Regularities in the spatiotemporal variations of deformation processes in the region of Japan subduction zone

Cover Page

Abstract


The approach is proposed for modeling deformations in the subduction zones from the surface displacement data recorded by the methods of satellite geodesy. The technique is developed for revealing spatial and temporal variations in the deformations in the subduction zones. Based on the suggested approach, the variations in the deformation processes are studied in the interplate contact zone in the region of the Japanese islands at different stages of the seismic cycle. The possibility of identifying the preparation process of the strongest interplate earthquakes based on the satellite geodetic data is explored and the probable indications of this process are suggested.


ВВЕДЕНИЕ

Деформации в зонах субдукции связаны с наиболее активными геодинамическими процессами на Земле. Для изучения деформаций земной поверхности широко применяются методы космической геодезии, основанные на глобальных навигационных спутниковых системах (ГНСС). Высокая точность современных спутниковых геодезических измерений и достаточно плотные сети в ряде подвижных регионов предоставили возможность изучения не только пространственных, но и временных вариаций деформационных процессов в зонах субдукции. Это позволяет рассмотреть связь деформаций с развитием сейсмичности и изучить особенности деформационных процессов на разных стадиях сейсмического цикла, и, в частности, на стадии подготовки сильнейших землетрясений.

Для количественного описания межплитовых деформаций в зонах субдукции представляется оправданным использовать такую кинематическую характеристику, которая позволяет описывать детальные пространственно-временные вариации деформаций в межплитовой контактной зоне.

Одна из наиболее плотных сетей непрерывных спутниковых геодезических наблюдений расположена на Японских островах (в настоящее время уже более 1300 станций). Данный регион относится к числу самых сейсмически активных на Земном шаре. Сильнейшее землетрясение Тохоку 11.03.2011 г. привело к обширному изменению напряженно-деформированного состояния как на поверхности, так и в подстилающих слоях данного района. Плотная и достаточно обширная сеть станций спутниковых измерений позволила проследить эти вариации как до, так и после указанного события.

ОСОБЕННОСТИ ТЕКТОНИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ЯПОНСКИХ ОСТРОВОВ

Особенностью Японии является ее расположение в области взаимодействия четырех лито сферных плит, конфигурация которых является дискуссионным вопросом. Для ее описания предложен ряд моделей, которые различаются по количеству, размерам, наименованиям и видам взаимодействия литосферных плит (рис. 1), например, [Bird, 2003; DeMets, 2010; Seno et al., 1996]. Эта неопределенность объясняется, в первую очередь, сложностью точного определения границы между Североамериканской (NAM) и Евразийской (EUR) литосферными плитами. Некоторые модели предполагают, что северный Хонсю и Хоккайдо принадлежат Североамериканской плите, другие проводят границу между Североамериканской и Евразийской через Хоккайдо, и это означает, что большая часть Японии принадлежит Евразийской плите. Выделение Охотоморской (OKH) и Амурской (AMU) микроплит в данном регионе привели к формированию дополнительных моделей движения плит, различающихся границами указанных микроплит [Габсатаров, 2015; Савостин и др., 1982; Argus et al., 2011]. В модели NUVEL-1 A не выделяются Амурская и Охотоморская микроплиты [DeMets et al., 1994]. В современной 25-плитной модели MORVEL [DeMets et al., 2010] выделяется Амурская плита, в расширенной модели MORVEL56 добавлена и Охотоморская микроплита [Argus et al., 2011]

Две из четырех указанных плит, на которых расположены Японские острова, являются континентальными: Евразийская (Амурская) и Североамериканская (Охотоморская микроплита); и две являются океаническими: Филиппинская и Тихоокеанская. Взаимодействие этих плит приводит к формированию различных типов границ в данном районе, таких как субдукционная, коллизионная, трансформная граница и тройное сочленение [Ребецкий, Полец, 2014].

Конфигурация плит в районе Японских остро вов сложна и дискуссионна, однако все модели схожи в том, что Тихоокеанская плита пододвигается под северную часть острова Хонсю. Скорость пододвигания океанической плиты под континентальную составляет 8.5 см/год в случае, если нави сающей является Североамериканская, и 9.6 см/год в случае, если таковой является Евразийская [Kogan, Steblov, 2008]. Профиль погружающейся плиты изучен достаточно детально. В работе [Hayes et al., 2012] представлена трехмерная модель погружающейся Тихоокеанской плиты (рис. 2). Данная модель получена на основе совместного анализа нескольких независимых каталогов данных: исторических каталогов землетрясений, решений GlobalCMT, активного сейсмического профилирования, глобальных границ плит, батиметрии и данных о толщине осадков [Hayes et al., 2012].

