Postseismic processes in the region of the july 29, 2021 Chigni earthquake, Alaska. Part I: modeling results

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We analyze the postseismic processes in the region of the Mw 8.2 Chignik earthquake, which occurred on July 29, 2021. Using the seismic rupture surface model constructed in our previous paper (Konvisar et al., 2023), we have simulated the viscoelastic relaxation process. The results of the simulation have shown that reducing the viscosity of the asthenosphere to 1018 Pa ‧ s in the calculations gives displacement velocities close to those recorded at the GPS coastal points. However, the displacements on islands close to the earthquake source region differ significantly not only in magnitude but also in direction. At the same time, the constructed model of the postseismic creep is closely consistent with the GPS displacement data and with the LOS (line-of-sight) displacement map derived from radar images acquired from the descending orbit of Sentinel 1A satellite. We also analyze temporal variations of the gravity field in the earthquake region. The obtained coseismic anomaly agrees with the anomaly calculated from the rupture surface model. Due to the insufficiently long series of gravity models after the earthquake, it is not yet possible to isolate the postseismic anomaly. The analysis of the postseismic processes is continued in the second part of this work (Smirnov et al., 2024), where we present the compare the time evolution of the postseismic displacements of various GPS sites with the aftershock activity, which allows us to draw conclusions about the creep nature of the postseismic processes in the source region of the Chignik earthquake.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. M. Konvisar

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Science; Moscow State University

Author for correspondence.
Email: alexkonvisar@gmail.com

Faculty of Physics

Russian Federation, Moscow, 123242; Moscow, 119991

V. O. Mikhailov

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Science

Email: alexkonvisar@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 123242

V. B. Smirnov

Moscow State University; Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Science

