC开发的超级计算机动力框架提供了新的地震危害视图。

巨大的地震是幸运的，罕见的活动。但信息稀缺的稀缺在某些方面盲目地让我们的风险，特别是在确定特定位置或结构的风险方面。

“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式涉及挖沟，了解更多关于过去破裂的信息，从世界各地的大量地震中整理信息，并创建危险统计模型，或者使用超级计算机模拟特定地地的特定地震具有高度保真度。

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。

哥伦比亚大学Milner和Bruce Shaw领导的新研究在2021年1月发表于美国地震会的海报，提出了原型率 - 州地震模拟器或rsqsim的结果，这模拟了数十万年加利福尼亚州地震史。耦合与另一个代码，网络篮子，该框架可以计算每个Quake会发生的摇动量。它们的结果与历史地震相比，历史地震和其他方法的结果，并显示出地震概率的逼真分布。

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。

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。”

“我们在努力确定我们期望的哪种地震以及哪个故障以及经常，”SCEC的执行董事Christine Goulet也参与了这项工作。“当地震将发生时，我们不会在或讲述代码。我们推出数十万年的模拟，只需让代码将压力从一个故障转移到另一个故障。“

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）。

“框架输出了一个完整的滑动时间历史：发生破裂以及如何生长，”米尔纳解释说。“我们发现它产生了现实的地面动作，告诉我们模型中实施的物理在预期工作。”他们有更多的工作计划验证结果，这在接受设计应用之前至关重要。

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。

在Frontera上创建目录需要八天的连续计算，并并行使用超过3,500个处理器。模拟加利福尼亚州的10个站点的地面震动需要对世界第二最快的超级计算机上的峰会上的可比计算。

“更广泛的社区采用将是较慢的，”米尔纳说。“因为这样的结果会影响安全性，所以我们尽职调查的一部分，以确保这些结果在技术上被更广泛的社区捍卫，”Goulet添加了。但是，诸如这些的研究结果是重要的，以便超越广泛的建筑规范，在某些情况下可能不充分地代表区域面临的风险，而在其他情况下过于保守。

“希望这些类型的模型将有助于我们更好地表征地震危害，因此我们正在花费我们的资源来构建最强大，安全，有弹性的建筑，在那里最需要的建筑物，”Milner说。

参考：“朝向物理学的非精体PSHA：凯文R. Milner南加州南部加州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，美国地震学会的公报.DO：
10.1785/0120200216

资金：美国地质调查合作协议G17AC00047;国家科学基金会（NSF）合作协议EAR-1600087;下凯克基金会