Journal of Volcanology and SeismologyJournal of Volcanology and SeismologyВулканология и сейсмология0203-03063034-5138The Russian Academy of Sciences66007810.31857/S0203030623700256LWUUIHArticlesСтатьиModel of the Seismic Rupture Surface of the Chignik Earthquake (Alaska, USA) 07.29.2021 Based on SAR Interferometry and GNSS DataМодель поверхности сейсмического разрыва землетрясения “Чигник” (Аляска, США) 29.07.2021 по данным спутниковой радарной интерферометрии и ГНССKonvisarA. M.КонвисарА. М.alexkonvisar@gmail.comMikhailovV. O.МихайловВ. О.alexkonvisar@gmail.comVolkovaM. S.ВолковаМ. С.alexkonvisar@gmail.comSmirnovV. B.СмирновВ. Б.alexkonvisar@gmail.comSchmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of SciencesИнститут физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАНFaculty of Physics, Lomonosov Moscow State UniversityФизический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова010920235748321022025Copyright ©; 2023, А.М. Конвисар, В.О. Михайлов, М.С. Волкова, В.Б. СмирновCopyright ©; 2023, А.М. Конвисар, В.О. Михайлов, М.С. Волкова, В.Б. Смирнов2023А.М. Конвисар, В.О. Михайлов, М.С. Волкова, В.Б. СмирновА.М. Конвисар, В.О. Михайлов, М.С. Волкова, В.Б. Смирновhttps://journals.eco-vector.com/0203-0306/article/view/660078

The paper presents a new rupture model for the Mw = 8.2 “Chignik” earthquake, which occurred off the coast of the Alaska Peninsula on 29.07.2021. The model is based on the Earth’s surface displacement fields obtained by InSAR (Interferometric synthetic aperture radar) method using images of the ESA Sentinel-1 satellites from 17.07 to 10.08.2021 and data on horizontal displacements at nearest permanent GPS sites from 18.07 to 08.08.2021. Obtained displacement fields include both coseismic and part of postseismic displacements. When constructing a model of the seismic rupture surface, we used F. Pollitz’s solution of the problem of the displacement fields at the surface of a spherical radially stratified planet caused by displacements on a rectangular discontinuity located inside it. For the regularization of the inverse problem, we added the condition that the direction of slip on each element of the fault plane is close to the rake angle, determined from seismological data. In the constructed model, the seismic rupture area was approximated by a single plane with a length of 225 km along the strike, 126 km along the dip, divided into 48 identical rectangles. According to the constructed model, the type of displacements is almost pure thrust, and displacements, in general, occurred throughout all the source area. The maximum displacement was 5.7 m, with an average displacement over the entire plane of 2.2 m, which is close to the USGS and GCMT estimates derived from seismological data.

В работе представлена новая модель поверхности сейсмического разрыва землетрясения “Чигник” Mw = 8.2, которое произошло у побережья полуострова Аляска 29.07.2021. Модель построена по данным о полях смещений земной поверхности, полученных методами спутниковой радарной интерферометрии по снимкам спутников Sentinel-1A и 1B, и данным о горизонтальных смещениях на пунктах GPS в районе землетрясения. Использованы спутниковые радарные снимки за период с 17.07 по 10.08.2021 и данные GPS с 18.07 по 08.08.2021. Все эти смещения включают косейсмические и часть постсейсмических смещений. При построении модели поверхности разрыва использовано решение Ф. Поллитца задачи о поле смещений поверхности сферической радиально расслоенной планеты в результате смещений на расположенном внутри нее прямоугольном разрыве. В качестве регуляризации решаемой обратной задачи ставилось условие близости направления подвижки на каждом элементе плоскости разрыва к заданному направлению, определяемому по данным сейсмологии. В построенной модели область сейсмического разрыва аппроксимирована одной плоскостью протяжeнностью 225 км по простиранию, 126 км по падению, разделeнной на 48 одинаковых элементов. Согласно построенной модели, тип смещений – это практически чистый надвиг, а смещения, в целом, произошли по всей очаговой области. Максимальное смещение составило 5.7 м при среднем смещении по всей плоскости 2.2 м. Сейсмический момент, рассчитанный при значении модуля сдвига 32 ГПа по полученным параметрам площадки и смещениям на ней, составил 1.95 × 1021 Н м (Мw = 8.13), что близко к оценкам USGS и GCMT, полученным по сейсмологическим данным.

