Физика Земли, 2020, № 2, стр. 29-49

Статистика фокальных механизмов в пространственно-временной окрестности катастрофического землетрясения 2011 года в Тохоку (Япония)

А. А. Лукк 1*, В. Г. Леонова 1

1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: Lukk@ifz.ru

Поступила в редакцию 29.10.2018
После доработки 21.03.2019
Принята к публикации 25.03.2019

Аннотация

На базе стандартного каталога ISC за время с 2001 по 2017 гг. выполнен статистический анализ совокупностей фокальных механизмов землетрясений в пространственно-временной окрестности эпицентральной зоны катастрофического сейсмического события 2011 г. с Mw = 9.0 в Тохоку (Япония). Установлено, что за 10-летний период, предшествовавший этому землетрясению, более 80% промежуточных осей (B) фокальных механизмов землетрясений в диапазоне глубин 0–65 км наклонены к горизонту не более, чем на 20°, и ориентированы преимущественно в азимутальном секторе 190°–210°, в пределах которого заключено простирание Японского океанического желоба. При этом более 75% осей сжатия (Р) наклонены к горизонту в диапазоне углов 5°–35° и более 75% осей растяжения (Т) наклонены в диапазоне углов 50°–80°. Эта ориентация главных осей фокальных механизмов однозначно указывает на преобладание на указанных глубинах режима надвиго- либо поддвигообразования. Это соответствует хорошо известному тектоническому предположению о пододвигании Тихоокеанской океанической литосферной плиты под континентальную Охотскую плиту в районе Японских островов, приблизительно в близширотном направлении. Этому же типу фокального механизма соответствует меганадвиговая подвижка в очаге катастрофического землетрясения в Тохоку. Подобный тип фокального механизма наблюдался и для афтершоковой последовательности землетрясений, расположенных в окрестности поверхности, разделяющей висячее и субдуцирующее крылья сталкивающихся здесь литосферных плит, где и произошло катастрофическое землетрясение. Преобладающий глубинный диапазон таких землетрясений составляет 30–55 км. Вместе с тем, было установлено существование яркой особенности в афтершоковой последовательности этого события на малых глубинах (менее 20 км) в пределах прибрежной аккреционной призмы в виде нехарактерных для зон субдукции землетрясений со сбросовым типом фокального механизма. Их число составило около 70% от общего числа афтершоков. Предполагается, что появление афтершоков со сбросовым типом фокального механизма на малых глубинах в пределах аккреционной призмы связано с деталями внутреннего строения призмы и мощностью малопрочных терригенных осадков, затянутых в межплитное пространство в процессе субдукции литосферных плит. Эти детали определяют наблюденный характер релаксации накопленных тектонических напряжений из широкой окрестности призмы в компактную область их практически полной разрядки в процессе интенсивного косейсмического скольжения.

Ключевые слова: фокальные механизмы, режим надвиго- либо поддвигообразования, меганадвиговая подвижка, сбросовый тип фокального механизма.

DOI: 10.31857/S0002333720020052

Список литературы

  1. Лукк А.А., Леонова В.Г. Вариации кинематики деформирования в окрестности катастрофического Суматранского землетрясения // Геофизически процессы и биосфера. 2018. Т. 17. № 4. С. 76–91. https://doi.org/10.21455/GPB2018.4-5

  2. 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. https://doi.org/10.5800/GT2014520137

  3. Юнга С.Л. Методы и результаты изучения сейсмотектонических деформаций. М.: Наука. 1990. 191 с.

  4. Asano Y., Saito T., Ito Y, Shiomi K., Hirose H., Matsumoto T., Aoi Sh., Hori S., Sekiguchi S. Spatial distribution and focal mechanisms of aftershocks of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake // Earth Planets Space. 2011. V. 63. P. 669–673. https://doi.org/10.5047/eps.2011.06.016

  5. Azuma R., Hino R., Ohta Y., Ito Y., Mochizuki K., Uehira K., Murai Y., Sato T., Takanami T., Shinohara M., Kanazawa T. Along-arc heterogeneity of the seismic structure around a large coseismic shallow slip area of the 2011 Tohoku-oki earthquake: 2-D Vp structural estimation through an air gun-ocean bottom seismometer experiment in the Japan Trench subduction zone // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2018. V. 123. P. 5249–5264. https://doi.org/10.1029/ 2017JB015361

  6. Banerjee P., Pollitz F., Nagarajan B., Burgmann R. Coseismic slip distribution of the 26 December 2004 Sumatra–Andaman and 28 March 2005 Nias earthquakes from GPS static offsets // Bull. Seismol. Soc. Am. 2007. V. 97. № 1. Part A. P. 86–102.

