Earthquake july 17, 2017, Mw = 7.8 near the Komandorsky islands and strong seismic manifestations in the western segment of Aleut island arc

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Землетрясение 17.07.2017 г., M_w = 7.8 (φ  = 54.52°, λ = 169.00°) вблизи Командорских островов, получившее название Ближне-Алеутского [Чебров и др., 2017б], явилось сильнейшим сейсмическим событием в западном сегменте Алеутской островной дуги за весь, не слишком продолжительный, доступный нам период наблюдений сейсмических явлений. Сопоставимым по силе было только землетрясение 17.12.1929 г. в районе Ближних островов (США) также с M_w  = 7.8 (φ = 53.559°, λ = 171.972°). Первые, весьма отрывочные сведения о сейсмических проявлениях на Командорских островах, относятся к 1742 г.: землетрясение в окрестности о. Беринга с M_LH = 6.2. После 1742 г. и до 1924 г. в поле зрения сейсмологов попали лишь 3 сильных землетрясения: 1849 и 1858 гг. с M_LH = 7.5 и 1861 г. с M_LH = 6.2 [Новый каталог …, 1977]. Более или менее систематические сейсмологические наблюдения в западном сегменте Алеутской островной дуги, включающем Командорские и Ближние (Near Islands) острова, начались в 20-х годах прошлого века. При этом сначала, до 1960 г., регистрировались только наиболее сильные сейсмические события с магнитудами 6–7. Сколько-нибудь детальные каталоги для области Командорских островов появились только с 60-х годов прошлого века после перевооружения сейсмических станций опорной сейсмической сети современными для того времени сейсмографами СКД и созданием региональной сейсмической сети на Камчатке. Если судить по степени подробности каталога NEIC, подобным образом развивались и сейсмологические наблюдения на Ближних островах (США).

В целом, в настоящее время Алеутская островная дуга и, в частности, ее западный сегмент достаточно хорошо изучены в сейсмологическом отношении. В ежегодных сборниках “Землетрясения Северной Евразии” (до 1992 г. “Землетрясения в СССР”) публикуются данные о текущей сейсмической ситуации в западном сегменте Алеутской островной дуги, включая подробные описания наиболее сильных сейсмических событий. См., например, [Зобин и др., 1991; Федотов и др., 1996; Левина и др., 2002, 2009а, б]. В частности, в статье [Левина и др., 2009б] сделан достаточно подробный анализ сильного землетрясения 5.12.2003 г., M_s = 6.8 (M_w = 6.6), инструментальный эпицентр которого располагался приблизительно в 250 км к запад–северо-западу от инструментального эпицентра рассматриваемого здесь землетрясения 17.07.2017 г. То есть, оконтуренная по афтершокам очаговая область землетрясения 5.12.2003 г. непосредственно примыкала с северо-запада к очаговой области землетрясения 17 июля. С юго-востока к его очагу примыкает очаг 23.12.2010 г., M_w = 6.4 (φ = 53.127°, λ = 171.161°) на Ближних островах. Помимо упомянутых выше событий 2003 и 2010 гг. вплоть до середины 2017 г. сильных (Mw ≥ 6.0) землетрясений в этом регионе не наблюдалось.

Работа посвящена рассмотрению сейсмической истории, предшествовавшей возникновению землетрясения 17.07.2017 г., определению его тектонической позиции и общей геодинамической обстановки, а также анализу афтершокового процесса в сопоставлении с афтершоковыми процессами других сильных сейсмических событий западного сегмента Алеутской островной дуги. Поскольку область ранних афтершоков землетрясения 17 июля охватила и значительную часть области Ближних островов, наряду с сейсмичностью Командорских островов в статье рассмотрены и некоторые аспекты сейсмичности Ближних островов.

В первой работе, посвященной землетрясению 17.07.2017 г. [Чебров и др., 2017б], были представлены результаты предварительного анализа этого сейсмического события. То, что статья была опубликована до возникновения сильного афтершока 25.01.2018 г., Mw = 6.2 обусловило несколько искаженное представление авторов о характере афтершокового процесса землетрясения 17 июля.

ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ И ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА

Эпицентр главного толчка располагался вблизи северо-восточной границы Командорского блока, линейно вытянутого в северо-западном направлении. Эпицентр локализован примерно в 50 км северо-западнее о. Беринга (в 70 км от пос. Никольское), у подножья склона шельфа. Командорский блок является самостоятельной сейсмотектонической зоной, расположенной между двумя крупными тектоническими образованиями: Беринговоморской плитой на севере и обширной Тихоокеанской плитой на юге (рис. 1) [Mets et al., 1990]. Узкий (ширина менее 100 км) Командорский литосферный блок протянулся более, чем на 500 км в направлении практически параллельном вектору движения Тихоокеанской плиты и отделен от последней трансформной границей, проходящей по Алеутскому глубоководному желобу.