 

Рис. 1. Границы литосферных плит в районе Японских островов: (а) – по модели NUVEL-1 A [DeMets et al., 1994]; (б) – по модели MORVEL25 [DeMets et al., 2010] и MORVEL56 [Argus et al., 2011].

 

Рис. 2. Изолинии глубины погружающейся Тихоокеанской плиты по данным USGS (https://earthquake.usgs.gov/data/slab/models.php).

 

Высокая скорость пододвигания океанической плиты под континентальную обуславливает высокую сейсмичность данного региона.

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ ТОХОКУ 11.03.2011

11.03.2011 г. в 05 ч 46 мин по Гринвичскому времени у восточного побережья острова Хонсю (Япония, префектура Тохоку) произошло катастрофическое землетрясение с М = 8.8 MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 9.1 (по разным оценкам), которое привело к возникновению разрушительного цунами [Маловичко и др., 2011; Diao et al., 2011; Shao et al., 2011]. Ввиду повсемест ного развития сейсмо стойкого строительства в Японии, наибольший ущерб существующей инфраструктуре (в частности, авария на АЭС Фукусима-1) был нанесен не столько самим землетрясением, сколько порожденной им волной цунами. Эпицентр события располагался в Тихом океане на материковом склоне примерно в 120 км восточнее побережья острова. Гипоцентр очага располагался на границе Тихоокеанской плиты и континентальной [Трубицын, 2012].

По данным Японского метеорологического агентства (JMA) [http://www.jma.go.jp], событие 11 марта 2011 г. признано сильнейшим в истории страны и вошло в десятку сильнейших землетрясений за всю историю сейсмических наблюдений в мире, поэтому в японской литературе это землетрясение именуют также Великим землетрясением Тохоку.

Линейные размеры облака афтершоков 450 км, 150 км [Рогожин, 2011], 550 км, 300 км [Маловичко и др., 2011], размеры очага землетрясения 500 км, 200 км [Watanabe et al., 2014]. Приведенные размеры облака афтершоков и соответствующей очаговой зоны говорят о том, что землетрясение затронуло значительную часть сейсмофокальной области. Следовательно, при сопоставлении косейсмических деформаций с развитием межсейсмических процессов необходимо рассматривать конечную модель очага, которая может быть построена по спутниковым геодезическим данным.

СПУТНИКОВЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В РАЙОНЕ ЯПОНСКИХ ОСТРОВОВ

Первые станции непрерывных ГНСС-измерений были установлены в 1992 г. Институтом географических исследований Японии в цент ральной части о-ва Хонсю (регионы Канто и Токай). К апрелю 1996 г. Японская сеть уже насчитывает 610 станций непрерывного наблюдения. К 1998 г. было установлено уже около 1000 станций с шагом покрытия 20 км [Kato et al., 1998]. В настоящее время Японская геодинамическая сеть GEONET под управлением Японского агентства геопространственной информации (GSI) насчитывает более 1300 станций непрерывного наблюдения (рис. 3). Таким образом, достаточно плотное и равномерное покрытие Японских островов пунктами ГНСС-наблюдений в течение длительного периода (начиная с 1996 г.) как до, так и после сильнейшего землетрясения Тохоку, дает широкие возможности для изучения пространст венно-временного распределения деформаций земной поверхности на всех стадиях сейс мического цикла. В настоящем исследовании была использована наблюдательная информация по сети GEONET, предоставленная Японским агентством геопространственной информации в виде временных рядов ежесуточных положений станций ГНСС в международной общеземной системе отсчета ITRF2005. Предоставленные вместе с временными рядами исходные спутниковые измерения и спецификации процесса обработки, в частности, использование программного обеспечения Bernese [Dach et al., 2015] и прецизионной спутниковой эфемеридной информации из Международной службы ГНСС (IGS), позволяют уверенно верифицировать надежность координатных оценок и трансформировать их в другие системы отсчета. В данной работе анализ смещений станций ГНСС сети GEONET был выполнен в системе отсчета, связанной с Евразийской плитой.

 

Рис. 3. Схема расположения станций Японской сети GEONET и механизм очага землетрясения Тохоку 11.03.2011 г. Границы плит согласно модели NUVEL-1A. Прозрачная стрелка – направление субдукции Тихоокеанской плиты.