  7. Bilek S.L., Lay T. Rigidity variations with depth along the interplate megathrust faults in subduction zones // Science. 1999. V. 400. P. 443–446.

  8. Contreras-Reyes E., Flueh E.R., Grevemeyer I. Tectonic control on sediment accretion and subduction off south central Chile: Implication for coseismic rupture processes of the 1960 and 2010 megathrust earthquakes // Tectonics. 2010. V. 29. TC0618. https://doi.org/10.1029/2010TC002734

  9. Cubas N., Avouac J.P., Leroy Y.M., A. Pons. Low friction along the high slip patch of the 2011 Mw 9.0 Tohoku-Oki earthquake required from the wedge structure and extensional splay faults // Geophysical Research Letters. 2013. V. 40. P. 4231–4237. https://doi.org/10.1002/grl.50682

  10. Dewey J.W., Choy G., Presgrave B., Sipkin S., Tarr A.C., Benz H., Earle P., Wald D. Seismicity associated with the Sumatra-Andaman Islands earthquake of 26 Decembre 2004 // Bull. Seismol. Soc. Am. 2007. V. 96. № 1A. P. 25–42.

  11. Fujiwara T., Kodaira S., No T., Kaiho Y., Takahashi N., Kaneda Y. The 2011 Tohoku-oki earthquake: Displacement reaching thetrench // Science. 2011. V. 334(6060). P. 1240. https://doi.org/10.1126/science.1211554

  12. Geospatial Information Authority of Japan. The 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, Coseismic and postseismic slip distribution on the plate interface (preliminary result). http://www.gsi.go.jp/cais/topic110315.2-index-e.html, 2011.

  13. Hasegawa A., Yoshida K., Okada T. Nearly complete stress drop in the 2011 Mw 9.0 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake // Earth Planets Space. 2011. V. 63. P. 703–707. https://doi.org/10.5047/eps.2011.06.007

  14. Ide S., Baltay A., G. C. Beroza. Shallow dynamic overshoot and energetic deep rupture in the 2011 Mw 9.0 Tohoku-oki earthquake // Science. 2011. V. 332. P. 1427–1429.

  15. Iinuma T., Hino R., Kido M., Inazu D., Osada Y., Ito Y. et al. Coseismic slip distribution of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake (M9.0) refined by means of seafloor geodetic data // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. B07409. https://doi.org/10.1029/2012JB00918

  16. International Seismological Centre, On-line Bulletin, http://www.isc.ac.uk

  17. Ito A., Yamamoto Y., Hino R., Suetsugu D., Sugioka H., Nakano M., Obana K., Kazuo Nakahigashi K., Shinohara M. Tomographic image of crust and upper mantle off the Boso Peninsula using data from an ocean-bottom seismograph array // Earth Planets Space. 2017. V. 69. P. 118. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0703-6

  18. Katsumata K. Precursory seismic quiescence before the Mw = 8.3 Tokachi-oki, Japan, earthquake on 26 September 2003 revealed by a re-examined earthquake catalog // Journ. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. B10307. https://doi.org/10.1029/2010jb007964

  19. Kawamura M., Wu Y.-H., Kudo T., Chen Ch. Precursory Migration of Anomalous Seismic Activity Revealed by the Pattern Informatics Method: A Case Study of the 2011 Tohoku Earthquake, Japan // Bull. Seism. Soc. Amer. 2013. V. 103. № 2B. P. 1171–1180. https://doi.org/10.1785/0120120094

  20. Kido M., Osada Y., Fujimoto H., Hino R., Ito Y. Trench-normal variation in observed seafloor displacements associated with the 2011 Tohoku-Oki earthquake // Geoph. Res. Lett. 2011. V. 38. L24303. https://doi.org/10.1029/2011GL050057

  21. Kumagai H., Pulido N., Fukuyama E., Aoi Sh. Strong localized asperity of the 2011 Tohoku-Oki earthquake // Earth Planets Space. 2012. V. 64. P. 649–654. https://doi.org/10.5047/eps.2012.01.004

  22. Lay T., Ammon C.J.H., Kanamori L. Xue, Kim M.J. Possible large near-trench slip during the 2011 Mw 9.0 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake // Earth Planets Space. 2011. V. 63. P. 687–692.

