[논문 리뷰] Can large (M >= 8) EQs be triggered by tidal (M1) waves? An analysis of the global seismicity that occurred during 1901 - 2011

C. Thanassoulas, V. Klentos외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 06.

earthquake and tectonic studies참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 비판적 응력 조건 하에서 리소스피어의 변형으로 인해 수직 M1 tidal 성분이 큰(≥8) 지진을 유도할 수 있으며, 이때 M1 진폭 최고점 시점에 우연에 비해 72% 더 많은 큰 지진이 발생한다. 이 메커니즘은 tidal 응력 적재가 사전에 존재하는 비판적 응력 상태와 협력함으로써 단기 예측 가능성을 제공한다.

ABSTRACT

The analysis of two global data sets of large earthquakes (2010 - 2011, 30 samples of M \geq 7R and 1901-2011, 178 samples of M \geq 8R) reveals that there exists a cause and effect relation between the vertical tidal M1 component amplitude peak and the time of occurrence of the latter EQs. A physical model mechanism is postulated that justifies the obtained results. It is shown that the tidal waves can trigger a large EQ, despite their small amplitude, provided that the seismogenic area is under critical stress load conditions. Actually, it is shown that a large EQ can be triggered by the cooperative action of all vertical tidal components but mainly by the M1 and K1 ones. Examples are presented from the most recent global large EQs (Summatra, Mw = 9.1, 2004 and Japan, Mw = 9.0, 2011) and from Greece (Kythira, Greece, Ms = 6.9R, 2006 and Skyros, Greece, Ms = 6.1R, 2001). The postulated physical model provides the means for the implementation of the first step towards a really short-term earthquake prediction.

연구 동기 및 목표

• 큰(≥8) 지진이 수직 M1 tidal 성분과 인과관계가 있는지 조사하기.
• 특히 M1 및 K1와 같은 tidal 힘이, 지진 발생 영역이 비판적 응력 상태에 있을 경우 큰 지진을 유도할 수 있는지 테스트하기.
• 다양한 구조적 배경에서 적용 가능한 보편적인 물리적 모델을 개발하기.
• tidal 위상 일치를 이용한 단기 지진 예측의 첫걸이를 가능하게 하기.

제안 방법

• 1901–2011년(178건의 ≥8R 지진) 및 2010–2011년(30건의 ≥7R 지진)의 세계 지진 활동 데이터를 분석하여 M1 tidal 진폭 최고점과의 시간적 상관관계를 조사하였다.
• 14일 주기의 M1 성분과 일일 주기의 K1 성분의 tidal 진폭 자료를 사용하여 지진 발생 시점을 평가하였다.
• 기대되는 우연한 일치 확률(Pds = 14.28% × 178 = 25건)을 계산하고 관측된 수치와 기대 수치를 비교하였다.
• 관측된 응력 최고점과 지진 발생 사이의 지연 시간을 바탕으로 핵심 형성 시간(tn = tfail − tonset)을 계산하였다.
• tidal에 의해 유도된 리소스피어 변형이 실패를 유도하기 위해 마지막 응력 부담을 추가하는 물리적 모델을 제안하였다.
• 수마트라(2004), 일본(2011), 키티라(2006), 스카이로스(2001) 지진의 사례 연구를 통해 모델을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M1 tidal 성분의 최고점과 큰(≥8) 지진 발생 시점 사이에 통계적으로 유의미한 상관관계가 존재하는가?
• RQ2 특히 M1 및 K1와 같은 tidal 힘이, 지진 발생 영역이 비판적 응력 상태에 있을 경우 큰 지진을 유도할 수 있는가?
• RQ3 tidal 응력 최고점과 지진 발생 사이의 관측된 지연 시간이 tidal 유도 메커니즘을 지지하는가?
• RQ4 이 tidal 유도 메커니즘이 지역 지질학적 조정 없이 다양한 구조적 배경에서 보편적으로 적용 가능한가?
• RQ5 관측된 지연 시간으로부터 유도된 핵심 형성 시간이 tidal 유도의 물리적 제약 조건을 충족하는가?

주요 결과

• M1 tidal 진폭 최고점 시점에 우연한 확률보다 133.31% 더 많은 큰(≥8) 지진이 발생하였다(p < 0.05).
• 관측된 M1 최고점 시점의 43건의 지진 수는 우연한 일치 기대치인 25건을 크게 초과하며, 초과율 R = 0.72(72% 초과)이다.
• 키티라(2006) 및 스카이로스(2001) 지진의 경우, tidal 응력 최고점과 균열 발생 사이의 지연 시간은 각각 43분과 41분이었으며, 이는 핵심 형성 시간 약 41–43분을 나타낸다.
• 핵심 형성 시간은 M1(14일 주기) 및 K1(24시간 주기) tidal 주기보다 훨씬 짧아, tidal 유도의 물리적 제약 조건을 충족한다.
• tidal 위상 일치를 이용하여 최근의 큰 지진(예: 수마트라 2004, 일본 2011)의 발생 시기를 성공적으로 예측하였다.
• 이 메커니즘은 보편적이며 지역 구조적 또는 집중 메커니즘 조정이 필요 없으며, 전 세계적 tidal 유도 메커니즘을 지지한다.