 

Длительный межсейсмический период проявляется во временных рядах смещения станций ГНСС доминированием линейной зависимости на фоне других короткопериодических вариаций (рис. 4). При этом продолжительный линейный тренд может меняться вследствие перераспределения деформационных напряжений. Преобладающее западное направление движения станций в межсейсмический период согласуется с направлением субдукции Тихоокеанской плиты под континентальную. Сейсмические события отражаются во временных рядах в виде ступенчатых смещений. Землетрясение Тохоку 11.03.2011 г. отразилось во временных рядах станций одномоментными смещениями величиной от 5 метров вблизи эпицентра до нескольких сантиметров на большом удалении [Diao et al., 2011]. После землетрясения Тохоку во всех временных рядах станций, расположенных на о. Хонсю наблюдаются заметные постсейсмические смещения (рис. 4), затухающие с различной интенсивностью. Движение этих станций направлено в сторону океана противоположно к направлению субдукции. Кроме того, временные ряды содержат шумы различного происхождения, а также сезонные компоненты с периодом в год и полгода, связанные с различными природными явлениями и инструментальными особенностям самих измерений.

 

Рис. 4. Временные ряды смещения станций Японской сети за период 2006–2016 гг.: (а) – станция ГНСС 0024; (б) – станция ГНСС 0550.

 

Рис. 5. Отфильтрованные временные ряды смещений станций Японской сети за период 2006–2011 гг.: (а) – 0024, (б) – 0550. Серая линия – непрерывная кусочно-линейная аппроксимация с интервалом осреднения, равным 1 году.

 

Разделение всех перечисленных составляющих во временных рядах возможно благодаря характерным признакам их временной зависимости. Для выявления компонент, отражающих именно межплитовое сцепление, исходные временные ряды аппроксимируются регрессионной моделью, которая позволяет достаточно уверенно оценивать практически все перечисленные компоненты [Габсатаров, 2012; Nikolaidis, 2002]. Вычитание всех слагаемых с характерной нелинейной временной зависимостью позволяет получить отфильтрованный временной ряд, вариации которого следует ассоциировать с изменениями межплитового сцепления. Статистически значимое выделение таких вариаций возможно при достаточно продолжительном периоде осреднения, который значительно превосходит характерный период инструментальных шумов. Период осреднения, обеспечивающий приемлемую точность результирующих скоростей, составляет 1 год (рис. 5). Из-за большей погрешности определения вертикальной составляющей смещений станций ГНСС, в расчетах применяются только данные по горизонтальным компонентам.

Полученные в результате описанной фильтрации вариации скоростей движения станций спутниковых геодезических наблюдений позволяют оценить пространственно-временное распределение деформаций в рассматриваемом регионе.

МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ В ЗОНАХ СУБДУКЦИИ

В данной работе рассматривается общепринятая модель, согласно которой деформации в зоне субдукции обусловлены сцеплением погружающейся и нависающей плит [Ruff, Kanamori, 1980]. Данное сцепление предполагается неоднородным. В качестве причин неоднородностей, как правило, предполагаются неравномерность распределения силы трения и механических свойств контактной зоны, а также наличие неровностей-выступов погружающейся плиты. В этих областях происходит накопление напряжений и их высвобождение во время сильных землетрясений [Трубицын, 2012].

В рамках рассматриваемой модели распределение деформаций в нависающей континентальной окраине определяется скоростью поддвига под нее океанической литосферы и степенью их взаимного сцепления. Если скорость субдукции океанской плиты U subd MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacbeGaa8xvamaaBaaaleaacaWGZbGaamyDaiaadkga caWGKbaabeaaaaa@4290@ можно считать стабильной в течение периода, на много порядков превосходящего период наблюдений в несколько лет, то в отношении межплитового сцепления следует допустить заметные вариации во времени, обусловленные как медленным меж сейсмическим перераспределением, так и быстрым перестроением в ходе землетрясений.

 

Рис. 6. Схема смещений в зоне субдукции.

