DOI: https://doi.org/10.1186/s40623-024-01991-z
تاريخ النشر: 2024-03-18
المؤلف: Yushiro Fujii وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
أدى زلزال نوتو-هانتو في 1 يناير 2024 (M JMA 7.6) إلى حركة أرضية كبيرة، وتشوه قشرة الأرض، وتسونامي، مما أدى إلى أضرار واسعة النطاق في منطقة شبه جزيرة نوتو. باستخدام بيانات شكل موجة التسونامي من ستة مقاييس موجية واثني عشر مقياس مد، إلى جانب بيانات GNSS من ثلاثة وخمسين محطة، قدر الباحثون كميات الانزلاق على الفوالق النشطة التي حددتها الدراسات السابقة من وزارة الأراضي والبنية التحتية والنقل والسياحة (MLIT) ومشروع أبحاث الزلازل والتسونامي في بحر اليابان (JSPJ). كشفت التحليلات عن انزلاقات كوسيسمية قدرها 3.5 م، 3.2 م، و3.2 م على الفوالق الفرعية NT4 وNT5 وNT6، على التوالي، بينما لوحظ انزلاق أصغر قدره 1.0 م على NT8، من المحتمل أن يكون بسبب تمزقه السابق خلال زلزال نوتو عام 2007. الطول الإجمالي للفوالق المعنية حوالي 100 كم، مع لحظة زلزالية محسوبة قدرها \(1.90 \times 10^{20} \, \text{Nm}\) (Mw = 7.5).
كما أشار الدراسة إلى أن الانزلاق كان ضئيلاً على الفوالق الفرعية الشمالية الشرقية NT2 وNT3، التي تميل نحو الشمال الغربي، مما يتناقض مع الفوالق الفرعية الأخرى. تم تسجيل هزات ارتدادية، بما في ذلك حدث M JMA 6.1، في منطقة NT2-NT3، لكن قوتها كانت أقل من القوة المحتملة \(Mw 7.1\) التي يمكن أن تولدها هذه الفوالق في زلزال تسونامي مستقبلي. لوحظت أنماط مشابهة في نموذج MLIT، حيث كان الانزلاق محصورًا في F43 على الساحل الشمالي، مما ترك F42 الشمالية الشرقية غير متمزقة، مما يشير إلى إمكانية حدوث نشاط زلزالي مستقبلي.
مقدمة
سجل زلزال نوتو-هانتو لعام 2024، الذي ضرب شبه جزيرة نوتو في 1 يناير، قوة قدرها 7.6 وفقًا لوكالة الأرصاد الجوية اليابانية (JMA). كان مركز الزلزال يقع عند 37°29.7’N، 137°16.2’E، على عمق 16 كم، وأشار آلية بؤرته إلى حركة فالق عكسي على مستويات مائلة شمال شرق-جنوب غرب. من الجدير بالذكر أن الحدث أنتج هزات ارتدادية امتدت حوالي 150 كم، بما في ذلك هزتين ارتداديتين كبيرتين بقوة أكبر من 6 حدثتا بعد فترة وجيزة من الحدث الرئيسي.
قبل هذا الزلزال، شهدت شبه جزيرة نوتو مجموعة من النشاط الزلزالي بدأت في ديسمبر 2020، culminating في قوة قصوى قدرها 5.4 في يونيو 2022. كانت هذه المجموعة مرتبطة بسوائل صاعدة، كما اقترح نيشيمورا وآخرون (2023). وقع زلزال أكبر بقوة 6.5 في 5 مايو 2023، مما وسع منطقة نشاط المجموعة ولكنه ظل محصورًا تحت شبه الجزيرة. يتم توفير السياق التاريخي من خلال الزلازل الكبيرة السابقة في المنطقة، بما في ذلك حدث بقوة 6.6 في 1993 وحدث بقوة 6.9 في 2007، وكلاهما كان له تأثيرات جيولوجية وتسونامية ملحوظة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون طرق الانعكاس لتقدير توزيع الانزلاق على الفوالق المرتبطة بتوليد التسونامي، باستخدام هندسة الفوالق من نماذج JSPJ وMLIT. يتكون نموذج JSPJ من سبعة فوالق فرعية، بينما يتضمن نموذج MLIT أربعة فوالق فرعية، مع تكوينات محددة من الفوالق العكسية المائلة نحو الشمال الغربي والجنوب الشرقي. تم اشتقاق زوايا الانزلاق لهذه الفوالق الفرعية من مجالات الضغط التكتونية ثلاثية الأبعاد. من الجدير بالذكر أنه تم تعديل موقع الفالق الفرعي NT6 في نموذج JSPJ ليتماشى مع منطقة الهبوط بالقرب من مقياس ووجيما، مما يضمن الاتصال بالفوالق الفرعية المجاورة. افترض التحليل تمزقًا متزامنًا عبر جميع الفوالق الفرعية، مع طول إجمالي يبلغ حوالي 150 كم ومركز زلزال يقع في وسط هذه المنطقة الفالق.
