DOI: https://doi.org/10.1785/0320250052
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: S. Cesca وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
تدرس الدراسة ظاهرة الزلازل المعاكسة، التي تتميز بحركة انزلاق معاكسة تقريبًا تحدث في أحداث زلزالية متتالية على طول هياكل صدع مشابهة أو مجاورة. من خلال تحليل منهجي لفهرس عزم المركز العالمي (CMT) على مدى 48 عامًا، حدد الباحثون آلاف الأزواج من الزلازل ذات المواقع المركزية المجاورة وعزم معكوس. كشفت هذه التحليلات أن هذه الأحداث ليست معزولة بل تتجمع في 342 مجموعة مكانية عبر إعدادات تكتونية متنوعة، بما في ذلك مناطق الانغماس، والمناطق البركانية، وزلزالية الوشاح العلوي.
تؤكد النتائج انتشار الزلازل المعاكسة، حيث يظهر إجمالي 3,431 زوجًا آلية عكسية ملحوظة تم تأكيدها من خلال عدم التوافق في شكل الموجة. تسلط الدراسة الضوء على التنوع الجغرافي والتكتوني الزلزالي لهذه الأحداث، التي تختلف في العمق، والشدة، وآليات البؤر، بما في ذلك كل من مكونات الزوج المزدوج (DC) وغير الزوج المزدوج (غير DC). يقترح المؤلفون أن البحث الإضافي ضروري لاستكشاف العمليات الأساسية وراء اكتشافات هذه الزلازل المعاكسة، والتي قد تشمل النشاط البركاني، وديناميات التمزق المعكوس، وتفعيل شبكات الصدع المعقدة. يمكن أن تساعد تقنيات تحديد المواقع النسبية المحسنة في توضيح الآليات المعنية وتساعد في تمييز الأحداث المعاكسة الحقيقية عن تلك شبه المعاكسة.
مقدمة
تناقش المقدمة ظاهرة الزلازل المعاكسة (المعروفة باسم المعاكسات)، التي تتميز بأشكال موجية متضادة للغاية، ومراكز زلزالية قريبة، وآليات بؤرية معاكسة تقريبًا. على الرغم من الطبيعة المتناقضة ظاهريًا لمثل هذه الزلازل، التي تنشأ من آليات مصدر متعارضة يجب أن تعمل ضد بعضها البعض، تم توثيق العديد من الحالات عبر بيئات زلزالية متنوعة. تشمل هذه الحالات حيث تحدث المعاكسات بسبب انزلاق معكوس تقريبًا على طول نفس الصدع أو الهياكل المجاورة، مما يتطلب تغييرات مفاجئة في موتر الإجهاد، على عكس الطبيعة المستقرة عمومًا لحقل الإجهاد في الأرض.
تسلط الورقة الضوء على حدوث زلازل دفع معاكسة وزلازل عادية في مناطق الانغماس، المنسوبة إلى عدم تجانس الإجهاد المكاني الناتج عن تقارب الصفائح وديناميات الانغماس. بينما قدمت الدراسات السابقة أدلة قصصية على المعاكسات، لا يزال التقييم العالمي الشامل لانتشارها وتوزيعها وخصائصها غائبًا. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق المنهجي في المعاكسات بناءً على معلمات مصدر الزلزال، مما يعزز فهمنا لحدوثها العالمي والآليات الأساسية وراءها.
الطرق
في هذه الدراسة، يستخدم المؤلفون موترات المركز (MTs) من فهرس CMT العالمي، الذي يغطي الفترة من 1 يناير 1976 إلى 31 ديسمبر 2023، مما ينتج عنه مجموعة بيانات تضم 64,878 حدثًا زلزاليًا. يركز البحث على تحديد أزواج من الزلازل ذات المواقع المركزية المشابهة وآليات بؤرية معاكسة، والتي تُعرف بأزواج المعاكسات. تم تحديد عتبة مسافة مركزية تبلغ 25 كم لضمان قرب الأحداث، بينما تم استخدام شبكة عالمية تعتمد على شبكة فيبوناتشي لأخذ عينات منهجية من حجم الزلازل في الأرض. يسمح هذا النهج باستخراج الزلازل ضمن دائرة نصف قطرها 100 كم من كل نقطة شبكة، مما يسهل تحديد الزلازل المعكوسة المحتملة.
لتقييم عكس موترات MTs، يتم تطبيق مقياسين: زاوية كاغان ($d_k$) ومسافة طبيعية ($d_m$). تقيس زاوية كاغان المسافة الزاوية بين مكونات DC لموترات MTs، مع تحديد عتبة تبلغ 25° للاحتفاظ بآليات انزلاق معاكسة تقريبًا. يتم تقييد المسافة الطبيعية، الحساسة لعكس موتر MT الإجمالي، بعتبة تبلغ 0.09. يقوم المؤلفون بالتحقق من الأزواج المكتشفة من خلال عدم التوافق في شكل الموجة باستخدام تسجيلات زلزالية واسعة النطاق، مؤكدين الزلازل المعكوسة عندما يكون متوسط الحد الأدنى من دوال الارتباط المتقاطع الطبيعية أقل من -0.8. تستخدم الدراسة نظرية الرسم البياني لربط أزواج الزلازل المحددة وتستخدم برامج التجميع الزلزالي لتصنيفها إلى مجموعات مكانية، مما يبرز تعقيد آليات الزلازل وإمكاناتها للتكرار العكسي.
