КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-27-00599

НазваниеВыяснение природы и получение количественных характеристик современных геодинамических процессов и явлений, наблюдаемых в северо-западной части Тихоокеанской зоны субдукции, по данным ГНСС-наблюдений

РуководительШестаков Николай Владимирович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет", Приморский край

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-410 - Современная геодинамика, моделирование геодинамических процессов

Ключевые словаГНСС-сети, зона субдукции, Охотоморский регион, взаимодействие литосферных плит и блоков земной коры, сцепление литосферных плит, глубокофокусные землетрясения, постсейсмические движения земной коры, численное моделирование, реологическое строение

Код ГРНТИ37.31.31


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Северо-западная часть Тихоокеанской зоны субдукции является одним из наиболее активных и, в тоже время, малоисследованных в геодинамическом отношении регионов Мира. В этом районе происходит взаимодействие крупнейших Тихоокеанской, Северо-Американской и Евроазиатской литосферных плит, а также предполагаемой Охотоморской микроплиты, что выражается в его высокой тектонической, сейсмической и вулканической активности. В регионе действуют российские и японские сети ГНСС-, сейсмических и других видов геофизических наблюдений. В 2006-2007 гг. в регионе произошла серия мощных Симуширских землетрясений (Mw>8). Южная часть региона претерпела влияние катастрофического землетрясения Тохоку 2011 года, Mw 9.1, а в 2013 году к западу от полуострова Камчатка произошло сильнейшее глубокофокусное Охотоморское землетрясение, Mw 8.3. С 2013 года ГНСС-методами в регионе наблюдаются качественные и количественные изменения характера современных движений и деформаций земной коры. Сам факт существования, природа, взаимосвязь с источником и механизм генерации этих изменений до сих пор окончательно не выяснены и нуждаются в тщательном исследовании. Реализация данного проекта впервые позволит "заглянуть внутрь" взаимосвязей между наблюдаемыми изменениями величин и характера современных движений и деформаций земной коры, степенью сцепления литосферных плит и блоков земной коры, параметрами их вращения и конкретными глубоко- и среднефокусными сейсмическими событиями.