 

В качестве количественной характеристики описания межплитовых деформаций в зонах субдукции представляется целесообразным использовать коэффициент межплитового сцепления, который определяется как отношение скорости смещения нижнего края нависающей плиты к скорости взаимного смещения плит: U lock / U subd MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacbeGaa8xvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4Baiaadoga caWGRbaabeaakiaac+cacaWFvbWaaSbaaSqaaiaadohacaWG1bGaam Oyaiaadsgaaeqaaaaa@480C@ (рис. 6). Значение U lock / U subd , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacbeGaa8xvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4Baiaadoga caWGRbaabeaakiaac+cacaWFvbWaaSbaaSqaaiaadohacaWG1bGaam OyaiaadsgaaeqaaKqzFfGaaiilaaaa@498A@ равное 1, соответствует полному сцеплению, равное 0 MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ свободному проскальзыванию. Исходя из такой модели, пространственно-временные вариации этого коэффициента определяют деформированное состояние в зонах субдукции.

В рассматриваемой модели скорости U def MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGKbGaamyzaiaadAgaaeqa aaaa@418A@ смещений в нависающем крыле континентальной плиты, и, в частности, на ее поверхности u surf , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyDamaaBaaaleaaieGacaWFZbGaa8xDaiaa=jha caWFMbaabeaakiaacYcaaaa@4375@ определяются скоростью смещения ее нижнего края U lock MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4BaiaadogacaWG Rbaabeaaaaa@4289@ вдоль контактной зоны S через свертку c функцией Грина G r, r s : MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaC4ramaabmaabaGaaCOCaiaacYcacaaMe8UaaCOC amaaBaaaleaacaWGZbaabeaaaOGaayjkaiaawMcaaiaacQdaaaa@463A@

U def (r)= S G r, r s U lock r s dS . MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGKbGaamyzaiaadAgaaeqa aOGaaiikaiaahkhacaGGPaGaeyypa0Zaa8GuaeaacaWHhbWaaeWaae aacaWHYbGaaiilaiaahkhadaWgaaqaaiaadohaaeqaaaGaayjkaiaa wMcaaiaahwfadaWgaaWcbaGaamiBaiaad+gacaWGJbGaam4Aaaqaba GcdaqadaqaaiaahkhadaWgaaWcbaGaam4CaaqabaaakiaawIcacaGL PaaacaWGKbacbiqcL9vacaWFtbaaleaacaWGtbaabeqdcqGHRiI8cq GHRiI8aOGaaiOlaaaa@5BC8@ (1)

Существует несколько общеизвестных подходов для вычисления функции Грина: в наиболее общем виде теоретические соотношения представлены в работе [Молоденский и др., 2016]; также теоретические основы и их практическая реализация предложены в работе [Pollitz, 1996].

Измерения скоростей поверхностных смещений u surf MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyDamaaBaaaleaacaWGZbGaamyDaiaadkhacaWG Mbaabeaaaaa@42C0@ могут быть сопоставлены с модельными скоростями u model , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacbeGaa8xDamaaBaaaleaaieGacaGFTbGaa43Baiaa +rgacaGFLbGaa4hBaaqabaacbaGccaqFSaaaaa@4448@ что позволяет решить обратную задачу по оценке скорости U lock MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4BaiaadogacaWG Rbaabeaaaaa@4289@ с целью определения межплитового сцепления U lock / U subd . MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacbeGaa8xvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4Baiaadoga caWGRbaabeaakiaac+cacaWFvbWaaSbaaSqaaiaadohacaWG1bGaam OyaiaadsgaaeqaaGqaaOGaa4Nlaaaa@48CD@ Решение данной задачи сводится к минимизации модифицированной целевой функции, включающей не только минимизацию невязки модельных u model MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacbeGaa8xDamaaBaaaleaaieGacaGFTbGaa43Baiaa +rgacaGFLbGaa4hBaaqabaaaaa@4389@ и наблюдаемых скоростей u surf MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacbeGaa8xDamaaBaaaleaaieGacaGFZbGaa4xDaiaa +jhacaGFMbaabeaaaaa@42B9@ смещений, но и норму искомого решения:

Ulockrs:​ minUlockrsiSGri,rsUlockrs ​dS ​usurf,i2+α ​Ulockrs2, (2)

 

где αi MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ это положительный параметр регуляризации, i MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ индекс суммирования по наблюдательным пунктам. Выбор параметра регуляризации α выполняется из условия статистического согласия между итоговыми невязками и погрешностями исходных измерений, а именно, статистика χ red 2 MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaeq4Xdm2aa0baaSqaaiaabkhacaqGLbGaaeizaaqa aiaabkdaaaaaaa@431F@ найденного решения U lock MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4BaiaadogacaWG Rbaabeaaaaa@4289@ должна удовлетворять условию:

