Землетрясение Тохоку-Оки 2011 года: результаты сейсмического профилирования

Одним из поразительных результатов изучения землетрясения Тохоку-Оки 2011 года магнитудой Mw 9.0 стало обнаружение более 50 метров сейсмического смещения по разлому, достигшего оси желоба. Кроме того, сейсмологические исследования выявили чёткую зависимость от глубины в расположении источника излучения высоко- и низкочастотной сейсмической энергии. Однако структурные особенности, которые могут контролировать поведение разрыва в зоне землетрясения, изучены недостаточно.

В статье для журнала Geosphere авторы во главе с Сюити Кодайрой обработали данные сейсмического отражения, полученные в зоне разрыва японским научно-исследовательским судном «Каирэй», и изучили изменяющиеся с глубиной структурные характеристики. К характерным структурам относятся фронтальная призма (клиновидное осадочное тело на переднем крае надвигающейся плиты), отражающая зона на морском окончании континентального каркаса над субдуцирующей океанической корой, а также погружённые структуры типа «горст-грабен», прослеживаемые до глубины ~25 км.

Авторы сопоставили размер и распределение фронтальной призмы с данными предыдущих исследований и установили, что вдоль Японского желоба она хорошо развита от центральной до северной его части. Связь между зоной фронтальной призмы, областью большого смещения при землетрясении 2011 года и зоной разрыва землетрясения Санрику 1896 года указывает, что цунамигенные землетрясения с большим смещением на мелководье происходят там, где фронтальная призма хорошо развита. Под ней и отражающей зоной были зафиксированы чёткие структуры «горст-грабен», сформированные при изгибе океанической плиты в зоне субдукции. Смещения по сбросам, связанным с этими структурами, примерно на 2 км больше под отражающей зоной, что указывает на продолжающийся изгиб плиты даже после её погружения.

На основе анализа сейсмических изображений и сейсмичности, зарегистрированной наземными и донными сетями, авторы выделили следующие глубинные структурные особенности зоны разрыва. Её мелководная часть, где происходят цунамигенные землетрясения, характеризуется низким уровнем излучения короткопериодной сейсмической энергии, хорошо развитой низкоскоростной фронтальной призмой и отражающей зоной, а также низкой сейсмичностью вдоль границы плит. В зоне разрыва от отражающей зоны до глубины 25 км, где наблюдались большие сейсмические смещения с низким уровнем короткопериодной энергии, визуализированы погружённые структуры «горст-грабен», а фоновая сейсмичность вдоль границы плит очень низка. На глубинах более 25 км чётких сейсмических изображений получить не удалось, но была зафиксирована высокая фоновая сейсмичность с наклоном в сторону суши. Это интерпретируется как признак того, что граница плит на этих глубинах характеризуется высокой фоновой сейсмичностью.