ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 457, № 4, с. 471-476
= ГЕОФИЗИКА =
УДК 550.34
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОСЕЙСМИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ, ИНИЦИИРОВАННЫХ ГЛУБОКОФОКУСНЫМ ОХОТОМОРСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ 24.05.2013 г., Мп = 8.3
© 2014 г. Н. В. Шестаков, M. Ohzono, ^ Takahashi, М. Д. Герасименко, В. Г. Быков, академик Е. И. Гордеев, В. Н. Чебров, Н. Н. Титков, С. С. Сероветников, Н. Ф. Василенко, А. С. Прытков, А. А. Сорокин, М. А. Серов, М. Н. Кондратьев, В. В. Пупатенко
Поступило 17.02.2014 г.
Б01: 10.7868/$086956521422023Х
Уникальное сейсмическое событие — сильнейшее за всю историю инструментальной сейсмологии глубокофокусное Охотоморское землетрясение (Мм, = 8.3) произошло 24 мая 2013 г. в 05:45 иТС в Охотском море вблизи западного побережья полуострова Камчатка. Гипоцентр землетрясения по сейсмологическим данным располагался на глубине 609—630 км вблизи нижнего края северо-западной части погружающейся Тихоокеанской литосферной плиты, являющейся частью
Институт прикладной математики Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток Дальневосточный федеральный университет, Владивосток
Университет Ямагата, Япония
Хоккайдский университет, Институт сейсмологии и вулканологии, Саппоро, Япония
Институт тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Хабаровск
Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Петропавловск-Камчатский Камчатский филиал Геофизической службы Российской Академии наук, Петропавловск-Камчатский Институт морской геологии и геофизики Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Южно-Сахалинск
Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Хабаровск Институт геологии и природопользования Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Благовещенск Амурской обл. Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н.А. Шило Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Магадан
Курило-Южно-Камчатской сейсмофокальной зоны (рис. 1). Землетрясение сопровождалось серией афтершоков, что не типично для глубокофокусных событий [1], и вызвало глобальный макросейсми-ческий эффект, характеризующийся сложным распределением интенсивности сотрясений [2].
Целью настоящей работы являются исследование и моделирование по данным непрерывных GPS-измерений косейсмических смещений земной коры, инициированных Охотоморским землетрясением 24.05.2013 г., и построение дислокационной модели очага землетрясения.
Впервые методами спутниковой геодезии удалось зафиксировать, получить величины и изучить распределение косейсмических смещений, вызванных мощным глубокофокусным сейсмическим событием. По этим данным с учетом сейсмологической информации построена дислокационная модель очага Охотоморского землетрясения.
Для получения косейсмических смещений земной коры использовались данные непрерывных GPS-наблюдений (см. рис. 1) с шагом дискретизации 30 с в пунктах комплексной геодинамической GPS/ГЛОНАСС-сети ДВО РАН [3], Камчатской GPS-сети КФ ГС РАН [4], сети Международной GNSS службы (IGS) и самого северного пункта японской национальной геодинамической сети GEONET — Wakkanai. Математическая обработка суточных файлов спутниковых измерений производилась только по сигналам системы GPS при помощи программного пакета BERNESE 5.0 по вторым разностям фазовых измерений [5]. Полученные решения приведены в систему координат ITRF2008 путем обработки данных региональных спутниковых сетей совместно с опорными пунктами — станциями IGS (URUM, WUHN, ULAB, IRKT, TIXI, FAIR), расположенными вне зоны предполагаемых косей-
130° 140° 150° 160° в.д. 170°
130° 140° 150° 160°
Рис. 1. Размещение пунктов непрерывных GPS-наблюдений. Белыми кружками с черной каймой показаны пункты комплексной геодинамической GPS/ГЛОНАСС-сети ДВО РАН, квадратиками — станции Камчатской GPS-сети КФ ГС РАН, ромбами — пункты сети IGS. Пункт NKHG принадлежит ООО "НПИГГР", г. Находка. GPS-станция WAKK входит в состав японской национальной GPS-сети GEONET. Серыми кружками обозначены эпицентры глубокофокусных землетрясений (H > 400 км) за период 1900—2014 гг. по данным NEIC. Светлыми кружками показаны афтер-шоки главного толчка 24.05.2013 г., Mw = 8.3 за временной интервал 24.05—28.06.2013 г. по данным КФ ГС РАН. Механизмы очагов, положения эпицентров и моментные магнитуды главного толчка и сопутствующего ему сейсмического события с магнитудой Mw = 6.7 приведены по данным GCMT. Большая светлая стрелка определяет направление и скорость горизонтального движения Тихоокеанской литосферной плиты (PAC).
смических деформаций. Методика вычисления величин косейсмических смещений ясна из рис. 2. Параметры линейной регрессии, которой аппроксимировались ряды пространственных положений каждой ОР8-станции до и после землетрясения, определяли методом наименьших квадратов. Данные ОР8-измерений в интервале 00:00—06:00 иТС 24 мая были исключены из обработки для корректного получения координат пунктов непосредственно после главного толчка. Для более точного и надежного выделения косей-смики полученные временные ряды сглажены региональным фильтром [6]. Для этого ОР8-пунк-ты с ожидаемыми смещениями были разделены на 3 группы: Камчатка (10 пунктов), Приморье-Хабаровский край—Сахалин—Хоккайдо—Куна-
шир (15 пунктов) и кластер, состоящий из пунктов МЛ00 и ОКНТ Пример сглаженных временных рядов представлен на рис. 2. Распределение полученных косейсмических смещений показано на рис. 3, а их значения приведены в табл. 1.