حسب المؤلفون الإزاحات الأفقية والرأسية في محطات GNSS وقاع البحر باستخدام نموذج فالق مستطيل بناءً على معادلات أوكادا. تم تحديد ظروف التسونامي الأولية من خلال حسابات إزاحة الشبكة الخشنة، التي تم تحسينها إلى شبكة 6 ثوان قوسية. تم نمذجة انتشار التسونامي من كل فالق فرعي إلى محطات ووجيما وTG، مع إعادة أخذ بيانات الأعماق وفقًا لذلك. تم تعديل دوال غرين، التي تمثل أشكال موجات التسونامي من الانزلاق الواحد، لأخذ تأثيرات تشوه القشرة الأرضية في الاعتبار، مما يضمن أن تبدأ أشكال الموجات عند مستوى سطح البحر صفر. تم إجراء انعكاس مشترك لبيانات شكل موجة التسونامي وبيانات GNSS، إلى جانب انعكاسات منفصلة لكل نوع من البيانات. استخدم المؤلفون طريقة المربعات الأقل غير السلبية لعمليات انعكاس شكل موجة التسونامي وضبطوا الأوزان للانعكاس المشترك بناءً على المعايير النسبية لمجموعات البيانات، مما منح وزنًا أكبر لبيانات شكل موجة التسونامي لضمان قابلية المقارنة في مقاييس السعة.
النتائج
تقدم نتائج الدراسة توزيعات الانزلاق المستمدة من انعكاسات مجموعات بيانات مختلفة، بما في ذلك الانعكاسات المشتركة لبيانات شكل موجة التسونامي وبيانات GNSS، بالإضافة إلى التحليلات الفردية لكل نوع من البيانات. أشار الانعكاس المشترك (الشكل 4a) إلى انزلاق كبير يتجاوز 3 م في المواقع NT5 وNT4 وNT6، مع انزلاق ملحوظ قدره 1 م في NT8. على العكس من ذلك، لوحظ انزلاق ضئيل في NT9 وNT2 وNT3، مما يشير إلى طول منطقة انزلاق الفالق يبلغ حوالي 100 كم خلال زلزال 2024. أنتج انعكاس شكل موجة التسونامي (الشكل 4b) وانعكاس GNSS (الشكل 4c) توزيعات انزلاق مماثلة، على الرغم من ملاحظة اختلافات في مقادير الانزلاق، خاصة مع إنتاج انعكاس GNSS لانزلاق كبير غير موثوق في NT9 بسبب نقص البيانات القريبة.
كانت اللحظات الزلزالية المحسوبة تحت فرضية صلابة قدرها 34.3 غيغاباسكال 1.90 × 10²⁰ Nm (Mw = 7.5) للانعكاس المشترك، 1.75 × 10²⁰ Nm (Mw = 7.4) لانعكاس شكل موجة التسونامي، و3.95 × 10²⁰ Nm (Mw = 7.7) لانعكاس GNSS. تتماشى هذه القيم بشكل وثيق مع تلك المستمدة من تحليلات الموجات الزلزالية، مما يشير إلى التناسق عبر المنهجيات. تطابقت الإزاحات المحسوبة في محطات GNSS عمومًا مع الارتفاع الملحوظ على الساحل الشمالي لشبه جزيرة نوتو، على الرغم من أن مناطق الهبوط أظهرت إزاحات محسوبة ضئيلة. أعادت الانعكاسات المشتركة وانعكاسات شكل موجة التسونامي إنتاج أشكال موجات التسونامي الملحوظة بفعالية، على الرغم من بعض التقديرات المنخفضة للسعة، خاصة في محطات معينة. بشكل عام، تؤكد النتائج على تعقيدات نمذجة مصادر التسونامي بدقة والقيود المفروضة على معلمات الفالق الثابتة في تحليلات الانعكاس.
