Studien publiceras i tidskriften Seismological Research Letters.
Jordbävningarna inträffade i Lake Eries centrala bassäng nära Conneaut, Ohio; två av skalven registrerade en magnitud på 4,0, medan resten var mindre. Även om mindre jordbävningar inte är ovanliga i nordöstra USA, var detta den första svärmen av skalv som man vet hade inträffat nära Lake Erie, där sådan aktivitet ansågs vara sällsynt eller obefintlig.
Forskarna granskade initialt mer än 25 geologiska och geofysiska datamängder för att undersöka om jordbävningarna kunde hänföras till redan existerande förkastningar, saltstrukturer eller andra underjordiska formationer under sjön. För att testa sannolikheten för vätskeinducerad seismicitet, körde de två typer av modellering - en för att förstå responsen från jordmaterial nära skalven på olika tryckförändringar, och en annan för att simulera spänningsförändringarna i området, med några av simuleringarna inklusive portrycket ökar eller minskar.
För att bättre begränsa sina modeller installerade forskarna också sex instrument på sjöns botten och registrerade seismisk aktivitet i nästan nio månader. Baserat på data från de nya instrumenten verkar skalven vara koncentrerade nära en nord-sydlig trendzon som sträcker sig 20 kilometer söderut från närheten av Elk Creek, Ontario.
Studien fann inga bevis för några specifika fel, saltstrukturer eller underjordiska svaghetszoner på djup som överensstämmer med skalvplatserna som kunde ha återaktiverats av tryckförändringar.
"Jordbävningssekvensen är fortfarande oförklarad, men vi kan begränsa några av dess egenskaper", säger studiens huvudförfattare Yajing Liu, en forskare vid universitetet vid Buffalo College of Arts and Sciences Institutionen för geologi. "Framtida studier skulle gynnas av att övervaka ytterligare lokal seismicitet och installera en seismisk array i Lake Erie för att bättre lokalisera jordbävningarna."
Även om det inte finns några kända aktiva fel i Lake Erie-bassängen som kunde ha orsakat jordbävningarna, säger forskarna att det är möjligt att det fortfarande finns oupptäckta fel som kan producera små skalv.
Forskarna säger att deras studie visar att vätskerelaterade processer inte kan uteslutas som en potentiell orsak till skalven, även om det är svårt att bevisa sambandet. En möjlighet, säger de, är att sjöns vattennivåer kan vara inflytelserika.
Lake Erie är en grund sjö med ett maximalt vattendjup på 64 meter. Dess vattennivåer fluktuerar naturligt, med sjönivårekord som går tillbaka till tidigt 1900-tal. Under våta år stiger vattennivån, vilket översvämmar regionens våtmarker och ökar vikten av vattenpelaren i djupa delar av sjön. Denna extra vikt kan öka vätsketrycket i underjordiska formationer. Dessutom noterar forskarna att tidpunkten för skalven - mellan december och februari - överensstämmer med de historiska maximala sjönivåerna som tenderar att inträffa under senvintern.
"Med tanke på den stora volymförändringen i Lake Erie kan även en relativt liten förändring i sjönivå skapa en betydande förändring i belastning och porvätsketryck", säger medförfattaren Hao Zhang, professor i geologi vid UB College of Arts and Sciences.
Även om skalven var små, säger forskarna att sekvensen var tillräckligt stor för att kunna kännas över ett brett område. Skalvet 2012 nådde en intensitetsnivå V, som är tillräckligt stark för att orsaka skador på äldre eller dåligt konstruerade byggnader, och 2014 års skalv nådde en intensitetsnivå IV. Forskarna påpekar att dessa intensiteter kan bli högre om det finns byggnader grundade på mjuka sediment på sjöstranden.
"I närheten av Lake Erie finns Perry kärnkraftverk och, tätare, vindkraftverk byggda i sjön," sade Zhang. "Även om dessa infrastrukturfunktioner är designade för att rymma större jordbävningar, är framtida studier om seismicitet i denna region berättigade för att mildra alla risker."
