ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА. 2018. T. 17,  № 3. С. 78–89. DOI 10.21455/GPB2018.3-5

УДК 550.34

КОСЕЙСМИЧЕСКИЕ ДЕФОРМАЦИИ ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ЗОНЕ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО
ВЭНЬЧУАНЬСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 2008 г.
ПО ДАННЫМ GPS-ИЗМЕРЕНИЙ

© 2018 г.   Цзяо Лю1, Е.А. Рогожин2

1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия

2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

Прогнозирование времени возникновения сильнейших землетрясений – одна из наиболее актуальных задач сейсмологии. Появляющиеся в последние годы новые методы наблюдений за предвестниками разной природы могут открыть перспективы в достижении успехов в области среднесрочного сейсмического прогноза. Одним из таких методов являются наблюдения за деформациями земной поверхности с помощью системы глобального позиционирования (GPS). Регионом, в котором уже долгое время действует сеть приборов GPS, является территория Юго-Западного Китая, где в недавнем прошлом произошло катастрофическое Вэньчуаньское землетрясение, вызвавшее очень большие разрушения инфраструктуры и приведшее к огромным человеческим жертвам. Система GPS-наблюдений начала применяться с 1991 г. в восточной части Цинхай-Тибетского нагорья, Сычуаньском бассейне и плато Юнь-Гуй. В настоящее время опубликованы результаты этих наблюдений, которые можно применить для изучения активности и сегментации разломов. До 2004 г. сеть измерений, охватывающая зону разломов Лунмэньшань и прилегающую к ней территорию, состояла из 10 основных и нескольких вспомогательных пунктов. Данные GPS-наблюдений 1991–2001 гг. показывают, что в Лунмэньшаньской зоне разломов регистрировались смещения на северо-восток с относительно низкой скоростью – 2.3 мм/год. В результате изучения горизонтальных деформаций поверхности методом GPS-наблюдений установлено, что перед сильнейшим землетрясением 2008 г. в период 1999–2007 гг. очаговая область характеризовалась аномально низкими значениями скорости горизонтальных движений. По-видимому, это было связано с накоплением напряжений в земной коре. Ретроспективно можно сделать вывод, что результаты GPS-наблюдений указывали на местоположение будущего очага Вэньчуаньского землетрясения 12.05.2008 г. Протяженность зоны относительно слабых горизонтальных смещений превышала
250 км, что по статистическим данным соответствует магнитуде землетрясения около 8. Возникшая при Вэньчуаньском землетрясении 2008 г. на поверхности система сейсморазрывов общей длиной около 240 км была приурочена к зоне разломов Лунмэньшань северо-восточного простирания, находящейся между восточной окраиной Цинхай-Тибетского нагорья и северо-западной частью Сычуаньской впадины. Сразу после Вэньчуаньского события картина распределения скоростей горизонтальных движений резко изменилась. Горизонтальные деформации охватили бóльшую часть прилегающей к зоне сейсморазрывов территории, при этом в системе разломов Лунмэньшань проявилось тектоническое сокращение поверхности за счет взбросовых движений крыльев разлома навстречу друг другу. Амплитуды горизонтальных смещений на одинаковом расстоянии по обе стороны от ветви главного сейсморазрыва Инсю–Бэйчуань к западу сокращаются медленно, а к востоку – быстро. Зарегистрированные методом спутниковой геодезии вертикальные косейсмические деформации поверхности в эпицентральной зоне сейсмического события в основном выразились в опускании поверхности на разную величину на юго-восточном крыле зоны разломов Лунмэньшань в Сычуаньской впадине. На основе анализа выделения суммарной сейсмической энергии при землетрясении напрашивается вывод, что интервал 1991–2007 гг. был явным этапом сейсмического затишья перед сильнейшим землетрясением, а в 2008 г., в момент главного толчка, и до настоящего времени здесь фиксируется период сейсмической активизации, который может продолжаться еще несколько лет. Аномально малая скорость горизонтальных смещений в эпицентральной области готовящегося сильнейшего землетрясения может рассматриваться как среднесрочный предвестник места его возникновения.

Ключевые слова: GPS, косейсмические деформации, Вэньчуаньское землетрясение, зона разломов Лунмэньшань, предвестник землетрясения.

Литература

Лю Цзяо, Рогожин Е.А. Макросейсмические проявления Вэньчуаньского катастрофического землетрясения 2008 г. (МS = 8.0) по результатам изучения поверхностных сейсмодислокаций // Геофизические процессы и биосфера. 2017. T. 16, № 4. С. 103–121. DOI 10.21455/ GPB2017.4-9

Рогожин Е.А. Очерки региональной сейсмотектоники / Отв. ред. О.А. Глико. М.: ИФЗ РАН, 2012. 340 с.

Рогожин Е.А., Шен К. Сейсмотектонические и макросейсмические особенности Венчуанского землетрясения 12 мая 2008 г. (MS = 8.0) // Вопросы инженерной сейсмологии. 2010. Т. 37, № 2. С. 5–19.

