湖によって調節されたサンアンドレアス南部の大地震

Dec 07, 2023

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46 オルトメトリック

メトリクスの詳細

水文学的負荷は、地殻の地震活動を刺激する可能性があります1。 しかし、大地震の誘発に関する証拠は依然として掴みどころがありません。 南カリフォルニアの南サンアンドレアス断層 (SSAF) は、過去 1,000 年にわたって定期的に満たされ、乾燥した古代のカウィラ湖の名残であるソルトン海 2 の隣にあります 3、4、5。 ここで我々は、新しい地質学的データと古地震データを使用して、SSAF での過去 6 回の大地震がおそらくカウィラ湖の高台で発生したことを実証します 5,6。 考えられる因果関係を調査するために、湖の水位の変動による時間依存のクーロン応力変化 7,8 を計算しました。 粘弾性マントル 12,13 を覆う多孔弾性地殻の完全結合モデル 9,10,11 を使用すると、水文学的負荷により SSAF に対するクーロン応力が数百キロパスカル増加し、断層応力率が 2 倍以上増加することがわかりました。おそらく地震を引き起こすには十分でしょう7,8。 湖の浸水による不安定化の影響は、非垂直断層の傾斜 14,15,16,17、断層損傷帯の存在 18,19、および側方間隙水圧拡散 20,21 によって強化されます。 私たちのモデルは、自然 8,22 または人為的 1,23 の水文負荷がかなりの地震活動に関連している他の地域にも適用できる可能性があります。

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この研究は、MW への南カリフォルニア地震センター (助成金 21091) および YF への NSF (EAR-1841273)、NASA (80NSSC22K0506) および USGS (G20AP00051) によって支援されました。この研究は、R. Guyer との通信の恩恵を受けました。 このプロジェクトでは、USGS の第四紀断層データを使用しました。 私たちは、サンディエゴ州立大学における CSRC 高性能コンピューティング クラスターの使用を認めます。

サンディエゴ州立大学地質科学部、サンディエゴ、カリフォルニア州、米国

ライリー・G・ヒル、マシュー・ワインガーテン、トーマス・K・ロックウェル

スクリップス海洋研究所、カリフォルニア大学サンディエゴ校、ラホーヤ、カリフォルニア州、米国

ライリー・G・ヒル & ユーリ・フィアルコ

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RGH は有限要素モデルを構築し、モデル結果の解析を実行して原稿を執筆しました。 MW は研究を管理し、モデルの構築を支援し、モデリング ソフトウェアへのアクセスを提供し、資金を獲得し、実験の構想を支援し、原稿にコメントしました。 TKR は古地震解析を実施し、実験を考案し、原稿に貢献しました。 YF は、モデリングとモデル結果の解釈に関するアドバイスを提供し、原稿に貢献しました。

ライリー・G・ヒルへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature は、この研究の査読に貢献してくれた匿名の査読者に感謝します。 査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

サンプリング地震 PDF 分布と湖のタイミングに基づくモンテカルロ統計テスト (10,000 サンプル) の結果。 地震 PDF をサンプリングした後、湖が 70% を超えて満水になったタイミングで湖内に何人が落下したかを判断します。 これらのタイミングを、同じレイク読み込み時間範囲にわたる 7 回の一様ランダム分布と比較します。 湖内で発生する平均タイミングは、湖内で発生する一様ランダム分布の地震タイミングの 97% 以上であることがわかりました。

3D有限要素法モデル領域。 モデル メッシュには、約 200 万個の四面体要素が含まれています。 水色は古代のカウィラ湖の範囲を表しています。 規定の垂直荷重は、湖の最大水頭 (97.2 m) までの静水圧です。 赤い実線は SSAF 障害トレースです。 断層帯は北東に 60 度傾斜するスラブとしてモデル化され (参考文献 54)、厚さは 200 m と仮定されます (参考文献 19、46、84)。

湖の中心近くの断層上の点である位置21の深さ7 kmでの時間（西暦年）の関数としてのSSAFの間隙水圧（MPa）（補足図5を参照）。 各モデルは可変断層透水性に基づいており、モデル 1 が最も透水性が高く、モデル 5 が無損傷ゾーンとなります (拡張データ表 2)。

さまざまな深さの間隙水圧の 1D 解析モデル (青) と表面の湖レベルの間隙水圧 (黒)。 1905 年から現在までの小さい表面プロファイルはソルトン海 2 です。 深さ 7.2 km の有限要素法モデル 2 (緑の線) は、透水性の低い母岩に埋め込まれた透水性の高い断層損傷ゾーンによる 3D 拡散の効果を示しています。 7.2 km の有限要素法モデルは、1 km の 1D 解析ケースの間隙圧力に似ており、断層損傷ゾーンがどのように間隙圧力を効果的に深さに伝達できるかを示しています。 γ = 0.1685; kfault = 1e−15 (m2); khost/1Dmodel = 1e−18 (m2)。

図 4a と同様ですが、湖の中心から離れた点 (補足図 5 の点 24) です。

排出されない効果と排出された効果の瞬間的および一時的な効果。 t = 0 では、排水されていない効果は、湖の下の多孔質弾性媒体全体でほぼ瞬時に感じられます。 時間が経過するにつれて、この効果は深さで平衡化しようとします。 t = 0 では、表面の多孔質弾性媒体と湖の底を除いて、排水効果は感じられません。 時間の経過とともに、拡散によって流体が表面から下に押し流されるため、この効果により間隙圧力が増加します。 さらに、湖の荷重が適用されると、湖の直下に圧縮領域が形成されるのに対し、湖の縁近くには伸長領域が形成されます。

このファイルには補足図が含まれています。 1～11。

Rockwell et al.6 の放射性炭素測定に基づく推定年齢範囲の計算。

時空間間隙水圧の進化。 このビデオでは、ソルトン海の負荷も含む古代カウィラ湖の 6 つの湖負荷サイクルのモデルにおける各時間ステップにおける SSAF 全体の相対間隙水圧の変化について説明します。 断層上の*点は、平均地震発生深さ7kmにおける最大間隙水圧の位置です。 * に関連付けられた各ステップにおける間隙圧が右側にプロットされています。 他の 2 つの曲線は、断層のどの部分が正の間隙水圧を持っているかの比率を表しています。 黒い線は深さ 7 km の間隙圧力、灰色の線は断層全体の間隙圧力です。

CFS の時空間進化。 この説明は、間隙圧の代わりに CFS を使用する点を除き、補足ビデオ 1 と同じです。

ポジティブ/ネガティブ CFS の進化。 このビデオでは、モデルの各タイム ステップにおける SSAF 全体のバイナリのポジティブ CFS (赤) とネガティブ CFS (青) を説明します。 断層面上にプロットされた黒い * は、断層全体の最大 CFS を持つ各タイム ステップの位置を表します。 右側に 2 本の線がプロットされており、SSAF における CFS の陽性 (赤) と陰性 (青) の比率を表しています。

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転載と許可

Hill、RG、Weingarten、M.、Rockwell、TK 他。 サンアンドレアス南部の大規模な地震は、湖の増水現象によって変調されました。 自然 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41586-023-06058-9

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受信日: 2022 年 7 月 15 日

受理日: 2023 年 4 月 5 日

公開日: 2023 年 6 月 7 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06058-9

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