Морфологически Командорский блок является северо-западным окончанием Алеутской островной дуги. Полоса проявлений сейсмичности в районе между долготами c λ = 169°–170°E, проходящая по северному борту Алеутского глубоководного желоба, имеет две ветви: вдоль юго-западного подножья островной дуги и вдоль северо-восточного борта Командорского блока на границе с Беринговоморской литосферной плитой. К юго-востоку от Командорских островов сформировано понижение в рельефе, отделяющее его в современной тектонической структуре от остальной Алеутской дуги. В результате Командорский блок ограничен с северо-востока и юго-запада двумя узкими параллельными сейсмическими поясами. Сейсмичность северо-восточной границы блока концентрируется вдоль разлома Беринга [Mets et al., 1990], протянувшегося на океаническом основании непосредственно у подножья склона Командорского шельфа. Землетрясения на юго-западной границе происходят вдоль Алеутского желоба и параллельного ему разлома Стеллера [Mets et al., 1990]. За столетний интервал инструментальных наблюдений сейсмическая активность северо-восточной границы Командорского литосферного блока в целом несколько превосходит активность юго-западной границы. Однако, возможно, это связано с неполнотой накопленной статистики и, в частности, с длительным затишьем, наблюдавшимся на юго-восточном сегменте Алеутского желоба до 2017 г.

 

Рис. 1. Сейсмотектоническая карта эпицентральной области Ближне-Алеутского землетрясения 2017 г. 1 – Командорский блок; 2 – вектор движения Тихоокеанской плиты относительно Камчатки [Plate Motion Calculator, http://sps.unavco.org/crustal_motion/dxdt/model/]; 3 – вектор движения Командорского блока относительно Камчатки по данным GPS [Левин и др., 2002]; 4 – фокальный механизм главного события 17.07.2017 г.; 5 – фокальный механизм афтершока 25.01.2018 г. (M_w = 6.2); 6 – фокальный механизм форшока 17.07.2017 г. (М_w = 6.2); 7 – фокальный механизм форшока 02.06.2017 г. вблизи Ближних островов (Мw = 6.8). Все фокальные механизмы даны по [Global CMT catalog].

 

В очагах землетрясений на обеих параллельных границах Командорского литосферного блока преобладают правые сдвиги [Global CMT catalog]. Это указывает на то, что узкий линейно вытянутый блок скользит на северо-запад параллельно движению Тихоокеанской плиты, несколько отставая от последней. Действительно, прямые GPS измерения на о. Беринга демонстрируют стабильное перемещение Командорского блока на северо-запад и его сближение с Камчаткой со скоростью около 5 см/год [Левин и др., 2002].

Изучение механизмов очагов землетрясений на Ближних и Командорских островах показывает, что здесь существует несколько различных зон сейсмотектонической активности [Newberry et al., 1986; Ruppert et al., 2012]. На рис. 2а, 2б приведена карта механизмов очагов землетрясений (М_w ≥ 5.3 и М_w ≥ 6.0) западного сегмента Алеутской дуги, построенная по данным каталога СМТ [Global CMT catalog].

На северо-западе выбранной области вблизи острова Беринга одна из нодальных плоскостей усреднённых механизмов очагов землетрясений (усреднение проводилось для землетрясений всех магнитуд М_w ≥ 5.3) простирается субпараллельно островам. Одна из нодальных плоскостей всегда ориентирована параллельно береговой линии. Следует отметить, что на западе и востоке превалируют правосдвиговые подвижки, хотя местами отмечается и взбросовый тип смещений.

 

Рис. 2. Карта механизмов очагов землетрясений Командорской и западного сегмента Алеутской дуг (5.3 ≤ М_w < 6.0) (а) и (М_w ≥ 6.0) (б). Приведены проекции на нижнюю полусферу. Белое поле – сектор растяжения, темное – сжатия. Черная точка на стереограммах фокальных механизмов – ось растяжения Т.

 

Восточнее, около острова Медный, одна из нодальных плоскостей фокальных механизмов очагов также направлена близпараллельно простиранию островной дуги и характеризуется в основном правосдвиговым типом смещений. Именно такой механизм характерен для очага землетрясения 17.07.2017 г.

К юго-востоку от о. Медный в районе 170° в.д. наблюдается резкая смена напряженного состояния. Начинают преобладать механизмы взбросо-надвигового типа, обе нодальные плоскости в которых перпендикулярны простиранию островной дуги. В этой области к островной дуге с севера приближается подводный хребет Ширшова, который протягивается в субмеридиональном направлении от Олюторского полуострова на расстояние 670 км к югу. Ширина хребта уменьшается с 200 км на севере до 25 км на юге. В южной части хребет меняет ориентировку на субширотную и почти смыкается с хребтом Бауэрса. Вероятно, именно с этими структурами связано резкое изменение характера фокальных механизмов очагов зарегистрированных здесь землетрясений.

Восточнее 170° в.д. в пределах западного сегмента Алеутской дуги в районе о. Атту и северо-западнее его вновь наблюдается изменение характера фокальных механизмов, при этом эпицентры сейсмических событий смещаются несколько севернее по сравнению с таковыми в пределах Командорской островной дуги. На северо-востоке наблюдаются механизмы с режимом практически чистого сдвига, причем одна из нодальных плоскостей ориентирована вдоль островной дуги. По плоскостям этого простирания осуществляются смещения правосдвигового типа, как и на Командорской дуге. На юго-западном склоне Алеутского поднятия механизмы очагов имеют взбросо-сдвиговый характер. По нодальной плоскости, параллельной дуге, также преобладают взбросо-правосдвиговые смещения.

