Изучение временных вариаций тектонических напряжений в афтершоковый период землетрясений Тохоку (2011) методами численного моделирования

Участники:
Погорелов Виталий Викторович, к.ф.-м.н., ученый сектерать ИФЗ РАН (руководитель)
Алексеев Роман Сергеевич, н.с.
Маринин Антон Витальевич, к.г.-м.н.,с.н.с.
Романюк Татьяна Валентиновна, д.ф.-м.н., г.н.с.,
Ребецкий Юрий Леонидович, д.ф.-м.н., г.н.с.,
Мягков Дмитрий Сергеевич, н.с., асп.

Аннотация:
Проект посвящен исследованию процессов изменения напряженно- деформированного состояния в процессе формирования очаговой области землетрясения Тохоку (2011), его изменения в результате этого сильнейшего землетрясения и на стадии афтершоков. В ходе проекта предполагалось объяснить уникальную особенность напряженного состояния земной коры в этом регионе - изменение ориентировки главных осей напряжений в ходе их релаксации. Особое внимание уделено рассмотрению наиболее вероятных источников энергии, определивших подобное изменение.
Для достижения данной цели выполнен тектонофизический анализ напряженно-деформированного состояния земной коры в районе очаговой области мега-землетрясения Тохоку (2011) и простроен ряд расчетных моделей с использованием прогрессивной технологии численного моделирования, разрабатываемой научным коллективом под руководством Ю.П. Стефанова (ИНГГ СО РАН, ИФПМ СО РАН).
Численное моделирование на тестовом разрезе, секущем глубоководный желоб и островную дугу в районе очаговой области землетрясения Тохоку в упруго-пластической постановке позволило исследовать механизм генерации напряжений в островной дуге активной континентальной окраины. Предварительный анализ моделей нагружения показал, что модели, в которых в качестве основного механизма формирования напряжений рассматривается мелкомасштабная конвекция вместе с процессами эрозии островной дуги и осадконакопления в желобе формирует напряжённое состояние, которое лучше соответствует закономерностям напряженного состояния, выявленным по результатам тектонофизического анализа. В моделях латерального сжатия основные сжимающие напряжения полностью вовлекают утоненную океаническую кору в процесс деформирования, при этом практически не передавая воздействия на морфоструктуры островной дуги.
В качестве источника нового механизма передачи напряжений также была рассмотрена развиваемая Ю.Л. Ребецким гипотеза о возможности создания и горизонтального сжатия посредством «тангенциальных массовых сил» и отдельно исследовался вопрос о влиянии эрозионного фактора. Выполненное моделирование формирования напряжённого состояния, непосредственно предшествовавшего событию, позволило детальнее изучить геодинамику зоны субдукции с позиций её тектонофизического проявления, что делает результаты моделирования более эмпирически обоснованными и может предоставить дополнительную информацию для прогнозирования сейсмической опасности в рассматриваемом регионе.
На завершающей стадии проекта с использованием концептуальной модели разрыва, эквивалентного очагу землетрясения Тохоку [Ребецкий, 2018] созданы расчетные модели и проведены тестовые расчеты косейсмического напряженно-деформированного состояния модели для разных вариантов внешнего нагружения. В завершение исследований предложена модель нагружения, которая, как нам представляется качественно объясняет заявленную уникальную особенность напряженного состояния земной коры в этом регионе - изменение ориентировки главных осей напряжений в ходе их релаксации.