ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА. 2018. T. 17, № 4. С. 76–91. DOI 10.21455/GPB2018.4-5

УДК 550.348

ВАРИАЦИИ КИНЕМАТИКИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
В ОКРЕСТНОСТИ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО
СУМАТРАНСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

© 2018 г.   А.А. Лукк, В.Г. Леонова

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

26.12.2004 г. в Индийском океане вблизи северо-западного побережья о. Суматра на глубине 30 км произошло одно из трех сильнейших землетрясений за всю мировую историю сейсмических наблюдений – Великое Андаманско-Суматранское землетрясение магнитудой Mw = 9.2. Разрыв на поверхности достиг 1200–1600 км.
Во время разрыва произошел правосторонний сдвиг горных пород на расстояние
15 м вдоль зоны субдукции Индийской литосферной плиты под Зондскую дугу на западе Юго-Восточной Азии (Меланезия) и Бирманскую плиту (часть более крупной Евразиатской плиты) на севере. Предполагалось, что такое сильнейшее сейсмическое событие должно проявиться в изменениях долговременного вида сейсмотектонического деформирования в его окрестности. Поиск таких проявлений и составил содержание настоящего исследования.

На базе совокупностей фокальных механизмов землетрясений Mw ≥ 5, публикуемых в каталоге ISC, выполнены оценки вида сейсмотектонической деформации (СТД) в пространственно-временной окрестности Андаманско-Суматранского землетрясения. Долговременные оценки вида СТД находятся в удовлетворительном согласии с современными представлениями о характере коллизии литосферных плит в западной части Зондской дуги и подтверждают геологические представления о близгоризонтальном сжатии (укорочении) вкрест простирания дуги в ближайшей окрестности эпицентра землетрясения. Вместе с тем установлены заметные вариации вида СТД по сравнению с долговременными оценками
в различные интервалы времени относительно момента Андаманско-Суматранского землетрясения. Эти вариации удается объяснить изменениями кинематики деформирования на различных стадиях развития деформационного процесса в пространственно-временной окрестности сильнейшей сейсмической катастрофы. При этом в контрольной выборке к югу от исследуемой территории, куда не распространялся разрыв при землетрясении, вид сейсмотектонической деформации на всем рассмотренном временном интервале не претерпел сколько-нибудь заметных изменений.

Ключевые слова: фокальные механизмы, сейсмотектоническая деформация (СТД), кинематика деформирования, временные вариации, Великое Андаманско-Суматранское землетрясение, Индо-Австралийская субдукция.

Литература

Балакина Л.М., Москвина А.Г. Андаман-Суматринская островная дуга. I. Особенности пространственно-временного проявления землетрясений и механизмы их очагов // Физика Земли. 2012. № 2. С. 27–66.

Балакина Л.М., Москвина А.Г. Андаман-Суматринская островная дуга. II. Землетрясение 26.12.2004 г. – один из главных эпизодов сейсмогенной активизации дуги в начале XXI века // Физика Земли. 2013. № 2. С. 55–93.

Лукк А.А., Юнга С.Л. Сейсмотектоническая деформация Гармского района // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1979. № 10. С. 24–43.

Лукк А.А., Юнга С.Л. Геодинамика и напряженно-деформированное состояние литосферы Средней Азии. Душанбе: Дониш, 1988. 236 с.

Никитин Л.В., Юнга С.Л. Методы теоретического определения деформаций и напряжений
в сейсмоактивных областях // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1977. № 11. С. 54–67.

Ребецкий Ю.Л., Маринин А.Б. Напряженное состояние до и после Суматранского катастрофического землетрясения 26.12.2004 // Современная геодинамика и опасные природные процессы в Центральной Азии. Иркутск, 2005. Вып. 3. С. 149–152.

Ребецкий Ю.Л., Маринин А.Б. Напряженное состояние земной коры западного фланга Зондской субдукционной зоны перед Суматра-Андаманским землетрясением 26.12.2004 г. // Докл. РАН. 2006. Т. 407, № 1. С. 106–110. 

Юнга С.Л. О механизме деформирования сейсмоактивного объема земной коры // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1979. № 10. С. 14–23.

Юнга С.Л. Методы и результаты изучения сейсмотектонических деформаций. М.: Наука, 1990. 191 с.

Araki E., Shinohara M., Obana K., Yamada T., Kaneda Y., Kanazawa T., Suyehiro K. Aftershock distribution of the 26 December 2004 Sumatra-Andaman earthquake from ocean bottom seismographic observation // Earth Planets Space. 2006. V. 58. P. 113–119.

