Repeating earthquakes record fault weakening and healing in areas of megathrust postseismic slip

Abstract

Repeating earthquakes (REs) rupture the same fault patches at different times allowing temporal variations in the mechanical behavior of specific areas of the fault to be interrogated over the earthquake cycle. We study REs that reveal fault weakening after a large megathrust earthquake in Costa Rica, followed by fault recovery. We find shorter RE recurrence intervals and larger slip areas immediately following the mainshock that both gradually return to pre-earthquake values. RE seismic moments remain nearly constant throughout the earthquake cycle. This implies a balance between fault weakening (reducing slip) and transient embrittlement (increasing rupture area by converting regions from aseismic to seismic slip), induced by the increased loading rate following the mainshock. This interpretation is consistent with positive, negative, and constant moment versus RE recurrence interval trends reported in other studies following large earthquakes and with experimental work showing slip amplitudes and stress drop decrease with loading rate.

Los terremotos repetidos rompen las mismas zonas de la falla en distintos momentos, lo que permite estudiar las variaciones temporales del comportamiento mecánico de zonas concretas de la falla a lo largo del ciclo sísmico. Estudiamos los terremotos de repetición que revelan el debilitamiento de la falla tras un gran terremoto de megaconstrucción en Costa Rica, seguido de la recuperación de la falla. Encontramos intervalos de recurrencia más cortos y mayores áreas de deslizamiento inmediatamente después de la sacudida principal, que gradualmente vuelven a los valores previos al terremoto. Los momentos sísmicos RE permanecen casi constantes durante todo el ciclo del terremoto. Esto implica un equilibrio entre el debilitamiento de la falla (reducción del deslizamiento) y la fragilización transitoria (aumento del área de ruptura mediante la conversión de regiones de deslizamiento asísmico a sísmico), inducido por el aumento de la tasa de carga tras la sacudida principal. Esta interpretación es coherente con las tendencias positivas, negativas y de momento constante frente al intervalo de recurrencia de los terremotos registrados en otros estudios tras grandes terremotos y con los trabajos experimentales que muestran que las amplitudes de deslizamiento y la caída de tensión disminuyen con la tasa de carga.