Các dư chấn bị điều khiển bởi dịch và tốc độ suy giảm bị kiểm soát bởi động lực học tính thấm
Tóm tắt
Một khía cạnh của vật lý động đất chưa được giải quyết một cách đầy đủ là lý do tại sao một số trận động đất phát sinh hàng ngàn dư chấn trong khi những trận động đất khác chỉ phát sinh ít hoặc không có dư chấn. Cũng vẫn chưa rõ tại sao tỷ lệ dư chấn lại suy giảm với tốc độ ~1/thời gian. Ở đây, tôi cho thấy rằng hai yếu tố này có liên quan, với việc thiếu hụt dư chấn phản ánh sự vắng mặt của các nguồn dịch có áp suất cao ở độ sâu, trong khi các chuỗi dư chấn phong phú và kéo dài phản ánh việc khai thác các bể chứa dịch có áp suất cao thúc đẩy các chuỗi dư chấn. Bằng cách sử dụng một mô hình vật lý nắm bắt các khía cạnh thống trị của động lực học tính thấm trong vỏ trái đất, tôi cho thấy mô hình này tạo ra độ phù hợp vượt trội với các quan sát hơn so với các độ phù hợp thực nghiệm thường được sử dụng như Định luật Omori-Utsu, và tìm thấy một mối quan hệ chức năng giữa tỷ lệ suy giảm dư chấn và khả năng kiến tạo trong việc phục hồi các mạng lưới nứt được tạo ra trong và sau động đất. Những kết quả này có ý nghĩa sâu rộng và có thể giúp giải thích các quan sát khác như sự phục hồi tốc độ địa chấn, suy giảm và di chuyển.
Từ khóa
#động đất #dư chấn #động lực học #tính thấm #mô hình vật lý #phục hồi tốc độ địa chấnTài liệu tham khảo
Shelly, D. R. A High‐resolution seismic catalog for the initial 2019 ridgecrest earthquake sequence: foreshocks, aftershocks, and faulting complexity. Seismol. Res. Lett. 91, 1971–1978 (2020).
McGuire, J. J., Boettcher, M. S. & Jordan, T. H. Foreshock sequences and short-term earthquake predictability on East Pacific Rise transform faults. Nature 434, 457–461 (2005).
Shin, Y. H. et al. Moho topography, ranges and folds of Tibet by analysis of global gravity models and GOCE data. Sci. Rep. 5, 11681 (2015).
Hayes, G. P. et al. Slab2, a comprehensive subduction zone geometry model. Science 362, 58–61 (2018).
Hardebeck, J. L., Nazareth, J. J. & Hauksson, E. The static stress change triggering model: constraints from two southern California aftershock sequences. J. Geophys. Res.-Solid Earth 103, 24427–24437 (1998).
Toda, S., Stein, R. S. & Sagiya, T. Evidence from the AD 2000 Izu islands earthquake swarm that stressing rate governs seismicity. Nature 419, 58–61 (2002).
Schaff, D. P., Beroza, G. C. & Shaw, B. E. Post seismic response of repeating aftershocks. Geophys. Res. Lett. 25, 4549–4552 (1998).
Helmstetter, A. & Sornette, D. Subcritical and supercritical regimes in epidemic models of earthquake aftershocks. J. Geophys. Res.: Solid Earth 107, ESE 10-11–ESE 10-21 (2002).
Bosl, W. J. & Nur, A. Aftershocks and pore fluid diffusion following the 1992 Landers earthquake. J. Geophys. Res.-Solid Earth 107, doi:2366 10.1029/2001jb000155 (2002).
Ross, Z. E. et al. Aftershocks driven by afterslip and fluid pressure sweeping through a fault‐fracture mesh. Geophys. Res. Lett. 44, 8260–8267 (2017).
Miller, S. A. et al. Aftershocks driven by a high-pressure CO2 source at depth. Nature 427, 724–727 (2004).
Micklethwaite, S. & Cox, S. F. Progressive fault triggering and fluid flow in aftershock domains: examples from mineralized Archaean fault systems. Earth Planet. Sci. Lett. 250, 318–330 (2006).
Streit, J. E. & Cox, S. F. Fluid pressures at hypocenters of moderate to large earthquakes. J. Geophys. Res.-Solid Earth 106, 2235–2243 (2001).
Sibson, R. H. Structural permeability of fluid-driven fault-fracture meshes. J. Struct. Geol. 18, 1031–1042 (1996).
Sibson, R. H. An episode of fault-valve behaviour during compressional inversion? The 2004 M(J)6.8 Mid-Niigata Prefecture, Japan, earthquake sequence. Earth Planet. Sci. Lett. 257, 188–199 (2007).
Miller, S. A. The role of fluids in tectonic and earthquake processes. Adv. Geophys. 54, 1–46 (2013).
Omori, F. On the aftershocks of earthquakes. J. College Sci. 7, 521–605 (1894).
Utsu, T. A statistical study on the occurrence of aftershocks. Geophys. Mag. 30, 129–195 (1961).
