МЕДЛЕННЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПО РАЗЛОМАМ: ПАРАМЕТРЫ, УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ, ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В статье рассматриваются явления медленного скольжения по разломам и трещинам. Эти режимы межблоковых перемещений, которые регистрируются на разном масштабном уровне, можно считать переходными от квазистатического стабильного скольжения (крипа) к динамическому срыву (землетрясению). К ним относятся сейсмогенные явления скольжения по разломам со скоростями на 1–3 порядка ниже, чем при «нормальных» землетрясениях, а также эпизоды асейсмического скольжения. Открытие этих явлений в значительной степени изменяет понимание того, как реализуется энергия, накопленная в процессе деформирования земной коры.

Изучение условий возникновения и эволюции переходных режимов может дать новую важную информацию о структуре и закономерностях деформирования разломных зон.

В работе выполнен анализ данных, приведенных в работах различных авторов за последние годы. Рассмотрено свыше 170 явлений медленного скольжения. Их обобщение и результаты собственных модельных экспериментов позволили авторам установить связь между некоторыми параметрами процесса, рассмотреть масштабные соотношения событий, проанализировать в первом приближении влияние характеристик геоматериала на реализацию того или иного режима деформирования.

Очаги низкочастотных землетрясений и участки медленного скольжения чаще всего локализуются в зонах, переходных между участками стабильного крипа и сейсмогенными частями границы раздела (рис. 3). Естественно предположить, что в этих переходных зонах интерфейс обладает особыми фрикционными свойствами, позволяющими реализовать режим, который можно назвать условно-стабильным скольжением.

Длительность медленных деформационных событий примерно пропорциональна реализованному сейсмическому моменту, в то время как для «нормальных» землетрясений наблюдается соотношение, близкое к закону самоподобия (рис. 4). Площадь сдвигаемой области при явлениях медленного скольжения обычно многократно превышает соответствующую величину для землетрясения с тем же сейсмическим моментом, а средняя амплитуда смещения по разрыву оказывается значительно ниже (рис. 5, рис. 6). Скорость распространения подвижки в направлении простирания разлома изменяется от нескольких сотен метров до 20–30 км/сут. При этом наблюдается тенденция снижения этой величины с масштабом (рис. 7).

В проведенных лабораторных экспериментах разные режимы скольжения были реализованы на установке типа «слайдер»-модели. В опытах на качественном уровне удалось воспроизвести основные особенности, характерные для медленных перемещений по разломам. Возможность реализации того или иного режима деформирования определялась, прежде всего, структурными свойствами материала-заполнителя. При близких значениях кулоновской прочности небольшие вариации структурных характеристик (гранулометрический состав, форма зерен, наличие флюида и его вязкость) могут радикально сказываться на режиме деформирования (рис. 12).

Сведения, собранные и проанализированные в настоящей статье, позволяют заключить, что условно-стабильные режимы деформирования границ раздела в земной коре – распространенное явление. Исследования переходных деформационных режимов перспективны для установления закономерностей зарождения и эволюции динамических событий – землетрясений, горно-тектонических ударов, склоновых явлений.

1. Beavan J., Wallace L., Douglas A., Fletcher H., Townend J., 2007. Slow slip events on the Hikurangi subduction interface, New Zealand. In: P. Tregoning, C. Rizos (Eds.), Dynamic planet: monitoring and understanding a dynamic planet with geodetic and oceanographic tools: IAG Symposium, Cairns, Australia, 22–26 August 2005. International Association of Geodesy Symposia, Vol. 130. Springer, New York, p. 438–444. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-49350-1_64.

2. Brown K.M., Tryon M.D., DeShon H.R., Dorman L.M., Schwartz S.Y., 2005. Correlated transient fluid pulsing and seismic tremor in the Costa Rica subduction zone. Earth and Planetary Science Letters 238 (1), 189–203. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.epsl.2005.06.055.

