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Framework for Selection of Representative Earthquake Scenarios for Regional Risk Simulation leveraging National Seismic Hazard Model

Este artículo presenta un marco de trabajo que aprovecha los Modelos de Peligrosidad Sísmica Nacionales para seleccionar escenarios de terremotos representativos para la simulación de riesgos regionales, demostrado a través de la identificación de dos escenarios específicos para Wellington, Nueva Zelanda, y validado frente a distribuciones de peligrosidad y criterios de consistencia, plausibilidad y transparencia.

Autores originales: Preetish Kakoty, Kenneth J Elwood, Christopher J DiCaprio, Sanjay S Bora

Publicado 2026-08-20

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CC BY 4.0

Autores originales: Preetish Kakoty, Kenneth J Elwood, Christopher J DiCaprio, Sanjay S Bora

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Los terremotos son una fuerza de la naturaleza que no se puede detener, pero su impacto en la vida humana puede gestionarse. Para hacer esto de manera efectiva, los planificadores urbanos, ingenieros y gestores de emergencias necesitan comprender cómo podría ser realmente un terremoto futuro en su vecindario específico. Durante décadas, los científicos han utilizado dos formas principales para estudiar este riesgo. Un enfoque, llamado análisis probabilístico, calcula la probabilidad estadística de sacudidas en cualquier punto dado durante un largo periodo, teniendo en cuenta cada posible terremoto que podría ocurrir. Produce gráficos complejos que muestran con qué frecuencia ocurre un determinado nivel de sacudida. El otro enfoque, conocido como planificación de escenarios deterministas, imagina un evento sísmico único y específico. Plantea una pregunta directa: "Si esta falla específica se rompe ahora mismo, ¿qué sucede?". Este método es poderoso para la comunicación porque cuenta una historia clara sobre los daños, el tiempo de recuperación y las poblaciones desplazadas, ayudando a las comunidades a visualizar las consecuencias de un desastre en lugar de solo ver números abstractos. Sin embargo, elegir qué terremoto único imaginar ha sido a menudo una cuestión de conjeturas, basándose en la historia pasada o en el temor al peor caso posible, sin una guía clara sobre si ese evento imaginado representa realmente los riesgos que enfrenta una región.

Un nuevo estudio dirigido por investigadores del University College London, la Universidad de Auckland y Earth Sciences New Zealand ofrece una forma estructurada de resolver este problema. El equipo desarrolló un marco que utiliza los modelos de peligro sísmico nacional más avanzados disponibles para seleccionar los escenarios de terremotos más representativos para una región. Probaron este método en Wellington, Nueva Zelanda, una ciudad conocida por su alta actividad sísmica y geología compleja. En lugar de elegir un escenario basado en una corazonada o en un único evento histórico, los investigadores utilizaron datos del modelo nacional del país para identificar qué tipos de terremotos contribuyen más al riesgo de sacudidas en una ubicación específica. Luego seleccionaron dos eventos de ruptura específicos para que sirvieran como sus escenarios representativos: un terremoto de magnitud 7.3 en la falla local de Wellington-Hutt Valley y un terremoto de magnitud 8.1 en la distante zona de subducción de Hikurangi. Al fundamentar estas elecciones en datos rigurosos, los investigadores aseguraron que las historias que cuentan sobre desastres futuros sean consistentes con la física real de la región.

El proceso comenzó analizando los "ingredientes" del riesgo para Wellington. El modelo nacional considera docenas de líneas de falla y diferentes tipos de actividad tectónica, incluyendo fallas corticales superficiales y zonas de subducción profundas donde una placa tectónica se desliza debajo de otra. Los investigadores necesitaban averiguar cuáles de estas fuentes eran más propensas a causar sacudidas significativas en Wellington, específicamente para el nivel de sacudida utilizado en los códigos de diseño de edificios. Analizaron los datos para encontrar qué combinación de tamaño y distancia de terremoto contribuía más al riesgo. Encontraron que, si bien podrían ocurrir muchas rupturas diferentes, algunas combinaciones específicas de magnitud y distancia eran los principales impulsores del peligro. Para la falla local, un evento de magnitud 7.3 fue el contribuyente más significativo. Para la zona de subducción más profunda, un evento de magnitud 8.1 destacó. El equipo luego buscó las instancias de ruptura específicas en la base de datos nacional que coincidieran con estos tamaños y distancias. Cuando múltiples rupturas encajaban con la descripción, eligieron la que ocurría con más frecuencia en los datos del modelo, asegurando que el escenario seleccionado no fuera solo posible, sino estadísticamente probable.

