Migration of Anomalous Displacements on the Flanks of a Preparing Earthquake Source: A Swing Model

V. G. Bondur; Бондур В. Г.; I. A. Garagash; Гарагаш И. А.; M. B. Gokhberg; Гохберг М. Б.; D. A. Alekseev; Алексеев Д. А.

doi:10.31857/S0002333723040026

Migration of Anomalous Displacements on the Flanks of a Preparing Earthquake Source: A Swing Model

Authors: Bondur V.G.¹, Garagash I.A.¹^,2, Gokhberg M.B.¹^,2, Alekseev D.A.¹^,2
Affiliations:
1. AEROCOSMOS Research Institute for Aerospace Monitoring
2. Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences
Issue: No 4 (2023)
Pages: 16-28
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-3337/article/view/139013
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333723040026
EDN: https://elibrary.ru/TKZYUQ
ID: 139013

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The geomechanical modeling results on the stress-strain state dynamics before the 2019 M = 7.1 Ridgecrest earthquake, Southern California, show the alternating development of maximum displacements at the fault’s ends, which simulates the process of “swinging” of the epicentral zone of the earthquake. These results together with the existing theoretical ideas about the block structure of the Earth’s crust and the corresponding connections between blocks are used to construct a geomechanical “swing” model based on the stick-slip motion of three interconnected blocks. The model parameters are related to the rheological properties of the Earth’s crust in the region of the rupture of the bridging isthmus which determines the source size of the seismic event.

Keywords

geomechanical model, shear deformation, earthquake, earthquake source, stress-strain state, Southern California