С некоторыми отклонениями, данное распределение областей сжатия/растяжения совпадает для разных диапазонов магнитуд (см. рис. 2).

На этом фоне сейсмологические проявления Ближне-Алеутского землетрясения 17.07.2017 г. в виде расположения облака форшоков и афтершоков вполне согласуется с описанными выше особенностями распределения ориентации нодальных линий механизмов известных очагов зарегистрированных здесь ранее землетрясений. Основное линейное в плане облако эпицентров повторных толчков, как и эпицентр главного события, приурочены к зоне разлома Беринга. При этом на участке между 170° и 171° в.д. отмечается поперечное к общему афтершоковому облаку положение поля эпицентров повторных толчков. По всей видимости, этот отрезок совпадает с зоной поперечной ориентировки нодальных плоскостей показанных выше фокальных механизмов взбросового типа (см. рис. 3).

Таким образом, очаг землетрясения 2017 г. практически полностью занял северный склон Командорского островного поднятия и разместился в зоне разлома Беринга. Он охватил всю эту сейсмогенерирующую зону вплоть до поперечной структуры к западу от Ближних островов (о. Атту), заполнив “Командорскую сейсмическую брешь” [Чебров и др., 2017б]. Поэтому землетрясение, вероятно, было бы более уместно назвать Восточно-Командорским.

СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ БЛИЖНЕ-АЛЕУТСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 17.07.2017 Г.

Информационной базой для выполнения работы служили, Специализированный каталог землетрясений Северной Евразии (УКЗСЕ) [Уломов, Медведева, seismos-u.ifz.ru/documents/Eartquake-Catalog-СКЗ.pdf], Региональный каталог землетрясений Камчатки (РКЗК) КФ ЕГС РАН [http://www.emsd.ru], Каталог службы срочных донесений (ССД) ЕГС РАН [http://www.ceme.gsras.ru/ceme/ssd_news.htm], каталоги NEIC [http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/ ] и CMT [Global Centroid-Moment-Tensor (CMT) catalog; Dziewonskiet al., 1981]. В настоящей работе каталоги УКЗСЕ, РКЗК и CMT использовались для анализа сейсмической истории, каталоги ССД ЕГС РАН, РКЗК, NEIC и CMT – для изучения афтершоковой последовательности землетрясения 17.07.2017 и ряда других сильных землетрясений в западном сегменте Алеутской островной дуги. Предварительно, использованные фрагменты каталогов УКЗСЕ, РКЗК и ССД ЕГС РАН были унифицированы по магнитуде Мw. Поскольку каталог СМТ является представительным для всей планеты с Мw ~ 5.5 [Kagan, 2003], моментные магнитуды всех крупных событий брались непосредственно из СМТ-каталога. Для более слабых событий использовались корреляционные соотношения, которые приводятся ниже по тексту.

 

Рис. 3. Эпицентры 95 землетрясений, включая эпицентры главного толчка 17.07.2017 г., форшоков и афтершоков, зарегистрированных в регионе Командорских островов в период с 24 мая 2017 г. по 27 марта 2018 г.

 

Землетрясение 17 июля 2017 г. произошло в 23:34 UTC в районе о. Медный (Командорские острова). Согласно оценке ССД ЕГС РАН его магнитуда MS = 7.5. По данным других ведущих сейсмических служб его моментная магнитуда оценена как M_w = 7.7 (NEIC) и M_w = 7.8 (CMT, HARVARD). По данным КФ РЭС землетрясение ощущалось в п. Никольское (о. Беринга) с интенсивностью 5–6 баллов, в г. Петропавловске-Камчатском – 2 балла. Оно также вызвало незначительное цунами, по которому ИОЦ “Петропавловск” своевременно была объявлена тревога цунами. Землетрясение предварялось сильным форшоком с M_s = 6.2 (ССД ЕГС РАН) и M_w = 6.2 (CMT, HARVARD), который произошел приблизительно за 11 часов до главного события в 11:06 UTC и имевшим 2 афтершока с mb = 5.1 (ССД ЕГС РАН), M_w = 5.3 (CMT, HARVARD) и mb = 4.5 (ССД ЕГС РАН).

По данным ССД ЕГС РАН землетрясение 17 июля сопровождалось многочисленными афтершоками с достаточно невысокими магнитудами (4.2 ≤ mb ≤ 5.5) c учетом магнитуды главного события. Всего за первые 6.5 суток было зарегистрировано 36 афтершоков с mb ≥ 4.2. На рис. 4 представлена схема форшоков и афтершоков землетрясения 17 июля за период с 17 по 20 июля включительно, то есть за 3 суток с момента главного события. Афтершоковый процесс продолжается по настоящее время. При этом сильнейшим был афтершок 25.01.2018 г. с M_S = 6.3 (ССД ЕГС РАН), M_w = 6.2 (CMT, HARVARD), который произошел к северо-востоку от о. Беринга.