النتائج
حددت نتائج البحث العالمي 8,226 منطقة ذات اهتمام، تحتوي كل منها على حدثين زلزاليين على الأقل ضمن حجم مخروطي، والتي تتوافق مع حدود الصفائح والمناطق الزلزالية. بعد تطبيق معايير تتعلق بالموقع وعكس موترات MTs، تم الكشف عن 5,763 زوجًا من الزلازل المعاكسة. أكدت التحقق من خلال عدم التوافق في شكل الموجة حوالي 60% من هذه الاكتشافات كاكتشافات حقيقية، مع تصنيف حوالي 3% على أنها زائفة و37% تبقى غير مؤكدة. من خلال استبعاد الاكتشافات غير المؤكدة والزائفة، تم تنقيح مجموعة البيانات إلى 3,431 زوجًا من الأحداث تشمل 2,113 زلزالًا، منظمة في 342 مجموعة مكانية عبر 102 منطقة من مناطق فلين-إنغدال.
كشفت التحليلات أن الزلازل الضحلة كانت هي السائدة، مع 291 مجموعة مقارنة بـ 51 للتركيزات المتوسطة والعميقة، مما يعكس التوزيع العام للعمق الذي لوحظ في فهرس CMT العالمي. من بين الزلازل الضحلة، تم تحديد أنماط تمزق متنوعة، بما في ذلك موترات MT مع مكونات غير مزدوجة كبيرة، حيث تجاوزت مكونات الانحراف الخطي المطلق (CLVD) 25%. تم تصنيف المجموعات إلى عائلتين: موترات MT “النمطية” الأكثر انتشارًا وموترات MT “الشاذة” الأقل شيوعًا. بالإضافة إلى ذلك، تم تصنيف المجموعات التي تتكون من أزواج فردية بناءً على أنماط تمزقها بالنسبة للمعايير الإقليمية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على انتشار الزلازل المعاكسة، التي تتميز بمواقع مركزية مجاورة وآليات معاكسة، عبر إعدادات تكتونية زلزالية متنوعة على الأرض. تحدد الدراسة عددًا كبيرًا من هذه الأحداث عند حدود الصفائح، بما في ذلك المناطق المتقاربة، والمتباينة، والتحويلية، بالإضافة إلى مجموعات بركانية معزولة. من الجدير بالذكر أن البحث يكشف عن مجموعة متنوعة من أنماط التمزق بين المعاكسات، مع ملاحظة كل من آليات غير مزدوجة (غير DC) ومزدوجة (DC). تشير النتائج إلى أن حوالي 40% من أزواج الزلازل الدفعية العادية تظهر انفصالات جانبية تتجاوز 10 كم، مما يشير إلى تفاعلات معقدة بين الزلازل الناتجة عن الانغماس والارتفاع الخارجي.
تقوم التحليلات أيضًا بتصنيف الأحداث المعاكسة بناءً على شدتها، وأوقات الفواصل بين الأحداث، ونسبة الآليات الشاذة إلى النمطية. تقدم الدراسة نسبة المعاكسات، ρ، ونسبة تنوع الآلية، χ، لقياس انتشار وأنماط زمنية لهذه الزلازل. تظهر النتائج أن المجموعات ذات القيم المنخفضة لـ ρ تتميز بشكل أساسي بآليات نمطية، بينما تشير القيم العالية لـ χ إلى تكرار عكسي للآليات خلال فترات إجهاد قصيرة الأجل بعد أحداث زلزالية كبيرة. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى تحقيقات مستهدفة في العمليات الفيزيائية التي تدفع هذه الانعكاسات الآلية، والتي قد تكون مرتبطة بالنشاط البركاني، وإعادة توزيع الإجهاد، وديناميات شبكات الصدع. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم أعمق للسلوك الزلزالي المعقد المرتبط بالزلازل المعاكسة وآثارها على تقييم المخاطر الزلزالية.
DOI: https://doi.org/10.1785/0320250052
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): S. Cesca et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
The study investigates the phenomenon of anti-repeating earthquakes, characterized by nearly opposite fault slip occurring in consecutive seismic events along similar or adjacent fault structures. By systematically analyzing the Global Centroid Moment Tensor (CMT) catalog over a span of 48 years, the researchers identified thousands of pairs of earthquakes with neighboring centroid locations and opposite moment tensors. This analysis revealed that such events are not isolated but rather clustered in 342 spatial groups across diverse tectonic settings, including subduction zones, volcanic regions, and upper mantle seismicity.
The findings underscore the prevalence of anti-repeating earthquakes, with a total of 3,431 pairs exhibiting significant mechanism reversal confirmed through waveform anti-correlation. The study highlights the geographic and seismotectonic diversity of these events, which vary in depth, magnitude, and focal mechanisms, including both double-couple (DC) and non-double-couple (non-DC) components. The authors suggest that further research is necessary to explore the underlying processes of these anti-repeater detections, which may involve volcanic activity, reversed rupture dynamics, and the activation of complex fault networks. Enhanced relative location techniques could further elucidate the mechanisms at play and help distinguish genuine anti-repeating events from quasi-anti-repeating ones.
