Dynamic stress characteristics of Xinjiang Wushi MS 7.1 earthquake recorded at borehole strain stations in northern Shanxi

doi:10.7523/j.ucas.2025.046

Abstract

Abstract:

Large earthquakes can trigger earthquakes directly or delayed at long distances， and in order to explore the triggering mechanism， it is necessary to gain a deeper understanding of the dynamic stress characteristics of strong teleseismic surface waves and their dynamic Coulomb stress change on long-distance fault surfaces. Four-component borehole strainmeters are capable of directly observing the stress tensor in the rock surrounding a borehole and are uniquely suited to study dynamic stress Coulomb stress changes. In this paper， we analyze the 100 Hz seismic strain waveforms recorded at 4 four-component borehole strain stations， namely， Youyu， Yingxian， Yangqu， and Huairen， in northern Shanxi Province， from the 20240123T020904 M_S7.1 earthquake in Wushi County， Xinjiang， China. P-， S-， and surface wave phases were identified， the dynamic Coulomb stress changes in the Kouquan fault zone for teleseismic earthquakes in dry-and water-saturated rock states were calculated comparatively， and the relationship between the epicenter distance and the maximum stress amplitude was estimated from the strain magnitude. The results show that the maximum amplitude of the body stress produced by the teleseismic earthquake in northern Shanxi is 0.96 kPa， and the maximum amplitude of the maximum shear stress is 1.37 kPa； the dynamic Coulomb stress change of the Kouquan fault （strike N35°E， dip 50°， normal fault） by the teleseismic earthquake has a peak value of 1.6 and 1.9 kPa when the medium is dry-and water-saturated rock， respectively， which is below the dynamic stress triggering thresholds， indicating that there is no obvious triggering relationship between the Shanxi Zuoyun M_S3.0 and Wushi M_S7.1 earthquakes that occurred in this fault zone. The ideas and methods in this paper provide a basis for research on the possible triggering effects of larger teleseismic earthquakes in the future.

Key words: dynamic stress, four-component borehole strainmeter, earthquake triggering, Coulomb stress change

CLC Number:

P315

Yongqian CHEN, Huai ZHANG, Yaolin SHI. Dynamic stress characteristics of Xinjiang Wushi M_S7.1 earthquake recorded at borehole strain stations in northern Shanxi[J]. Journal of University of Chinese Academy of Sciences, 2026, 43(3): 393-403.

Figures/Tables 12

Fig.1 Distribution of fracture zones around the epicentre of MS7.1 earthquake in Wushi， Xinjiang， on 23 January 2024

Fig.2 Distribution of borehole strain stations in Shanxi Province and distribution of earthquakes of magnitude 3 or above in Shanxi from 2014 to 2024

Table 1 Basic information of the station

序号	台站	经度	纬度	方位角
序号	台站	经度	纬度	元件1	元件2	元件3	元件4
1	右玉	112.41	39.91	-137	-92	-47	-2
2	应县	113.284	39.597	-219	-174	-129	-84
3	阳曲	112.85	38.22	1	46	91	136
4	怀仁	113.00	39.841	-16	29	74	119

Fig.3 Comparison between 100 Hz raw data （a） and filtered data （b） at Youyu station

Fig.4 Comparison between self-test （a） of 100 Hz strain data and self-test （b） after filtering

Fig.5 Dynamic stress three-component diagram of Youyu station

Fig.6 Body stress （a） and maximum shear stress （b） of Youyu station

Fig.7 Amplitude of body stress and maximum shear stress at each station

Table 2 Theoretical travel times and arrival times of seismic waves

台站	震中距/(°)	发震时刻（北京时间）	P波		S波		Love波		Rayleigh波
台站	震中距/(°)	发震时刻（北京时间）	走时/s	到达时刻	走时/s	到达时刻	走时/min	到达时刻	走时/min	到达时刻
右玉	25.53	02:09:04	326.9	02:14:30.9	594.2	02:18:58.2	12.1	02:21:10	13.2	02:22:16
应县	26.25	02:09:04	333.5	02:14:37.5	605.6	02:19:09.6	12.3	02:21:22	13.7	02:22:46
阳曲	26.32	02:09:04	334.1	02:14:38.1	606.7	02:19:10.7	12.5	02:21:34	13.8	02:22:52
怀仁	25.98	02:09:04	331.1	02:14:35.1	601.4	02:19:05.4	12.2	02:21:16	13.5	02:22:34

Fig.8 Time window of filtered data at Youyu station

Fig.9 Dynamic Coulomb stress changes on the Kouquan fault zone in water-saturated and dry rock

Fig.10 Frequency statistics of earthquakes of magnitude 3 or above in Shanxi from 2014 to 2023

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