Крупным кружком к северо-западу от эпицентра главного события обозначен форшок 17.07.2017 г. в 11:06, M_w = 6.2. Землетрясение 17 июля имело еще один, даже более сильный, форшок 02.06.2017, Мw = 6.8 в районе Ближних островов. В свою очередь, форшок 2 июня предварялся своим сильным форшоком 27.03.2017 г. с M_w = 6.2, также имевшим сдвиговый механизм.

Механизмы очагов форшоков 2 июня и 17 июля и главного сейсмичеcкого события согласно данным CMT, HARVARD являются чистым сдвигом (см. рис. 1). Практически тождественное сходство механизмов форшоков 2 июня и 17 июля (1, 2, см. рис. 1) с механизмом главного события (3, см. рис. 1) является дополнительным подтверждением того, что событие 2 июня 2017 г. в районе Ближних островов является форшоком. То, что механизм главного события является чистым сдвигом, без вертикальной составляющей, вероятно, и обусловило незначительность наблюдавшегося цунами.

Афтершок 25.01.2018 г., Мw = 6.2 (4, см. рис. 1) имеет очаг, не удовлетворяющий модели двойного диполя (очаг NDC типа) [Frohlich, 1995; Лутиков и др., 2010], а его механизм является сдвигом со значительной взбросовой компонентой. Действительно, детерминант его тензора сейсмического момента (www.globalcmt.org) с учетом матрицы ошибок det Mij = - 0.354±0.025 является гарантировано отрицательным и характеризует режим одноосного сжатия.

 

Рис. 4. Схема форшоков и афтершоков землетрясения 17 июля 2017 г., М_w = 7.8 (обозначено большим квадратом), за период с 17 по 20 июля включительно по данным ССД ГС РАН. Наиболее крупными кружками обозначены форшоки 02.06.2017, М_w = 6.8 и 17.07.2017 в 11:06, М_w = 6.2.

 

Видно, что область афтершоков первых 3-х суток (см. рис. 4), трассирующая очаг землетрясения 17 июля, простирается от Ближних островов (Near Islands) Алеутской дуги на юго-востоке почти до восточного побережья Камчатки на северо-западе. Фактически очаг землетрясения 17 июля с юго-востока примыкает к очагу сильного Южно-Озерновского землетрясения 29.03.2017 04h 09m, Мw = 6.6 на Камчатке (56.98° с.ш., 163.20° в.д.) [Чебров др., 2017а]. Согласно рис. 4 линейные размеры очага по облаку афтершоков оцениваются более, чем в 400 км, что приблизительно в 3 раза превосходит оценки линейных размеров очага с магнитудой 7.7–7.8 [Лутиков, Донцова, 2002]. В работе [Чебров и др., 2017б], в частности, отмечается, что аналогичное несовпадение линейных размеров очага и облака афтершоков наблюдалось и для других сильнейших землетрясений Алеутской дуги: 09.03.1957 г. Мw = 8.6 и 04.02.1965 г., Мw = 8.7 [Балакина, Москвина, 2010]. Отметим также, что такая протяженность очага вполне согласуется с оценками [Wells, Coppersmith, 1994] для линейных сейсморазрывов сдвигового типа.

СЕЙСМИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ

Была прослежена вся доступная сейсмическая история по ходу высвобождения скалярного сейсмического момента (M0) очаговой области землетрясения 17 июля 2017 г. с 1742 г. по 2017 г. включительно. При этом рассматривалась область, занятая афтершоками этого землетрясения, а именно область, ограниченная координатами 53.0°–56.0° с.ш. и 165.0°–173.0° в.д. С этой целью были использованы Унифицированный каталог землетрясений Северной Евразии (УКЗСЕ) [Уломов, Медведева, seismos-u.ifz.ru/documents/Eartquake-Catalog-СКЗ.pdf] и Региональный каталог землетрясений Камчатки (РКЗК) (КФ ЕГС РАН). Данные УКЗСЕ использовались для периода с 1742 г. по 2013 г., а данные РКЗК – с 2013 г. по 2017 г. включительно. Поскольку с 1742 г. по 1920 г. в каталоге УКЗСЕ для рассматриваемой территории содержались только отдельные события, временной ход высвобождения кумулятивного (накопленного) скалярного сейсмического момента (M0cum) был прослежен с 1920 г. по 2017 г. С 1976 г. Мw и M0 для всех более или менее сильных (M_w ≥ 5.5) событий брались непосредственно из Каталога тензоров центроида сейсмического момента (СМТ). Переход от магнитуды MLH в УКЗСЕ к моментной магнитуде Мw осуществлялся по корреляционной формуле, полученной по 37 парным значениям из УКЗСЕ и СМТ:

М_w = (0.6125 ± 0.027)∙MLH +

+ 2.385 ± 0.186, 

R_c = 0.968.   (1)

Переход от используемого в настоящее время на Камчатке энергетического класса K_S к M₀ осуществлялся по корреляционной формуле, полученной по 20 парным значениям из РКЗК и СМТ методом линейной ортогональной регрессии:

lgM₀ = (1.012±0.068)∙Ks+

+4.332±1.004,

R_c = 0.962, (2)

где R_c – коэффициент линейной корреляции.

