Постсейсмический сигнал

Идентификация постсейсмического сигнала на графиках рис.6 намного более надежна, чем для пресейсмического сигнала. Она, в частности, упрощается хорошей корреляцией знаков косейсмического и постсейсмического сигналов. Можно сделать вывод о существовании общей временной функции постсейсмического сигнала - это приблизительно экспоненциально затухающая монотонная растянутая ступенька, которая становится ненаблюдаемой примерно через 18 дней после события; характерное время для этой экспоненты составляет около 6 дней. Это наводит на мысль, что источник данного сигнала - это вполне определенный единственный источник, который не может сильно отличаться по ориентации и положению от события 05.12.1997. Амплитуды постсейсмического сигнала приведены в табл.2, а также на рис.5. Следует отметить, что станции с большими амплитудами постсейсмического сигнала в основном те же самые, что и станции с большими косейсмическими скачками, и что ориентация этих векторов очень близка. Чтобы провести интерпретацию этих данных, были рассмотрены две возможности. В первом случае мы предположили, что косейсмическое скольжение в очаге землетрясения затем продолжалось как медленное событие с характерной длительностью порядка 15 дней. Было принято, что координаты очага медленного землетрясения находятся в центре афтершокового роя очага 05.12.1997 г. Была проведена формальная инверсия амплитудных данных, которые связывали со статическими перемещениями от сдвигового источника общего типа. Результирующий источник имеет моментную магнитуду M_w=7,9, (то есть его сейсмический момент существенно больше, чем момент "быстрого землетрясения"), а его нормализованный тензор приведен в табл.3. На рис.5 он также приведен, вместе с соответствующими теоретическими перемещениями. Можно отметить, что восстановленный тензор близок к тензору главного толчка, как и можно было ожидать, и что качество подгонки вычисленных векторов относительно наблюденных является вполне приемлемым. Разместив точечный источник в северной части афтершокового роя, можно еще несколько улучшить качество подгонки. Вторая рассмотренная возможность заключалась в том, что асейсмическое скольжение могло произойти на продолжении плоскости разрыва очага 05.12.1997 г. вниз или вверх по падению, то есть либо на глубинах 50-90 км под побережьем, либо, наоборот, на глубинах 10-25 км вблизи глубоководного желоба. Разместив точечные источники с такими параметрами, мы получили гораздо худшее качество подгонки, чем в первом случае.

Полный скачок смещений

Из-за приблизительного совпадения тензоров "быстрого"землетрясения и постсейсмического сигнала, ориентация тензора сейсмического момента, которая восстанавливается по полному скачку, близка к ним (табл.3). Полный сейсмический момент, связанный со всей последовательностью событий с 15.11.1997 г. по 25.12.1997 г., соответствует моментной магнитуде 8. Следует отметить, что сумма скалярных сейсмических моментов трех упомянутых тензоров не совпадает с величиной, которая была получена для полного скачка. Это различие вполне объяснимо невысокой точностью оценок скалярного сейсмического момента, а также несовпадением мест и ориентировок тензоров-"компонент". Несмотря на эту проблему, мы считаем полезным дать ориентировочную оценку вкладов трех упомянутых компонент в полный сейсмический момент. Главный вклад (~ 45-50 %) дает постсейсмический сигнал; косейсмическое движение составляет около 35-40 %, остальное приходится на пресейсмический сигнал.

Обсуждение и выводы

Непрерывные измерения деформации земной поверхности станциями GPS в 1997-1999 годах в 9 точках на полуострове Камчатка выявили относительные движения между Тихоокеанской, Североамериканской и Евроазиатской плитами. Приведенные на рис.1 непрерывные скорости перемещения после землетрясения для станции GPS относительно станции TIG, которая расположена в относительной глубине субплиты Охотия, (которая является частью крупномасштабной Евроазиатской плиты), могут быть объяснены как относительные перемещения плит Тихоокеанская, Североамериканская, Охотия и Берингия. Однако, эти результаты нельзя рассматривать как истинные долгосрочные скорости. Данные несколько более низкого качества о скоростях перед землетрясением наводят на мысль, что скорости до и после землетрясения различаются. В частности, в одном случае станции KLU это различие относительно хорошо установлено. Это может быть указанием на изменение уровня сцепления (каплинга), связанного с сильным землетрясением 05.12.1997 г. Скорость, по видимому, была несколько менее перед землетрясением, чем после него, в согласии с циклической моделью напряжений и скоростей перемещения в сильно сцепленных зонах субдукции [9]. Скорости перемещения вне зоны субдукции на границах между плитами Североамериканская и Охотия, по-видимому, не подверглись влиянию сильного землетрясения и держались на постоянном уровне (станция KMS). Следует отметить, что представленная кинематическая картина весьма предварительна. Относительные перемещения пар предположительно жестких плит оцениваются по перемещениям единичных пар станций и не могут быть подтверждены независимым образом. Кроме того, для плиты Берингия обе имеющиеся станции TIL и BKI размещены вблизи ее границ, что может искажать результат. Перемещения станций BKI, KBG, PETP и MA1 качественно согласуются с ожидаемыми на основе модели упругой реакции плиты на сцепление между плитами (каплинг).