Ожидаемые результаты
1) Получение наиболее полных рядов изменений высокоточных пространственных координат пунктов ГНСС-сетей и расчет на их основе полей скоростей и деформаций земной коры всего исследуемого региона в различные периоды времени в пределах последних двух десятилетий. До сих пор такой комплексный анализ для всего региона не проводился. Эта информация - основа для широкого спектра геофизических, геологических, сейсмологических и других видов исследований, включая и настоящий проект, а также прикладных работ, например, картографо-геодезических и инженерно-изыскательских. 2) Получение новых оценок изменения степени сцепления литосферных плит в Курило-Камчатском регионе, а также расчет вклада каплинга в характеристики современных движений земной коры на удалении от сотен до тысячи км от зоны субдукции. Величина каплинга (сцепления) - один из фундаментальных параметров, контролирующих геодинамические процессы в зоне субдукции, включая генерацию разрушительных землетрясений, часть из которых сопровождается цунами. Исследование его изменений в пространстве и во времени является важной научной и прикладной задачей, т.к. позволяет продвинуться не только в понимании природы и механизмов различных геодинамических процессов, происходящих в исследуемом регионе и сопредельных территориях, но и оценивать и прогнозировать уровень сейсмической опасности территории. 3) Определение качественных и количественных характеристик изменений движений земной коры после сильнейшего глубокофокусного Охотоморского землетрясения 24.05.2013г., Mw 8.3 и Жупановского землетрясения 30.01.2016 года, Mw 7.2, H = 178 км. Поиск и моделирование источника и механизмов этих смещений. Экспериментальное доказательство самого факта существования таких изменений дает значительный вклад в современную теорию сейсмического процесса, поскольку какие-либо постсейсмические изменения характеристик движений и деформаций земной коры в настоящее время известны только для сильных коровых землетрясений с Mw > 5.5. Исследование природы и механизмов генерации таких изменений, возможно, приведет к пересмотру существующих представлений о процессах, происходящих в верхней мантии и астеносфере и роли в них глубокофокусных землетрясений. 4) Получение уточненных параметров вращения и положения границ предполагаемой Охотоморской микроплиты. Выделение и определение параметров вращения Охотоморской микроплиты до сих пор является предметом исследования. Предлагаемое в настоящем проекте объединение российских и японских ГНСС-данных позволит получить качественно и количественно новые результаты по данному вопросу. Корректное определение границ микроплиты имеет важное значение для оценки положения зон возможных очагов землетрясений на территории о. Сахалин, о. Хоккайдо и акватории Японского моря.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Cобраны, систематизированы, обработаны и предварительно проанализированы данные непрерывных многолетних наблюдений различных ГНСС-сетей, пункты которых расположены на Дальнем Востоке России и сопредельных территориях. В числе российских сетей использовались результаты наблюдений на пунктах Камчатской геодинамической сети, комплексной геодинамической ГНСС-сети ДВО РАН и ДВФУ, фундаментальной астрономо-геодезической сети Российской Федерации. Также были собраны, систематизированы, обработаны и проанализированы ряды непрерывных ГНСС-наблюдений, полученные на пунктах японской сети GEONET, ГНСС-сети, охватывающей Алеутские острова и полуостров Аляска, ГНСС-сетей расположенных Южной Америке (Венесуэлла, северо-восточное побережье; Чили, западное побережье). Основная цель анализа данных этих сетей - поиск геодинамических проявлений среднефокусных землетрясений с магнитудами, превышающими 6.9 и глубиной очага от 100 до 300 километров, аналогичных сейсмическим событиям происходящим в исследуемом Охотоморском регионе. В исследуемом регионе в системе координат IGb14 получены уточненные оценки скоростей вековых смещений пунктов ГНСС-наблюдений, характеристики их сезонных вариаций и величины косейсмических смещений. Получены оценки изменения скоростей движений пунктов ГНСС-сетей на полуострове Камчатка, о. Сахалин и западном побережье Охотского моря после глубокофокусного Охотоморского землетрясения 24.05.2013г., Н ≈ 600 км, Mw = 8.3 и Жупановского среднефокусного землетрясения 30.01.2016, Н ≈ 180 км, Mw = 7.2. Обнаружены изменения постсейсмических скоростей для пяти других среднефокусных сейсмических событий, расположенных в других регионах Мира. Изучен вопрос о влиянии сильных сейсмических событий на современные движения земной коры о. Сахалин. По результатам ГНСС-наблюдений, выполненных за последние три десятилетия показано, что удаленные мощные коровые землетрясения с Mw ≥ 8 способны инициировать значимые (до нескольких см) косейсмические смещения земной поверхности на о. Сахалин и прилегающей к нему части континента. Значимые планово-высотные косейсмические смещения острова могут генерировать и сильные глубокофокусные землетрясения с Mw > 8 и H > 500 км, эпицентр которых удален на сотни километров от о. Сахалин, а также среднефокусные сейсмические события с Mw> 7 и 100 ≤ H ≤ 200 км, происходящие вблизи острова. Кумулятивные (накопленные) плановые косейсмические смещения всей поверхности острова оцениваются величиной превышающей 2 см. Полученные оценки косейсмических смещений литосферы в районе о. Сахалин и методика их получения могут быть использованы для оценки напряженно-деформированного состояния геосреды исследуемого региона, повышения точности и надежности ГНСС-наблюдений на пунктах фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), расположенных на о. Сахалин, а также проектирования и эксплуатации протяженных линейных объектов (нефте- и газопроводов) и другой инфраструктуры Сахалинского шельфа. По предварительным оценкам, движение ГНСС-пунктов после 2013 года, расположенных в южной и западной части Охотоморского региона в п. Тымовское (TYMV, сеть ДВО РАН - ДВФУ) и г. Оха (OKHB, сеть ДВО РАН - ДВФУ), о. Сахалин; п. Охотск (OXTK, пункт ФАГС), г. Магадан (MAG1, пункт ФАГС), п. Сеймчан (SEMH, пункт ФАГС), Усть-Нера (USNR, пункт ФАГС), гораздо лучше согласуется (невязки по плановым компонентам не превосходят 1.7 мм/год) с вращением жесткого блока, имеющего параметры абсолютного полюса в системе координат IGb14 (32 ± 9 градуса, -90 ± 5 градусов, 0.193 ± 0.006 градуса/млн. лет), чем с вращением Евроазиатской или Северо-Американской литосферной плиты (полюса вращения плит получены согласно модели ITRF2014, Altamimi et al., GJI, 2017). В полученную нами модель твердоплитного вращения также хорошо "вписываются" ГНСС-измерения выполненные в 2001-2003 и в 2009-2012 в северо-западной части полуострова Камчатка (невязки не превосходят 3.5 мм/год по каждой компоненте).

 

Публикации

1. Шестаков Н.В., Нечаев Г.В., Кишкина А.К., Титков Н.Н., Прытков А.С., Полец А.Ю., Герасименко М.Д., Лялюшко Е.А., Тен А.С., Мэн Годзе Оценка влияния землетрясений на смещения поверхности острова Сахалин за 1990-2020гг и необходимости его учета для ГНСС-позиционирования Институт космических исследований РАН, №1, Т. 20, С.113-130 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.21046/2070-7401-2023-20-1-113-130