Переход от M_w к M₀ производится по формуле Канамори [Kanamori, 1978]:

lgM₀ = 1.5 Мw + 9.1.

На рис. 5 представлен временной ход высвобождения кумулятивного (накопленного) скалярного сейсмического момента M0cum в афтершоковой области землетрясения 17 июля с 1920 по 2017 гг. Прямой линией показана линейная регрессия, аппроксимирующая наблюденные данные за период с 1924 по 1998 гг. включительно.

В аналитическом виде регрессия имеет вид:

lgM_0cum = (0.0082 ± 0.0002)∙t +

+4.205 ± 0.439 (3)

R_c = 0.983.    

Видно, что, начиная приблизительно с 1990 г., начал накапливаться дефицит в высвобождении M₀. К моменту возникновения землетрясения 17 июля 2017 г. его величина составила – M_0cum ≈ 1.78∙1020 Н∙м, что эквивалентно возникновению землетрясения с М_w ≈ 7.4, что достаточно близко к фактической наблюденной магнитуде землетрясения 17 июля – М_w = 7.7−7.8. Таким образом, можно заключить, что после землетрясения 17 июля 2017 г. накапливавшийся приблизительно с 1990 г. дефицит в высвобождении M0 в рассмотренной области был ликвидирован. Поэтому, в афтершоковой области землетрясения 17 июля 2017 г. (М_w = 7.8) вряд ли можно ожидать возникновения в ближайшие годы землетрясения с магнитудой, сопоставимой с магнитудой землетрясения 17 июля. При этом следует иметь в виду, что этот вывод сделан на основании анализа сейсмических проявлений в области Командорских островов приблизительно за последние 270 лет (период в 270 лет оценивается по первому упоминанию в каталоге [Новый каталог …, 1977] о сильном землетрясении 1742 г. на Командорских островах) в предположении, что этот период времени достаточен для использования гипотезы стационарности сейсмического режима.

 

Рис. 5. Временной ход высвобождения M_0cum в афтершоковой области землетрясения 17 июля с 1920 по 2017 гг. Прямой линией показана линейная регрессия, аппроксимирующая наблюденные данные за период с 1924 по 1998 гг. включительно. Горизонтальными черточками обозначен 95% доверительный интервал регрессии в 2017 г. Треугольниками показаны магнитуды (правая ось ординат) наиболее сильных (M_w ≥ 5.8) сейсмических событий.

 

АНАЛИЗ АФТЕРШОКОВОГО ПРОЦЕССА

Афтершоковый процесс землетрясения 17 июля развивался достаточно вяло для землетрясения такой силы. По данным ССД ЕГС РАН с момента землетрясения за первые 75 дней здесь произошло всего 59 афтершоков с магнитудами 4.1 ≤ mb ≤ 5.6, а по данным КФ ЕГС РАН к 25.09.2017 г. было зарегистрировано 303 афтершока с 8.3 ≤ K_s ≤ 13.0 (1.9 ≤ M_w ≤ 5.5). Здесь Ks  – региональный энергетический класс камчатских землетрясений. На рис. 6 представлена карта афтершоков (M_w ≥ 2.3) за весь исследуемый период, то есть с 17.07.2017 по 27.02.2018. Карта построена по данным РКЗК с коррекцией более или менее крупных событий по каталогу СМТ. Переход к моментным магнитудам от энергетических классов Ks осуществлялся по формуле (2). В табл. 1 приведено распределение числа событий в афтершоковой последовательности по магнитудам за весь рассматриваемый период.

 

Таблица 1. Распределение числа событий в афтершоковой последовательности по магнитудам за период с 17.07.2017 по 27.02.2018

Mw	≤ 2.2	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5	5.0	5.5	6.0	NΣ
N	181	178	93	59	26	7	11	3	1	559

Примечание. NΣ – общее число афтершоков.

 

Из табл. 1 следует, что землетрясения с магнитудами Мw ≤ 2.2 являются заведомо непредставительными. Также можно заключить, что наблюдается явный недостаток событий с магнитудами Мw = 4.5. На рис. 7 представлен график повторяемости афтершоков в интервале магнитуд 2.5 ≤ Мw ≤ 6.0, построенный по данным табл. 1. Прямыми линиями показаны ортогональные регрессии, проведенные в интервалах магнитуд 2.5–4.0 и 4.0–6.0.

lgN = (-0.544 ± 0.042)∙M_w +

+3.619 ± 0.182

2.5 ≤ M_w ≤ 4.0   Rc = 0.994

lgN = (-0.686 ± 0.152)∙Мw +

+ 4.183 ± 0.963

4.0 ≤ M_w ≤ 6.0   R_c = 0.934. (4)

Из рис. 7 и формул (4) следует, что в афтершоковой последовательности наблюдается систематический дефицит событий с магнитудами M_w ≥ 4.5.

 

Рис. 6. Карта афтершоков (2.3 ≤ M_w ≤ 6.2) землетрясения 17.07.2017 (M_w = 7.8) за весь период, с 17.07.2017 по 27.02.2018, всего 378 афтершоков. Главное событие обозначено большим ромбом; афтершоки показаны залитыми кружками, диаметр которых пропорционален магнитуде.

