Физика Земли, 2021, № 2, стр. 71-85

ВВЕДЕНИЕ

Землетрясение 19.08.2018 г. с M_W = 8.2 и глубиной очага приблизительно в 600 км явилось одним из трех сильнейших глубокофокусных (h > 500 км) землетрясений планеты, вероятно, за всю историю инструментальных сейсмологических наблюдений. Так, в известной монографии по глубоким землетрясениям Клифа Фролиха [Frohlich, 2006], по имеющимся данным [www.globalcmt.org, Abe, 1981] с 1897 г., других сейсмических событий с h ≥ 300 км и M_W ≥ 8.0 зафиксировано не было. Два других сильнейших глубоких сейсмических события – это землетрясение 9.06.1994 г. в Боливии также с M_W = 8.2 и глубиной очага около 650 км и Охотоморское землетрясение 24.05.2013 c M_W = = 8.3 и глубиной очага около 600 км. Через 18 дней после землетрясения 19.08.2018 г., т.е. 06.09.2018 г. уже в районе о-вов Фиджи произошло еще одно сильное глубокофокусное землетрясение с M_W = = 7.9 и глубиной очага 610 км. Эпицентр землетрясения 06.09.2018 г. вблизи о-вов Фиджи расположен приблизительно на 250 км западнее эпицентра землетрясения 19.08.2018 г. у о-вов Тонга. Вероятно, эти два события могут квалифицироваться с точки зрения геодинамики как парные, но событие вблизи о-вов Фиджи не имело выраженной афтершоковой последовательности и здесь рассматриваться не будет.

Согласно предложенной классификации в статье [Миямура, 1972], глубокофокусные землетрясения подразделяются на три интервала глубин: промежуточные (60–70 км ≤ h ≤ 300 км), переходные (300 км < h ≤ 450 км) и глубокие (h > 450 км). Автор работы [Frohlich, 2006] разделяет глубокофокусные землетрясения только на два интервала глубин – промежуточные (60–70 км ≤ h ≤ 300 км) и глубокие (h > 300 км). Согласно любой из этих классификаций, три упомянутых выше землетрясения (M_W ≥ 8.0) могут быть отнесены к глубоким.

Характерной особенностью землетрясения 19.08.2018 г. у о-вов Тонга является наличие у него мощной афтершоковой последовательности: согласно данным каталога NEIC, за первые сутки после Главного события произошло 165 афтершоков с mb ≥ 4.0, сильнейшим из которых был афтершок с M_W = 6.8. Он произошел примерно через 4 ч после Главного события приблизительно на 135 км севернее его инструментального эпицентра.

Вообще, наличие полноценных афтершоковых последовательностей у глубоких землетрясений – явление довольно редкое. Полагают, что землетрясения с промежуточными глубинами или глубокие, имеющие более 20 афтершоков, происходят чрезвычайно редко [Wiens, 1996; 1997]. Только очень небольшое число глубоких землетрясений имеют 15 или более афтершоков, регистрируемых телесейсмическими сетями [Frohlich, 2006]. Последнее уточнение представляется важным: там, где телесейсмические сети регистрируют только отдельные афтершоки или не регистрируют их вовсе, региональные сети могут выявить полноценные афтершоковые последовательности. Разумеется, магнитуды таких событий будут сравнительно невелики.

Перечислим несколько афтершоковых последовательностей глубокофокусных землетрясений. После землетрясения 09.03.1994 г. на островах Тонга (M_W = 7.6, h_CMT = 568 км) локальная сеть зарегистрировала 144 афтершока, расположившихся поперек всей толщины зоны Беньофа, причем афтершоки распространились и на сопредельную асейсмичную область [Wiens., 1994; 1996; 2000; McGuire., 1997]. Упоминавшееся выше Боливийское землетрясение 09.06.1994 г. имело по данным локальной сети 89 афтершоков [Myers, 1995], причем и в этом случае область, занятая афтершоками, превосходит предполагаемую зону Вадати–Беньофа. При этом по данным телесейсмических сетей Глубокое Боливийское землетрясение 9.06.1994 г. вовсе не имело афтершоков.

Охотоморское землетрясение 24.05.2013 г. (M_W = 8.3, h_CMT = 611 км), по данным телесейсмических сетей, землетрясение имело всего 2 сильных афтершока: 24.05.2013 г., с M_W = 6.7, h_CMT = 642 км и 01.10.2013 г. так же с M_W = 6.7, h_CMT = 585.5 км. В то же время региональная сеть КФ ЕГС РАН зарегистрировала 112 афтершоков с M_W ≥ 2.7. Ниже афтершоковый процесс Охотоморского землетрясения 2013 г. будет рассмотрен более подробно.