Introduction
The introduction discusses the phenomenon of anti-repeating earthquakes (anti-repeaters), which are characterized by highly anti-correlated waveforms, nearby hypocenters, and nearly opposite focal mechanisms. Despite the seemingly contradictory nature of such earthquakes, which arise from opposing source mechanisms that should act against each other, numerous instances have been documented across various seismogenic environments. These include cases where anti-repeaters occur due to nearly opposite slip along the same fault or neighboring structures, necessitating abrupt changes in the stress tensor, contrary to the generally stable nature of Earth’s stress field.
The paper highlights the occurrence of opposite thrust and normal-faulting earthquakes in subduction zones, attributed to spatial stress heterogeneities from plate convergence and subduction dynamics. While previous studies have provided anecdotal evidence of anti-repeaters, a comprehensive global assessment of their prevalence, distribution, and characteristics remains absent. This research aims to systematically investigate anti-repeaters based on earthquake source parameters, thereby enhancing our understanding of their worldwide occurrence and underlying mechanisms.
Methods
In this study, the authors utilize centroid moment tensors (MTs) from the Global CMT catalog, covering the period from January 1, 1976, to December 31, 2023, resulting in a dataset of 64,878 seismic events. The focus is on identifying pairs of earthquakes with similar hypocentral locations and opposite focal mechanisms, termed anti-repeater pairs. A centroid distance threshold of 25 km is established to ensure the proximity of events, while a global grid based on a Fibonacci lattice is employed to systematically sample the seismogenic volume of the Earth. This approach allows for the extraction of earthquakes within a 100 km radius of each grid point, facilitating the identification of potential reversed earthquakes.
To assess the reversal of MTs, two metrics are applied: the Kagan angle distance ($d_k$) and a normalized distance ($d_m$). The Kagan angle distance measures the angular difference between the DC components of the MTs, with a threshold of 25° set to retain nearly opposite faulting mechanisms. The normalized distance, sensitive to the overall deviatoric MT reversal, is constrained to a threshold of 0.09. The authors validate detected pairs through waveform anti-correlation using broadband seismic recordings, confirming reversed earthquakes when the average of the minima of normalized cross-correlation functions is below -0.8. The study employs graph theory to link identified earthquake pairs and utilizes seismological clustering software to categorize them into spatial clusters, highlighting the complexity of earthquake mechanisms and their potential for repeated reversals.
Results
The results of the global search identified 8,226 regions of interest, each containing at least two seismic events within a conic volume, which correspond to plate boundaries and seismogenic areas. After applying criteria related to location and the inverseness of moment tensors (MTs), 5,763 anti-repeating earthquake pairs were detected. Verification through waveform anti-correlation confirmed approximately 60% of these as true detections, with around 3% classified as false and 37% remaining unverified. By excluding unverified and false detections, the dataset was refined to 3,431 event pairs involving 2,113 earthquakes, organized into 342 spatial clusters across 102 Flinn-Engdahl regions.
The analysis revealed that shallow earthquakes predominated, with 291 clusters compared to 51 for intermediate and deep foci, reflecting the general depth distribution observed in the Global CMT catalog. Among the shallow earthquakes, various rupture styles were identified, including MTs with significant non-double-couple (non-DC) components, where the mean absolute compensated linear vector dipole (CLVD) component exceeded 25%. The clusters were categorized into two families: the more prevalent “typical” MTs and the less common “anomalous” MTs. Additionally, clusters consisting of single pairs were classified based on their rupture styles relative to regional norms.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the prevalence of anti-repeating earthquakes, characterized by neighboring hypocentral locations and opposite mechanisms, across various seismotectonic settings on Earth. The study identifies a significant number of these events at plate boundaries, including convergent, divergent, and transform zones, as well as isolated volcanic clusters. Notably, the research reveals a diverse range of rupture styles among anti-repeaters, with both non-double-couple (non-DC) and double-couple (DC) mechanisms observed. The findings indicate that approximately 40% of thrust-normal earthquake pairs exhibit lateral separations exceeding 10 km, suggesting complex interactions between subduction and outer rise seismicity.
The analysis further categorizes anti-repeating events based on their magnitudes, interevent times, and the ratio of anomalous to typical mechanisms. The study introduces an anti-repeater ratio, ρ, and a mechanism variability ratio, χ, to quantify the prevalence and temporal patterns of these earthquakes. Results show that clusters with low ρ values predominantly feature typical mechanisms, while high χ values indicate frequent mechanism reversals during short-term stress transients following significant seismic events. The research underscores the need for targeted investigations into the physical processes driving these mechanism reversals, which may be linked to volcanic activity, stress redistribution, and the dynamics of fault networks. Overall, the findings contribute to a deeper understanding of the complex seismic behavior associated with anti-repeating earthquakes and their implications for seismic hazard assessment.