Рис. 7. График повторяемости афтершоков в интервале магнитуд 2.5 ≤ M_w ≤ 6.0, построенный по данным табл. 1. Прямыми линиями показаны ортогональные регрессии, проведенные в интервалах магнитуд 2.5–4.0 и 4.0–6.0

 

На рис. 8а представлен ход высвобождения скалярного сейсмического момента (M₀) в афтершоках в долях от M₀ главного события (М.Е.) по данным каталогов ССД ЕГС РАН и CMT, а на рис. 8б – то же по данным Регионального каталога землетрясений Камчатки (РКЗК КФ ЕГС РАН) и каталога CMT. Практически все события в каталоге ССД ЕГС РАН представлены магнитудой mb. Переход от магнитуды mb к Мw осуществлялся по корреляционной зависимости между mb и Мw, полученной по 89 парам значений в виде:

М_w = 0.718mb + 1.507   Rc = 0.872.

Видно, что по данным обоих каталогов приблизительно за 70 дней после главного события в афтершоках высвободилось соответственно 0.4% и 0.13% от скалярного сейсмического момента главного толчка (M0me), что аномально мало и указывало на возможность возникновения здесь нового сильного события. При этом оценки в высвобождении M0 в афтершоках по данным каталогов ССД ЕГС РАН и РКЗК КФ ЕГС РАН различаются приблизительно в 3 раза.

Линия регрессии проведена по 1–13 дням (а) и по 1–17 дням (б) афтершокового процесса. Интервалы в 13 (а) и 17 (б) дней были выбраны по начальному, приблизительно линейному участку графика хода высвобождения M0cum. Последующий, почти горизонтальный участок графика может рассматриваться как сейсмическое затишье внутри афтершокового процесса перед сильным афтершоком 25.01.2018 г.

Линейные регрессии, показанные на рис. 8а и 8б соответственно, в аналитической форме имеют вид:

M_0cum/M_0me = (0.00010 ± 0.00001)∙t +

+ 0.0019 ± 0.0002 Rc = 0.934 (5)

M_0cum/M_0me = (0.00007 ± 0.00001)∙t +

 +0.0004 ± 0.0001 Rc = 0.919,  (6)

где время t от времени главного события (M.E.) выражено в днях.

 

Рис. 8. Ход высвобождения скалярного сейсмического момента (M_0cum) в афтершоках в долях от M₀ главного события по данным каталога ССД ЕГС РАН (а) и по данным каталога РКЗК КФ ЕГС РАН (б). Треугольниками обозначены максимальные магнитуды афтершоков (вторая ось ординат). Прямой линией показана регрессия, проведенная по начальному участку графика.

 

Дефицит в высвобождении M₀, оцениваемый по разности между линией регрессии и фактически наблюденным временным рядом M0cum (см. рис. 8) в предположении квазистационарности высвобождения M0 на начальном этапе афтершокового процесса, в данном случае увеличивался очень медленно – приблизительно со скоростью 3∙1016 Н∙м/день. По данным обоих каталогов дефицит в высвобождении M0 за первые 70 дней афтершокового процесса оказался весьма близок и составил ≈ 2.26∙10¹⁸ Н∙м по данным ССД ЕГС РАН и ≈1.73∙10¹⁸ Н∙м по данным РКЗК КФ ЕГС РАН, что эквивалентно возникновению землетрясения с М_w ≈ 6.1–6.2. Из вышесказанного следует, что оба рассмотренных каталога в плане оценки дефицита в высвобождении M₀ в афтершоках дают сходные результаты. В дальнейшем, как более полными, будем пользоваться данными каталога КФ ЕГС РАН, дополненными данными каталога СМТ.

Как уже упоминалось выше, самый сильный афтершок с M_w = 6.2 произошел 25.01.2018 г., т.е. более чем через полгода после главного события. На конец февраля 2018 г. по данным ССД ЕГС РАН всего было зарегистрировано 83 афтершока с mb ≥ 4.3, а по данным РКЗК КФ ЕГС РАН – 559 афтершоков с KS ≥ 8.3 (Mw ≥ 1.9). На рис. 9 представлен временной ход высвобождения M_0cum/M_0me в афтершоках землетрясения 17 июля в долях от M₀ главного события за период с 17.07.2017 г. по 27.02.2018 г. включительно. График построен по данным РКЗК КФ ЕГС РАН и каталога СМТ [Global Centroid-Moment-Tensor (CMT) catalog]. Прямой линией показана регрессия (6). Ступень на графике соответствует афтершоку 25.01.2018 г., M_w = 6.2. Горизонтальными черточками показан 95% доверительный интервал регрессии на 25.01.2018 г.

В соответствии с рис. 9 к 27.02.2018 всего в афтершоках высвободился M_0cum aft ≈ 4.06∙1018 Н∙м или приблизительно 0.75% от M_0me. При этом дефицит в высвобождении M₀ (формула (5)) в афтершоках на 24.01.2018 г. составил ΔM_0cum = 6.43∙10¹⁸ Н∙м, что эквивалентно возникновению землетрясения с M_w ≈ 6.5, что немного больше магнитуды афтершока 25.01.2018 г. То, что ΔM0cum в афтершоках, оцененный по разности между линией регрессии и фактически наблюденным временным рядом M_0cum, приблизительно соответствует моментной магнитуде афтершока 25 января означает, что квазистационарная фаза высвобождения M_0cum в афтершоках продолжалась около ½ года, а период с 3 августа 2017 г. по 24 января 2018 г. может рассматриваться как фаза сейсмического затишья внутри афтершоковой последовательности перед сильным афтершоком 25.01.2018 г.

