Investigating the signatures of long-range persistence in seismic sequences along Circum-Pacific subduction zones

Abstract

Abstract

In the present paper, we analyze the signatures of long-range persistence in seismic sequences along Circum-Pacific subduction zones, from Chile to Kermadec, extracted from the National Earthquake Information Center (NEIC) catalog. This region, known as the Pacific Ring of Fire, is the world's most active fault line, containing about 90% of the world's earthquakes. We used the classical rescaled range (R/S) analysis to estimate the long-term persistence signals derived from a scaling parameter called the Hurst exponent, H. We measured the referred exponent and obtained values of H > 0.5, indicating that a long-term memory effect exists. We found a possible fractal relationship between H and the b_s(q)-index, which emerges from the non-extensive Gutenberg-Richter law as a function of the asperity. Therefore, H can be associated with a mechanism that controls the level of seismic activity. Finally, we concluded that the dynamics associated with fragment-asperity interactions can be classified as a self-affine fractal phenomenon.

Keywords: Applied geophysics; Fault and Fracture Analysis; Mathematics applied to Geohysics; Seismology; Statistics; geostatistics

Resumo

No presente artigo, analisamos as assinaturas de persistência long-range nas sequências sísmicas ao longo das zonas de subducção Circum-Pacific, do Chile até Kermadec, extraídas do catálogo do Centro Nacional de Informações sobre Terremotos (NEIC). Esta região, conhecida como Anel de Fogo do Pacífico, é a linha de falhas mais ativa do mundo, contendo cerca de 90% dos terremotos do mundo. Usamos a análise clássica R/S para estimar a assinatura de persistência a longo prazo derivada do parâmetro de escalonamento chamado expoente de Hurst, H. Como principal objeto de estudo, medimos o referido expoente e obtivemos todos os valores de H> 0,5, indicando que existe um efeito de memória de longo prazo. A principal contribuição do nosso artigo foi encontrar uma possível relação entre H e o índice b_s(q) - que emerge da lei de Gutenberg-Richter não-extensiva como uma função da aspereza, isto é, H pode estar associado ao mecanismo que controla o nível de atividade dos terremotos. Finalmente, concluímos que a dinâmica associada às interações fragilidade-aspereza pode ser classificado como um fenômeno fractal auto-afim.

Palavras-chaves: Geofísica Aplicada; Analise de falhas e fraturas; Matemática Aplicada a Geofísica; Sismologia; Estatística; geoestatística