Максимальные величины горизонтальных подвижек достигают 15 мм (пункт М^1), вертикальных смещений —19 мм (станция ЛРСН). Как видно из рис. 3а, уверенно регистрируемые ОР8-методами горизонтальные косейсмические движения земной коры охватили практически все побережье Охотского моря, п-ов Камчатка, о. Сахалин, побережье Татарского пролива. Согласно сообщениям [7, 8] косейсмические подвижки также наблюдались ОР8-методами на северных Курилах и в западной части Алеутской островной
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОСЕИСМИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИИ ЗЕМНОЙ КОРЫ
Смещения, мм GPS-станция PETS
20
Север—юг
10
-10
10
-10
-20
-40
Восток—запад ♦iliiljililii
Зенит—надир
iifliiiiiiiliü»
iiiiiihihiiii]
473
130 135 140 145 150 155 160
2013 г., день от начала года
Рис. 2. Временные серии координат пункта IGS-сети PETS, г. Петропавловск-Камчатский, за 15 дней до и 17 после Охотоморского землетрясения. Серой вертикальной линией показана дата главного толчка Mw = 8.3.
дуги. Вертикальные подвижки (рис. 3б) наиболее выражены в данных ОР8-наблюдений на п-ове Камчатка (опускание) и северной половине о. Сахалин (поднятие), а также на Ю8-пункте МА00. Анализ временных рядов ОР8-станций за несколько месяцев после Охотоморского землетрясения не выявил заметных постсейсмических смещений, что может объясняться как большой глубиной очага землетрясения, так и физическими условиями в нем и/или свойствами Тихоокеанской литосферной плиты, в пределах которой локализован сейсморазрыв.
В режиме РРР (высокоточное точечное позиционирование) была выполнена математическая обработка двухчасовых фрагментов ОР8-измерений с дискретностью записи 1 с, центрированных по времени относительно момента главного толчка. Она не зафиксировала значительных периодических колебаний в координатных компонентах станций, вызванных прохождением сейсмических волн, инициированных землетрясением. Предварительные расчеты изменения полного электронного содержания (ПЭС) по данным Камчатской ОР8-сети, ближайшей к эпицентру землетрясения, не выявили косейсмических ионосферных возмущений, превышающих фоновые вариации ПЭС.
По данным о косейсмических смещениях в 27 пунктах ОР8-наблюдений, расположенных на расстояниях 300—1100 км от эпицентра, и на основе имеющейся сейсмологической информации построена дислокационная модель очага Охото-морского землетрясения. Сейсморазрыв представлен единственной наклонной плоскостью с
однородным смещением (механизм очага — сброс). Моделирование выполнялось в два этапа. На первом этапе с использованием модификации метода максимального правдоподобия, предложенного в работе [9], в упругом полупространстве была решена задача поиска оптимальных параметров плоскости сейсморазрыва, минимизирующих различия между модельными и наблюдаемыми величинами косейсмических смещений. На втором этапе при помощи программы STATIC1D [10] оптимизировалось значение смещения в очаге с учетом сферичности и слоистости Земли (модель PREM). Ограничения на значения параметров модели и их априорные величины взяты из работы [11], оперирующей только телесейсмическими данными, и в соответствии с GC-MT-решением (http://www.globalcmt.org). Была выполнена инверсия различных наборов 2D- и SD-косейсмических смещений. Тестировались две альтернативные модели — с пологим и крутым падением плоскости сейсморазрыва.
Оптимальная модель очага получена инвертированием SD-смещений на всех используемых GPS-пунктах и соответствует пологому падению плоскости сейсморазрыва. Параметры плоскости: географическое положение 55.480° с.ш., 153.768° в.д. (верхний северо-восточный край плоскости), размеры 180.52 х 65.00 км, глубина верхнего края плоскости 598.96 км, угол падения 10° (*), азимут 184° (*), направление смещения в очаге и его величина —93.75° и 3.3 м. Параметры, отмеченные знаком (*), ограничены их априорными величинами и не определялись. Соответ-
0
0
130° 140° 150° 160° в.д. 170°
Рис. 3. Измеренные и вычисленные косейсмические смещения. На рис. 3а векторами показаны величины и направления горизонтальных подвижек с эллипсами среднеквадратических отклонений. На рис. 3б вертикальными столбиками и изолиниями, проведенными через 3 мм, даны амплитуды вертикальных смещений. Изолиниями показано поле вычисленных подвижек. Звездочкой обозначено положение эпицентра главного толчка Мк = 8.3. Прямоугольником изображена проекция модельной плоскости сейсморазрыва на поверхность Земли. Верхний край плоскости отмечен двойной чертой.
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОСЕЙСМИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ 475
Таблица 1. Косейсмические смещения в пункт
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.