Una vez elegidos los dos escenarios, los investigadores mapearon cómo sería la sacudida del suelo en toda la región de Wellington. Utilizaron simulaciones por computadora para generar mapas que mostraran la intensidad de la sacudida para ambos eventos. Los resultados revelaron una diferencia distintiva entre los dos tipos de terremotos. El terremoto de magnitud 7.3 en la falla local produjo una sacudida altamente variable. La intensidad era extremadamente alta justo al lado de la línea de falla y disminuía bruscamente a medida que uno se alejaba. Esto crea una situación en la que algunos vecindarios podrían enfrentar sacudidas catastróficas mientras que otros, a solo unas millas de distancia, experimentan mucho menos. En contraste, el terremoto de magnitud 8.1 de la zona de subducción de Hikurangi, que es mucho más profundo bajo tierra, produjo una capa de sacudida más uniforme en toda la región. Aunque la intensidad máxima era menor que la del peor escenario de la falla local, la sacudida se sintió de manera más uniforme en un área más amplia.

Para asegurar que estos escenarios fueran verdaderamente útiles, los investigadores compararon las sacudidas predichas por sus escenarios elegidos contra las estimaciones estadísticas del modelo de peligro nacional. Comprobaron si la sacudida de su "historia" específica coincidía con la sacudida esperada para un terremoto de nivel de diseño. Encontraron que el escenario de la falla local de magnitud 7.3 produjo niveles de sacudida que se alineaban muy de cerca con las expectativas medianas del modelo nacional. Sin embargo, el escenario de subducción de magnitud 8.1 produjo sacudidas que fueron generalmente menores que la estimación mediana del modelo nacional, aunque todavía capturaba los límites superiores extremos de lo que podría suceder. Esta comparación es crucial porque valida que los escenarios elegidos no son simples conjeturas aleatorias, sino que están firmemente arraigados en la comprensión científica del peligro de la región. También destaca que diferentes escenarios cuentan diferentes partes de la historia del riesgo: el escenario de la falla local es crítico para comprender el daño extremo y localizado, mientras que el escenario de subducción es esencial para comprender la interrupción regional generalizada.

El valor de este trabajo reside en su capacidad para proporcionar una base clara y defendible para la reducción del riesgo. Al utilizar un método transparente para seleccionar escenarios, los investigadores han creado una herramienta en la que los planificadores urbanos y los ingenieros pueden confiar. Estos escenarios pueden ahora utilizarse para probar cómo se comportarían los edificios, puentes y sistemas de agua bajo estrés, para planificar deslizamientos de tierra y licuefacción, y para comunicar los riesgos al público de una manera que sea tanto realista como accionable. El estudio confirma que, si bien la selección de un escenario de terremoto implica cierto juicio humano, ese juicio puede ser guiado por datos robustos para asegurar que la imagen resultante del futuro sea tanto plausible como consistente con la mejor ciencia disponible. Este enfoque permite a las comunidades ir más allá de los temores vagos de "el gran terremoto" y, en su lugar, prepararse para eventos específicos y representativos que reflejen la verdadera naturaleza de las amenazas sísmicas que enfrentan.