نقاش
تحلل قسم النقاش في ورقة البحث الانزلاق الكوسيسمي الناتج عن زلزال شبه جزيرة نوتو 2024، باستخدام الانعكاس المشترك لبيانات شكل موجة التسونامي وبيانات GNSS. تشير النتائج إلى كميات انزلاق كبيرة قدرها حوالي 3.5 م، 3.2 م، و3.2 م على الفوالق الفرعية NT4 وNT5 وNT6، على التوالي، بينما لوحظ انزلاق أصغر قدره 1.0 م على NT8. يُعزى هذا الانزلاق المنخفض على NT8 إلى تمزقه السابق خلال زلزال 2007. تتماشى الانزلاقات المقدرة بشكل وثيق مع القيم المتوقعة من مشروع الزلازل والتسونامي في بحر اليابان (JSPJ)، خاصة تلك المستمدة من الوصفات A وI، مما يشير إلى أن علاقة القياس تاكيمورا (1998) قد تفرط في تقدير كميات الانزلاق.
يسلط التحليل الضوء أيضًا على أن الفوالق الفرعية المجاورة NT2 وNT3، التي تميل في الاتجاه المعاكس، لم تتمزق خلال حدث 2024، على الرغم من حدوث هزة ارتدادية لاحقة في المنطقة. يشير ذلك إلى إمكانية حدوث نشاط زلزالي مستقبلي، مما قد يؤدي إلى تسوناميات كبيرة تؤثر على سواحل محافظة نيغاتا وجزيرة سادو. تدعم نتائج نموذج MLIT هذه النتائج، حيث لم يشهد سوى الفالق F43 انزلاقًا، بينما ظل F42 غير نشط، مما يبرز المزيد من المخاطر الزلزالية المستمرة في المنطقة. بشكل عام، تؤكد الدراسة على أهمية المراقبة المستمرة وتقييم الفوالق النشطة للتخفيف من مخاطر التسونامي المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40623-024-01991-z
Publication Date: 2024-03-18
Author(s): Yushiro Fujii et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
The 1 January 2024 Noto-Hanto earthquake (M JMA 7.6) resulted in significant ground motion, crustal deformation, and tsunamis, leading to extensive damage in the Noto Peninsula region. Utilizing tsunami waveform data from six wave gauges and twelve tide gauges, alongside GNSS data from fifty-three stations, researchers estimated the slip amounts on active faults identified by previous studies from the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism (MLIT) and the Japan Sea Earthquake and Tsunami Research Project (JSPJ). The analysis revealed coseismic slips of 3.5 m, 3.2 m, and 3.2 m on subfaults NT4, NT5, and NT6, respectively, while a smaller slip of 1.0 m was observed on NT8, likely due to its prior rupture during the 2007 Noto earthquake. The total length of the involved faults is approximately 100 km, with a calculated seismic moment of \(1.90 \times 10^{20} \, \text{Nm}\) (Mw = 7.5).
The study also noted that minimal slip occurred on the northeastern subfaults NT2 and NT3, which dip northwestward, contrasting with the other subfaults. Aftershocks, including an M JMA 6.1 event, were recorded in the NT2-NT3 region, but their magnitudes were lower than the potential \(Mw 7.1\) that these faults could generate in a future tsunamigenic earthquake. Similar patterns were observed in the MLIT model, where slip was confined to F43 along the northern coast, leaving northeastern F42 unruptured and indicating a potential for future seismic activity.
Introduction
The 2024 Noto-Hanto earthquake, which struck the Noto Peninsula on January 1, registered a magnitude of 7.6 according to the Japan Meteorological Agency (JMA). The earthquake’s epicenter was located at 37°29.7’N, 137°16.2’E, at a depth of 16 km, and its focal mechanism indicated reverse fault motion on NE-SW striking planes. Notably, the event generated aftershocks that extended approximately 150 km, including two significant aftershocks with magnitudes greater than 6 occurring shortly after the main event.
Prior to this earthquake, the Noto Peninsula had experienced a swarm of seismic activity beginning in December 2020, culminating in a maximum magnitude of 5.4 in June 2022. This swarm was associated with upwelling fluids, as suggested by Nishimura et al. (2023). A larger earthquake of magnitude 6.5 occurred on May 5, 2023, which expanded the area of swarm activity but remained confined beneath the peninsula. Historical context is provided by previous significant earthquakes in the region, including a magnitude 6.6 event in 1993 and a magnitude 6.9 event in 2007, both of which had notable geological and tsunami impacts.