χ red 2 = 1 n i S G r i , r s U lock r s dS u surf,i 2 σ i 2 1, MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaeq4XdmwaamaaDaaaleaacaqGYbGaaeyzaiaabsga aeaacaqGYaaaaOGaeyypa0JaaGjbVpaalaaabaGaaeymaaqaaiaad6 gaaaWaaabuaeaadaWcaaqaamaaemaabaWaa8GuaeaacaWHhbWaaeWa aeaacaWHYbWaaSbaaSqaaiaadMgaaeqaaOGaaiilaiaahkhadaWgaa WcbaGaam4CaaqabaaakiaawIcacaGLPaaacaWHvbWaaSbaaSqaaiaa dYgacaWGVbGaam4yaiaadUgaaeqaaOWaaeWaaeaacaWHYbWaaSbaaS qaaiaadohaaeqaaaGccaGLOaGaayzkaaGaamizaiaadofaaSqaaiaa dofaaeqaniabgUIiYlabgUIiYdGccqGHsislcaWH1bWaaSbaaSqaai aadohacaWG1bGaamOCaiaadAgacGaCakilaiaaysW7caWGPbaabeaa aOGaay5bSlaawIa7amaaCaaaleqabaGaaGOmaaaaaOqaaiabeo8aZn aaDaaaleaacaWGPbaabaGaaGOmaaaaaaaabaGaamyAaaqab0Gaeyye IuoakiabgkziUkaabgdaaiaacYcaaaa@7638@  (3)

где: σ i MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaeq4Wdm3aaSbaaSqaaiaadMgaaeqaaaaa@409F@ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ ошибка измерений в i-ой точке наблюдения; n MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ количество пунктов наблюдения.

Корректное решение соответствующей обратной задачи, т. е. определение континуального распределения коэффициента межплитового сцепления U lock / U subd MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacbeGaa8xvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4Baiaadoga caWGRbaabeaakiaac+cacaWFvbWaaSbaaSqaaiaadohacaWG1bGaam Oyaiaadsgaaeqaaaaa@480C@ по дискретному набору поверхностных смещений u surf MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyDamaaBaaaleaacaWGZbGaamyDaiaadkhacaWG Mbaabeaaaaa@42C0@ достигается путем адекватной дискретизации искомого распределения, соответствующей детальности покрытия исходных данных, и привлечения известных физических ограничений на область возможных решений. Физически разумными представляются ограничения по величине и направлению искомого вектора скорости смещения нижнего края нависающей плиты U lock . MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4BaiaadogacaWG Rbaabeaakiaac6caaaa@4345@ Максимально возможное значение для скорости смещения нижнего края нависающей плиты наблюдается в случае полного смыкания нависающей и подстилающей плит и равно скорости субдукции U subd : MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGZbGaamyDaiaadkgacaWG KbaabeaakiacibOG6aaaaa@4426@

U lock U subd . MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaWaaqWaaeaacaWHvbWaaSbaaSqaaiaadYgacaWGVbGa am4yaiaadUgaaeqaaaGccaGLhWUaayjcSdGaeyizIm6aaqWaaeaaca WHvbWaaSbaaSqaaiaadohacaWG1bGaamOyaiaadsgaaeqaaaGccaGL hWUaayjcSdGaaiOlaaaa@5014@ (4)

При этом угол отклонения направления искомого вектора U lock MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGSbGaam4BaiaadogacaWG Rbaabeaaaaa@4289@ от направления взаимного движения плит в контактно зоне U subd MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaCyvamaaBaaaleaacaWGZbGaamyDaiaadkgacaWG Kbaabeaaaaa@428E@ не должен превышать заранее выбранного значения.

 

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МЕЖПЛИТОВОГО СЦЕПЛЕНИЯ В РАЙОНЕ ЯПОНСКОЙ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ

Методология построения пространственно-временного распределения деформаций в зонах субдукции предполагает пространственную дискретизацию контактной зоны с выбором ее внешних границ и размеров элементов внутреннего разбиения. Верхняя граница области дискретизации определяется осью глубоководного желоба; нижняя граница выбирается исходя из глубины сейсмогенерирующей зоны, значение которой по разным оценкам составляет 50 MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 100 км для рассматриваемого Японского региона [Tichelaar, Ruff, 1993; Suwa et al., 2006]. Во избежание необоснованных ограничений нижняя граница области моделирования выбирается заведомо глубже приведенных значений и составляет 125 км (рис. 7).