  23. Lay T., Kanamori H., Ammon Ch.J., Koper K.D., Hutko A.R., Ye L., Yue H., T. M. Rushing. Depth-varying rupture properties of subduction zone megathrust faults // J. Geoph. Res. 2012. V. 117. P. B04311. https://doi.org/10.1029/2011JB009133

  24. Lin J.Y., Wu W.N. Spatio-temporal distribution of seismic moment release near the source area of the 2011 Tohoku-Oki earthquake // Earth Planets Space. 2012. V. 64. P. 1067–1075. https://doi.org/10.5047/eps.2012.04.006

  25. Nakahigashi K., Shinohara M., Mochizuki K., Yamada T., Hino R., Sato T., Uehira K., Ito Y., Murai Y., Kanazawa T. P‑wave velocity structure in the southernmost source region of the 2011 Tohoku earthquakes, off the Boso Peninsula, deduced by an ocean bottom seismographic survey // Earth Planets Space. 2012. V. 64. P. 1149–1156. https://doi.org/10.5047/eps.2012.06.006

  26. Nakamura W., Uchida N., Matsuzawa T. Spatial distribution of the faulting types of small earthquakes around the 2011 Tohokuoki earthquake: A comprehensive search using template events // J. Geoph. Res. Solid Earth. 2016. V. 121. P. 2591–2607. https://doi.org/10.1002/2015JB012584

  27. Obana K., Fujie G., Takahashi T., Yamamoto Y., Nakamura Y., Kodaira S., Takahashi N., Kaneda Y., Shinohara M. Normal-faulting earthquakes beneath the outer slope of the Japan Trench after the 2011 Tohoku earthquake: Implications for the stress regime in the incoming Pacific plate // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. L00G24. https://doi.org/10.1029/2011GL050399

  28. Okada Y., Kasahara K., Hori S., Obara K., Sekiguchi S., Fujiwara H., Yamamoto A. Recent progress of seismic observation networks in Japan–Hi-net, F-net, K-NET and KiK-net // Earth Planets Space. 2004. V. 56. P. XV–XXVIII.

  29. Ozawa S., Nishimura T., Munekane H., Suito H., Kobayashi T., Tobita M., Imakiire T. Preceding, coseismic and postseismic slips of the 2011 Tohoku earthquake, Japan // J. Geoph. Res. 2012. V. 117. B07404. https://doi.org/10.1029/2011JB009120

  30. Rebetsky Yu.L., Polets A.Yu., Zlobin T.K. The state of stress in the Earth’s crust along the northwestern flank of the Pacific seismic focal zone before the Tohoku earthquake of 11 March 2011 // Tectonophysics. 2016. V. 685. P. 60–76. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.07.016

  31. Satake K., Fujii Y., Harada T., Y. Namegaya. Time and slip distribution of coseismic slip of the 2011 Tohoku earthquake as inferred from tsunami waveform data // Bull. Seism. Soc. Am. 2013. V. 102(2B). P. 1473–1492. https://doi.org/10.1785/0120120122

  32. Sato M., Ishikawa T., Ujihara N., Yoshida S., Fujita M., Mochizuki M., Asada, A. Displacement above the hypocenter of the 2011 Tohoku-oki earthquake // Science. 2011. V. 322. P. 1395. https://doi.org/10.10126/science.1207401

  33. Shinohara M., Machida Y., Yamada T., Nakahigashi K., Shinbo T., Mochizuki K., Murai Y., Hino R., Ito Y., Sato T., Shiobara H., Uehira K., Yakiwara H., Obana K., Takahashi N., Kodaira Sh., Hirata K., Tsushima H., Iwasaki T. Precise aftershock distribution of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake revealed by an ocean-bottom seismometer network // Earth Planets Space. 2012. V. 64. P. 1137–1148. https://doi.org/10.5047/eps.2012.09.003