3. Brudzinski M.R., Allen R., 2006. Segmentation in episodic tremor and slip all along Cascadia. Eos, Transactions, American Geophysical Union 87 (52), Fall Meeting Supplies, Abstract T53G-05.

4. Bürgmann R., Kogan M.G., Levin V.E., Scholz C.H., King R.W., Steblov G.M., 2001. Rapid aseismic moment release following the 5 December 1997 Kronotsky Kamchatka earthquake, Geophysical Research Letters 28 (7), 1331–1334. http://dx. doi.org/10.1029/2000GL012350.

5. Correa-Mora F., De Mets C., Cabral-Cano E., Diaz-Molina O., Marquez-Azua B., 2009. Transient deformation in southern Mexico in 2006 and 2007: Evidence for distinct deep-slip patches beneath Guerrero and Oaxaca. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 10 (2), Q02S12. http://dx.doi.org/10.1029/2008GC002211.

6. Correa-Mora F., De Mets C., Cabral-Cano E., Marquez-Azua B., Diaz-Molina O., 2008. Interplate coupling and transient slip along the subduction interface beneath Oaxaca, Mexico. Geophysical Journal International. http://dx.doi.org/10. 1111/j.1365-246X.2008.03910.x.

7. Cotton F., Vergnolle M., Thollon O., Campillo M., Manighetti I., Cotte N., Walpersdorf A., Kostoglodov V., 2008. Comparison of slip distribution of large slow slip events in Guerrero subduction zone. Eos, Transactions, American Geophysical Union 89 (52), Fall Meeting Supplies, Abstract U33A‐0039.

8. Douglas A., Beavan J., Wallace L., Townend J., 2005. Slow slip on the northern Hikurangi subduction interface, New Zea-land. Geophysical Research Letters 32 (16) L16305. http://dx.doi.org/10.1029/2005GL023607.

9. Dragert H., Wang K., James T.S., 2001. A silent slip event on the deeper Cascadia subduction interface. Science 292 (5521), 1525–1528. http://dx.doi.org/10.1126/science.1060152.

10. Dragert H., Wang K., Rogers G., 2004. Geodetic and seismic signatures of episodic tremor and slip in the northern Cascadia subduction zone. Earth, Planets and Space 56 (12), 1143–1150.

11. Fu Y., Freymueller J.T., 2013. Repeated large slow slip events at the southcentral Alaska subduction zone. Earth and Planetary Science Letters 375, 303–311. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2013.05.049.

12. Heki K., Kataoka T., 2008. On the biannually repeating slow-slip events at the Ryukyu Trench, southwestern Japan. Journal of Geophysical Research 113 (B11), B11402. http://dx.doi.org/10.1029/2008JB005739.

13. Heki K., Miyazaki S., Tsuji H., 1997. Silent fault slip following an interpolate thrust earthquake at the Japan Trench. Nature 386 (6625), 595–598. http://dx.doi.org/10.1038/386595a0.

14. Hirose H., Hirahara K., Kimata F., Fujii N., Miyazaki S., 1999. A slow thrust slip event following the two 1996 Hyuganada earthquakes beneath the Bungo Channel, southwest Japan. Geophysical Research Letters 26 (21), 3237–3240. http://dx. doi.org/10.1029/1999GL010999.

15. Hirose H., Matsuzawa T., Kimura T., Kimura H., 2014. The Boso slow slip events in 2007 and 2011 as a driving process for the accompanying earthquake swarm. Geophysical Research Letters 41 (8), 2778–2785. http://dx.doi.org/10.1002/2014 GL059791.

16. Hirose H., Obara K., 2005. Repeating short- and long-term slow slip events with deep tremor activity around the Bungo channel region, southwest Japan. Earth, Planets and Space 57 (10), 961–972.

17. Hirose H., Obara K., 2006. Short-term slow slip and correlated tremor episodes in the Tokai region, central Japan. Geophysical Research Letters 33 (17), L17311. http://dx.doi.org/10.1029/2006GL026579.

18. Hirose H., Obara K., 2010. Recurrence behavior of short-term slow slip and correlated nonvolcanic tremor episodes in western Shikoku, southwest Japan. Journal of Geophysical Research 115 (B6), B00A21. http://dx.doi.org/10.1029/ 2008JB006050.

19. Hsu Y.-J., Simons M., Avouac J.-P., Galetzka J., Sieh K., Chlieh M., Natawidjaja D., Prawirodirdjo L., Bock Y., 2006. Frictional afterslip following the 2005 Nias-Simeulue earthquake, Sumatra. Science 312 (5782), 1921–1926. http://dx.doi. org/10.1126/science.1126960.

20. Hutton W., DeMets C., Sanchez O., Suarez G., Stock J., 2001. Slip kinematics and dynamics during and after the 1995 October 9 Mw=8.0 Colima-Jalisco earthquake, Mexico, from GPS geodetic constraints. Geophysical Journal International 146 (3), 637–658. http://dx.doi.org/10.1046/j.1365-246X.2001.00472.x.

21. Ito Y., Obara K., Matsuzawa T., Maeda T., 2009. Very low frequency earthquakes related to small asperities on the plate boundary interface at the locked to aseismic transition. Journal of Geophysical Research 114 (B11), B00A13. http://dx. doi.org/10.1029/2008JB006036.

22. Jiang Y., Wdowinski S., Dixon T.H., Hackl M., Protti M., Gonzalez V., 2012. Slow slip events in Costa Rica detected by continuous GPS observations, 2002–2011. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 13 (4), Q04006. http://dx.doi.org/10. 1029/2012GC004058.

23. Kawasaki I., Asai Y., Tamura Y., 2001. Space–time distribution of interplate moment release including slow earthquakes and the seismo-geodetic coupling in the Sanriku-oki region along the Japan trench. Tectonophysics 330 (3), 267–283. http://dx.doi.org/10.1016/S0040-1951(00)00245-6.

24. Kawasaki I., Asai Y., Tamura Y., Sagiya T., Mikami N., Okada Y., Sakata M., Kasahara M., 1995. The 1992 Sanriku-Oki, Japan, ultra-slow earthquake. Journal of Physics of the Earth 43 (2), 105–116. http://dx.doi.org/10.4294/jpe1952.43.105.

25. Kostoglodov V., Singh S.K., Santiago J.A., Franco S.I., Larson K.M., Lowry A.R., Bilham R., 2003. A large silent earthquake in the Guerrero seismic gap, Mexico. Geophysical Research Letters 30 (15), 1807. http://dx.doi.org/10.1029/2003GL 017219.

26. La Bonte A.L., Brown K.M., Fialko Y., 2009. Hydrologic detection and finite element modeling of a slow slip event in the Costa Rica prism toe. Journal of Geophysical Research 114 (В4), B00A02. http://dx.doi.org/10.1029/2008JB005806.

27. Larson K.M., Lowry A.R., Kostoglodov V., Hutton W., Sánchez O., Hudnut K., Suárez G., 2004. Crustal deformation measurements in Guerrero, Mexico. Journal of Geophysical Research 109 (В4), B04409. http://dx.doi.org/10.1029/2003JB 002843.

28. Linde A.T., Gladwin M.T., Johnston M.J.S., Gwyther R.L., Bilham R.G., 1996. A slow earthquake sequence on the San An-dreas fault. Nature 383 (6595), 65–68. http://dx.doi.org/10.1038/383065a0.

29. Maeda T., Obara K., 2009. Spatiotemporal distribution of seismic energy radiation from low-frequency tremor in western Shikoku, Japan. Journal of Geophysical Research 114 (В10), B00A09. http://dx.doi.org/10.1029/2008JB006043.

30. Matsubara M., Yagi Y., Obara K., 2005. Plate boundary slip associated with the 2003 Off-Tokachi earthquake based on small repeating earthquakes. Geophysical Research Letters 32 (8), L08316. http://dx.doi.org/10.1029/2004GL022310.

31. Melbourne T.I., Webb F.H., Stock J.M., Reigber C., 2002. Rapid postseismic transients in subduction zones from continuous GPS. Journal of Geophysical Research 107 (B10), 2241. http://dx.doi.org/10.1029/2001JB000555.

32. Miyazaki S., McGuire J.J., Segall P., 2003. A transient subduction zone slip episode in southwest Japan observed by the nationwide GPS array. Journal of Geophysical Research 108 (B2), 2087. http://dx.doi.org/10.1029/2001JB000456.

33. Miyazaki S., Segall P., Mc Guire J.J., Kato T., Hatanaka Y., 2006. Spatial and temporal evolution of stress and slip rate during the 2000 Tokai slow earthquake. Journal of Geophysical Research 111 (В3), B03409. http://dx.doi.org/10.1029/ 2004JB003426.

34. Montgomery-Brown E.K., Segall P., Miklius A., 2009. Kilauea slow slip events: Identification, source inversions, and relation to seismicity. Journal of Geophysical Research 114 (В6), B00A03. http://dx.doi.org/10.1029/2008JB006074.

35. Nakagawa Y., Harada S., Kawasaki I., Sagiya T., 2000. A preliminary report on February, 1999, silent earthquake off Boso Peninsula, central Japan, as revealed by GEONET. Abstracts of the Joint Meeting for Earth and Planetary Science, Da-009.

36. Obara K., Hirose H., 2006. Non-volcanic deep lowfrequency tremors accompanying slow slips in the southwest Japan sub-duction zone. Tectonophysics 417 (1–2), 33–51. http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2005.04.013.

37. Obara K., Hirose H., Yamamizu F., Kasahara K., 2004. Episodic slow slip events accompanied by non-volcanic tremors in southwest Japan subduction zone. Geophysical Research Letters 31 (23), L23602. http://dx.doi.org/10.1029/2004GL 020848.

38. Ohta Y., Freymueller J.T., Hreinsdóttir S., Suito H., 2006. A large slow slip event and the depth of the seismogenic zone in the south central Alaska subduction zone. Earth and Planetary Science Letters 247 (1–2), 108–116. http://dx.doi.org/10. 1016/j.epsl.2006.05.013.

39. Outerbridge K.C., Dixon T.H., Schwartz S.Y., Walter J I., Protti M., Gonzalez V., Biggs J., Thorwart M., Rabbel W., 2010. A tremor and slip event on the Cocos-Caribbean subduction zone as measured by a global positioning system (GPS) and seismic network on the Nicoya Peninsula, Costa Rica. Journal of Geophysical Research 115 (В10), B10408. http://dx.doi.org/10.1029/2009JB006845.

40. Ozawa S., Miyazaki S., Hatanaka Y., Imakiire T., Kaidzu M., Murakami M., 2003. Characteristic silent earthquakes in the eastern part of the Boso Peninsula, central Japan. Geophysical Research Letters 30 (6), 1283. http://dx.doi.org/10.1029/ 2002GL016665.

41. Ozawa S., Suito H., Imakiire T., Murakmi M., 2007. Spatiotemporal evolution of aseismic interplate slip between 1996 and 1998 and between 2002 and 2004, in Bungo channel, southwest Japan. Journal of Geophysical Research 112 (В5), B05409. http://dx.doi.org/10.1029/2006JB004643.

42. Ozawa S., Yarai H., Imakiire T., Tobita M., 2013. Spatial and temporal evolution of the long-term slow slip in the Bungo Channel, Japan. Earth, Planets and Space 65 (2), 67–73. http://dx.doi.org/10.5047/eps.2012.06.009.