Число глубоких (h > 300 км) землетрясений в зоне Тонга–Кермадек превосходит общее число таких землетрясений во всех остальных сейсмоактивных регионах мира [Frohlich, 2006]. Сейсмичность этой зоны связана с субдукцией Тихоокеанской плиты под плиту Тонга на севере и под плиту Кермадек на юге. В более обобщенном плане архипелаг Тонга расположен на границе Тихоокеанской и Австралийской литосферных плит, к западу от глубоководного желоба Тонга.

Наличие у глубокого землетрясения 19.08.2018 г. вблизи о-вов Тонга (h ≈ 600 км) полноценной афтершоковой последовательности делает его достаточно уникальным сейсмическим событием и позволяет оценить некоторые характеристики его очага, а также сравнить динамику релаксационных процессов для глубоких и коровых землетрясений.

ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ И ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА

Острова архипелага Тонга образуют островную дугу Тонга–Тофуа северо–северо-восточного простирания, располагающуюся к западу от глубоководного желоба Тонга на стыке двух крупнейших литосферных плит: Индо-Австралийской на западе и Тихоокеанской на востоке [Лукк, 2008; Hannington, 2019]. На рис. 1а, за основу которого взят фрагмент тектонической схемы Тонга-Новогебридского региона из работы [Колобов, 2003], представлена сейсмотектоническая схема размещения эпицентров главного толчка и наиболее сильных афтершоков.

Островная дуга относится к “Тихоокеанскому огненному кольцу”, которое опоясывает весь этот крупнейший на Земле океан. Океаническая кора Тихоокеанской плиты на границе с Индо-Австралийской в районе островов Тонга погружается в западном направлении в мантию вдоль выделяемой здесь зоны субдукции. Наиболее очевидным выражением такой зоны здесь является наличие глубоководного желоба и задугового бассейна Лау (рис. 1а), а также интенсивной вулканической активности на островах, вызванной погружением океанической коры под континентальную и ее частичным плавлением в литосфере. К западу от островной дуги Тонга наблюдается V-образная в разрезе зона бассейна Лау северо–северо-восточного простирания, который протягивается в южном направлении к островам Новой Зеландии.

Вдоль этой межплитной границы Тихоокеанская плита опускается под Индо-Австралийскую в результате непрекращающегося давления в литосфере от сближения этих двух огромных областей. Скорость, с которой происходит этот процесс, относительно высока, в среднем около 7 см в год. Нет полной ясности, является ли этот процесс непрерывным, или он протекает в виде серий внезапных скачков, возможно связанных с крупными землетрясениями. Землетрясения происходят по всей толщине Тихоокеанской плиты. Причем очаги наиболее крупных сейсмических событий иногда занимают всю толщу слэба (рис. 1б). В целом, гипоцентры субдукционных землетрясений распространяются до глубин свыше 600 км.

Еще одной структурной особенностью глубоководного желоба Тонга и Тофуа, обрамляющего вулканическую дугу с востока, является то, что эти структуры резко ограничиваются на севере гигантской зоной разломов системы Фиджи. Здесь, в области главного разрыва в коре, известного как зона разломов Витязь, трог Тонга делает резкий поворот на запад. Зона сочленения разломов выступает в качестве гигантского дизъюнктивный узла, на северной границе Тихоокеанской плиты в области ее пододвигания под островную дугу Тонга (рис. 1б).

Размещение эпицентров главного толчка и сильных афтершоков землетрясения 19.08.2018 г. с M_W = 8.2 указывает на то, что вытянутый в западном–юго-западном направлении в сторону очага землетрясения 06.09.2018 г. (М_W = 7.9), под островную дугу Фиджи, шлейф афтершоков этого сейсмического события (не относящийся непосредственно к его очагу) располагался на глубинах 450–650 км. Он вытянулся от гипоцентра землетрясения 19.08.2018 г. (М_W = 8.2, h ≈ 600 км) у о‑вов Тонга, приблизительно 178° з.д., вплоть до гипоцентра землетрясения 06.09.2018 г. (М_W = 7.9, h = 610 км) у о-вов Фиджи (~178.3° в.д.). Отметим, что согласно данным сейсмической томографии слэб Тихоокеанской плиты в районе желоба Тонга ориентирован в западном направлении и погружается в верхнюю мантию под углом 45°. На томографических моделях в переходной зоне между верхней и нижней мантией на глубинах 400–700 км он принимает субгоризонтальное положение [Колобов, 2003]. Таким образом, достаточно протяженный (около 400 км) участок, где гипоцентры располагаются приблизительно в одном интервале глубин, может ассоциироваться с субгоризонтальным положением слэба Тихоокеанской плиты.

