Механизм землетрясений в Японии и близрасположенных районах

В Японии многие сейсмологи занимались статистическим анализом данных о механизме японских землетрясений, пользуясь обширными и надежными данными, которые были накоплены за последнее десятилетие, а также результатами геологических и геодезических исследований. В настоящей статье рассматривается общий характер напряжений, вызывающих сильные землетрясения в Японии и вблизи нее. Кроме того, описаны результаты недавно проведенного анализа системы напряжений, порождающих неглубокие и очень мелкофокусные землетрясения в центральной и юго-западной Японии.

По данным близких и удаленных станций получено более 150 решений, определяющих нодальные плоскости для сильных землетрясений с эпицентрами в Японии и вблизи нее. Результаты статистического анализа этих данных уже были кратко описаны [4, 2].

Направления сжатий, вызывающих землетрясения, в целом ориентированы закономерно. Говоря точнее, направления сжатий для очагов, находящихся в верхней мантии, примерно перпендикулярны простиранию зоны глубоких и промежуточных землетрясений (фиг. 1), а направления сжатий для очагов, находящихся в коре и несколько ниже ее подошвы, примерно параллельны общему простиранию островных дуг в центральной и юго-западной Японии и перпендикулярны островной дуге северной Японии.

Примечательно, что уклон осей сжатия закономерно изменяется при возрастании глубины очага: для землетрясений, происходящих в коре, оси сжатия горизонтальны; для самых верхних горизонтов мантии они полого падают от острова Хонсю в сторону океана, будучи примерно перпендикулярны области, где расположены очаги этого уровня. Наконец, оси сжатий глубоких землетрясений примерно параллельны области расположения соответствующих очагов.

Направления растяжений, порождающих землетрясения в верхней мантии, не отличаются такой пространственной упорядоченностью, как направления сжатий. Однако в целом направления растяжений каждой сейсмичной зоны, по-видимому, лежат в некоторой специфичной для этой зоны плоскости.

Эти данные хорошо согласуются с выводами, к которым пришел Аки [1] на основании статистического анализа слабых землетрясений, происходящих в течение коротких интервалов времени.


В северной Японии большая часть землетрясений приурочена к самым верхним горизонтам мантии. В центральной и юго-западной Японии многие землетрясения происходят в коре; неглубокие, но находящиеся ниже коры очаги приурочены там к нескольким небольшим районам: к юго-восточной части округа Кванто в центральной Японии, к полуострову Кии и к району между островом Сикоку и островом Кюсю на юго-западе.

Для большинства землетрясений южной Японии нодальные линии волн Р образуют на поверхности две прямые, перпендикулярные друг другу. Это позволяет считать, что направления растяжений и сжатий там параллельны земной поверхности и взаимно перпендикулярны. В северной же Японии картина распространения волн Р на поверхности Земли, как правило, сложнее, поскольку землетрясения созданы там системой сжатий и растяжений, оси которых не всегда параллельны поверхности Земли.

Представляется целесообразным более подробно описать структуру напряжений для очень мелкофокусных (происходящих в коре) землетрясений в связи с имеющимися геологическими и геодезическими данными. Для этого параметры нодальных плоскостей для 247 землетрясений, произошедших на юго-западе Японии в 1926—1962 гг., были сопоставлены с результатами геологических и геодезических исследований.

В центральной и юго-западной Японии направления сжатий, связанных с очень мелкофокусными землетрясениями, в целом ориентированы незакономерно, хотя в пределах каждого округа они обычно параллельны друг другу (фиг. 2). Правда, в округе Цубу они ориентированы довольно беспорядочно. В районе между островами Сикоку и Кюсю направления сжатий, связанные с очагами в коре и верхней мантии, почти перпендикулярны направлениям сжатия в прилегающих районах. Эту особенность удается удовлетворительно объяснить, учитывая характер геологических структур.