earthquakeAlaskaUSA“Chignik”July 272021SAR interferometrydisplacement fieldsGPSinverse problemseismic rupture modelземлетрясениеАляскаСША“Чигник”27 июля 2021спутниковая радарная интерферометрияполя смещенийGPSобратная задачамодель поверхности разрываАвторы благодарят Европейское космическое агентство за предоставленные радарные снимки спутников Sentinel-1А и 1В. Мы благодарим Консорциум Unavco за предоставление доступа к записям станций GPS и Ф. Поллитца (USGS), который разработал программный код Static1D и сделал его доступным для научного сообщества.Михайлов В.О., Киселева Е.А., Тимошкина Е.П., Смирнов В.Б., Пономарев А.В., Дмитриев П.Н., Карташов И.М., Хайретдинов С.А., Арора К., Чадда Р., Шринагеш Д. Совместная интерпретация наземных и спутниковых данных для землетрясения Горха, Непал, 25.04.2015 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 119–127. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2018-15-4-119-127Михайлов 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/S0002333720060046Михайлов В.О., Тимофеева В.А., Смирнов В.Б., Тимошкина Е.П., Шапиро Н.М. Новая модель поверхности разрыва Ближне-Алеутского землетрясения 17.07.2017 г. Mw = 7.8 на основе данных спутниковой радарной интерферометрии // Физика Земли. 2022. № 2. С. 88–101. https://doi.org/10.31857/S0002333722020089Ali S.T., Freed A.M. Contemporary deformation and stres-sing rates in Southern Alaska // Geophys. J. Int. 2010. V. 183. P. 557–571. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04784.xArgus 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. № 11. P. 1‒13. https://doi.org/10.1029/2011GC003751Bürgmann R., Rosen P.A., Fielding E.J. Synthetic aperture radar interferometry to measure Earth’s surface topography and its deformation // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. V. 28. P. 169–209. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.28.1.169Costantini M., Rosen P.A. A generalized phase unwrapping approach for sparse data (IEEE 1999 International Geoscience and Remote Sensing Symposium. IGARSS'99 (Cat. No. 99CH36293)). Hamburg, Germany: IEEE, 1999. P. 267–269. https://doi.org/10.1109/IGARSS.1999.773467Cross 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. № B7. P. 1‒19. https://doi.org/10.1029/2007JB005136Davies J., Sykes L., House L., Jacob K. Shumagin seismic gap, Alaska Peninsula: History of great earthquakes, tecto-nic setting, and evidence for high seismic potential // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 3821‒3855. https://doi.org/10.1029/JB086iB05p03821Drooff 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. № 4. P. 1‒12. https://doi.org/10.1029/2020GL091787Elliott J.L., Grapenthin R., Parameswaran R. M., Xiao Z., Freymueller J. T., Fusso L. Cascading rupture of a mega-thrust // Sci. Adv. 2022. V. 8. № 18. P. 1‒10. https://doi.org/10.1126/sciadv.abm4131Ferretti A. Satellite InSAR Data: Reservoir Monitoring from Space. Bunnik, Netherlands: EAGE Publications, 2014. 159 p. https://doi.org/10.3997/9789073834712Freymueller J.T., Woodard H., Cohen S.C., Cross R., Elliott J., Larsen C.F., Hreinsdóttir S., Zweck C. Active deformation processes in Alaska, based on 15 years of GPS measurements (Active Tectonics and Seismic Potential of Alaska. Geophys. Monogr. Ser., V. 179.). Washington, D. C., USA: AGU, 2008. 42 p. https://doi.org/10.1029/179GM02Goldstein R.M., Werner C.L. Radar interferogram filtering for geophysical applications // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25. P. 4035−4038. https://doi.org/10.1029/1998GL900033Goldstein R.M., Zebker H.A., Werner C.L. Satellite radar interferometry: Two dimensional phase unwrapping // Radio Sci. 1988. V. 23. P. 713−720. https://doi.org/10.1029/RS023I004P00713Hanssen R.F. Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis. Dordrecht, Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2001. 308 p. https://doi.org/10.1007/0-306-47633-9Hooper A., Segall P., Zebker H. Persistent Scatterer InSAR for Crustal Deformation Analysis, with Application to Volcán Alcedo, Galápagos // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. № B7. P. 1‒21. https://doi.org/10.1029/2006JB004763Liu 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/10.1029/2021JB023676Okada Y. Internal deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bull. Seismol. Soc. Am. 1992. V. 82. P. 1018–1040. https://doi.org/10.1785/BSSA0820021018Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bull. Seismol. Soc. Am. 1985. V. 75. P. 1135–1154. https://doi.org/10.1785/BSSA0750041135Pollitz F.F. Coseismic deformation from earthquake faulting on a layered spherical Earth // Geophys. J. Int. 1996. V. 125. № 1. P. 1–14. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1996.tb06530.xSuito H., Freymueller J.T. A viscoelastic and afterslip postseismic deformation model for the 1964 Alaska earthquake // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. № B11. P. 1‒23. https://doi.org/10.1029/2008JB005954Ye 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. № 7. P. 1‒42. https://doi.org/10.1029/2021JB023676Ye 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. № 6A. P. 1‒12. https://doi.org/10.1016/J.EPSL.2021.116879