Banerjee P., Pollitz F., Nagarajan B., Burgmann R. Coseismic slip distribution of the 26 December 2004 Sumatra-Andaman and 28 March 2005 Nias earthquakes from GPS static offsets // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2007. V. 97, N 1, pt A. P. 86–102.

Bilham R. A flying start, then slow slip // Science. 2005. V. 308, N 5725. P. 1126–1127.

Briggs R.W., Sieh K., Meltzner A.J., Natawidjaja D., Galetzka J. et al. Deformation and slip along the Sunda Megathrust in the great 2005 Nias-Simeulue earthquake // Science. 2006. V. 311,
N 5769. P. 1897–1901.

Cochran J.R. Morphology and tectonics of the Andaman forearc, Northeastern Indian ocean // Geophys. J. Inter. 2010. V. 182, N 2. P. 631–651. DOI 10.1111/j.1365-246X.2010.04663.X

Curray J.R. Tectonics and history of the Andaman sea region // J. Asian Earth Sci. 2005. V. 25, N 1. P. 187–228. DOI 10.1016/j.jseaes.2004.09.001

Curray J., Moore D.G., Lawver L.A., Emmel F.J., Raitt R.W., Henry M., Kieckhefer R. Tectonics of the Andaman Sea and Burma: Geological and geophysical investigations of continental margins // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Mem. 1979. V. 29. P. 189–198.

Diehl T., Waldhauser F., Cochran J.R., Kamesh Raju K.A., Seeber L., Schaff D., Engdahl E.R. Back-arc extension in the Andaman Sea: Tectonic and magmatic processes imaged by high-precision teleseismic double-difference earthquake relocation // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2013. V. 118. P. 1–19. DOI 10.1002/jgrb.50192

Gahalaut V.K., Nagarajan B., Catherine J.K., Kumar S. Constrains on 2004 Sumatra-Andaman earthquake from GPS measurements in Andaman-Nicobar Islands // Earth and Planet. Sci. Let. 2006. V. 242, is. 3–4. P. 365–374.

Hashimoto M. Crustal deformations associated with the Sumatra earthquake on December 26, 2004. 2005. URL: http://www.rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp/~hasimoto/Manabu/sumatraEQ_e.htm.

Hsu Y.-J., Simons M., Avouac J.-P., Galetzka J., Sieh K., Chlieh M., Natawidjaja D., Prawirodirdjo L., Bock Y. Frictional afterslip following the 2005 Nias-Simeulue earthquake, Sumatra // Science. 2006. V. 312, N 5782. P. 1921–1926.

International Seismological Centre, On-line Bull. URL: http://www.isc.ac.uk

Ishii M., Shearer P.M., Houston H., Vidale J.E. Extent, duration and speed of the 2004 Sumatra-Andaman earthquake imaged by the Hi-Net array // Nature. 2005. V. 435, N 7044. P. 933–936.

Konca A.O., Hjorleifsdottir V., Song T.-R.A., Avouac J.-P., Helmberger D.V., Ji C., Sieh K., Briggs R., Meltzner A. Rupture kinematics of the 2005 Mw 8.6 Nias-Simeulue earthquake from the joint inversion of seismic and geodetic data // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2007. V. 91, N 1A.
P. 307–322.

Kreemer C., Blewitt G., Maerten F. Co- and postseismic deformation of the 28 March 2005 Nias
Mw 8.7 earthquake from GPS data // Geoph. Res. Let. 2006. V. 33, N 7. P. L073071–4.

Kruger F., Ohrnberger M. Tracking the rupture of the Mw = 9.3 Sumatra earthquake over 1,150 km at teleseismic distance // Nature. 2005. V. 435, N 7044. P. 937–939.

Lay Th., Kanamori H., Ammon Ch. J., Nettles M., Ward S.N. et al. The Great Sumatra-Andaman eartquake of 26 December 2004 // Science. 2005. V. 308. P. 1127–1133.

McCaffrey R. The tectonic framework of the Sumatran subduction zone // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2009. V. 37. P. 345–366. DOI 10.1146/annurev.earth.031208.100212

McCaffrey R., Zwick P., Bock Y., Prawirodirdjo L., Genrich J., Puntodewo S.S.O., Subarya C. Strain partitioning during oblique plate convergence in northern Sumatra: Geodetic and seismologic constraints and numerical modeling // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 28,363–28,376.

Metcalfe I. Tectonic framework and Phanerozoic evolution of Sundaland // Gondwana Res. 2011. V. 19. P. 3–21.

Michel G.W., Becker M., Angermann D., Reigber Chr., Reinhart E. Crustal motion in E- and SE-Asia from GPS measurements // Earth Planets Space. 2000. V. 52. P. 713–720.