Для дискретизации область моделирования сейсмофокальной зоны аппроксимируется набором прямоугольных элементов с переменным углом падения, соответствующим профилю погружающейся плиты (рис. 7). Выбор прямоугольников в качестве элементов разбиения обусловлен наличием программного пакета для вычисления свертки функции Грина с вектором смещения по разрыву прямоугольной формы [Pollitz, 1996]. Размер прямоугольного элемента задавался в соответствии с пространственной разрешающей способностью измерительной сети спутниковых геодезических наблюдений и выбирался минимально возможным, при котором получалось устойчивое решение обратной задачи. В результате применения численных тестов на устойчивость получаемого распределения размер прямоугольного элемента был выбран 50  × 50 км.

Результат применения описанной методики в виде пространственно-временного распределения межплитового сцепления в Японском регионе показан на рис 8. С целью выявления взаимосвязи предсейсмических и косейсмических деформаций в данном регионе распределение сцепления было сопоставлено с распределением косейсмических подвижек в очаге сильнейшего землетрясения Тохоку 11.03.2011. Анализируя полученные распределения, можно выделить следующие особенности:

1. Пространственные распределения межплитового сцепления не согласуются с теми представлениями, согласно которым сейсмофокальная зона постоянно находится в состоянии полного сцепления по всей глубине, которое нарушается исключительно сейсморазрывами во время межплитовых субдукционных землетрясений. Вдоль контактной зоны существуют как области полного сцепления, так и области свободного проскальзывания.

2. В 2007 MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 2008 гг. в области к востоку от Тихо океанского побережья о. Хонсю (в районе 142 в. д., 36 и 38° c. ш.) формируются локальные неоднородности межплитового сцепления, где в 2008 г. происходит серия межплитовых землетрясений (рис. 8б, 8в), которые разгрузили данную часть сейсмофокальной зоны. Следствием этого стал срыв одной из областей повышенного сцепления (в районе 142 в. д., 36° c. ш.) и возникновение в смежной области (в районе 142 в. д., 38° c. ш.) резкого латерального градиента межплитового сцепления в направлении простирания межплитовой контактной зоны (рис. 8г). Это означает начало смещения ранее сцепленной части нависающей плиты в сторону океана в режиме свободного скольжения, которое совпадает с направлением косейсмической подвижки будущего землетрясения (рис. 8г). В 2010 г. на эту локальную особенность (в районе 142 в. д., 38° c. ш.) накладывается вовлечение более обширной, в частности, более глубокой части контактной зоны в обратное (субдукционное) смещение (рис. 8д). В 2011 г. наложение этих двух факторов, предположительно, создало предпосылки для превышения предела прочности сформировавшейся локальной особенности сцепления и, как следствие, привело к срыву в виде землетрясения Тохоку (рис. 8е).

 

Рис. 7. Аппроксимация поверхности Японской сейсмофокальной области: (а) – проекция на горизонтальную поверх-ность; (б) – вертикальный разрез вдоль линии АВ, серой полосой показан профиль погружающейся плиты по данным USGS (https://earthquake.usgs.gov/data/slab/models.php).

 

Рис. 8. Пространственно-временные вариации межплитового сцепления для Японской зоны субдукции. Изолинии смещений в очаге землетрясения Тохоку 11.03.2011 (е)–(и). На рис. (в) указаны механизмы очагов землетрясений: 07.05.2008 MW = 6.8 и 19.07.2008 MW = 6.9. На рис. (е) указаны механизмы очага землетрясения Тохоку и его сильней-шего афтершока с MW = 7.9.

 

3.Очаговая зона землетрясения Тохоку 2011 г. совпала с областью максимального градиента межплитового сцепления, т.е. оказалась на границе полного сцепления и свободного проскальзывания ранее сцепленной зоны. Через 30 минут после основного толчка произошел сильнейший афтершок MW = 7.9 в повторно сформировавшейся смежной области локальной неоднородности (рис. 8е).