Согласно эмпирическому закону Бота [Bath, 1965], разность между магнитудой основного толчка и магнитудой сильнейшего афтершока (ΔM) является приблизительно постоянной и, как правило, равна 1.1–1.2 в единицах моментной магнитуды. Проведенный в работах [Kisslenger, Jones, 1991; Sherbakov, Turcotte, 2004] анализ показал, что величина ΔM изменяется в довольно широких пределах 0.6 ≤ ΔM ≤ 1.7. В случае Ближне-Алеутского землетрясения 17.07.2017 г. (M_w = 7.8) с учетом сильнейшего афтершока 25.01.2018 г. (Мw = 6.2) ΔM = 1.6, что лежит в пределах отмеченных возможных изменений величины ΔM.

 

Рис. 9. Временной ход высвобождения M_0cum/M_0me в афтершоках землетрясения 17 июля в долях от M₀ главного события за период с 17.07.2017 г. по 27.02.2018 г. включительно. График построен по данным РКЗК КФ ЕГС РАН и каталога СМТ [Global Centroid-Moment-Tensor (CMT) catalog]. Прямой линией показана регрессия (6). Горизонтальными черточками обозначен 95% доверительный интервал регрессии на 25.01.2018 г.

 

Афтершоковый процесс Ближне-Алеутского землетрясения 17.07.2017 г. имеет две особенности в сравнении с афтершоковыми процессами большинства Курило-Камчатских землетрясений [Лутиков, Родина, 2013]: 1) малое высвобождение M0cum aft, составившее по разным оценкам – 0.75% (РКЗК КФ ЕГС РАН), 1.0% (ССД ЕГС РАН) от M0me; 2) очень медленное нарастание дефицита в высвобождении M₀ (формулы (5) и (6)).

При этом возникает вопрос, является ли столь малое высвобождение M0cum aft в афтершоках особенностью данного конкретного землетрясения или это – общая региональная особенность большинства сильных землетрясений западного сегмента Алеутской дуги?

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

С целью прояснения этого вопроса были рассмотрены все сильные (M_w ≥ 6.0) землетрясения Командорских и Ближних островов с конца 80-х годов прошлого века, у которых имелись афтершоковые последовательности. Помимо события 17.07.2017 г. таких землетрясений оказалось 5. Эти толчки вместе со своими афтершоковыми последовательностями изображены на рис. 10. Сведения о них содержатся в таблице 2, где кроме общих каталожных данных об этих событиях приведены также скалярные сейсмические моменты главных событий (M_0me), оценки суммарных скалярных сейсмических моментов, высвободившихся в афтершоках (M0cum), моментные магнитуды сильнейших афтершоков (Mw aft max) и тип подвижки в очаге (тип механизма). Важной характеристикой афтершокового процесса является его относительная интенсивность M_0cum/M_0me. Тип подвижки в очаге определялся по механизмам очагов в каталоге СМТ с последующим уточнением по знаку Det M_ij (M_ij– тензор сейсмического момента) с учетом ошибок его определения [Лутиков и др., 2010]. При этом Det M_ij > 0 соответствует режиму одноосного сжатия и характеризует взбросы, Det M_ij < 0 – сбросы и Det M_ij = 0 – чистые сдвиги.

 

Таблица 2. Сильные землетрясения (M_w ≥ 6.0) Командорских и Ближних островов (1988–2017 гг.)

Дата	Время	φ°	λ°	h, км	MW	M0me*	M0cum*	M0cum/M0me	Mw aft max	Тип мех.
29.02.1988	05-31-39	54.98	167.38	40	6.9	2.58E+19	1.38E+18	0.0534	5.9	взбросо-сдвиг
06.11.1990	20-14-18	52.94	170.93	36	7.1	5.81E+19	1.03E+18	0.0177	5.3	сдвиг
16.07.1996	03-48-27	55.79	164.73	12	6.5	7.08E+18	1.23E+17	0.0174	5.0	сдвиг
05.12.2003	21-26-14	55.78	165.43	29	6.6	1.14E+19	2.59E+17	0.0227	5.4	взбросо-сдвиг
23.12.2010	14-00-32	53.127	171.161	18	6.4	4.29E+18	1.54E+17	0.0358	5.3	сдвиг
17.07.2017	23-45-11	54.43	168.82	10	7.8	5.4E+20	4.06E+18	0.0075	6.2	сдвиг

Примечание.* – в Н∙м.

 

Рис. 10. Землетрясения Командорских и Ближних Алеутских островов (1988–2010 гг.) вместе с их афтершоковыми последовательностями.

