ST
Shinji Toda
Author with expertise in Seismicity and Tectonic Plate Interactions
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
5
(60% Open Access)
Cited by:
2,280
h-index:
33
/
i10-index:
66
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Forecasting the evolution of seismicity in southern California: Animations built on earthquake stress transfer

Shinji Toda et al.May 1, 2005
We develop a forecast model to reproduce the distribution of main shocks, aftershocks and surrounding seismicity observed during 1986–2003 in a 300 × 310 km area centered on the 1992 M = 7.3 Landers earthquake. To parse the catalog into frames with equal numbers of aftershocks, we animate seismicity in log time increments that lengthen after each main shock; this reveals aftershock zone migration, expansion, and densification. We implement a rate/state algorithm that incorporates the static stress transferred by each M ≥ 6 shock and then evolves. Coulomb stress changes amplify the background seismicity, so small stress changes produce large changes in seismicity rate in areas of high background seismicity. Similarly, seismicity rate declines in the stress shadows are evident only in areas with previously high seismicity rates. Thus a key constituent of the model is the background seismicity rate, which we smooth from 1981 to 1986 seismicity. The mean correlation coefficient between observed and predicted M ≥ 1.4 shocks (the minimum magnitude of completeness) is 0.52 for 1986–2003 and 0.63 for 1992–2003; a control standard aftershock model yields 0.54 and 0.52 for the same periods. Four M ≥ 6.0 shocks struck during the test period; three are located at sites where the expected seismicity rate falls above the 92 percentile, and one is located above the 75 percentile. The model thus reproduces much, but certainly not all, of the observed spatial and temporal seismicity, from which we infer that the decaying effect of stress transferred by successive main shocks influences seismicity for decades. Finally, we offer a M ≥ 5 earthquake forecast for 2005–2015, assigning probabilities to 324 10 × 10 km cells.
0
Paper
Citation796
0
Save
0

Stress transferred by the 1995Mw= 6.9 Kobe, Japan, shock: Effect on aftershocks and future earthquake probabilities

Shinji Toda et al.Oct 10, 1998
The Kobe earthquake struck at the edge of the densely populated Osaka‐Kyoto corridor in southwest Japan. We investigate how the earthquake transferred stress to nearby faults, altering their proximity to failure and thus changing earthquake probabilities. We find that relative to the pre‐Kobe seismicity, Kobe aftershocks were concentrated in regions of calculated Coulomb stress increase and less common in regions of stress decrease. We quantify this relationship by forming the spatial correlation between the seismicity rate change and the Coulomb stress change. The correlation is significant for stress changes greater than 0.2–1.0 bars (0.02–0.1 MPa), and the nonlinear dependence of seismicity rate change on stress change is compatible with a state‐ and rate‐dependent formulation for earthquake occurrence. We extend this analysis to future mainshocks by resolving the stress changes on major faults within 100 km of Kobe and calculating the change in probability caused by these stress changes. Transient effects of the stress changes are incorporated by the state‐dependent constitutive relation, which amplifies the permanent stress changes during the aftershock period. Earthquake probability framed in this manner is highly time‐dependent, much more so than is assumed in current practice. Because the probabilities depend on several poorly known parameters of the major faults, we estimate uncertainties of the probabilities by Monte Carlo simulation. This enables us to include uncertainties on the elapsed time since the last earthquake, the repeat time and its variability, and the period of aftershock decay. We estimate that a calculated 3‐bar (0.3‐MPa) stress increase on the eastern section of the Arima‐Takatsuki Tectonic Line (ATTL) near Kyoto causes fivefold increase in the 30‐year probability of a subsequent large earthquake near Kyoto; a 2‐bar (0.2‐MPa) stress decrease on the western section of the ATTL results in a reduction in probability by a factor of 140 to 2000. The probability of a M w = 6.9 earthquake within 50 km of Osaka during 1997–2007 is estimated to have risen from 5–6% before the Kobe earthquake to 7–11% afterward; during 1997–2027, it is estimated to have risen from 14–16% before Kobe to 16–22%.
0
Paper
Citation584
0
Save