На рис. 1б представлен вертикальный разрез структуры сейсмичности между 17° и 19° ю.ш., в окрестности очага глубокого землетрясения 19.08.2018 г., М_W = 8.2. При этом гипоцентры землетрясений маркируют положение погружающегося слэба. Видно, что в месте, где плита достигает подошвы верхней мантии, она деформируется и начинает двигаться вдоль нее на запад, как это и видно в плане на рис. 1а.

Смещение в очаге главного толчка представляло собой сброс по пологой плоскости, погружающейся в западном–северо-западном направлении. Такое решение хорошо увязывается с ориентировкой облака эпицентров афтершоков, длинная ось которого вытянута в этом же направлении. Такая интерпретация подвижки в очаге коррелирует с геодинамическими представлениями о приуроченности гипоцентров глубоких сильных толчков к верхней поверхности погружающейся Тихоокеанской плиты.

СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ГЛУБОКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 19.08.2018 г. ВБЛИЗИ О-ВОВ ТОНГА

Информационной базой для выполнения работы служили каталоги NEIC [http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/] и CMT [http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html; Dzie-wonski et al., 1981; Ekström et al., 2012]. В данной работе каталог NEIC использовался как для анализа сейсмической истории, так и для изучения афтершокового процесса землетрясения 19.08.2018 г. Согласно нашей оценке, низшей представительной магнитудой каталога NEIC в области о-вов Тонга признана mb = 4.0. Каталог CMT содержит наиболее полные данные о тензорах сейсмического момента землетрясений с М_W ~ 5.5 и выше, которые являются представительным для всей планеты приблизительно с начала 90-х гг. прошлого века [Kagan, 2003]. Поэтому при анализе данные каталогов NEIC и CMT использовались совместно.

Для изучения динамики высвобождения скалярного сейсмического момента (M₀) рабочий каталог был унифицирован по М_W. При этом использовалась корреляционная зависимость между магнитудами mb NEIC и М_W CMT, полученная по 204 парам значений глубоких (h ≥ 300 км) землетрясений в интервале магнитуд 4.8 ≤ mb ≤ 5.8, в виде:

где R_c – коэффициент линейной корреляции. При получении зависимости (1) брались средние значения M_W для каждой магнитуды mb с шагом 0.1 единицы магнитуды. При этом для 4.8 ≤ mb ≤ 5.1 (где число значений (N(M_W)) M_W для каждого значения mb было больше 35) распределение N(M_W) было близко к распределению Гаусса. Переход от M_W к скалярному сейсмическому моменту M₀ осуществлялся по формуле Канамори [Kanamori, 1978]. Отметим, что при применении формулы (1) ошибки могут неконтролируемо возрастать вне интервала магнитуд, в котором она получена.

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЧАГА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 19.08.2018 г., М_W = 8.2, H ≈ 600 КМ

На рис. 2 представлены схемы афтершоков землетрясения за первые сутки (а) и за первый месяц (б) после землетрясения по данным каталога NEIC, здесь и далее ME – главное событие.

Видно, что конфигурации ансамблей афтершоков на рис. 2а и 2б достаточно близки, хотя на рис. 2б отчетливо видно распространение облака афтершоков землетрясения 19 августа на сопредельные структуры, вероятно непосредственно несвязанные с областью очага этого землетрясения. Поэтому при анализе афтершоков, непосредственно относящихся к очагу, мы ограничимся прямоугольной областью с координатами: –18.73° ≤ φ ≤ –17.33°, –178.73° ≤ λ ≤ –177.53°.

Судя по облаку афтершоков 1 сут (рис. 2а), очаг имеет близкую к изометрической форму и немного вытянут в широтном направлении: его размеры с севера на юг оцениваются приблизительно в 155 км, а с запада на восток – в 126 км. Более объективные, хотя и несколько заниженные, данные о размерах очага дают расчеты 1 – сигмового эллипса рассеяния афтершоков (mb ≥ 4.0) [Лутиков, 2002], согласно которым большая полуось эллипса по афтершокам 1-го дня составила 26.0 км, а малая – 22.6 км. Почти такими же оказались и оценки размеров полуосей эллипса рассеяния и по афтершокам 1-го мес.: соответственно 27.4 и 23.1 км. Координаты геометрического центра (φ₀, λ₀) облака афтершоков 1-х сут и 1-го мес. практически совпадают: соответственно φ₀ = –18.06°, λ₀ = –178.06° (сут) и φ₀ = –18.04°, λ₀ = –178.08° (мес.). При этом координаты инструментального эпицентра (φ_me = –18.113°, λ_me = –178.152°) отклоняются от координат геометрического центра облака афтершоков всего лишь на сотые доли градуса, что, вероятно, лежит в пределах ошибок их определения.

