[論文レビュー] Precursory moment release scales with earthquake magnitude

Mateo Acosta, François Passelègue+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2019

earthquake and tectonic studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、実騻地震および自然地震（Mw 6.0–9.0）において、ずれ行動、流体の存在、断層歴の違いに関係なく、前兆的モーメント解放—地震発生前の徐々な応力解放—がメインショックのマグニチュードに予測可能に比例することを示している。地震核化理論によって裏付けられたこの発見は、地震の前触れとしての統合的地震観測と地殻変動観測が、中程度から大規模な地震の予測可能性を高められることを示唆している。

ABSTRACT

Today, observations of earthquake precursors remain widely debated. While precursory slow slip is an important feature of earthquake nucleation, foreshock sequences are not always observed and their temporal evolution remains unconstrained. Here, we report on stick-slip experiments (laboratory earthquakes) conducted under seismogenic stresses in dry and fluid pressure conditions. We show that the precursory moment release scales with mainshock magnitude irrespective of the slip behavior (seismic or aseismic), the presence of fluid and the fault's slip history. Importantly, this observation is supported by earthquake nucleation theory and holds for natural earthquakes in a magnitude range from M_w 6.0 to M_w 9.0. Even though a large gap remains between laboratory and natural observations, moderate to large earthquakes may be foresighted through integrated seismological and geodetic measurements of both seismic and aseismic slip during earthquake nucleation.

研究の動機と目的

• 地震核化期における前兆的モーメント解放が、さまざまな条件下でメインショックのマグニチュードに比例するかどうかを調査すること。
• この比例関係が、地震的および非地震的ずれ行動の両方において成り立つかどうかを特定すること。
• 乾燥および流体過圧環境を含む、さまざまな断層条件において、前兆的モーメント解放の一貫性を評価すること。
• 中程度から大規模な自然地震の予測指標として、前兆的モーメント解放が有効である可能性を評価すること。
• 理論的および実証的妥当性を用いて、実騻スケールの観察と自然地震現象を結びつけること。

提案手法

• 地震発生に適した応力条件下で実騻環境で、地震核化を模倣するためのスティック・スリップ実験を実施した。
• 流体の影響を評価するために、乾燥および流体過圧状態の両方で実験を実施した。
• 地震的および非地震的前兆的解放を区別するために、高分解能の地震計測および変位測定を用いてずれ行動をモニタリングした。
• 核化期における応力とずれの積を時間積分することで、モーメント解放を定量化した。
• 地震核化理論に基づく理論的モデリングを用いて、観察された比例関係の解釈と検証を行った。
• 実験的および自然データの両方で、前兆的モーメント解放とメインショックマグニチュードの間の比例関係を導出し、比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実騻地震において、前兆的モーメント解放はメインショックマグニチュードに比例するか？
• RQ2 孔内流体の存在が、前兆的モーメント解放のマグニチュード比例関係にどのように影響するか？
• RQ3 地震的および非地震的ずれ行動の両方において、前兆的モーメント解放の比例関係は一貫しているか？
• RQ4 実騻実験で観察された比例関係は、Mw 6.0–9.0の自然地震に外挿可能か？
• RQ5 統合的地震観測と地殻変動観測が、この前兆信号を検出・予測するのにどの程度有効か？

主な発見

• 乾燥および流体過圧断層を含む、すべての試験条件下で、前兆的モーメント解放がメインショックマグニチュードに体系的に比例している。
• この比例関係は、地震的および非地震的ずれ行動の両方で成り立っており、地震核化の根本的性質を示している。
• 観察された比例関係は、地震核化モデルからの理論的予測と整合している。
• この関係はMw 6.0からMw 9.0のマグニチュード範囲にわたり成立しており、大規模な自然地震への適用可能性を示唆している。
• 研究結果は、核化期における地震的および非地震的ずれの統合的モニタリングにより、中程度から大規模な地震を予測可能である可能性を示している。
• 実騻と自然のスケールのギャップが存在するが、一貫した比例関係は、統合的地質物理的観測による早期警戒の可能性を支持している。