[論文レビュー] Theoretical constraints on tidal triggering of slow earthquakes

Yishuo Zhou, Ankit Gupta+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2026

earthquake and tectonic studies被引用数 0

ひとこと要約

スプリング–ブロックモデルとレート・アンド・ステート摩擦を用いて、潮汐様摂動が速度低下性故障の滑りをどのように誘発し得るかを分析し、ノンディメンショナル制御パラメータと共鳴様増幅条件を特定する。

ABSTRACT

Tidal stress is a globally acting perturbation driven primarily by the gravitational forcing of the Moon and the Sun. Understanding how tidal stresses can trigger seismic events is essential for constraining tectonic environments that are sensitive to small stress perturbations. Here, employing a spring-block with rate-and-state friction, we investigate tidal triggering on velocity-weakening stable sliding faults with stiffness slightly exceeding the critical stiffness. We first apply idealized step-like and boxcar normal stress perturbations to demonstrate a resonance-like amplification of slip rate when the perturbation period approaches the intrinsic frictional timescale of state evolution. Next, we perform nondimensional analyses and numerical simulations with harmonic tidal-like perturbations to identify the key parameters controlling tidal triggering and their admissible ranges. Triggered slip events are further characterized using physically interpretable quantities, including radiation efficiency and tidal phase. Our results show that even small stress perturbations can trigger periodic as well as complex slip events on stable sliding faults. The triggering behavior is primarily controlled by the normalized perturbation period and the normalized perturbation amplitude. An increase in the normalized period shifts event timing from the peak of tidal stress toward the peak of stress rate, whereas increasing the normalized amplitude promotes a transition from slow to fast events. The parameter space permitting triggered events suggests that the parameter which characterizes the instantaneous frictional strength of an interface, should not exceed tens to hundreds of kilopascals, and that the characteristic slip distance for frictional weakening is likely on the order of micrometers.

研究の動機と目的

• 安定すべり領域での小さな潮汐応力が慢性的な故障滑りにどのように影響し得るか理解を促進する。
• 瞬時および周期的な法線応力摂動に対する速度低下性故障の応答を調べる。
• 潮汐 triggering を支配する主要パラメータを同定するノンディメンショナルな体系を構築する。
• 調和（潮汐） forcing が観測可能な滑りイベントを生じさせ得るパラメータ領域を描く。

提案手法

• aging 演化形のレート・アンド・ステート摩擦を含む springs–block モデルを用いる。
• 敷設法としてステップ、ボックスカー、そして調和的な法線応力摂動を用いて故障応答を模擬する。
• 支配方程式をノンディメンショナル化して制御パラメータ（R_ab, κ, N, P_σ, P_T）を同定する。
• パラメータ空間全体で数値シミュレーションを実行し、triggering 条件を特徴付ける。
• 共鳴様増幅を分析し、位相や放射効率といった観測量への結びつきを示す。

Figure 1 : Spring–block model under stress perturbations. The block slides with velocity $V$ under a constant normal stress $\sigma_{0}$ , subject to an imposed normal stress perturbation $\sigma_{\mathrm{p}}(t)$ and an applied shear stress perturbation $\tau_{\mathrm{p}}(t)$ . The elastic loading i

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小さな潮汐様摂動が速度低下性の故障で滑りを誘発し得る条件は？
• RQ2 摂動の振幅と持続時間が滑りの増幅とタイミングにどう影響するか？
• RQ3 周期的応力 forcing に対する故障の感度を支配するノンディメンショナルパラメータは？
• RQ4 安定すべり故障の RSF フレームワークにおいて共鳴様効果はどのように生じるか？
• RQ5 これらの結果が潮汐トリガー型の慢性地震の解釈にもたらす影響は？

主な発見

• 滑り誘発は、摂動のタイミングが故障の内部時刻スケールと共鳴する場合、安定滑りの速度低下性故障にも小さな応力摂動で可能である。
• 有限持続の摂動に対して共鳴様増幅が生じ、最大滑り速度は特定の摂動周期範囲内で階段的変化応答を超えることがある。
• ノンディメンショナルパラメータ P_σ および P_T とともに R_ab, κ, N が triggering 行動と慢いイベントから速いイベントへの遷移を支配する。
• 促されたイベントを許すパラメータ空間は、即時摩擦強さ aσ_0 や弱化の微小メートル尺度の滑り距離 d_c の小ささを示唆する。
• このフレームワークは triggering を放射効率や潮汐位相といった観測可能指標へ結びつけ、他の時間依存摂動やRSF法則へ一般化することをサポートする。

Figure 2 : Responses of slip velocity to step changes in normal stress. (a) Downward step change and (b) Upward step change. Red dashed and blue solid curves correspond to $|\Delta\sigma|=1~\mathrm{kPa}$ and $2~\mathrm{kPa}$ , respectively. The dark gray line with circles indicates the reference cas