References

Акопян С.Ц., Бондур В.Г., Рогожин Е.А. Технология мониторинга и прогнозирования сильных землетрясений на территории России с использованием метода сейсмической энтропии // Физика Земли. 2017. № 1. С. 34–53. https://doi.org/10.7868/S0002333717010021
Бондур В.Г., Гарагаш И.А., Гохберг М.Б., Лапшин В.М., Нечаев Ю.В., Стеблов Г.М., Шалимов С.Л. Геомеханические модели и ионосферные вариации для крупнейших землетрясений при слабом воздействии градиентов атмосферного давления // Докл. РАН. 2007. Т. 414. № 4. С. 540–543.
Бондур В.Г., Гарагаш И.А., Гохберг М.Б., Лапшин В.М., Нечаев Ю.В. Связь между вариациями напряженно-деформированного состояния земной коры и сейсмической активностью на примере Южной Калифорнии // Докл. РАН. 2010. Т. 430. № 3. С. 400–404.
Бондур В.Г., Гарагаш И.А, Гохберг М.Б., Родкин М.В. Эволюция напряженного состояния Южной Калифорнии на основе геомеханической модели и текущей сейсмичности // Физика Земли. 2016. № 1. С. 120–132. https://doi.org/10.7868/S000233371601004X
Бондур В.Г., Гохберг М.Б., Гарагаш И.А., Алексеев Д.А. Ранние проявления краткосрочных предвестников в динамике напряженно-деформированного состояния Южной Калифорнии // Физика Земли. 2021. № 4. С. 78–90. https://doi.org/10.31857/S0002333721040049
Бондур В.Г., Гохберг М.Б., Гарагаш И.А., Алексеев Д.А., Гапонова Е.В. Изучение формирования очага сильного землетрясения Риджкрест 2019 г. в Южной Калифорнии с использованием геомеханической модели // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 502. № 2. С. 49–54. https://doi.org/10.31857/S2686739722020037
Гарагаш И.А. Использование азимутальных вариаций скоростей сейсмических волн для мониторинга сейсмической опасности на Камчатке. Проблемы сейсмичности Дальнего Востока. Петропавловск-Камчатский: 2000. С. 164–175.
Гохберг М.Б., Гарагаш И.А., Нечаев Ю.В., Рогожин Е.А., Юнга С.Л. Геомеханическая модель сейсмического кластера “Чайна-Лейк” Южной Калифорнии. Исследования в области геофизики. Сборник статей к 75-летию Объединенного института физики Земли им. О.Ю. Шмидта / Глико А.О. (ред.) М. 2004. С. 90–98.
Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир. 1985. 264 с.
Керчман В.И., Лобковский Л.И. Численное моделирование сейсмотектонического процесса в островных дугах и активных континентальных окраинах по клавишной схеме сильнейших землетрясений // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1988. № 3. С. 34–46.
Короновский Н.В., Наймарк А.А., ЗахаровВ.С., Брянцева Г.В. О геологических и физических механизмах природных процессов в задачах динамической геологии // Вестник Московского университета. Сер. 4. Геология. 2015. № 4. С. 40–48.
Кочарян Г. Г., Кишкина С.Б., Новиков В.А., Остапчук А.А. Медленные перемещения по разломам: параметры, условия возникновения, перспективы исследований // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. . № 4. С. 863–891.
Лобковский Л.И., Владимирова И.С., Габсатаров Ю.В., Гарагаш И.А., Баранов Б.В., Стеблов Г.М. Постсейсмические движения после Симуширских землетрясений 2006–2007 гг. на различных стадиях сейсмического цикла // Докл. РАН. 2017. Т. 473. № 3. С. 104–109.
Мячкин В.И., Костров Б.В., Соболев Г.А., Шамина О.Г. Основы физики очага и предвестников землетрясений. Физика очага землетрясения. М.: Наука. 1975. С. 6–29.
Садовский М.А., Писаренко В.Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. М.: Наука. 1991. 96 с.
Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука. 2003. 270 с.
Ben-Zion Y., Zaliapin I. Spatial variations of rock damage production by earthquakes in southern California // Earth and Planetary Science Letters. 2019. V. 512. P. 184–193.
Ben-Zion Y., Zaliapin I. Localization and coalescence of seismicity before large earthquakes // Geophysical Journal International. 2020. V. 223. P. 561–583.
Bondur V.G., Gokhberg M.B., Garagash I.A., Alekseev D.A. Revealing Short-Term Precursors of the Strong M > 7 Earthquakes in Southern California from the Simulated Stress–Strain State Patterns Exploiting Geomechanical Model and Seismic Catalog Data // Frontiers in Earth Science. 2020. 8: 571700. https://doi.org/10.3389/feart.2020.571700
Bondur V.G., Gokhberg M.B., Garagash I.A., Alekseev D.A. Features of the modelled stress-strain state dynamics prior to the M = 7.1 2019 Ridgecrest earthquake in Southern California // Russian J. Earth Sciences. 2022. V. 22. ES5002.
Brown S.R., Scholz C.H., Rundle J.B. A simplifed spring-block model of earthquakes // Geophysical Research Letters. 1991. V. 18. P. 215–218.
Burridge R., Knopoff L. Model and theoretical seismicity // Bulletin of the Seismological Society of America. 1967. V. 57. № 3. P. 341–371.
Carlson J.M., Grannan E.R., Swindle G.H. Self-organizing systems at finite driving rates // Physical Reviews. 1993. V. E47. P. 93–105.
Chen K., Avouac J.-P. Aati S., Milliner C., Zheng F., Shi C. Cascading and pulse-like ruptures during the 2019 Ridgecrest earthquakes in the Eastern California Shear Zone // Nature Communications. 2020. V. 11. P. 22.
Dieterich J.H. Earthquake nucleation on faults with rate-and state-dependent strength // Tectonophysics. 1992. V. 211. P. 115–134.
Huang J., Turcotte D.L. Are earthquakes an example of deterministic chaos? // Geophysical Research Letters. 1990. V. 17. P. 223–226.
Kato A., Ben-Zion Y. The generation of large earthquakes // Nature Reviews Earth & Environment. 2021. V. 2. P. 26–39.
Molchan G., Keilis-Borok V. Seismology Earthquake prediction: probabilistic aspect // Geophysical J. International. 2008. V. 173. P. 1012–1017.
Narkounskaia G., Turcotte D.L. A cellular-automata, slider-block model for earthquakes. I. Demonstration of chaotic behavior for a low order system // Geophysical J. International. 1992. V. 111. P. 250–258.
Rice J.R. Heating, weakening and shear localization in earthquake rupture // Philosophical Transactions. Series a, Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 2017. V. 375. PMID: 28827427.
Turcotte D.L. Crustal deformation and fractals, a review. Fractals and dynamic systems an geosciences / J.H. Kruhl (ed.). 1994. P. 7–23.
Yoon C.E., Yoshimitsu N., Ellsworth W.L., Beroza G.C. Foreshocks and mainshock nucleation of the 1999 Mw 7.1 Hector Mine, California, earthquake // J. Geophysical Research. Solid Earth. 2019. V. 124. P. 1569–1582.