В работе [Гусев, 1990] была предложена средняя зависимость линейных размеров очага (L) от моментной магнитуды M_W для коровых землетрясений. В соответствии с ней для землетрясения с М_W = 8.2 L ≈ 178 км, что немного больше полученной здесь визуальной оценки протяженности очага (155 км). При использовании оценок размеров очага для коровых землетрясений визуальным методом [Лутиков, 2002] при пересчете от магнитуды M_S к М_W для М_W = 8.2 получим линейную протяженность очага L ≈ 316 км, а ширину очага W ≈ 175 км, то есть значительно больше его действительных размеров, судя по афтершокам 1‑го дня.

Еще более сильное различие наблюдается при сопоставлении расчетов полуосей эллипсов рассеяния [Лутиков, 2002] облака афтершоков для коровых землетрясений и глубокого землетрясения 19.08.2018 г. у о-вов Тонга. Как уже отмечалось выше, его большая ось оценивается в 52–55 км, а малая – в 45–46 км. Тогда как для корового землетрясения с М_W = 8.2, согласно оценке, бóльшая ось эллипса рассеяния L ≈ 143 км, а его малая ось – W ≈ 88 км, что приблизительно в 2–3 раза больше, чем для рассматриваемого глубокого землетрясения 19.08.2018 г. у о-вов Тонга.

Таким образом, можно сделать некоторые предварительные выводы относительно размеров очага глубокого (h ≈ 600 км) сильного (М_W = 8.2) землетрясения 19.08.2018 г. у о-вов Тонга. Очаг землетрясения имеет в плане форму, близкую к изометрической, с размерами большой и малой осей, соответственно лежащих в пределах 55 ≤ ≤ L ≤ 155 км, 46 ≤ W ≤ 126 км, то есть очаг этого глубокого землетрясения оказывается приблизительно в 2 раза меньше очага корового землетрясения такой же магнитуды.

Рассмотрим теперь распределение гипоцентров афтершоков землетрясения 19.08.2018 г. (М_W = 8.2) у о-вов Тонга с глубиной. Такое распределение для афтершоков 1-го месяца (mb ≥ 4.0) представлено на рис. 3. Как видно, в интервале глубин 500–650 км сосредоточено около 93% афтершоков. То есть интервал глубин 500–650 км может ассоциироваться с верхней оценкой области локализации очага.

Поскольку большая и малая полуоси эллипса рассеяния афтершоков 1-го^{дня ориентированы практически с севера на юг и с запада на восток, вдоль этих направлений были построены разрезы облака афтершоков (рис. 4а и 4б).}

Судя по области наибольшего сгущения афтершоков, очаг локализован в интервале глубин 500 ≤ h ≤ 630 км. Таким образом, размеры очага по вертикали оказываются близкими к его размерам в плане, то есть очаг, в целом, имеет форму, близкую к изометрической. Это в корне отличает форму очага глубокого землетрясения 19.08.2018 г. вблизи о-вов Тонга от формы очагов близких по магнитуде литосферных землетрясений.

МЕХАНИЗМ ОЧАГА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 19.08.2018 г., М_W = 8.2

На рис. 5 (слева) представлен механизм очага этого землетрясения по данным CMT [http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html].

Из рисунка видно, что механизм очага может классифицироваться как сброс и относиться к выраженному NDC-типу [Frohlich, 1995], характеризуя режим одноосного растяжения. Исследование детерминанта тензора сейсмического момента [Лутиков, 2010] подтверждает этот вывод: детерминант его тензора сейсмического момента, нормированного на скалярный момент (www.globalcmt.org), с учетом матрицы ошибок det(M_ij/M₀) = 0.140 ± 0.0045 является гарантированно положительным и действительно характеризует режим одноосного растяжения.

СЕЙСМИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ

Была прослежена вся доступная сейсмическая история по ходу высвобождения скалярного сейсмического момента (M₀) в окрестности очага глубокого землетрясения 19.08.2018 г., М_W = 8.2 вблизи о-вов Тонга. При этом оценка размеров области вокруг очага, где рассматривается высвобождение M₀, не вполне очевидна. Очевидно, что эта область должна совпадать с областью подготовки землетрясения, но сколько-нибудь определенные оценки размеров области подготовки сильного землетрясения отсутствуют. Однако интуитивно кажется, что размеры области подготовки должны, по крайней мере, в несколько раз превосходить его размеры очага. В частности, например, в работе [Родкин, 2007] указывается, что различного типа аномалии наблюдаются в достаточно широкой окрестности сильного (М ≈ 7 и более) события на расстояниях от эпицентра главного события, достигающих 4–5 характерных размеров очага [Родкин, 2007]. Исходя из этих соображений, выбранная область анализа была ограничена координатами: 21.0°–15.0° ю.ш., 177.0°–180.0° в.д. и 180.0°–176.0° з.д. При этом рассматривался интервал глубин 450 ≤ h ≤ 650 км.

