Paleo-earthquakes along the Cascadia subduction zone inferred from offshore sediments and Japan coastal tsunami deposits approximated to M9+ and ruptured the entire margin. However, due to the lack of modern megathrust earthquake records and general quiescence of subduction fault seismicity, the potential megathrust rupture scenario and influence of downdip limit of the seismogenic zone are still obscure. In this study, we present a numerical simulation of Cascadia subduction zone earthquake sequences in the laboratory-derived rate-and-state friction framework to investigate the potential influence of the geodetic fault locking on the megathrust sequences. We consider the rate-state friction stability parameter constrained by geodetic fault locking models derived from decadal GPS records, tidal gauge and levelling-derived uplift rate data along the Cascadia margin. We incorporate historical coseismic subsidence inferred from coastal marine sediments to validate our coseismic rupture scenarios. Earthquake rupture pattern is strongly controlled by the downdip width of the seismogenic, velocity-weakening zone and by the earthquake nucleation zone size. In our model, along-strike heterogeneous characteristic slip distance is required to generate margin-wide ruptures that result in reasonable agreement between the synthetic and observed coastal subsidence for the AD 1700 Cascadia Mw∼9.0 megathrust rupture. Our results suggest the geodetically inferred fault locking model can provide a useful constraint on earthquake rupture scenarios in subduction zones.

This article is part of the theme issue ‘Fracture dynamics of solid materials: from particles to the globe’.

卡斯卡迪亚俯冲带的古地震是由近海沉积物和日本沿海海啸沉积物推断出的，近似于M9 +，并破坏了整个边缘。但是，由于缺乏现代大推力地震记录，俯冲断层地震活动普遍停滞，潜在的大推力破裂情况和地震成因带下倾极限的影响仍然不明显。在这项研究中，我们提供了卡斯卡迪亚俯冲带地震序列在实验室衍生的速率和状态摩擦框架中的数值模拟，以研究大地断层锁定对超大推力序列的潜在影响。我们考虑了由年代际GPS记录导出的大地断层锁定模型所约束的速率状态摩擦稳定性参数，沿着卡斯卡迪亚边缘的潮汐仪和找平仪得出的上浮率数据。我们结合了从沿海海洋沉积物中推断出的历史同震沉陷来验证我们的同震破裂情景。地震的破裂模式受地震成因，速度减弱带的下倾宽度和地震成核带大小的强烈控制。在我们的模型中，需要沿走向非均质特征滑移距离来产生全缘破裂，从而使AD 1700 Cascadia Mw〜9.0兆推力破裂的合成沉陷和观测到的海岸沉陷合理地吻合。我们的结果表明，通过大地测量推断出的断层锁定模型可以为俯冲带地震破裂的情况提供有用的约束。我们结合了从沿海海洋沉积物中推断出的历史同震沉陷来验证我们的同震破裂情景。地震的破裂模式受地震成因，速度减弱带的下倾宽度和地震成核带大小的强烈控制。在我们的模型中，需要沿走向非均质特征滑移距离来产生全缘破裂，从而使AD 1700 Cascadia Mw〜9.0兆推力破裂的合成沉陷和观测到的海岸沉陷合理地吻合。我们的结果表明，通过大地测量推断出的断层锁定模型可以为俯冲带地震破裂的情况提供有用的约束。我们结合了从沿海海洋沉积物中推断出的历史同震沉陷来验证我们的同震破裂情景。地震的破裂模式受地震成因，速度减弱带的下倾宽度和地震成核带大小的强烈控制。在我们的模型中，需要沿走向非均质特征滑移距离来产生全缘破裂，从而使AD 1700 Cascadia Mw〜9.0兆推力破裂的合成沉陷和观测到的海岸沉陷合理地吻合。我们的结果表明，通过大地测量推断出的断层锁定模型可以为俯冲带地震破裂的情况提供有用的约束。速度弱化带和地震成核带的大小。在我们的模型中，需要沿走向非均质特征滑移距离来产生全缘破裂，从而使AD 1700 Cascadia Mw〜9.0兆推力破裂的合成沉陷和观测到的海岸沉陷合理地吻合。我们的结果表明，通过大地测量推断出的断层锁定模型可以为俯冲带地震破裂的情况提供有用的约束。速度弱化带和地震成核带的大小。在我们的模型中，需要沿走向非均质特征滑移距离来产生全缘破裂，从而使AD 1700 Cascadia Mw〜9.0兆推力破裂的合成沉陷和观测到的海岸沉陷合理地吻合。我们的结果表明，通过大地测量推断出的断层锁定模型可以为俯冲带地震破裂的情况提供有用的约束。

本文是主题主题“固体材料的断裂动力学：从粒子到地球”的一部分。