Michel G.W., Yu Y.Q., Zhu Sh.Y., Reigber Chr., Becker M., Reinhart E., Simons W., Ambrosius B., Vigny Chr., Chamot-Rooke N., Le Pichon X., Morgan P., Matheussen S. Crustal motion and block behaviour in SE-Asia from GPS measurements // Earth and Planet. Sci. Let. 2001. V. 187. P. 239–244.

Molnar P., Tapponnier P. Cenozoic tectonics of Asia: Effects of a continental collision // Science. 1975. V. 189. P. 419–426.

Scalera G. Geodynamics of the Wadati–Benioff zone earthquakes: The 2004 Sumatra earthquake and other great earthquakes // Geof. Intern. 2006. V. 46, N 1. P. 19–50.

Shen Z.-K., Lu J., Wang M., Burgmann R. Contemporary crustal deformation around the southeast borderland of the Tibetan Plateau // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, N B11409. DOI 10.1029/2004JB003421

Singh S.C., Hananto N.D., Chauhan A.P.S., Permana H., Denolle M., Hendriyana A., Natawidjaja D. Evidence of active backthrusting at the NE margin of Mentawai Islands, SW Sumatra // Geoph. J. Inter. 2010. V. 180, N 2. P. 703–714.

Subarya C., Chlien M., Prawirodirdjo L., Avouac J.-P., Bock Y., Sieh K., Meltzner A.J., Natawidjaja D., McCaffrey R. Plateboundary deformation associated with the great Sumatra-Andaman earthquake // Nature. 2006. V. 440, N 7080. P. 46–51.

Sumatra earthquake 12-26-2004. 2005. URL: http://www.rpi.edu/-mccafr/sumatra04/ 

Tapponnier P., Molnar P. Major strike-slip faulting in China: Its significance for Asian tectonics // Seismol. Soc. Amer. Ann. Meet. 1975. V. 7. P. 425–426.

Vigny C., Simons W.J.F., Abu S. et al. Insight into the 2004 Sumatra-Andaman earthquake from GPS measurements in Southeast Asia // Nature. 2005. V. 436, N 7048. P. 201–206.

Сведения об авторах

ЛУКК Альберт Артурович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7 (499) 254-90-35. E-mail: lukk@ifz.ru

ЛЕОНОВА Вера Георгиевна – научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7 (499) 254-90-35.
E-mail: lukk@ifz.ru

VARIATIONS OF KINEMATICS OF DEFORMATION
IN THE VICINITY OF CATASTROPHIC SUMATRAN EARTHQUAKE

A.A. Lukk, V.G. Leonova

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

Abstract. On December 26, 2004, one of the three strongest earthquakes in the world history of seismic observations occurred in the Indian Ocean near the northwest coast of Sumatra, Indonesia, at a depth of 30 km – the Great Andaman-Sumatra earthquake with a magnitude of Mw = 9.2. The rupture on the surface with this earthquake reached 1200–1600 km, during which a right-sided rock shift occurred 15 m along the subduction zone of the Indian lithospheric plate under the Sunda arc in the west of Southeast Asia (Melanesia) and the Burmese plate in the north (included in the composition of a larger Eurasian plate). It was assumed that such a strong seismic event should manifest itself in changes in the long-term type of seismotectonic deformation in its vicinity. The search for these changes was the content of this study. On the basis of sets of focal mechanisms of earthquakes with Mw ≥ 5, published in the ISC catalog, estimates of the type of seismotectonic deformation (STD) in the space-time vicinity of this earthquake were made. Long-term assessments of the STD type are in satisfactory agreement with modern concepts of the nature of collision of lithospheric plates in the western part of the Sunda arc and confirm the geological notions of near horizontal compression (shortening) across the strike of the arc in the immediate vicinity of the epicenter of the earthquake. At the same time, noticeable variations of the STD type are established in comparison with long-term estimates at different time intervals relative to the time of the Sumatran earthquake. These variations can be explained by changes in the kinematics of deformation at different stages of deformation process development in the spatio-temporal vicinity of this strongest seismic catastrophe. At the same time, in the control sample to the south of the considered territory, where the rupture did not spread during the seismic catastrophe under consideration, the type of seismotectonic deformation did not undergo any appreciable temporary changes throughout the time interval examined.

Keywords: focal mechanisms, seismotectonic deformation (STD), kinematics of deformation, temporal variations, Great Andaman-Sumatran earthquake, Indo-Australian subduction.

About the authors

LUKK Albert A. – Cand. Sci. (Phys. and Math.), leading researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (499) 254-90-35. E-mail: lukk@ifz.ru

LEONOVA Vera G. – scientific researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian
Academy of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (499) 254-90-35. E-mail: lukk@ifz.ru