Первые сейсмические проявления на этой территории, содержащиеся в каталоге NEIC, относятся к 1919 г., когда 01.01.1919 г. было зарегистрировано сильное глубокое землетрясение с М_W = 7.8 и h ≈ 485 км. После этого вплоть до 1963 г. в каталог попадали только отдельные, наиболее сильные события с М_W ≥ 7.0. Достаточно подробным каталог NEIC для этого района становится только с 1973 г. На рис. 6 представлен временной ход высвобождения кумулятивного (накопленного) скалярного сейсмического момента M_0cum в области, ограниченной обозначенными выше координатами. Использование при этом логарифмической зависимости вместо ожидаемой линейной (удовлетворяющей гипотезе стационарности сейсмического режима), вероятно, нуждается в некотором пояснении. Использование логарифмической зависимости, помимо эффекта сглаживания, позволяет показывать в пределах одного графика различающиеся в десятки раз ординаты. В то же время замена линейной зависимости логарифмической на коротком отрезке времени, по сравнению с длящейся многие столетия фазой стационарности сейсмического режима, не приводит к большим искажениям, поскольку при этом, как нетрудно показать, может быть удержан только линейный член разложения экспоненты в ряд.

Из рис. 6 отчетливо видно, что доступный для анализа период времени оказался слишком коротким, чтобы оценить дефицит в высвобождении M₀. Действительно, в аналитическом виде регрессия на рис. 6 имеет вид:

Из зависимости (2) также следует, что за весь рассматриваемый период дефицит в высвобождении M₀ практически не накапливался, так что на момент возникновения землетрясения 19 августа 2018 года его величина составила ΔM_0cum ≈ 5.77 × × 10¹⁹ Н ⋅ м, то есть он оказался внутри ошибок регрессии (2). Очевидно, что период подготовки глубокого землетрясения с магнитудой M_W > 8.0 в отдельном регионе, вероятно, заметно превосходит 100 лет.

Погодовое высвобождение M₀ в этой области, которое удалось проследить с 1972 г. (рис. 7), также не демонстрирует убедительных свидетельств подготовки сильного глубокого землетрясения 19.08.2018 г.

Единственной особенностью рис. 7 является не слишком надежный намек на сейсмическое затишье перед землетрясением 19.08.2018 г. в 2010–2013 гг., сменившееся с 2014 г. небольшой, не превосходящей фон, сейсмической активизацией.

ОСОБЕННОСТИ АФТЕРШОКОВОГО ПРОЦЕССА

Афтершоковый процесс глубокого землетрясения 18.08.2018 г. вблизи о-вов Тонга представляется абсолютно нетипичным, учитывая его глубину гипоцентра (h = 600 км). Как по числу заметных (mb ≥ 4.0) афтершоков, так и по его продолжительности он, скорее, подобен афтершоковому процессу типичного корового землетрясения. Землетрясение имело 5 афтершоков с M_W ≥ 6.0, наиболее сильные из которых: M_W = 6.8 (произошел приблизительно через 4 ч после Главного события (ME) [http://earthquake. usgs.gov/earthquakes/search/]), M_W = 6.7 30.09.2018 г. и M_W = 6.8 18.11.2018 г. [http://www.globalcmt.org/ CMTsearch.html].

В соответствии с рис. 2б и рис. 4 изучение афтершокового процесса было ограничено территорией: –20.5° ≤ φ ≤ –16.0°, –180.0° ≤ λ ≤ –176.5° и интервалом глубин 400 ≤ h ≤ 650 км. На рис. 8 представлен посуточный временной ряд высвобождения M₀ в афтершоках по 19.09.2019 г. Как видно из рис. 8, с середины марта 2019 г. происходит постепенный выход кривой M_0aft/день на фон, где он находился более 4-х мес. При этом уровень фона (среднее значение и коридор стандартных отклонений) определялся по многолетнему уровню фона на рис. 6, пересчитанного с погодового на посуточное высвобождение M₀ и с учетом приблизительно в 3 раза меньшей площади анализа в случае афтершоков. Сильное землетрясение 01.09.2019 г. (M_W = 6.7, h ≈ 600 км) которое произошло в афтершоковой области рассматриваемого землетрясения 19.08.2018 г., по-видимому, все же не является его афтершоком. Ниже будут приведены некоторые соображения по этому поводу. Поэтому окончание афтершокового процесса, конечно, с известной долей условности можно обозначить концом апреля 2019 г., то есть его продолжительность можно оценить в 247 дней или примерно в 8 мес. За это время высвободившийся в афтершоках M₀ составил ≈ 9.85 × 10¹⁹ Н ⋅ м или приблизительно 3.9% от M₀ Главного события 19.08.2018 г. Такая оценка вполне соответствует, например, полученной ранее средней оценке для коровых Курило-Камчатских землетрясений [Лутиков, 2013], что также вряд ли типично для глубоких землетрясений.