Email: alexkonvisar@gmail.com

Faculty of Physics 

Russian Federation, Moscow, 123242; Moscow, 119991

E. P. Timoshkina

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Science

Email: alexkonvisar@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 123242

References

  1. Конвисар А.М., Михайлов В.А., Волкова М.С., Смирнов В.Б. Модель поверхности сейсмического разрыва землетрясения “Чигник” (Аляска, США) 29.07.2021 г. по данным спутниковой радарной интерферометрии и ГНСС // Вулканология и сейсмология. 2023. № 5. С. 74–83. https://doi.org/10.31857/S0203030623700256
  2. Михайлов В.О., Диаман М., Тимошкина Е.П., Хайретдинов С.А. Оценка относительной роли постсейсмического крипа и вязкоупругой релаксации после Симуширского землетрясения 15.11.2006 г. с использованием данных спутниковой геодезии и гравиметрии // Вестник МГУ. Сер. Физика и астрономия. 2018. № 5. С. 84–89.
  3. Михайлов В.О., Пане И., Хаен М., Тимошкина Е.П., Бонвало С., Ляховский В., Диаман М., Девирон О. Сравнительный анализ временных вариаций глобального гравитационного поля по данным спутников Грейс в областях трех недавних гигантских землетрясений // Физика Земли. 2014. № 2. С. 29–40.
  4. Михайлов В.О., Тимошкина Е.П., Смирнов В.Б., Хайретдинов С.А., Дмитриев П.Н. К вопросу о природе постсейсмических деформационных процессов в районе землетрясения Мауле, Чили, 27.02.2010 г. // Физика Земли. 2020. № 6. С. 38–47.https://doi.org/10.31857/S0002333720060046
  5. Смирнов В.Б., Михайлов В.О., Конвисар А.М. Постсейсмические процессы в области землетрясения Чигник на Аляске 29.07.2021. Часть II: развитие смещений во времени и связь с афтершоковой активностью // Физика Земли. 2024. № 4. С. 35–49.
  6. Ali S.T., Freed A.M. Contemporary deformation and stressing rates in Southern Alaska // Geophys. J. Int. 2010. V. 183. P. 557–571. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04784.x
  7. Argus D.F., Gordon R.G., DeMets C. Geologically current motion of 56 plates relative to the no-net-rotation reference frame // Geochem. Geophys. Geosyst. 2011. V. 12. P. 1–13.https://doi.org/10.1029/2011GC003751
  8. Cross R.S., Freymueller J.T. Evidence for and implications of a Bering plate based on geodetic measurements from the Aleutians and western Alaska // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. 1–19. https://doi.org/10.1029/2007JB005136
  9. Davies J., Sykes L., House L., Jacob K. Shumagin seismic gap, Alaska Peninsula: History of great earthquakes, tectonic setting, and evidence for high seismic potential // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 3821‒3855. https://doi.org/10.1029/JB086iB05p03821
  10. De Viron O., Panet I., Mikhailov V., Van Camp M., Diament M. Retrieving earthquake signature in grace gravity solutions // Geophys. J. Int. 2008. V. 174. P. 14–20. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2008.03807.x
  11. Diament M., Mikhailov V., Timoshkina E. Joint inversion of GPS and high-resolution GRACE gravity data for the 2012 Wharton basin earthquakes // J. Geodyn. 2020. V. 136. Article ID 101722. https://doi.org/10.1016/j.jog.2020.101722
  12. Drooff C., Freymueller J.T. New constraints on slip deficit on the Aleutian megathrust and Inflation at Mt. Veniaminof, Alaska from repeat GPS measurements // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. P. 1–12. https://doi.org/10.1029/2020GL091787
  13. Elliott J.L., Grapenthin R., Parameswaran R. M., Xiao Z., Freymueller J.T., Fusso L. Cascading rupture of a megathrust // Sci. Adv. 2022. V. 8. P. 1–10.https://doi.org/10.1126/sciadv.abm4131
  14. Freymueller J.T., Woodard H., Cohen S.C., Cross R., Elliott J., Larsen C.F., et al. Active deformation processes in Alaska, based on 15 years of GPS measurements / J.T. Freymueller, P.J. Haeussler, R.L. Wesson, G. Ekström (eds.). Active tectonics and seismic potential of Alaska. AGU. 2008. P. 1–42. https://doi.org/10.1029/179GM02
  15. Han S., Sauber J., Pollitz F. Postseismic gravity change after the 2006–2007 great earthquake doublet and constraints on the asthenosphere structure in the central Kuril Is-land // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 3169–3177. https://doi.org/10.1002/2016GL068167
  16. Hayes G.P., Moore G.L., Portner D.E., Hearne M., Flamme H., Furtney M., Smoczyk G.M. Slab2, a comprehensive subduction zone geometry model // Science. 2018. V. 362(6410). P. 58–61. http://doi.org/10.1126/science.aat4723
  17. Hsu Y.-J., Simons M., Avouac J.-P., Galetzka J., Sieh K., Chlieh M., Natawidjaja D., Prawirodirdjo L., Bock Y. Frictional afterslip following the 2005 Nias-Simeulue earthquake, Sumatra // Science. 2006. V. 312(5782). P. 1921–1926.https://doi.org/10.1126/science.1126960
  18. Kogan M.G., Vasilenko N.F., Frolov D.I., Frymueller J.T. Rapid postseismic relaxation after the great 2006–2007 Kuril earthquakes from GPS observations in 2007–2011 // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 3691–3706. https://doi.org/10.1002/jgrb.50245.
  19. Li S., Freymueller J.T. Spatial variation of slip behavior beneath the Alaska Peninsula along Alaska‐Aleutian subduction zone // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45. P. 3453–3460.https://doi.org/ 10.1002/2017GL076761
  20. Liu C., Lay T., Xiong X. The 29 July 2021 Mw 8.2 Chignik, Alaska Peninsula earthquake rupture inferred from seismic and geodetic observations: Re-rupture of the western 2/3 of the 1938 rupture zone // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. № 4. P. 1–9. https://doi.org/10.1029/2021JB023676
  21. Mikhailov V., Tikhotsky S., Diament M., Panet I., Ballu V. Can tectonic processes be recovered from new gravity satellite data? // EPSL. 2004. V. 228. P. 281–297. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2004.09.035
  22. Ozawa S., Nishimura T., Munekane H., Suito H., Kobayashi T., Tobita M., Imakiire T. Preceding, coseismic, and postseismic slips of the 2011 Tohoku earthquake Japan // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. B07404. https://doi.org/10.1029/2011JB009120
  23. Perfettini H., Tavera, H., Kositsky A., Nocquet J.M., Bondoux F., Chlieh M., Sladen A., Audin L., Farber D., Soler P. Seismic and aseismic slip on the Central Peru megathrust // Nature. 2010. V. 465(7294). P. 78–81. https://doi.org/10.1038/nature09062
  24. Pollitz F.F. Coseismic deformation from earthquake faulting on a layered spherical Earth // Geophys. J. Int. 1996. V. 125. P. 1–14. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1996.tb06530.x
  25. Pollitz F.F. Gravitational-viscoelastic postseismic relaxation on a layered spherical Earth // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 17921–17941. https://doi.org/10.1029/97JB01277
  26. Pollitz F.F. Postseismic relaxation theory on the spherical Earth // Bull. Seismol. Soc. Am. 1992. V. 82. P. 422–453.
  27. Pritchard M.E., Simons M. An aseismic slip pulse in northern Chile and along-strike variations in seismogenic behavior // J. Geophys. Res. 2006. V. 111(B8). B08405.https://doi.org/10.1029/2006JB004258
  28. Suito H., Freymueller J.T. A viscoelastic and afterslip postseismic deformation model for the 1964 Alaska earthquake // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. P. 1–23.https://doi.org/10.1029/2008JB005954
  29. Vigny C., Socquet A., Peyrat S., Ruegg J.C., Métois M., Madariaga R., Morvan S., Lancieri M., Lacassin R., Campos J., Carrizo D. et al. The 2010 Mw 8.8 Maule megathrust earthquake of central Chile, monitored by GPS // Science. 2011. V. 332(6036). P. 1417–1421. https://doi.org/10.1126/science.1204132
  30. Ye L., Bai Y., Si D., Lay T., Cheung K.F., Kanamori H. Rupture model for the 29 July 2021 Mw 8.2 Chignik, Alaska earthquake constrained by seismic, geodetic, and tsunami observations // J. Geophys. Res. 2022. V. 127. P. 1–42.https://doi.org/10.1029/2021JB023676
  31. Ye L., Lay T., Kanamori H., Yamazaki Y., Cheung K.F. The 22 July 2020 Mw 7.8 Shumagin seismic gap earthquake: partial rupture of a weakly coupled megathrust // Earth Planet. Sci. Lett. 2021. V. 562. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/J.EPSL.2021.116879