Resumen Técnico: Marco para la Selección de Escenarios de Terremotos Representativos para la Simulación de Riesgo Regional aprovechando el Modelo Nacional de Peligrosidad Sísmica

Planteamiento del Problema
Los escenarios deterministas de terremotos son reconocidos como herramientas eficaces para informar las políticas de reducción de riesgos, facilitar la comunicación del riesgo y comprometer a las partes interesadas al vincular los impactos sísmicos con eventos específicos en lugar de con estimaciones probabilísticas complejas. Sin embargo, la literatura carece de una guía robusta sobre la selección de escenarios que sean tanto representativos de la sismicidad de una región como efectivos para casos de uso específicos. Históricamente, la selección de escenarios ha dependido de eventos históricos, terremotos característicos o escenarios percibidos como los peores posibles. Con la llegada de los detallados Modelos Nacionales de Peligrosidad Sísmica (NSHM, por sus siglas en inglés) que caracterizan las fallas sísmicas y las tasas de actividad, existe la oportunidad de aprovechar estos modelos probabilísticos para informar la selección de escenarios deterministas representativos, cerrando la brecha entre la utilidad práctica de los enfoques deterministas y la robustez de las evaluaciones probabilísticas.

Metodología
El artículo propone un marco estructurado para seleccionar escenarios deterministas de terremotos aprovechando los datos de desagregación de los modelos de peligro sísmico probabilístico (PSHA). El flujo de trabajo consta de los siguientes pasos:

Definición del Caso de Uso y Parámetros: El proceso comienza identificando la aplicación prevista (por ejemplo, riesgo de cartera de edificios frente a infraestructura de servicios vitales), lo que dicta la elección de la Medida de Intensidad (IM) (por ejemplo, PGA, Aceleración Espectral en períodos específicos) y el nivel de peligro objetivo (por ejemplo, un periodo de retorno de 475 años para el diseño de edificios).
Desagregación del Peligro: Se realiza la desagregación del peligro sísmico para el sitio de interés utilizando el NSHM. Esto identifica las combinaciones de magnitud ( $M$ ) y distancia ( $R$ ) que contribuyen más significativamente al peligro para la IM y el nivel de peligro seleccionados.
Filtrado y Selección de Escenarios:
- Combinaciones de Magnitud-Distancia: Las combinaciones se seleccionan basándose en su contribución al peligro. El marco considera múltiples IM y niveles de peligro para asegurar la relevancia en todo el caso de uso previsto.
- Consideración de Épsilon ( $\epsilon$ ): El marco prioriza las combinaciones de magnitud-distancia con valores de $\epsilon$ cercanos a cero (cerca de la media de la ecuación de predicción de movimiento del suelo) para asegurar la consistencia con las estimaciones de peligro esperadas, evitando eventos de cola extrema a menos que se requieran específicamente.
- Selección de Instancias de Ruptura: De la catálogo de rupturas del NSHM, se identifican instancias de ruptura específicas que coincidan con las combinaciones de $M-R$ seleccionadas. Cuando múltiples rupturas se ajustan a una combinación, la selección se guía por la tasa de ruptura ( $\lambda_{rup}$ ), el potencial de desencadenar peligros en cascada (por ejemplo, deslizamientos de tierra, licuación) y el contexto histórico local.
Benchmarking y Validación: Los escenarios seleccionados se contrastan contra las estimaciones probabilísticas del NSHM. Esto implica comparar la distribución de las intensidades del movimiento del suelo del escenario determinista contra la distribución del NSHM para el nivel de peligro objetivo. La comparación cuantifica la probabilidad de que el movimiento del suelo del escenario exceda la mediana y el percentil 90 de la distribución del NSHM.
Criterios de Validez: Los escenarios seleccionados se evalúan frente a tres criterios derivados de la literatura de planificación de escenarios: consistencia (alineación con los supuestos de modelado del NSHM), plausibilidad (alineación del movimiento del suelo con las estimaciones probabilísticas) y transparencia (documentación clara de la lógica de selección).

Implementación del Caso de Estudio: Wellington, Nueva Zelanda
El marco se aplicó para seleccionar escenarios representativos para Wellington, Nueva Zelanda, centrándose en el riesgo sísmico para edificios residenciales (periodo de retorno de 475 años).