Собисевич Л.Е., Рогожин Е.А., Собисевич А.Л., Шэнь То, Цзяо Л. Инструментальные наблюдения геомагнитных возмущений перед сейсмическими событиями в отдельных районах КНР // Сейсмические приборы. 2016. Т. 52, № 1. С. 39–60. (Sobisevich L.E., Rogozhin Е.А., Sobisevich A.L., Shen Tuo, Liu Ziao. Instrumental observations of geomagnetic disturbances prior to seismic events in several regions of China // Seism. Instrum. 2017. V. 53, N 1.
P. 28–45. DOI 10.3103/S0747923917010091).

Шэнь То, Рогожин Е.А. Геодинамическая и сейсмотектоническая активизация Восточного Тибета в начале XXI в. // Вопросы инженерной сейсмологии. 2017. Т. 44, № 4. C. 29–50.
DOI 10.21455/VIS2017.4-2

Chen Z., Liu Y., Zhang X. et al. GPS survey and the rheologic structures with in the Eastern Tibetan Plateau // Quarter. Sci. 1998. V. 3. P. 252–269. (in Chin. with Engl. abstr.).

China Earthquake Networks Center (CENC) [Электрон. ресурс]. URL: http://www.cenc.ac.cn. Дата обращения 30.09.2017 г.

Gan W., Zhang P., Shen Z.K., Niu Z., Wang M., Wan Y., Zhou D., Cheng J. Present-day crustal motion within the Tibetan Plateau // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. P. B08416.

Gu G., Wang W., Xu Y., Li W. Horizontal crustal movements before the great Wenchuan earthquake obtained from GPS observations in the regional network // Earthq. Sci. 2009. V. 22, N 5. P. 471–478.

Hashimoto M., Enomoto M., Fukushima Yo. Coseismic deformation from the 2008 Wenchuan, China, earthquake derived from ALOS/PALSAR images // Tectonophysics. 2010. V. 491. P. 59–71.

Liu X., Sun D., Ma J. et al. Prensent-day deformation and state of Longmenshan fault from GPS results comparatibe research on active faults in Sichuan–Yunan region // Chin. J. Geophys. 2014. V. 54, N 4. P. 1091–1100. (in Chin.).

Moreno M., Rosenau M., Oncken O. Maule earthquake slip correlates with pre-seismic locking of Andean subduction zone // Nature. 2010. V. 467, N 7312. P. 198–202.

Ran Y., Shi X., Wang H.L. et al. The maximum coseismic vertical surface displacement and surface deformation pattern accompanying the Ms 8.0 Wenchuan earthquake // Chin. Sci. Bull. 2010. V. 55, N 9. P. P841–850. DOI 10.1007/s11434-009-0453-3

Reilinger R., McClusky S., Veruan P., Laurence S., Ergintav S. et al. GPS constraints on continental deformation in the Africa–Arabia–Eurasia continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. B 05411. P. 26.

Scientific research report of Wenchuan 8.0 earthquake. Beijing: Seismol. Press, 2009. 216 p. (in Chin.).

Shen Z., Lu J., Wang M., Bergmann R. Contemporary crustal deformation around the southeast borderland of the Tibetan Plateau // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. P. 1–17.

Steblov G.M., Kogan M.G., Levin B.V., Vasilenko N.F., Prytkov A.S., Frolov D.I. Coseismic and postseismic deformations from great 2006–2007 Kuril earthquakes revealed by regional GPS observations // EOS Trans. AGU. 2007. V. 88, N 52. Fall Meet. Suppl., Abstr. G13A–0916.

Steblov G.M., Kogan M.G., Levin B.V., Vasilenko N.F., Prytkov A.S., Frolov D.I. Coseismic
Deformations from great 2006–2007 Kuril earthquakes revealed by the regional GPS
Network // 2008 UNAVCO Sci. Workshop. [Электрон. ресурс]. URL: http://achaia.unavco.org/public/meetings/2008/scienceworkshop/viewabstract.asp?id=2142

Tang W., Liu Yu., Chen Zh. et al. GPS study on Longmenshan fault zone // J. of Geodezy and Geodynamics. 2004. V. 24, N 3. P. 57–59. (in Chin. with Engl. abstr.).

Tang W., Liu Y., Chen Z. et al. Monitoring in faults activity based on GPS // J. of Mountain Sci. 2007. V. 25, N 1. P. 103–107. (in Chin. with Engl. abstr.).

Wang Q., Zhang P.Z., Freymueller J.T. et al. Present-day crustal deformation in China cjnstrained by Global Positioning System // Science. 2001. V. 294, is. 5542. P. 574–577.

Wells D.L., Coppersmith K.J. New empirical relationships among magnitude, rupture length rupture width, rupture area, and surface displacement // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1994. V. 84, N 4. P. 974–1002.