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The area of the Chignik earthquake, Alaska, 07/29/2021. The red rectangle indicates the geometry of the rupture surface [Konvisar et al., 2023]. The epicenter of the earthquake (red star) is given according to the USGS. The shaded areas show the aftershock zones of past strong earthquakes at the plate boundary [Davies et al., 1981; Liu et al., 2022]. The red line with teeth is the position of the axis of the oceanic trough.

Download (411KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Elements of the model of the surface of the seismic rupture of the Chignik earthquake. The stereographic projection of the nodal planes of the earthquake is given according to the USGS data. The blue arrows represent offsets on the rupture surface, the maximum of which is 5.7 m. The upper face of the rupture surface is shown by a red line. The upper edges of each row of elements are at depths of 10.0, 15.1, 20.2, 25.3, 30.3, 35.4 km.

Download (233KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The total change in the linear trend in the gravitational field, calculated from models of the GRACE-FO satellites, for the period before the Chignik earthquake, from October 2018 to June 2021. A rectangle shows the projection of a seismic rupture model onto the Earth's surface [Konvisar et al., 2023]. There is a large negative anomaly associated with the melting of the glacier, and associated positive anomalies arising from the small number of spherical harmonics in the monthly gravity models of GRACE-FOR satellites.

Download (216KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The cosmic gravitational anomaly. The color shows the theoretical anomaly calculated from the model of the rupture surface. Isolines are an anomaly in the focal area, obtained from the difference in linear trends before and after the earthquake.

Download (257KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Time series of changes in the gravitational field at the point of maximum (right) and minimum (left) of the coseismic anomaly calculated using models of the GRACE-FO satellites (shown by isolines in Fig. 4). Time series are shown in blue, linear trends in red.

Download (224KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Horizontal displacements of GPS points as a result of the process of post-seismic viscoelastic relaxation, calculated from the model of the Chignik earthquake rupture surface constructed by us. The Maxwell model with an asthenosphere viscosity of 1018 Pa / s was adopted as a rheological model of the medium. The red arrows are model displacements by 2023. The black arrows are real displacements at GPS points over the same period. The rectangles show the geometry of the surface of the coseismic rupture.

Download (240KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The distribution of aftershocks and the area selected for modeling the post-seismic creep (black rectangles). The isolines show the depth of the surface of the sinking plate according to the Snab2 model [Hayes et al., 2018]. The color shows the depth of seismic events in km.

Download (200KB)
Indexing metadata
9. Рис. 8. Модель постсейсмического крипа в области землетрясения Чигник за период с 29.07.2021 г. по 15.09.2021 г. Совмещенные стрелки – горизонтальные смещения на пунктах GPS: красные – расчетные, черные – измеренные. Желтые стрелки – смещения на соответствующем элементе поверхности крипа. Цветная карта – поле смещений земной поверхности в направлении на спутник по данным радарной интерферометрии. Изолинии – расчетные смещения, также в направлении на спутник. Голубые стрелки указывают направление полета (азимут) и направление распространения радарного сигнала (дальность).

Download (283KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. A model of postseismic displacements in the area of the Chignik earthquake, based on data on GPS point displacements for the period from 07/29/2021 to 12/31/2021. The combined arrows are horizontal displacements at GPS points: red – calculated, black – measured. The rectangles show the model of the post–seismic creep area, the yellow arrows in the middle of the rectangles show the directions of the displacements on the corresponding elements.

Download (246KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».