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Разработана методика объединения полей косейсмических смещений земной коры, полученных в дальней относительно очага сильного землетрясения зоне по данным разнородных ГНСС-сетей, различающихся средств и методов программно-математической обработки спутниковых данных. Методика практически использована для объединения информации и получения единого поля косейсмических смещений земной коры на территории Китая, Южной Кореи и юга Дальнего Востока России, инициированных землетрясением Тохоку 11.03.2011 года, Mw 9.1. Получены характеристики косейсмических движений и деформаций континентальной части юга Дальнего Востока России и сопредельных территорий, инициированные этим сейсмическим событием. По результатам тестирования различных глобальных и региональных моделей твердоплитного вращения Еразийской, Североамериканской плит и Охотоморской микроплиты уточнено положение северо-западной границы этих плит. Согласно полученным данным она проходит западнее г. Охотск и южнее п. Усть-Нера. По изменениям среднегодовых скоростей непрерывнодействующих ГНСС-станций получены параметры постсейсмических движений Охотоморского региона, инициированные глубокофокусным Охотоморским землетрясением 24.05.2013г., Mw 8.3. Наибольшие постсейсмические скорости (до 5-7 мм/год) регистрируются на Камчатском полуострове. Их величины возрастают с востока на запад. Примерно в 2 раза меньшие величины постсейсмических скоростей регистрируются в пределах о. Сахалин и континентального побережья Японского и Охотского морей (пп. VANB (Ванино) и OKHT (Охотск)). Векторы постсейсмических смещений приближенно ориентированы вдоль направления движения погружающейся Тихоокеанской литосферной плиты. В этом же направлении полуостров Камчатска испытывает постсейсмическое растяжение, с максимальная величина которого достигает 3-5*10^-8/год, в то время как северная и центральная часть о. Сахалин испытывает сжатие с максимальными значениями порядка 1*10^-8/год. Построенные реологические модели Охотоморского региона, основанные на процессе вязкоупругой релаксации вещества астеносферы/верхней мантии, позволяют в первом приближении качественно и количественно описать полученные по ГНСС-данным постсейсмические движения Камчатского полуострова в начальный постсейсмических период (2-3 года после главного толчка Охотоморского глубокофокусного землетрясения). Спустя 10 лет после сейсмического события величины модельных оценок постсейсмических смещений оказываются существенно занижены по отношению к данным наблюдений. Направления полученных в результате моделирования векторов постсейсмических смещений о. Сахалин систематически отклоняются к юго-западу по отношению к наблюдаемым движениям. Природа полученных различий нуждается в уточнении, однако по нашим предположениям, она может быть связана с изменением величины вязкого трения в нижней части погружающейся Тихоокеанской литосферной плиты. Результаты моделирования постсейсмических движений, инициированных сильными среднефокусными землетрясениями (100 < H <200 км, Mw 7.2-7.9) также не могут быть объяснены только процессом вязкоупругой релаксации астеносферного или верхнемантийного вещества.

 

Публикации

1. Шестаков Н.В., Нечаев Г.В., Титков Н.Н., Чебров Д.В., Пупатенко В.В., Прытков А.С., Нагорный К.А. Исследование и моделирование постсейсмических движений земной коры, инициированных глубокофокусным Охотоморским землетрясением 24.05.2013, Mw 8.3, по данным ГНСС-наблюдений Геодинамика и тектонофизика, Т. 15, № 3 (год публикации - 2024)

2. Кишкина А.К., Шестаков Н.В., Нечаев Г.В. О ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОСЕЙСМИЧЕСКИХ СМЕЩЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИПЛОСКОСТНОЙ МОДЕЛИ ОЧАГА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов. [Электронный ресурс]: Труды Девятой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Петропавловск-Камчатский. 24 – 30 сентября 2023 г., С. 43-46 (год публикации - 2023)

3. Нечаев Г.В., Шестаков Н.В., Титков Н.Н. О ПОСТСЕЙСМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТАХ ГЛУБОКОФОКУСНОГО ОХОТОМОРСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 24 МАЯ 2013 г., MW 8.3 Труды Девятой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов", 24 –30 сентября 2023 г., г. Петропавловск-Камчатский,, С. 88-92 (год публикации - 2023)

4. Шестаков Н.В., Герасименко М.Д., Кишкина А.К., Быков В.Г., Пупатенко В.В., Прытков А.С., Василенко Н.Ф., Жижерин В.С., Яковенко С.В. МЕТОДИКА ОБЪЕДИНЕНИЯ КОСЕЙСМИЧЕСКИХ СМЕЩЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПО ДАННЫМ РАЗНОРОДНЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ: НА ПРИМЕРЕ МЕГАЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ ТОХОКУ 11.03.2011г., Mw 9.1 Геодинамика и тектонофизика, - (год публикации - 2024)


Возможность практического использования результатов
Полученные результаты уже сейчас могут быть использованы для усовершенствования и поддержания на необходимом уровне государственной координатной основы Российской Федерации ГСК-2011 и ее планируемой более совершенной реализации ГСК-2025, поскольку в результате вековых, ко- и постсейсмических движений земной коры, параметры которых получены по результатам данного исследования, изменяются пространственные положения пунктов государственной геодезической сети, фиксирующие ее на поверхности Земли.