Methods
In this study, the authors employed inversion methods to estimate the slip distribution on faults associated with tsunami generation, utilizing fault geometries from the JSPJ and MLIT models. The JSPJ model comprises seven subfaults, while the MLIT model includes four subfaults, with specific configurations of northwest-dipping and southeast-dipping reverse faults. The rake angles for these subfaults were derived from three-dimensional tectonic stress fields. Notably, the position of subfault NT6 in the JSPJ model was adjusted to align with the subsidence area near the Wajima WG, ensuring connectivity with adjacent subfaults. The analysis assumed simultaneous rupture across all subfaults, with a total length of approximately 150 km and a mainshock epicenter centrally located within this fault area.
The authors calculated horizontal and vertical displacements at GNSS stations and the seafloor using a rectangular fault model based on Okada’s equations. Initial tsunami conditions were established through coarse grid displacement calculations, which were refined to a 6 arc-sec grid. Tsunami propagation was modeled from each subfault to the Wajima and TG stations, with bathymetric data resampled accordingly. The Green’s functions, representing tsunami waveforms from unit slip, were adjusted to account for crustal deformation effects, ensuring that the waveforms began at zero sea level. A joint inversion of tsunami waveform and GNSS data was conducted, alongside separate inversions for each data type. The authors applied a non-negative least squares method for tsunami waveform inversions and adjusted weights for the joint inversion based on the relative norms of the datasets, ultimately assigning greater weight to the tsunami waveform data to ensure comparability in amplitude scales.
Results
The results of the study present slip distributions derived from inversions of various data sets, including joint inversions of tsunami waveform and GNSS data, as well as individual analyses of each data type. The joint inversion (Fig. 4a) indicated significant slip exceeding 3 m at locations NT5, NT4, and NT6, with a notable 1 m slip at NT8. Conversely, minimal slip was observed at NT9, NT2, and NT3, suggesting a fault-slip zone length of approximately 100 km during the 2024 earthquake. The tsunami waveform inversion (Fig. 4b) and GNSS inversion (Fig. 4c) yielded similar slip distributions, although discrepancies in slip magnitudes were noted, particularly with the GNSS inversion producing an unreliable large slip at NT9 due to insufficient nearby data.
Seismic moments calculated under the assumption of a rigidity of 34.3 GPa were 1.90 × 10²⁰ Nm (Mw = 7.5) for the joint inversion, 1.75 × 10²⁰ Nm (Mw = 7.4) for the tsunami waveform inversion, and 3.95 × 10²⁰ Nm (Mw = 7.7) for the GNSS inversion. These values align closely with those obtained from seismic wave analyses, indicating consistency across methodologies. The calculated displacements at GNSS stations generally matched observed uplift on the northern coast of the Noto Peninsula, although subsidence areas showed negligible calculated displacements. The joint and tsunami waveform inversions effectively reproduced observed tsunami waveforms, albeit with some amplitude underestimations, particularly at specific stations. Overall, the findings underscore the complexities of accurately modeling tsunami sources and the limitations of fixed fault parameters in inversion analyses.
Discussion
The discussion section of the research paper analyzes the coseismic slip resulting from the 2024 Noto Peninsula earthquake, utilizing joint inversion of tsunami waveform and GNSS data. The findings indicate significant slip amounts of approximately 3.5 m, 3.2 m, and 3.2 m on subfaults NT4, NT5, and NT6, respectively, while a smaller slip of 1.0 m was observed on NT8. This reduced slip on NT8 is attributed to its prior rupture during the 2007 earthquake. The estimated slips align closely with forecasted values from the Japan Sea earthquake and tsunami project (JSPJ), particularly those derived from Recipes A and I, suggesting that the Takemura (1998) scaling relation may overestimate slip amounts.
The analysis also highlights that neighboring subfaults NT2 and NT3, which dip in the opposite direction, did not rupture during the 2024 event, despite a subsequent aftershock occurring in the region. This indicates their potential for future seismic activity, which could lead to significant tsunamis affecting the coasts of Niigata Prefecture and Sado Island. The results from the MLIT model corroborate these findings, as only fault F43 experienced slip, while F42 remained inactive, further emphasizing the ongoing seismic risk in the region. Overall, the study underscores the importance of continuous monitoring and assessment of active faults to mitigate future tsunami hazards.