На рис. 9а показан посуточный временной ряд высвобождения M₀ в афтершоках в течение 1-го мес. после ME. Видно, что в течение первых 1–3 нед. после ME афтершоковый процесс может удовлетворять аналогу закона Омори [Omori, 1894; Utsu, 1961], сформулированного в терминах высвобождения в афтершоках скалярного сейсмического момента M₀. Действительно, первые 22 дня афтершокового процесса перестроены на рис. 9б в билогарифмическом масштабе. На рисунок также добавлены линии регрессии за первые 7 (сплошная прямая), 17 (пунктир с точками) и 22 дня (простой пунктир) афтершокового процесса.

В уравнения регрессии в знаменатели добавлена 1 для того, чтобы избежать сингулярности в нуле. В результате они имеют вид:

Из формул (3) следует, что величина коэффициента корреляции обратно пропорциональна числу дней, по которым строилась регрессия; при этом уменьшается и показатель степени в знаменателе. Из формул (3) также следует, что аналог закона Омори в терминах высвобождения M₀ для афтершоковой последовательности глубокого землетрясения 19.08.2018 г. удовлетворительно соблюдается в течение первых 17 дней после его начала.

Вернемся к оценке продолжительности афтершоковой последовательности. На рис. 10 представлен временной ход высвобождения кумулятивного (накопленного) скалярного сейсмического момента в афтершоках (M_0aft) в долях от M₀ Главного события (M_0me) в области повторных толчков землетрясения 19.08.2018 г. По начальному этапу (2–78 дни) афтершокового процесса была построена линейная регрессия в виде:

Из рис. 10 видно, что к моменту возникновения сильного афтершока 18.11.2018 г. (M_W = 6.8, h = 540 км) возник определяемый по разности прогнозного (линия регрессии) и наблюденного значений M_0aft дефицит в высвобождении M_0aft ΔM₀ = 9.54 × 10¹⁸ Н ⋅ м, что соответствует землетрясению с магнитудой M_W = 6.6 при фактической моментной магнитуде афтершока 6.8. То есть прогнозная и фактическая магнитуды практически совпадают. После афтершока 18.11.2018 г. произошло быстрое расхождение регрессионной и наблюденной зависимостей M_0aft(t), что может быть индикатором постепенного завершения афтершокового процесса. Интервал времени с 30.09.2018 г. (43-й день от ME) по 17.11.2018 г. (91‑й день от ME), соответствующий столообразному участку графика M_0aft/M_0me, может рассматриваться в качестве внутреннего сейсмического затишья перед афтершоком 18.11.2018 г. с M_W = 6.8 внутри афтершоковой последовательности. Как видно из рис. 10, этим афтершоком завершается квазистационарная фаза высвобождения M₀ внутри афтершокового процесса, индикатором чего служит начавшееся резкое расхождение прогнозной и наблюденной зависимости на рис. 10. Поэтому достаточно сильное глубокое сейсмическое событие 01.09.2019 г. (M_W = 6.7), по нашему мнению, уже вряд ли является афтершоком землетрясения 19.08.2018 г.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Интересно сравнить некоторые представленные в этой работе характеристики землетрясения 19.08.2018 г. у о-вов Тонга с таковыми Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г., M_W = 8.3. На рис. 11 представлена карта афтершоков Охотоморского землетрясения первых суток после главного события, всего 62 афтершока (M_W ≥ 3.0); интервал глубин 460 ≤ h < 700 км. При этом использовался Региональный каталог землетрясений Камчатки КФ ЕГС РАН [http://www.emsd.ru].

