Earthquake triggering and interaction

• Main Author: Hainzl, Sebastian
• Format: Others
• Language: English
• Published: Universität Potsdam 2011
• Subjects: Erdbebeninteraktion; Erdbebengefährdung; earthquake interaction; seismic hazard; Earth sciences
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-50095; http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2011/5009/

Earthquake faults interact with each other in many different ways and hence earthquakes cannot be treated as individual independent events. Although earthquake interactions generally lead to a complex evolution of the crustal stress field, it does not necessarily mean that the earthquake occurrence becomes random and completely unpredictable. In particular, the interplay between earthquakes can rather explain the occurrence of pronounced characteristics such as periods of accelerated and depressed seismicity (seismic quiescence) as well as spatiotemporal earthquake clustering (swarms and aftershock sequences). Ignoring the time-dependence of the process by looking at time-averaged values – as largely done in standard procedures of seismic hazard assessment – can thus lead to erroneous estimations not only of the activity level of future earthquakes but also of their spatial distribution. Therefore, it exists an urgent need for applicable time-dependent models. In my work, I aimed at better understanding and characterization of the earthquake interactions in order to improve seismic hazard estimations. For this purpose, I studied seismicity patterns on spatial scales ranging from hydraulic fracture experiments (meter to kilometer) to fault system size (hundreds of kilometers), while the temporal scale of interest varied from the immediate aftershock activity (minutes to months) to seismic cycles (tens to thousands of years). My studies revealed a number of new characteristics of fluid-induced and stress-triggered earthquake clustering as well as precursory phenomena in earthquake cycles. Data analysis of earthquake and deformation data were accompanied by statistical and physics-based model simulations which allow a better understanding of the role of structural heterogeneities, stress changes, afterslip and fluid flow. Finally, new strategies and methods have been developed and tested which help to improve seismic hazard estimations by taking the time-dependence of the earthquake process appropriately into account. === Erdbeben interagieren in vielfältiger Weise miteinander, weshalb sie nicht als einzelne, unabhängige Ereignisse behandelt werden können. Obwohl diese Erdbebenwechselwirkungen in der Regel zu einer komplexen Entwicklung des Spannungsfelds führen, bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass Erdbeben rein zufällig und völlig unberechenbar auftreten. Insbesondere kann das Zusammenspiel zwischen Erdbeben zu ausgeprägten Charakteristiken wie Phasen beschleunigter Aktivität, seismischer Ruhe sowie raumzeitlichen Erdbebenanhäufungen (Schwärme und Nachbebensequenzen) führen. Die Vernachlässigung der Zeitabhängigkeit des Erdbebenprozesses kann somit zu fehlerhaften Einschätzungen nicht nur des zukünftigen Aktivitätsniveaus, sondern auch der räumlichen Verteilung führen. Daher besteht ein dringender Bedarf an geeigneten zeitabhängigen Seismizitätsmodellen. Meine Arbeit zielt auf ein verbessertes Verständnis und Charakterisierung der Interaktionen von Erdbeben ab, um Abschätzungen der Erdbebengefährdung zu verbessern. Zu diesem Zweck untersuche ich Seismizitätsmuster auf den räumlichen Skalen von hydraulisch induzierten Öffnungsbrüchen (Meter bis Kilometer) bis zu Verwerfungssystemen (Hunderte von Kilometern), während die zeitlichen Skalen von Nachbebenaktivität (Minuten bis Monate) bis zu seismischen Zyklen (bis zu mehrere tausendend Jahre) reichen. Meine Studien ergeben eine Reihe neuer Merkmale von Fluid- und Spannungs-induzierten Erdbeben. Ergänzend zur reinen Datenanalyse der Erdbeben- und Deformationsdaten liefern statistische und Physik-basierte Modellsimulationen ein besseres Verständnis der Rolle von strukturellen Heterogenitäten, Spannungsänderungen und postseismischen Prozessen. Schließlich konnten neue Strategien und Methoden entwickelt und getestet werden, mit denen die Erdbebengefährdung besser eingeschätzt werden kann, indem die Zeitabhängigkeit des Erdbebens Prozess angemessen berücksichtigt wird.