4.После сильнейшего субдукционного землетрясения 2011 г. наблюдается разгрузка накопленных напряжений, которая проявляется как значительное ослабление, вплоть до исчезновения межплитового сцепления в значительной части сейсмофокальной зоны, примыкающей к очагу данного события (рис. 8ж). Со временем сцепление в Японской сейсмофокальной зоне проявляет тенденцию к восстановлению, что подтверждает начало нового цикла накопления упругих напряжений (рис. 8ж MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 8и).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Плотная сеть ГНСС-станций длительного непрерывного наблюдения Японского региона позволила рассмотреть детальные пространственно-временные вариации деформационных процессов в сейсмофокальной области. Исследованная область Японской зоны субдукции проявляет неравномерный характер межплитового сцепления вдоль контактной зоны: здесь прослеживаются как участки максимального сцепления, так и области свободного скольжения, что исключает возможность полного сцепления всей сейсмофокальной зоны.

Рассмотрена взаимосвязь предсейсмических и косейсмических деформаций и показана возможность выявления процесса подготовки сильнейшего межплитового землетрясения по данным спутниковой геодезии. Cильнейшее субдукционное землетрясение произошло в зоне максимального градиента межплитового сцепления по простиранию контактной зоны. Перед сильнейшим Японским землетрясением 2011 г. зафиксированы как локальные временные вариации в зоне максимального градиента сцепления, так и вариации, охватывающие всю сейсмофокальную зону.

После сильнейшего Японского землетрясения наблюдается перестроение межплитового сцепления и его значительное ослабление в области очага землетрясения, что свидетельствует о разгрузке накопленных напряжений.

Финансирование работы

Работа была выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 17-35-50036).

G. M. Steblov

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Federal Research Center Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: steblov@ifz.ru

Russian Federation, Moscow; Obninsk

I. A. Sidel`nikova

Federal Research Center Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences

Email: steblov@ifz.ru

Russian Federation, Obninsk

  1. Габсатаров Ю.В. Вариации скорости деформирования земной коры в тектонически активных регионах. Материалы третьей тектонофизической конференции. М.: ИФЗ РАН. 2012. Т. 1. C. 150–153.
  2. Габсатаров Ю.В. Кинематика микроплит в Северо-Восточной Азии: дисс. … канд. физ.-мат. наук: 25.00.10. М. 2015. 193 с.
  3. Маловичко А.А., Старовойт О.Е., Габсатарова И.П., Коломиец М.В., Чепкунас Л.С. Катастрофическое землетрясение Тохоку 11 марта 2011 г. в Японии // Сейсмические приборы. 2011. Т. 47. № 1. С. 5–16.
  4. Молоденский С.М., Молоденский М.С., Бегитова Т.А. 3D-модели медленных движений земной коры и верхней ман-тии в очаговых зонах сейсмоактивных областей и их сравнение с высокоточными данными наблюдений. 1. основные соотношения // Физика Земли. 2016. № 5. С. 25–36.
  5. Ребецкий Ю.Л., Полец А.Ю. Напряженное состояние литосферы Японии перед катастрофическим землетрясением Тохоку 11.03.2011 г. // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. № 2. С. 469–506.
  6. Рогожин Е.А. Землетрясение Тохоку 11.03.2011 (М  9.0) в Японии: тектоническая позиция очага, макросейсмиче-ские, сейсмологические и геодинамические проявления // Геотектоника. 2011. № 5. С. 3–16.
  7. Савостин Л.А., Вержбицкая А.И., Баранов Б.В. Современная тектоника плит Охотоморского региона // Докл. АН СССР. 1982. Т. 266. № 4. С. 961–965.
  8. Трубицын В.П. Изгибные деформации плит в модели сильных субдукционных землетрясений // Физика Земли. 2012. № 2. С. 3–13.
  9. Argus D.F., Gordon R.G., DeMets C. Geologically current motion of 56 plates relative to the no-net-rotation reference frame // Geochem. Geophys. Geosyst. 2011. V. 12. № 11. P. 1–13
  10. Bird P. An updated digital model of plate boundaries // Geochem. Geophys. Geosyst. 2003. V. 4. № 3. P. 1–52.
  11. Dach R., Lutz S., Walser P., Fridez P. User manual of the Bernese GNSS Software, Version 5.2. Astronomical Institute. University of Bern. 2015. 884 p.
  12. DeMets C., Gordon R.G., Argus D.F., Stein S. Effect of recent revisions to the geomagnetic reversal time scale on estimates of current plate motions // Geophys Res. Lett. 1994. V. 21. № 20. P. 2191–2194.
  13. DeMets C., Gordon R.G., Argus D.F. Geologically current plate motions // Geophys. J. Int. 2010. V. 181. P. 1–80.
  14. Diao F., Xiong X., Ni S., Zheng Y., Ge C. Slip model for the 2011 Mw 9.0 Sendai (Japan) earthquake and its Mw 7.9 aftershock derived from GPS data // Chin. Sci. Bull. 2011. V. 56. P. 1999–2005.
  15. Hayes G.P., Wald D.J., Johnson R.L. Slab1.0: A three-dimensional model of global subduction zone geometries // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. № B01302. P. 1–15.
  16. Kato T., El-Fiky G.S., Oware E.N., Miyazaki S. Crustal strains in the Japanese Islands as deduced from dense GPS array // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25. № 18. P. 3445–3448.
  17. Kogan M.G., Steblov G.M. Current global plate kinematics from GPS (1995–2007) with the plate-consistent reference frame // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. № B04416. P. 1–17.
  18. Nikolaidis R. Observation of Geodetic and Seismic Deformation with the Global Positioning System: Ph. D. Thesis. University of California. San Diego. 2002. 265 p.
  19. Pollitz F. Coseismic deformation from earthquake faulting on a layered spherical earth // Geophys. J. Int. 1996. V. 125. № 1. P. 1–14.
  20. Ruff L., Kanamori H. Seismicity and subduction process // Physics of the Eart and Planetary Interiors. 1980. V. 23. № 3. P. 240–252.
  21. Seno T., Sakurai T., Stein S. Can the Okhotsk plate be discriminated from the North American plate? // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. № B5. P. 11305–11315.
  22. Shao G., Li X., Ji C., Maeda T. Focal mechanism and slip history of the 2011 Mw 9.1 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, constrained with teleseismic body and surface waves // Earth Planets Space. 2011. V. 63. P. 559–564.
  23. Suwa Y., Miura S., Hasegawa A., Sato T., Tachibana K. Interplate coupling beneath NE Japan inferred from three-dimensional displacement field // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. № B4. P. 1–12.
  24. Tichelaar B.W., Ruff L.J. Depth of seismic coupling along subduction zones // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. № B2. P. 2017–2037.
  25. Watanabe S., Sato M., Fujita M., Ishikawa T., Yokota Y., Ujihara N., Asada A. Evidence of viscoelastic deformation following the 2011 Tohoku-Oki earthquake revealed from seafloor geodetic observation // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. № 16. P. 5789–5796.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. The boundaries of lithospheric plates in the region of the Japanese Islands: (a) - according to the NUVEL-1 A model [DeMets et al., 1994]; (b) - according to the MORVEL25 model [DeMets et al., 2010] and MORVEL56 [Argus et al., 2011]. View (258KB) Indexing metadata
2. Fig. 2. Isolines of the depth of the plunging Pacific Plate according to the USGS data (https://earthquake.usgs.gov/data/slab/models.php). View (203KB) Indexing metadata
3. Fig. 3. The layout of the stations of the Japanese GEONET network and the source of the Tohoku earthquake on March 11, 2011. The boundaries of the plates according to the NUVEL-1A model. The transparent arrow is the subduction direction of the Pacific Plate. View (157KB) Indexing metadata
4. Fig. 4. Time series of displacement of stations of the Japanese network for the period 2006–2016: (a) - GNSS station 0024; (b) GNSS station 0550. View (180KB) Indexing metadata
5. Fig. 5. Filtered time series of displacements of stations of the Japanese network for the period 2006–2011: (a) - 0024, (b) - 0550. The gray line is a continuous piecewise linear approximation with an averaging interval of 1 year. View (160KB) Indexing metadata
6. Fig. 6. Scheme of displacements in the subduction zone. View (93KB) Indexing metadata
7. Fig. 7. Approximation of the surface of the Japanese seismic focal region: (a) - projection onto a horizontal surface; (b) - vertical section along the line AB, the gray bar shows the profile of the submersible plate according to the USGS (https://earthquake.usgs.gov/data/slab/models.php). View (206KB) Indexing metadata
8. Fig. 8. Spatio-temporal variations of interlock coupling for the Japanese subduction zone. Isolines of displacements in the Tohoku earthquake source 11.03.2011 (e) - (i). In fig. (c) the mechanisms of earthquake foci are indicated: 05/07/2008 MW = 6.8 and 07/19/2008 MW = 6.9. In fig. (e) the mechanisms of the source of the Tohoku earthquake and its strongest aftershock with MW = 7.9 are indicated. View (842KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 32

PDF (Russian) - 23

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences