Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

XIX.G.102

Модель поверхности разрыва Хубсугульского землетрясения 12.01.2021 по данным спутниковой радарной интерферометрии

Тимошкина Е.П. (1), Михайлов В.О. (1,2), Смирнов В.Б. (2,1), Волкова М.С. (1), Хайретдинов С.А. (1), Дмитриев П.Н. (1)
(1) Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Москва, Россия
(2) МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет, Москва, Россия
Впервые по данным спутниковой радарной интерферометрии построена модель поверхности разрыва землетрясения, произошедшего 12.01.2021 г под озером Хубсугул (МНР). Эпицентр этого землетрясение магнитудой Mw = 6.8 находился под северной частью озера Хубсугул в точке с координатами 51.31 СШ и 100.39 ВД (по данным Геологической службы США, https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/ eventpage/ us6000d7ix/finite-fault). Хубсугульская впадина, в которой находится озеро, вытянута с юга на север примерно на 125 км, ее ширина меняется от 15 до 30 км. Впадина представляет собой полуграбен с крутым западным и более пологим восточным бортом. С севера от Хубсугульской впадины расположена субширотная система Тункинских впадин, которая является юго-западным продолжением Байкальской рифтовой зоны.
Относительно положения главного Хубсугульского разлома, на котором произошло землетрясение, существуют различные мнения. Например, согласно работам (Лунина, Гладков, 2004, Delvaux et al, 1997, Мельникова и др., 2014) разлом проходит вдоль западного берега озера и имеет в его северной части простирание С-СВ. Согласно (Бачманов., Кожурин, Трифонов. 2017, Саньков, Парфеевец 2020) в северной части озера зона главного разлома поворачивает на северо-запад, при этом также выявляется целая система оперяющих разломов СВ простирания. Согласно работе (Ключевский и др., 2017) главный разлом имеет простирание ССЗ, падение на восток, был активен в четвертичное время. Разлом находится в зоне возникновения очагов землетрясений (ВОЗ) с магнитудой M=7, однако, при общей протяженности разлома в 200 км, его сейсмогенная часть оценена всего в 7 км (Ключевский и др., 2017), т.е. существенных сейсмических событий на нем не ожидалось.
Район озера Хубсугул характеризуется слабой современной сейсмической активностью. Максимальные события за последние десятилетия были землетрясения 6 апреля 1985 с Mw=4.8 (Радзиминович и др., 2016) и 5 декабря 2014 г. с магнитудой от 4,3–4,7 (Добрынина и др., 2017) до 4.9 ((Мельникова и др., 2014), сайт USGS).
Имеющиеся модели очага для землетрясений 1985 и 2014 годов не позволяют уточнить положение разрывов и оценить их сейсмическую активность. Данные о глубинном строении региона также весьма фрагментарны. Землетрясение 12 января 2021 года имело магнитуду Mw=6.8, что существенно больше зарегистрированных ранее землетрясений в этой области. Большая магнитуда землетрясения позволила сейсмологам более уверенно определить положение нодальных плоскостей. Наличие данных спутниковой радарной интерферометрии о поле деформаций на земной поверхности позволяет независимо восстановить геометрию поверхности разрыва и оценить поле смещений на ней (Михайлов и др., 2010, 2020). Тем самым, спутниковые и сейсмологические данные дополняют друг друга, позволяют уточнить положение активных разломов и их сейсмический потенциал, что определяет актуальность выполненного исследования.
Для оценки смещений земной поверхности в результате землетрясения был применен метод дифференциальной интерферометрии DInSAR, основанный на анализе пары снимков, выполненных радаром с синтезированной апертурой (РСА – интерферометрия) спутником Сентинель 1В. Для устранения влияния топографии использована цифровая модель рельефа SRTM, обработка снимков выполнена в пакете SNAP, разработанном Европейским космическим агентством ESA. Для ослабления влияния мешающих факторов (аппаратурные шумы, горный рельеф и природные ландшафты, плохо отражающие радарный сигнал), было применено осреднение по пространству. В результате исходный размер элемента разрешения на поверхности равный для спутников Сентинель 13.9 м вдоль орбиты и 2.33 м в перпендикулярном направлении был увеличен до размера 9.32*13.9 м. Согласно спутниковым данным смещения на берегах озера в результате землетрясения в направлении на спутник имеют амплитуду от -21 до 6 см.
Далее была решена обратная задача: определить поле смещений на поверхности разрыва заданной конфигурации, так, чтобы среднеквадратическое отклонение расчетных и измеренных смещений в направлении на спутник было минимально. Для этого использовано решение задачи теории упругости о поле смещений на поверхности сферической радиально расслоенной планеты в результате смещений на расположенной внутри нее прямоугольной площадке (Pollitz, 1996).
Полученная в результате решения обратной задачи поверхность разрыва ориентирована вдоль разлома северо-западного простирания и кроме сброса, включает и правостороннюю сдвиговую компоненту, что соответствует данным работы (Аржанкова и др., 2003). Это решение существенно отличается от модели поверхности разрыва, приведенной на сайте USGS , но лучше соответствует наземным и спутниковым данным.
Полученные результаты позволяют заключить, что разрыв Хубсугульского землетрясения 12.01.2021 г. имеет северо-восточное простирание, что соответствует схемам, предложенным в работах (Бачманов., Кожурин, Трифонов. 2017, Саньков, Парфеевец 2020). Разлом наклонен на северо-восток и смещения на нем имели как сбросовую, так и правосдвиговую компоненту. Простирание, угол падения и угол подвижки близки к параметрам одной из нодальных плоскостей GCMT решения. Сейсмический момент, рассчитанный при значении модуля сдвига 32 ГПа по полученным нами параметрам площадки разрыва и смещению на ней, составил 1.64*10^19 Н*м, что близко к оценкам USGS и GCMT (https://www.globalcmt.org), полученным по сейсмологическим данным. Мы выполнили моделирование также с углом простирания плоскости равным 236 градусов, использованным в модели USGS, но это решение хуже соответствует данным радарной спутниковой интерферометрии.
Вероятно, что главный разлом является листрическим сбросом и постепенно выполаживается с глубиной. В этом случае землетрясения 1985 и 2014 годов могут быть отнесены к глубинной части главного разлома и, следовательно, можно полагать, что они в некоторой степени подготовили событие 12 января 2021 г. По крайней мере, одна из двух нодальных плоскостей, определенных для землетрясения 2014 г USGS, хорошо согласуется с параметрами полученного нами решения.
Приведенная в работе (Ключевский и др., 2017) оценка сейсмогенной части разлома в 7 км не соответствует величине произошедшего землетрясения. Размер очага по реконструкции смещений в очаге, представленной на сайте USGS и выполненной по сейсмическим данным, составляет около 20 км, что соответствует оценке размера очага землетрясения с магнитудой 6.8 по статистическим соотношениям (формула Садовского (Садовский и др., 1983) дает для М6.8 размер очага 21 км). Оценка протяженности разрыва в 26 км, полученная по данным спутниковой радарной интерферометрии, подтверждает сейсмологические оценки.
Хорошее согласие спутниковых оценок размера очага Хубсугульского землетрясения 12 января 2021 г. с сейсмологическими оценками позволяет уверенно говорить о том, что приведенная в работе (Ключевский и др., 2017) оценка сейсмогенной части Хубсугульского разлома в 7 км должна быть пересмотрена в сторону увеличения. И хотя вопрос о соотношении длины разрыва и сейсмогенной области разлома не является однозначным (Кочарян, 2016), но в данном случае выполненный анализ показывает, что размер сейсмогенной части Хубсугульского разлома должен быть увеличен в несколько раз.
Исследование выполнено в рамках Госзадания ИФЗ РАН тема 0144-2019-0016 и при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова «Фундаментальные и прикладные исследования космоса».

