[논문 리뷰] Precursory moment release scales with earthquake magnitude

Mateo Acosta, François Passelègue외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 21.

earthquake and tectonic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 실험 지진과 자연 지진(Mw 6.0–9.0)에서, 미세한 변위 행동, 유체 존재 여부 또는 단층 이력과 관계없이 지진 발생 전의 응력 완화(즉, 전조 모멘트 방출)가 메인쇼크의 크기와 예측 가능하게 비례함을 입증한다. 지진 핵형성 이론에 의해 뒷받ukkan 이 결과들은, 지진학적 및 지형측량적 관측을 통합하여 지각운동과 비지각운동을 동시에 모니터링할 경우 중간에서 큰 지진의 사전 예측이 가능하다는 것을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 지진 핵형성 기간 동안의 전조 모멘트 방출이 다양한 조건에서 메인쇼크 크기와 비례하는지 조사하기 위해.
• 이 비례 관계가 지각운동과 비지각운동의 두 가지 변위 행동 모두에 대해 성립하는지 확인하기 위해.
• 건조 조건과 유체 압력이 높은 환경을 포함한 다양한 단층 조건에서 전조 모멘트 방출의 일관성 여부를 평가하기 위해.
• 중간에서 큰 자연 지진에 대한 예측 지표로 전조 모멘트 방출을 사용할 수 있는지 평가하기 위해.
• 이론적 및 실증적 검증을 통해 실험 규모의 관측 결과를 자연 지진 현상과 연결하기 위해.

제안 방법

• 지진 핵형성 조건 하에서 실험실 환경에서 스틱-슬립 실험을 수행하여 지진 핵형성을 시뮬레이션하였다.
• 유체 영향을 평가하기 위해 건조 조건과 유체 과압 조건에서 실험을 수행하였다.
• 지각운동과 비지각운동의 전조 방출을 구분하기 위해 고해상도 지진학적 및 변위 측정을 통해 변위 행동을 모니터링하였다.
• 핵형성 단계 동안 응력과 변위의 곱을 시간에 따라 적분하여 모멘트 방출을 정량화하였다.
• 지진 핵형성 이론에 기반한 이론적 모델링을 사용하여 관측된 비례 관계를 해석하고 검증하였다.
• 실험적 및 자연 데이터 간의 전조 모멘트 방출과 메인쇼크 크기 사이의 비례 관계를 유도하고 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실험 지진에서 전조 모멘트 방출은 메인쇼크 크기와 비례하는가?
• RQ2 공극 유체 존재가 전조 모멘트 방출의 크기 비례 관계에 영향을 미치는가?
• RQ3 지각운동과 비지각운동의 두 행동 방식 모두에서 전조 모멘트 방출의 비례 관계는 일관된가?
• RQ4 실험에서 관측된 비례 관계를 자연 지진(Mw 6.0–9.0 범위)에까지 확장 적용할 수 있는가?
• RQ5 지진학적 및 지형측량적 측정을 통합하여 이 전조 신호를 탐지하고 예측할 수 있는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• 건조 조건과 유체 과압 조건을 포함한 모든 시험 조건에서 전조 모멘트 방출은 메인쇼크 크기와 체계적으로 비례한다.
• 지각운동과 비지각운동의 두 행동 방식 모두에서 비례 관계가 유지되어, 지진 핵형성의 근본적 특성임을 시사한다.
• 관측된 비례 관계는 지진 핵형성 모델의 이론적 예측과 일치한다.
• 이 관계는 Mw 6.0에서 Mw 9.0까지의 크기 범위를 포함하여, 큰 자연 지진에 적용 가능함을 시사한다.
• 연구 결과는 중간에서 큰 지진이 핵형성 기간 동안 지각운동과 비지각운동을 동시에 모니터링함으로써 사전에 예측 가능할 수 있음을 암시한다.
• 실험 규모와 자연 규모 사이의 격차가 존재하더라도, 일관된 비례 관계는 통합된 지구물리학적 관측을 통한 사전 경고의 가능성에 대한 근거를 제공한다.