Escenarios Seleccionados: Se seleccionaron dos escenarios:
1. Un terremoto de M7.3 en Wellington-Hutt Valley (fuente cortical activa).
2. Un terremoto de M8.1 en la zona de subducción de Hikurangi.
Análisis del Movimiento del Suelo: Se generaron mapas de peligro para la Aceleración Pico de la Aceleración (PGA) y la Aceleración Espectral a 1s (SA(1.0)). El escenario de la falla de Wellington exhibió una alta variabilidad espacial con intensidades que alcanzan picos cerca de la falla (0.15g a 1.0g para SA(1.0)), mientras que el escenario de Hikurangi mostró un movimiento más uniforme y de menor intensidad a través de la región (0.35g a 0.55g para SA(1.0)).
Resultados del Benchmarking:
- Wellington-Hutt Valley (M7.3): La mediana de PGA (0.6g) y SA(1.0) (1.1g) fueron ligeramente inferiores a las estimaciones medianas del NSHM (0.7g y 1.3g, respectivamente). Sin embargo, los percentiles 90 de este escenario excedieron significativamente el percentil 90 del NSHM (por ejemplo, 3.4g frente a 1.7g para SA(1.0)), indicando una contribución significativa de "riesgo de cola".
- Hikurangi (M8.1): La mediana de PGA (0.4g) y SA(1.0) (0.8g) fueron inferiores a las medianas del NSHM. Sin embargo, los percentiles 90 de las estimaciones se alinearon estrechamente con el percentil 90 del NSHM (por ejemplo, 1.8g frente a 1.7g para SA(1.0)).
- Probabilidad de Excedencia: El análisis cuantificó la probabilidad de que los movimientos del suelo del escenario excedieran los valores medianos y del percentil 90 del NSHM, proporcionando un contexto para la interpretación de los riesgos basados en escenarios.

Contribuciones Clave

Marco Estructurado: El artículo proporciona un flujo de trabajo reproducible para la selección de escenarios deterministas que están fundamentados en modelos nacionales de peligro sísmico de vanguardia, alejándose de los métodos de selección ad-hoc.
Integración de PSHA y DSHA: Demuestra cómo los datos de desagregación probabilística pueden guiar la selección de rupturas deterministas, asegurando que los escenarios elegidos sean consistentes con el peligro sísmico regional.
Metodología de Validación: El artículo introduce un método para contextualizar los peligros de los escenarios deterministas frente a las estimaciones probabilísticas mediante la cuantificación de las probabilidades de excedencia de los valores medianos y de alto percentil, abordando el desafío de comparar distribuciones con diferentes incertidumbres subyacentes.
Aplicación a Entornos Tectónicos Complejos: El marco navegó con éxito por una región con múltiples regímenes tectónicos (cortical activo y de subducción) para seleccionar escenarios distintos y representativos para diferentes fuentes de peligro.

Significado y Reivindicaciones
Los autores afirman que este marco aborda una brecha crítica en la planificación de escenarios al proporcionar un método transparente, consistente y plausible para la selección de escenarios. La importancia radica en la capacidad de:

Mejorar la Comunicación del Riesgo: Al proporcionar escenarios científicamente fundamentados en los modelos de peligro nacionales, las partes interesadas pueden comprender mejor los riesgos específicos asociados con eventos futuros plausibles.
Apoyar Estudios Multidisciplinarios: Los escenarios seleccionados sirven como una base robusta para evaluaciones de riesgo posteriores, incluyendo evaluaciones de carteras de edificios, análisis de interrupción de infraestructura y evaluaciones de peligros en cascada (deslizamientos de tierra, licuación).
Garantizar la Validez: Los escenarios seleccionados satisfacen los criterios centrales de validez de consistencia, plausibilidad y transparencia, lo que los hace adecuados para el desarrollo de políticas y la planificación urbana.

El artículo concluye que, si bien la selección de escenarios implica una subjetividad inherente respecto al caso de uso previsto, este marco ofrece un enfoque estructurado basado en el NSHM para guiar la toma de decisiones, asegurando que los escenarios resultantes no sean arbitrarios sino representativos de la realidad sísmica de la región. El trabajo se presenta como un componente de un esfuerzo multidisciplinario más amplio para apoyar las estrategias de reducción de riesgos y mitigación a nivel de gobierno local en Nueva Zelanda.

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