Ключевые слова: Хубсугульское землетрясение, радарная спутниковая интерферометрия, модель поверхности разрыва
Литература:
  1. Аржанникова А. В., Парфеевец А. В., Саньков В. А., Мирошниченко А. И. Позднекайнозойская кинематика активных разломов Хубсугульской впадины (юго-западный фланг Байкальской рифтовой системы) // Геология и геофизика. 2003. т. 44. №11. с. 1202-1224.
  2. Бачманов Д.М., Кожурин А.И., Трифонов В.Г. База данных активных разломов Евразии // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. с. 711-736.
  3. Добрынина А. А., Саньков В. А., Чечельницкий В. В., Цыдыпова Л. Р., Герман В. И. Сейсмоакустические эффекты Хубсугульского землетрясения 5 декабря 2014 г. с Mw= 4,9 // Доклады Академии наук. 2017. т. 477. № 6. с. 711–715
  4. Ключевский А. В., Демьянович В. М., Дэмбэрэл С., Баяр Г. Комплексный анализ сейсмичности и сильных землетрясений территории Монголии (раздел 1.6, с. 68-92) // В кн.: Опасные геологические процессы и прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного характера на территории Центральной Монголии. Отв. Ред. Д.П. Гладкочуб. 2017. Иркутск. 331 с.
  5. Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: Геос. 2016. 424 с.
  6. Лунина О. В., Гладков А. С. Разломная структура и поля напряжений западной части Тункинского рифта (юго-западный фланг Байкальской рифтовой зоны) //Геология и геофизика. 2004. Т. 45. №. 10. с. 1235-1247.
  7. Мельникова В. И., Гилёва Н. А., Середкина А. И., Радзиминович Я. Б. Сильные земле-трясения юго-западного фланга Байкальского рифта в 2014 г.: Урикское 1 ноября с КР= 13.6, MW= 4.6, I0= 7-8 и Хубсугульское 5 декабря с КР= 13.9, Mw= 4.9, I0= 7-8 // Землетрясения Северной Евразии. 2014. вып. 23. с. 350-363.
  8. Михайлов В.О., Назарян А.Н., Смирнов В.Б., Диаман М., Шапиро Н.М., Киселева Е.А., Тихоцкий С.А., Поляков С.А., Смольянинова Е.И., Тимошкина Е.П. Совместная интерпретация данных дифференциальной спутниковой интерферометрии и GPS на примере Алтайского (Чуйского) землетрясения 27.09.2003 г // Физика Земли. 2010. № 2. С. 3-16.
  9. Михайлов В.О., Тимошкина Е.П., Смирнов В.Б., Хайретдинов С.А., Дмитриев П.Н. К вопросу о природе постсейсмических деформационных процессов в районе землетрясения Мауле, Чили, 27.02.2010 г // Физика Земли. 2020. № 6. С. 38-47.
  10. Радзиминович Н. А., Баяр Г., Мирошниченко А. И., Дэмбэрэл С., Ульзибат М., Ганзо-риг Д., Лухнев А. В. Механизмы очагов землетрясений и поле напряжений Монголии и прилегающих территорий // Geodynamics & Tectonophysics. 2016. v. 7 (1). P. 23–38. http://dx.doi.org/10.5800/GT-2016-7-1-0195.
  11. Садовский М. А., Писаренко В. Ф., Штейнберг В. В. О зависимости энергии землетрясения от объема сейсмического очага // Докл. АН СССР. 1983. Т. 271. № 3. С. 598-602.
  12. Саньков В. А., Парфеевец А. В. Кайнозойское напряженное состояние земной коры Монголии по геолого-структурным данным (обзор) // Геодинамика и тектонофизика. 2020. Т. 11. №. 4. с. 722-742.
  13. Delvaux D., Moeys R., Stapel G., Petit C., Levi K., Miroshnichenko A., Ruzhich V., San'kov V. Paleostress reconstructions and geodynamics of the Baikal region, central Asia, Part 2. Cenozoic rifting // Tectonophysics. 1997. v. 282(1-4). pp.1-38.
  14. Pollitz F.F. Coseismic deformation from earthquake faulting on a layered spherical Earth. // Geophys. J. Int. 1996. V. 125. P. 1-14.

Дистанционные методы в геологии и геофизике

331