В юго-западной Японии направления сжатий для землетрясений 1926—1944 гг. в основном параллельны дуге Хонсю (если исключить район между Сикоку и Кюсю и восточную часть Сикоку). В центральной и восточной части округа Цубу сжатия на первый взгляд ориентированы беспорядочно. Тем не менее они примерно параллельны либо дуге Хонсю, либо Идзу-Бонинской, пересекающим этот округ. Специфические направления сжатий в районе между Сикоку и Кюсю, вероятно, связаны с дугой Рюкю (фиг. 3).


Направления сжатий в очагах восточной части Сикоку изменяются, но это можно объяснить воздействием напряжений, созданных катастрофическим землетрясением Нанкайдо 1946 г. Фактически, после катастрофы азимуты осей сжатия у местных толчков изменились почти на 90°. Однако здесь все же преобладают направления, приблизительно параллельные дуге Хонсю и господствующим направлениям сжатия в соседних районах.

Кроме того, направления сжатий хорошо согласуются с геодезическими данными; в большей части районов центральной и юго-западной Японии общая ориентировка направлений сжатия близка к направлениям минимальной главной оси деформации грунта (направлению сжатий), рассчитанным Касахара и Сугимура [5] по данным повторных триангуляций.

Для трех районов с мелкими очагами в верхах мантии, о которых говорилось выше, данные о направлениях сжатий у многих местных очагов почти точно согласуются с результатами статистического анализа параметров нодальных плоскостей сильных землетрясений. Однако уклоны и направления осей сжатия этих очагов менее упорядочены, чем у очень мелкофокусных и глубоких землетрясений.

Особый интерес представляет тот факт, что оси сжатий района между Сикоку и Кюсю ориентированы в меридиональном направлении. В этом же направлении ориентированы здесь и минимальные главные оси деформаций грунта; таково же общее простирание островной дуги Рюкю, если ее продолжить через этот район. Указанное направление перпендикулярно преобладающим направлениям сжатий в соседних районах. Таким образом, в пределах этой территории движения и коры, и верхних горизонтов .мантии тесно связаны с одной и той же системой сил.

Начиная с августа 1965 г. на сравнительно небольшой территории, в пределах которой расположена сейсмическая станция Мацусиро (северная часть округа Цубу, центральная Япония), отмечалось большое число толчков с глубиной очага в несколько километров. В связи с этим там проводились сейсмические, геологические и геодезические наблюдения с целью установить причины наблюдавшегося роя землетрясений.

Данные, полученные постоянной и временно установленной сетью приборов, ясно показали, что зоны разрежения и сжатия волн Р от этих толчков разделены двумя взаимно перпендикулярными прямыми и что поляризация первых вступлений волн S согласуется с моделью очага типа 2 (две пары сил).


При этом был определен механизм более чем 200 толчков с магнитудой 3 и выше. Полученные решения указывают на сжатие в широтном направлении, что согласуется с преобладающим направлением сжатия при землетрясениях, происходивших здесь ранее.

Указанное направление очень хорошо согласуется с минимальной главной осью деформаций грунта, определенной по геодезическим данным. Анализ результатов триангуляционной съемки указывает на сдвиговые смещения, сопутствовавшие рою землетрясений. Простирание разлома (примерно северо-запад — юго-восток) совпадает с одной из нодальных линий, определенной по сейсмическим данным.

Пространственное расположение эпицентров этого роя еще не объяснено. С августа 1965 г. по август 1966 г. эпицентры толчков были приурочены к округлой территории диаметром несколько километров. После сентября 1966 г. эпицентральная область стала расширяться в северо-восточном — юго-западном направлениях, что не совпадает с простиранием разлома, выявленного геодезическими измерениями (фиг. 4).

Конфигурация направлений сжатия образует упорядоченную структуру независимо от времени землетрясений и от их магнитуды. Это наводит на мысль о существовании в коре и верхней мантии устойчивого поля напряжений, которое может быть создано силами сжатия.

Итак, преобладающие направления сжатий хорошо согласуются с геодезическими и геотектоническими данными. Резкое, специфическое изменение структуры сжатия во время катастрофического землетрясения в Нанкайдо 1946 г. (М = 8,1) и возникновение роя землетрясений на узкой и строго локализованной территории в округе Цубу можно объяснить действием сил сжатия.