Как показано в работах [9,5], скорость конвергенции плит, связанная с сильными землетрясениями, по-видимому, контролирует режим напряжений в зоне субдукции сцеплений и вокруг нее. Океаническая плита и континентальная литосфера упруго реагируют на вариации во времени напряжений и скоростей деформации, связанных с сейсмическим циклом. Противоречия между высокой скоростью в Алеутско-Аляскинской зоне субдукции вблизи острова Кадьяк [8] и пренебрежимо малыми деформациями в зоне островов Шумагина [7,6] объяснялись как высокая скорость деформации в начале сейсмического цикла, заданного Аляскинским землетрясением 1964 г., и низкой скоростью деформации в середине или поздней части цикла в случае зоны Шумагина. В нашем случае мы имеем данные о скоростях деформации для определенного участка плиты, и они показывают подобным же образом существенные изменения между концом одного межсейсмического периода и началом другого.

Косейсмические деформации, связанные с крупным субдукционным землетрясением (M_w=7,8), находятся в прекрасном согласии с теми значениями, которые получаются при вычислении по дислокационной модели, использующей опубликованное Гарвардское решение для тензора момента. Этот факт имеет важное значение: с одной стороны, он подтверждает надежность всей системы измерений и, особенно, вполне хорошую точность данных GPS, полученных в измерениях на коротких интервалах времени. С другой стороны, этот факт означает, что и само Гарвардское решение для тензора момента является надежной оценкой истинного сейсмического тензора момента очага землетрясения.

Выявленные пресейсмические движения являются необычно хорошо выраженными. Во-первых, они наблюдаются на заметном числе станций и компонент. Во-вторых, временные функции сигнала на различных станциях и компонентах и не являются вполне идентичными, тем не менее, имеют сопоставимые длительности и относительно простую однополярную или импульсообразную форму. В-третьих, их амплитуда весьма велика. В нашей весьма предварительной интерпретации они соответствуют одиночному медленному землетрясению типа двойного диполя с M_w=7,7. Если же провести интерпретацию более детально, то, по-видимому, этот источник можно расщепить на два или даже три и уточнить их положение. Однако, крайне невероятно, что суммарный сейсмический момент будет снижен более, чем в три раза. Интерпретация пресейсмического сигнала как точечного источника указывает, что источник типа двойного диполя для очага этого медленного процесса является относительно приемлемым. В то же время данные плохо согласуются с идеей существенной компоненты типа эксплозии/имплозии, например такой, которая предлагается известной моделью предвестниковой дилатансии. В целом, можно сказать, что нам посчастливилось наблюдать и, постфактум, идентифицировать истинный среднесрочный деформационный предвестник сильного землетрясения.

Постсейсмические движения, в общем, имеют гораздо более обыкновенный характер. Они хорошо соответствуют идее медленного крипового продолжения скольжения по площадке очага "быстрого"землетрясения с сохранением направления скольжения. Суммарное движение также очень велико и превышает величину для "быстрого" землетрясения. Предварительная проверка показывает, что маловероятен вариант интерпретации постсейсмического сигнала на основе идеи распространения процесса скольжения вдоль поверхности контакта плит наружу, за пределы площадки очага быстрого землетрясения, в направлениях вниз по падению либо вверх по падению.

Список литературы

Гусев А.А., Левина В.И., Салтыков В.А., Гордеев Е.И. Сильное Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 года: основные данные, сейсмичность очаговой зоны, механизм очага, макросейсмический эффект // Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последствия. Петропавловск-Камчатский: КГАРФ, 1998. С. 32-54.

Гусев А.А., Павлов В.М. Предварительное определение параметров высокочастотного излучателя в очаге Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г. с М=7,5-7,7 // Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последствия. Петропавловск-Камчатский: КГАРФ, 1998. C. 68-79.

Argus D.F., and M.B. Heflin. Plate motion and crustal deformation estimated with geodetic data from the Global Positioning System // Geophys. Res. Lett. 1995. V. 22. P. 1973-1976.

DeMets C., Gordon R.G., Argus D.F, and Stein S. Effect of recent revisions to the geomagnetic reversal time scale on estimates of current plate motions // Geophys. Res. Lett.. 1994. V. 21. P. 2191-2194.

Klotz J., Angermann D., Michel G.W., Porth R., Reigber C., Reinking J., Viramonte J., Perdomo R., Rios V.H., Barrientos S., Barriga R., and Cifuentes O. GPS-derived deformation of the Central Andes including the 1995 Antofagasta M_w=8.0 Earthquake // Pure and Appl. Geophys. 1999. V. 154 . P. 709-730,

Larson K.M., and Lisowski M. Strain accumulation in the Shumagin Islands: Results of initial GPS measurements // Geophys. Res. Lett. 1994. V. 21. P. 489-492.

Lisowski M., Savage J.C., Prescott W.H, and Gross W.K.. Absence of strain accumulation in the Shumagin seismic gap, Alaska, 1980-1987 // Journ. Geophys. Res. 1988. V. 93. P. 7909-7922,

Savage J.C., Svarc J.L., and Prescott W.H. Deformation across the Alaska-Aleutian subduction zone near Kodiak // Geophys. Res. Lett. 1999. V. 26. P. 2117-2120.

Taylor M..A.J., Zheng G., Rice J.R, Stuart W.D., and Dmowska R. Cyclic stressing and seismicity at strongly coupled subduction zones // Journ. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 8363-8381.