Mignan, A. Modeling aftershocks as a stretched exponential relaxation. Geophys. Res. Lett. 42, 9726–9732 (2015).
Dieterich, J. A constitutive law for rate of earthquake production and its application to earthquake clustering. J. Geophys. Res.-Solid Earth 99, 2601–2618 (1994).
Ben-Zion, Y. & Lyakhovsky, V. Analysis of aftershocks in a lithospheric model with seismogenic zone governed by damage rheology. Geophys. J. Int. 165, 197–210 (2006).
Hauksson, E. & Shearer, P. Southern California hypocenter relocation with waveform cross-correlation, part 1: results using the double-difference method. Bull. Seismological Soc. Am. 95, 896–903 (2005).
Heidbach, O. et al. Global crustal stress pattern based on the World Stress Map database release 2008. Tectonophysics 482, 3–15 (2010).
Sibson, R. Implications of fault-valve behaviour for rupture nucleation and recurrence. Tectonophysics 211, 283–293 (1992).
Rice, J. R. in Fault Mechanics and the Transport Properties of Rocks (eds B. Evans Wong & F. T) 475–501 (Academic Press, 1992).
Miller, S. A. & Nur, A. Permeability as a toggle switch in fluid-controlled crustal processes. Earth Planet. Sci. Lett. 183, 133–146 (2000).
Wibberley, C. A. & Shimamoto, T. Earthquake slip weakening and asperities explained by thermal pressurization. Nature 436, 689–692 (2005).
Viesca, R. C. & Garagash, D. I. Ubiquitous weakening of faults due to thermal pressurization. Nat. Geosci. 8, 875–879 (2015).
Ferri, F., Di Toro, G., Hirose, T. & Shimamoto, T. Evidence of thermal pressurization in high‐velocity friction experiments on smectite‐rich gouges. Terra Nova 22, 347–353 (2010).
Mitchell, T. & Faulkner, D. Towards quantifying the matrix permeability of fault damage zones in low porosity rocks. Earth Planet. Sci. Lett. 339, 24–31 (2012).
Petrini, C. et al. Seismo-hydro-mechanical modelling of the seismic cycle: methodology and implications for subduction zone seismicity. Tectonophysics 791, 228504 (2020).
Sibson, R. H. Fault-valve behavior and the hydrostatic-lithostatic fluid pressure interface. Earth-Sci. Rev. 32, 141–144 (1992).
Ingebritsen, S. E. & Manning, C. E. Permeability of the continental crust: dynamic variations inferred from seismicity and metamorphism. Geofluids 10, 193–205 (2010).
Wiemer, S. A software package to analyze seismicity: ZMAP. Seismological Res. Lett. 72, 373–382 (2001).
Cox, S. F. Faulting processes at high fluid pressures - an example of fault valve behavior from the Wattle Gully Fault, Victoria, Australia. J. Geophys. Res.-Solid Earth 100, 12841–12859 (1995).
Miller, S. A. & Mazzini, A. More than ten years of Lusi: a review of facts, coincidences, and past and future studies. Mar. Pet. Geol. 90, 10–25 (2018).
Enescu, B., Mori, J., Miyazawa, M. & Kano, Y. Omori-Utsu law c-values associated with recent moderate earthquakes in Japan. Bull. Seismol. Soc. Am. 99, 884–891 (2009).
Shelly, D. R., Beroza, G. C. & Ide, S. Non-volcanic tremor and low-frequency earthquake swarms. Nature 446, 305–307 (2007).
Shelly, D. R., Beroza, G. C., Ide, S. & Nakamula, S. Low-frequency earthquakes in Shikoku, Japan, and their relationship to episodic tremor and slip. Nature 442, 188–191 (2006).
Podladchikov, Y. Y. & Miller, S. A. Episodic waves of fluid-filled porosity. Poromechanics 5, 790–793 (2013).
Brenguier, F. et al. Postseismic relaxation along the San Andreas fault at Parkfield from continuous seismological observations. Science 321, 1478–1481 (2008).
Kelly, C., Rietbrock, A., Faulkner, D. & Nadeau, R. Temporal changes in attenuation associated with the 2004 M6. 0 Parkfield earthquake. J. Geophys. Res.: Solid Earth 118, 630–645 (2013).
Chen, X., Shearer, P. & Abercrombie, R. Spatial migration of earthquakes within seismic clusters in Southern California: evidence for fluid diffusion. J. Geophys. Res.: Solid Earth 117 (2012).
Segall, P. & Rice, J. R. Dilatancy, compaction, and slip instability of a fluid-infiltrated fault. J. Geophys. Res.-Solid Earth 100, 22155–22171 (1995).
Waldhauser, F., Schaff, D. P., Diehl, T. & Engdahl, E. R. Splay faults imaged by fluid-driven aftershocks of the 2004 Mw 9.2 Sumatra-Andaman earthquake. Geology 40, 243–246 (2012).