Представляется, что очаг землетрясения оконтуривается наиболее плотным скоплением афтершоков в северной части их облака, ограниченным координатами 53.70° ≤ φ ≤ 55.1°, 152.90° ≤ λ ≤ 155.3°. Распространяющийся далее к югу и юго-западу шлейф достаточно редко расположенных афтершоков уже вряд ли непосредственно относится к очагу Охотоморского землетрясения. При этом сильный афтершок 24.05.2013 г. (M_W = 6.7), который произошел в 14 ч 56 мин, вероятно, также непосредственно не относится к очагу Охотоморского землетрясения. Отметим, что направленный на ЮЗ, в сторону сильного афтершока 14 ч 56 мин, шлейф редких афтершоков вместе с частью облака, которая рассматривается как очаг, образует достаточно причудливую фигуру, отчасти напоминающую запятую. Здесь надо заметить, что инструментальный очаг Охотоморского землетрясения 2013 г. расположен на северной границе области субдукции [Сильные…, 2014]. Поэтому весь сейсмический процесс распространяется только на юг и ЮЗ. Подобно зоне субдукции у о-вов Тонга и здесь достигший подошвы верхней мантии слэб Тихоокеанской плиты начинает течь на ЮЗ вдоль ее нижней границы, причем это течение в данном случае маркируется афтершоками “шлейфа”. Представляется, что нет оснований полагать, что этот вытянутый вдоль нижней границы верхней мантии “язык” афтершоков является частью очага Охотоморского землетрясения. В пользу достаточно простой формы очага говорит и сравнительно небольшая его NDC-составляющая (см. ниже).

Следует отметить, что предложенное здесь выделение по афтершокам области очага не вполне совпадает с таковым в монографии [Сильные…, 2014, с. 60]. Согласно визуальной оценке, размеры очага оцениваются как L ≈ 147 км, W ≈ 142 км, что сопоставимо с размерами очага глубокого землетрясения 19.08.2018 г. у о-вов Тонга. Показательно, что и в случае Охотоморского землетрясения его очаг также имеет форму, близкую к изометрической. Если аппроксимировать очаг эллипсом с размерами осей L и W, то его площадь можно оценить как 16.4 тыс. км². Это почти в 2 раза меньше, чем приведенная в работе [Варга, 2017] оценка площади очага в 26.4 тыс. км². В случае Охотоморского землетрясения центр тяжести эпицентров, характеризующих очаг, облака афтершоков (φ = 54.274°, λ = 154.058°) не совпадают с его инструментальным эпицентром с координатами φ = 54.75°, λ = 153.79°, что, вероятно, обусловлено его близостью к северной границе зоны субдукции. При этом расхождение координат инструментального эпицентра и центра тяжести эпицентров облака афтершоков составило Δφ ≈ 0.48°, Δλ ≈ 0.27°.

Согласно полученным нами оценкам, высвободившийся в афтершоках скалярный сейсмический момент M_0aft = 3.1 × 10¹⁹ Н ⋅ м или около 0.78% от M₀ главного события. Оценка продолжительности афтершокового процесса в соответствии с предложенным в работе [Лутиков, 2013] критерием отсутствия афтершоков (вплоть до низшей представительной магнитуды) в течение месяца составила около 10.5 мес. При этом если афтершоковая последовательность Охотоморского землетрясения сопоставима по продолжительности с афтершоковой последовательностью землетрясения 19.08.2018 г. у о-вов Тонга, то высвободившийся в ее ходе M_0aft в 5 раз меньше (в долях M₀ главного события) от такового при афтершоковой последовательности землетрясения у о-вов Тонга.

На рис. 12 представлено распределение гипоцентров афтершоков Охотоморского землетрясения (Ml ≥ 3.6), построенное по 105 афтершокам [http://www.emsd.ru].

В этом случае в интервале глубин 550–700 км сосредоточено 75.5% афтершоков. Но заметное число гипоцентров афтершоков локализовано на глубинах 450–550 км (24.5%). В этом случае уже интервал глубин 550–700 км может ассоциироваться с верхней оценкой области локализации очага, то есть в этом случае очаг, вероятно, локализован на глубинах 550 < h < 700 км.

Механизм очага Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г. по данным CMT-каталога также представлен на рис. 5 (справа). На первый взгляд может показаться, что левый и правый механизмы на рис. 5 похожи. Однако это не совсем так. При определении типа подвижки в очаге в сейсмологической практике обычно используется коэффициент Лоде–Надаи (LNK) в виде LNK = = 3M₂/(M₁ – M₃), где M₁ > M₂ > M₃ – с.з. тензора сейсмического момента. При этом всегда M₁ > 0, а M₃ < 0. В случае наших землетрясений LNK = –0.177 (о-ва Тонга), что соответствует режиму одноосного растяжения, и LNK = 0.137 (Камчатка), что соответствует режиму одноосного сжатия. Очевидно, что разные знаки LNK никак не могут свидетельствовать в пользу одинакового типа подвижки в очагах этих землетрясений. Некоторое же сходство механизмов на стереограммах, приведенных на рис. 5, обусловлено, вероятно, сравнительно небольшими абсолютными величинами LNK.