 

Из табл. 2 видно, что относительная интенсивность M_0cum/M_0me для рассмотренных 6 землетрясений изменяется в пределах 0.0075 ≤ M_0cum/M_0me ≤ 0.0534, то есть от 0.75% до 5.3% от M₀ главного события. Причем минимальное значение – 0.75% соответствует событию 17 июля 2017 г., сильнейшему из рассмотренной серии. При этом среднее значение (M_0cum/M_0me)av = 0.0258 ± 0.0164. Сопоставление результатов по западному сегменту Алеутской дуги с данными анализа афтершоковых последовательностей землетрясений Курило-Камчатской дуги [Лутиков, Родина, 2013] показывает, что величина относительной интенсивности M_0cum/M_0me по выборке из 24 сильных и умеренно сильных землетрясений (без Командорских о-вов) варьирует в значительно более широких пределах: 0.0045 ≤ M_0cum/M_0me ≤ 0.2340 при среднем значении (M_0cum/M_0me)av = 0.0467 ± 0.0712. При этом для двух событий M_0cum/M_0me ≤ 0.0060 и еще для двух – M_0cum/M_0me ≈ 0.0072 − 0.0077, т.е. приблизительно равна относительной интенсивности афтершокового процесса землетрясения 17.07.2017. Из сказанного можно заключить, что относительная интенсивность афтершокового процесса Ближне-Алеутского землетрясения 17.07.2017 лежит вблизи нижней границы выявленных пределов ее изменения для Курило-Камчатских землетрясений. В то же время продолжительность квазистационарной фазы высвобождения M0cum в афтершоках, оцененной приблизительно в ½ года и охватившей значительную часть длительности всего афтершокового процесса этого землетрясения, который к марту 2018 г., вероятно, уже был близок к завершению, представляется необычно большой. Значительно более широкие пределы изменения величины относительной интенсивности M0cum/M0me для афтершоковых последовательностей землетрясений Курило-Камчатской дуги, вероятно, связаны как со значительно большим многообразием тектонических условий, в которых они возникли (в основном в зоне Беньофа), так и с тем, что механизмы этих землетрясений, помимо преимущественно сдвигов, представлены также взбросами, надвигами и сбросами. Выявление возможной связи между типом механизма главного события и относительной интенсивностью его афтершокового процесса требует проведения специальных исследований и лежит вне рамок настоящей работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный анализ сейсмологических и сейсмотектонических данных о сильнейшем землетрясении 17.07.2017 г. на Командорских островах показал, что сейсмический очаг согласно распределению эпицентров афтершоков в виде линейно вытянутой узкой зоны длиной около 400 км практически полностью занял северный склон Командорского островного поднятия и разместился в зоне разлома Беринга. Он охватил всю эту сейсмогенерирующую зону вплоть до поперечной структуры к западу от Ближних островов (о. Атту), заполнив “Командорскую сейсмическую брешь” [Чебров и др., 2017б]. В соответствии с решениями фокальных механизмов и характером смещений в очагах главного толчка и сильнейших афтершоков подвижка в очаге представляла собой практически чистый правосторонний сдвиг. Афтершоковый процесс землетрясения 17 июля развивался достаточно вяло для землетрясения такой силы. Кроме того, он имеет две особенности в сравнении с афтершоковыми процессами большинства Курило-Камчатских землетрясений: 1) малое высвобождение кумулятивного скалярного сейсмического момента (M0cum aft), составившее по разным оценкам от 0.75% до 1.0% от сейсмического момента главного толчка (M0me); 2) очень медленное нарастание дефицита в высвобождении сейсмического момента (M0). При этом продолжительность квазистационарной фазы высвобождения M0cum в афтершоках, оцененной приблизительно в ½ года и охватившей значительную часть длительности всего афтершокового процесса этого землетрясения, который к марту 2018 г., вероятно, уже был близок к завершению, представляется необычно большой. Эти особенности афтершокового процесса Ближне-Алеутского землетрясения 17.07.2017 г. отличают его от афтершоковых процессов, свойственных большинству сильных Курило-Камчатских землетрясений. В целом, его очаг можно рассматривать в качестве трансформного между двумя зонами Беньофа–Алеутской и Курило-Камчатской, а не субдукционного, характерного для двух последних.

Источник финансирования

Работа выполнена в рамках темы госзадания Института физики Земли № 0144-2014-0109.

About the authors

A. I. Lutikov

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences; Unified Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ail@ifz.ru
Russian Federation, Bol’shaya Gruzinskaya str. 10, building 1, Moscow, 123242 Russia; Lenin Ave. 189, Obninsk, Kaluga Region, 249035 Russia

E. A. Rogozhin

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences; Unified Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences

Email: ail@ifz.ru
Russian Federation, Bol’shaya Gruzinskaya str. 10, building 1, Moscow, 123242 Russia; Lenin Ave. 189, Obninsk, Kaluga Region, 249035 Russia

G. Yu. Donzova

Unified Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences

Email: donzova@ifz.ru
Russian Federation, Lenin Ave. 189, Obninsk, Kaluga Region, 249035 Russia

V. N. Zhukovez

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: ail@ifz.ru
Russian Federation, Bol’shaya Gruzinskaya str. 10, building 1, Moscow, 123242 Russia

References

Supplementary files