Xu X., Wen X., Yu G. et al. Coseismic reverse and oblique slip surface faulting generated by the 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake, China // Geology. 2009. V. 37, N 6. P. 515–518.
DOI 10.1130/G25462A.1

Zhao J., Chen Z., Zhang X. GPS in monitoring the crust deformation and earthquake trend in Longmenshan and Chuan–Dian regions // Sichuan Earthquake. 1996. N 2. P. 62–64. (in Chin. with Engl. abstr.).

Zhang P. et al. Coseismic displacement field of Wenchuan 2008 earthquake Ms 8.0 measured by GPS // Sci. China (Earth Sci.). 2008. V. 38, N 10. P. 1195–1206. (in Chin.).

Zou Z.Y., Jiang Z.S., Wu Y.Q., Wei W.X., Fang Y., Liu X.X. Dynamic characteristics of crustal movement in north-south seismic belt from GPS velocity field before and after the Wenchuan earthquake // Chin. J. Geoph. 2015. V. 58, N 5. P. 1597–1609. (in Chin. with Engl. abstr.).

Сведения об авторах

ЛЮ Цзяо – аспирантка, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1. Тел.: +7 (968) 353-89-11. E-mail:
liujiao8926@mail.ru

РОГОЖИН Евгений Александрович – доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий отделением, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242,
г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7 (499) 254-87-15. E-mail:
eurog@ifz.ru

COSEISMIC DEFORMATIONS
OF THE EARTH’S SURFACE IN THE AREA
OF THE CATASTROPHIC WENCHUAN EARTHQUAKE OF 2008 ACCORDING TO GPS MEASUREMENTS

Jiao Liu 1, E.A. Rogozhin2

1 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

2 Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Abstract. Forecasting of the time of occurrence of the strongest earthquakes is one of the most important tasks of science. Appearing in the recent years, new methods of observing of the precursors of different nature can open avenues to achieve success in the field of medium-term seismic forecast. One such method is to observe the deformations of the Earth's surface using global positioning system (GPS). Such a region is the territory of South-Western China, where in 2008 occurred the catastrophic Wenchuan earthquake, which caused very large destruction of infrastructure and huge human losses. In the eastern part of the Qinghai-Tibet plateau, the Sichuan basin and the plateau of the Yun-Gui, since 1991, began to apply the GPS observations. The results of these observations have now been published and can be applied to study of the activity and segmentation of fault activity. Until 2004, the measurement network consisted of 10 main points and several temporary points. The 1991–2001 data of GPS observations show that in the Longmenshan fault zone was recorded offset to the northeast with a relatively low speed of 2.3 mm/year. As a result of the study of horizontal surface deformations by GPS method it was found that before the strongest earthquake of 2008 in the period 1999–2007 the focal area was characterized by abnormally low values of horizontal motion velocity. Apparently, it was due to the accumulation of stresses in the earth's crust. Retrospectively, it can be concluded that the results of GPS observations could be considered as a medium-term precursor of 2008 Wenchuan earthquake, which showed the location of the future seismic source position. And the length of the zone of relatively weak horizontal displacements exceeded 250 km, which according to statistics corresponds to the magnitude of the earthquake of about 8. During The Wenchuan earthquake of May 12, 2008, a total length of 240 km of seismic breakage system on the surface was timed to coincide with the Longmenshan fault zone of the North-Eastern stretch, located between the Eastern edge of the Qinghai-Tibetan plateau and the North-Western part of the Sichuan depression. Immediately after Wenchuan seismic event the distribution of velocities of horizontal movements has greatly changed. Horizontal deformation gripped much of the contiguous to seismoactive territory, while in the fault zone Longmenshan manifested tectonic surface reduction due to thrust movements of the wings of the fracture in the opposite direction, towards each other. At the same time, the amplitudes of horizontal displacements at the same distance on both sides of the branch of the main seismic rupture Yingxiu-Beichuan to the West are reduced slowly, and to the East – quickly. The GPS data allow to record the vertical coseismic surface deformation in the epicentral area of the seismic event. They are mainly expressed in the lowering of the surface by different amounts in the South-Eastern wing of the Longmenshan fault system in the Sichuan basin. Based on the analysis of the total seismic energy released during the earthquake, it is possible to conclude that the interval 1991–2007 was a clear stage of seismic calm before the strongest earthquake, and in 2008, at the time of the main shock and to date, a period of seismic activation is recorded, which can continue for several years. At the same time, abnormally low speed of horizontal displacements in the epicenter region of the preparing strongest earthquake can be considered as a medium-term precursor of its origin.

Keywords: GPS, coseismic deformation, Wenchuan earthquake, Longmenshan fault zone, earthquake prediction.

About the authors

LIU Jiao – Ph. D. student, Lomonosov Moscow State University. Moscow, Russia.
Tel.: +7 (968) 353-89-11. E-mail: liujiao8926@mail.ru

ROGOZHIN Evgeny A. – Dr. Sci. (Geol.-Min.), professor, head of department, Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (499) 254-87-15.
E-mail: eurog@ifz.ru