43. Radiguet M., Cotton F., Vergnolle M., Campillo M., Walpersdorf A., Cotte N., Kostoglodov V., 2012. Slow slip events and strain accumulation in the Guerrero gap, Mexico. Journal of Geophysical Research 117 (В4), B04305. http://dx.doi.org/ 10.1029/2011JB008801.

44. Sagiya T., 2004. Interplate Coupling in the Kanto District, Central Japan, and the Boso Peninsula Silent Earthquake in May 1996. Pure and Applied Geophysics 161 (11–12), 2327–2342. http://dx.doi.org/10.1007/s00024-004-2566-6.

45. Sato T., Imanishi K., Kato N., Sagiya T., 2004. Detection of a slow slip event from small signal in GPS data. Geophysical Research Letters 31 (5), L05606, http://dx.doi.org/10.1029/2004GL019514.

46. Schmidt D., 2006. The 2005 Cascadia ETS event inferred from PBO tensor strainmeters and GPS. Eos, Transactions, Ameri-can Geophysical Union 87 (52), Fall Meeting Supplies, Abstract T41A–1545.

47. Schmidt D.A., Gao H., 2010. Source parameters and time‐dependent slip distributions of slow slip events on the Cascadia subduction zone from 1998 to 2008. Journal of Geophysical Research 115 (В4), B00A18. http://dx.doi.org/10.1029/2008 JB006045.

48. Segall P., Desmarais E.K., Shelly D., Miklius A., Cervelli P., 2006. Earthquakes triggered by silent slip events on Kilauea volcano, Hawaii. Nature 442 (7098), 71–74. http://dx.doi.org/10.1038/nature04938.

49. Shelly D.R., Beroza G.C., Ide S., 2007. Complex evolution of transient slip derived from precise tremor locations in western Shikoku, Japan. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 8 (10), Q10014. http://dx.doi.org/10.1029/2007GC001640.

50. Subarya C., Chlieh M., Prawirodirdjo L., Avouac J.-P., Bock Y., Sieh K., Meltzner A.J., Natawidjaja D.H., McCaffrey R., 2006. Plate-boundary deformation associated with the great Sumatra-Andaman earthquake. Nature 440 (7080), 46–51. http://dx.doi.org/10.1038/nature04522.

51. Szeliga W., Melbourne T., Miller M., Santillian V., 2004. Southern Cascadia episodic slow earthquakes. Geophysical Research Letters 31 (16), L16602. http://dx.doi.org/10.1029/2004GL020824.

52. Ueda H., Ohtake M., Sato H., 2001. Afterslip of the plate interface following the 1978 Miyagi–Oki, Japan, earthquake, as revealed from geodetic measurement data. Tectonophysics 338 (1), 45–57. http://dx.doi.org/10.1016/S0040-1951(01) 00121-4.

53. Wallace L.M., Barnes P., Beavan J., Van Dissen R., Litchfield N., Mountjoy J., Langridge R., Lamarche G., Pondard N., 2012. The kinematics of a transition from subduction to strike-slip: An example from the central New Zealand plate boundary. Journal of Geophysical Research 117 (B2), B02405. http://dx.doi.org/10.1029/2011JB008640.

54. Wallace L.M., Beavan J., 2006. A large slow slip event on the central Hikurangi subduction interface beneath the Manawatu region, North Island, New Zealand. Geophysical Research Letters 33 (11), L11301. http://dx.doi.org/10.1029/2006 GL026009.

55. Wallace L.M., Beavan J., 2010. Diverse slow slip behavior at the Hikurangi subduction margin, New Zealand. Journal of Geophysical Research 115 (B12), B12402. http://dx.doi.org/10.1029/2010JB007717.

56. Wei M., McGuire J.J., Richardson E., 2012. A slow slip event in the south central Alaska subduction zone and related seismicity anomaly. Geophysical Research Letters 39 (15), L15309. http://dx.doi.org/10.1029/2012GL052351.