[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究表明，无论滑移行为、流体存在与否或断层历史如何，前兆矩释放——地震前逐渐释放应力——在实验室地震与自然事件（Mw 6.0–9.0）中均与主震震级呈可预测的尺度关系。该发现得到地震成核理论的支持，表明综合地震与形变监测以捕捉地震与非地震滑移，可实现对中到大震的前瞻性预测。

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.

研究动机与目标

• 调查在不同条件下，地震成核期间的前兆矩释放是否与主震震级呈比例关系。
• 确定该比例关系是否适用于地震与非地震滑移行为。
• 评估前兆矩释放在不同断层条件（包括干燥与流体超压环境）下的稳定性。
• 评估利用前兆矩释放作为中到大天然地震预测指标的潜力。
• 通过理论与实证验证，将实验室尺度观测与天然地震现象相连接。

提出的方法

• 在实验室环境中，在地震成核应力条件下开展扭滑实验，以模拟地震成核过程。
• 在干燥与流体超压条件下进行实验，以评估流体对前兆滑移的影响。
• 通过高分辨率地震与位移测量监控滑移行为，以区分地震与非地震前兆释放。
• 通过在成核阶段对应力与滑移乘积的时间积分，量化矩释放。
• 基于地震成核理论的建模用于解释与验证观测到的比例关系行为。
• 推导并比较实验与自然数据间前兆矩释放与主震震级之间的比例关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在实验室地震中，前兆矩释放是否与主震震级呈比例关系？
• RQ2 孔隙流体的存在如何影响前兆矩释放的震级比例关系？
• RQ3 前兆矩释放的比例关系在地震与非地震滑移行为中是否一致？
• RQ4 实验室实验中观测到的比例关系是否可外推至Mw 6.0–9.0范围内的天然地震？
• RQ5 综合地震学与大地测量学观测在多大程度上可检测并预测该前兆信号？

主要发现

• 在所有测试条件下（包括干燥与流体超压断层），前兆矩释放均系统性地与主震震级呈比例关系。
• 该比例关系适用于地震与非地震滑移行为，表明其为地震成核的根本属性。
• 观测到的比例关系与地震成核模型的理论预测一致。
• 该关系覆盖Mw 6.0至Mw 9.0的震级范围，表明其适用于大型天然地震。
• 研究结果表明，通过在成核阶段综合监测地震与非地震滑移，可实现对中到大震的前瞻性预测。
• 尽管实验室与天然尺度之间存在差距，但一致的比例关系支持通过综合地球物理观测实现早期预警的可行性。