Исследование детерминанта тензора сейсмического момента [Лутиков, 2010] показывает, что детерминант тензора сейсмического момента, нормированного на скалярный сейсмический момент (www.globalcmt.org), с учетом матрицы ошибок det(M_ij) = –0.0903 ± 0.0044 является гарантированно отрицательным и действительно характеризует режим одноосного сжатия, хотя величина NDC-составляющей здесь несколько меньше. Следовательно, механизм здесь – взбросового типа.

Сравнительный анализ афтершоковых полей двух сильнейших (М_W > 8.0) за весь период инструментальных наблюдений глубокофокусных землетрясений, у о-вов Тонга 19.08.2018 г. и Охотоморского 24.05.2013 г. показал, что наряду с индивидуальными различиями между ними имеется важное сходство, выражающееся в близкой к изометрической форме их очагов. Общим является и то, что, судя по афтершоковым последовательностям первых суток, линейные размеры очагов этих землетрясений приблизительно в 2 раза меньше линейных размеров коровых землетрясений с такими же магнитудами.

Природа глубоких землетрясений до сих пор не вполне ясна. В частности, довольно подробный критический обзор возможных физических моделей возникновения глубокофокусных землетрясений содержится в работе [Лыскова, 2014]. Обычно предполагалось, что возникновение глубоких землетрясений связано с фазовыми превращениями в нижней части верхней мантии [Калинин, 1989; Родкин, 2009]. В какой-то мере альтернативной является гипотеза об определяющей роли флюидной активности Земли, когда восходящие струи флюида взаимодействуют с веществом в окрестности будущей очаговой зоны. Определяющую роль при этом играют водородные интервенции в область будущего очага глубокого землетрясения [Собисевич, 2014]. Представляется, что обе эти гипотезы не противоречат установленной здесь близкой к изометрической форме очага двух рассмотренных глубоких сильнейших землетрясений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформулируем полученные здесь основные результаты:

1. Установлено, что очаг сильного глубокого землетрясения 19.08.2018 г., М_W = 8.2 у о-вов Фиджи и Тонга имеет близкую к изометрической форму с верхними оценками его размеров по направлениям 155 км (С–Ю), 126 км (В–З), 130 км (z). Близкие оценки формы и размеров очага получены и для глубокого Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г., М_W = 8.3. При этом, судя по афтершоковым полям первых суток, линейные размеры очагов этих землетрясений приблизительно в 2 раза меньше линейных размеров коровых землетрясений с такими же магнитудами.

2. Механизмы очагов землетрясений 19.08.2018 г., М_W = 8.2, h = 600 км (слева) и Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г., М_W = 8.3, h = 611 км гарантированно относятся к очагам NDC-типа, причем очаг землетрясения 2018 г. у о-вов Фиджи и Тонга может классифицироваться как сброс и характеризует режим одноосного растяжения. В то же время очаг Охотоморского землетрясения 2013 г. относится к взбросовому типу и характеризует режим одноосного сжатия.

3. Рассмотрение доступной сейсмической истории в предполагаемой области подготовки глубокого землетрясения 19.08.2018 г., М_W = 8.2 у о-вов Тонга показало, что его период подготовки, вероятно, заметно превосходит 100 лет.

4. Продолжительность афтершокового процесса глубокого землетрясения 19.08.2018 г., М_W = 8.2 у о-вов Тонга, конечно, с известной долей условности может быть оценена в 247 дней или приблизительно в 8 мес. Для Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г., М_W = 8.3 продолжительность афтершокового процесса оценена приблизительно в 10.5 мес., что сопоставимо с продолжительностью афтершокового процесса землетрясения у о-вов Тонга.

5. Высвободишийся в афтершоках глубокого землетрясения 19.08.2018 г., М_W = 8.2 у о-вов Тонга M₀ ≈ 9.85 × 10¹⁹ Н ⋅ м или приблизительно 3.9% от M₀ Главного события 19.08.2018 г. Такая оценка вполне соответствует, например, полученной ранее средней оценке для коровых Курило-Камчатских землетрясений, что вряд ли типично для глубоких землетрясений. В частности, для глубокого Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г., М_W = 8.3 высвободившийся в афтершоках M₀ ≈ ≈ 3.1 × 10¹⁹ Н ⋅ м или около 0.78% от M₀ главного события, что в долях M₀ главного события в 5 раз меньше, чем для землетрясения у о-вов Тонга.

6. Установлено, что аналог закона Омори в терминах высвобождения M₀ для афтершоковой последовательности глубокого землетрясения 19.08.2018 г. года удовлетворительно соблюдается в течение первых 17 дней после его начала.