  34. Scholz C.H. The mechanics of earthquakes and faulting (2nd ed.). Cambridge, UK: Cambridge University Press. 2002. https://doi.org/10.1017/CBO9780511818516

  35. Sun T., Wang K., Fujiwara T., Kodaira Sh., He J. Large fault slip peaking at trench in the 2011 Tohoku-oki earthquake // Nature Communications. 2017. V. 8. P. 14044. https://doi.org/10.1038/ncomms14044

  36. Tajima F., Mori J., Kennett B.L.N. A review of the 2011 Tohoku-Oki earthquake (Mw 9.0): Large-scale rupture across heterogeneous plate coupling // Tectonophysics. 2013. V. 586. P. 15–34. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2012.09.014

  37. Tsuji T., Ito Y., Kido M., Osada Y., Fujimoto H., Ashi J., Kinoshita M., T. Matsuoka Potential tsunamigenic faults of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake // Earth Planets Space. 2011. V. 63. P. 831–834.

  38. Tsuru T., Park J., Takahashi N., Kodaira Sh., Kido Y., Kaneda Y., Kono Y. Tectonic features of Japan Trench convergent margin off Sanriku, northeastern Japan, revealed by multichannel seismic reflection data // J. Geoph. Res. 2000. V. 105(B7). P. 16.403–16.413. https://doi.org/10.1029/2000JB900132

  39. Tsuru T., Park J., Miura S., Kodaira S., Kido Y., Hayashi T. Along-arc structural variation of the plate boundary at the Japan Trench margin: Implication of interplate coupling // J. Geoph. Res. 2002. V. 107(B12). P. 2357. https://doi.org/10.1029/2001JB001664

  40. Tsushima H., Hirata K., Hayashi Y., Tanioka Y., Kimura K., Sakai S. et al. Near-field tsunami forecasting using offshore tsunami data from the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake // Earth Planets Space. 2011. V. 63. № 7. P. 821–826. https://doi.org/10.5047/eps.2011.06.052

  41. Uchida N., MatsuzawaT. Coupling coefficient, hierarchical structure, and earthquake cycle for the source area of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake inferred from small repeating earthquake data // Earth Planets Space. 2011. V. 63. P. 675–679.

  42. Ujiie K., Tanaka H., Saito T., Tsutsumi A., Mori J.J., Kameda J. et al. Low coseismic shear stress on the Tohoku-oki megathrust determined from laboratory experiments // Science. 2013. V. 342. P.1222–1214. https://doi.org/10.1126/science.1243485

  43. Wang L., Shum C.K., Simons F.J., Tapley B., Dai Ch. Coseismic and postseismic deformation of the 2011 Tohoku-Oki earthquake constrained by GRACE gravimetry // Geoph. Res. Lett. 2012. V. 39. P. L07301. https://doi.org/10.1029/2012GL051104

  44. Wang K., Sun T., Brown L., Hino R., Tomita F., Kido M., Iinuma T., Kodaira Sh., Fujiwara T. Learning from crustal deformation associated with the M9 2011Tohoku-oki earthquake // Geosphere. 2018. V. 14. № 2. P. 552–571.https://doi.org/10.1130/GESO1531.1

  45. Yamamoto Y., Obana K., Kodaira S., Hino R., Shinohara M. Structural heterogeneities around the megathrust zone of the 2011 Tohoku earthquake from tomographic inversion of onshore and offshore seismic observations // J. Geoph. Res. Solid Earth. 2014. V. 119. P. 1165–1180. https://doi.org/10.1002/2013JB010582

  46. Zhao D., Huang Z., Umino N., Hasegawa A., Kanamori H. Structural heterogeneity in the megathrust zone and mechanism of the 2011 Tohoku-oki earthquake (Mw 9.0) // Geoph. Res. Lett. 2011. V. 38. P. L17308. https://doi.org/10.1029/2011GL048408

Дополнительные материалы отсутствуют.