Собственные колебания земли, возбужденные глубокофокусным землетрясением…

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА. 2018. T. 17, № 4. С. 127–140. DOI 10.21455/GPB2018.4-7

СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ ЗЕМЛИ, ВОЗБУЖДЕННЫЕ ГЛУБОКОФОКУСНЫМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ 2013 г.
В ОХОТСКОМ МОРЕ

В.К. Милюков1, 2, М.П. Виноградов1, А.П. Миронов1, А.В. Мясников1

1 Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга,
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ), г. Москва, Россия

2 Владикавказский научный центр РАН, г. Владикавказ, Республика Северная Осетия – Алания, Россия

По данным деформационных измерений с помощью Баксанского лазерного интерферометра-деформографа выполнен анализ собственных колебаний Земли (СКЗ), возбужденных глубокофокусным землетрясением 24.05.2013 г. в Охотском море, самым сильным глубокофокусным землетрясением за все время наблюдений.
Определены периоды 50 основных тонов мод СКЗ в диапазоне 1.2–5.0 мГц с погрешностью 3–12 мкГц. Сравнение спектров СКЗ глубокофокусного Охотоморского 24.05.2013 г. и корового Симуширского 15.11.2006 г. землетрясений выявило ряд особенностей возбуждения СКЗ глубокофокусным землетрясением. Установлено, что при глубокофокусном землетрясении наблюдается большее количество обертонов (как сфероидальных, так и тороидальных). Значения амплитуд мод СКЗ, наблюдаемых от глубокофокусного землетрясения, больше, чем от корового землетрясения, при меньшей наблюдаемой деформации. Выявлено наличие близких
по частоте взаимодействующих сфероидальных и тороидальных мод (каплинг-эффект). Предложен метод, позволяющий по периоду биений между близкими частотами получить оценку мод СКЗ, не наблюдаемых явно в спектре. Применение метода к деформационным данным позволило определить частоты девяти пар близких мод СКЗ.

Ключевые слова: собственные колебания Земли, глубокофокусные землетрясения, деформация.

Милюков В.К. Наблюдение тонкой структуры основной сфероидальной моды Земли 0S2 // Физика Земли. 2005. № 4. С. 16–22. (Milyukov V.K. Observation of the fine structure of the fundamental spheroidal mode 0S2 // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2005. V. 41(4). P. 267–272).

Милюков В.К., Виноградов М.П., Миронов А.П., Мясников А.В., Перелыгин Н.А. Собственные колебания Земли, возбужденные тремя крупнейшими землетрясениями последнего десятилетия, по деформационным наблюдениям // Физика Земли. 2015. № 2. С. 21–36. (Milyukov V.K., Vinogradov M.P., Mironov A.P., Myasnikov A.V., Perelygin N.A. The free oscillations of the Earth excited by three strongest earthquakes of the past decade according to deformation observations // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2015. V. 51(2). P. 176–190. DOI 10.1134/S1069351315010097).

Рогожин Е.А., Левина В.И. Симуширские землетрясения 15 ноября 2006 г. (I) и 13 января 2007 г. (II) с Mw = 8.3 и Mw = 8.1 (Средние Курилы) // Землетрясения Северной Евразии, 2007 год. Обнинск: ГС РАН, 2013. С. 326–338.

Рогожин Е.А., Завьялов А.Д., Зайцева Н.В. Макросейсмические проявления Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г. на территории г. Москвы // Вопросы инженерной сейсмологии. 2013. Т. 40, № 3. С. 64–77.

Татевосян Р.Э., Косарев Г.Л., Быкова В.В., Мациевский С.А., Уломов И.В., Аптекман Ж.Я., Вакарчук Р.Н. Глубокофокусное землетрясение с Mw = 8.3, ощущавшееся на расстоянии 6500 км // Физика Земли. 2014. № 3. С. 154–162.

Чеброва А.Ю., Чебров В.Н., Гусев А.А., Ландер А.В., Гусева Е.М., Митюшкина С.В.,
Раевская А.А. Воздействие Охотоморского землетрясения 24 мая 2013 г. (Mw = 8.3) на территории Камчатки и мира // Вулканология и сейсмология. 2015. № 4. С. 3–22.

Aki K., Richards P. Quantitative seismology. 2nd ed. Univ. Sci. Books, 2002. 701 p.

Dahlen F., Tromp J. Theoretical global seismology. Princeton; New Jersey: Princeton Univ. Press, 1998. 944 p.

Global Centroid Moment Tensor Project. URL: http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html

Green II H.W., Burnley P.C. A new self-organizing mechanism for deep-focus earthquakes // Nature. 1989. V. 341. P. 733–737. DOI 10.1038/341733a0

Green II H.W., Houston H. The mechanics of deep earthquakes // Annual Rev. of Earth and Planet. Sci. 1995. V. 23. P. 169–214. DOI 10.1146/annurev.ea.23.050195.001125

Houston H. 4.13-deep earthquakes // Treatise on geophysics. 2nd ed. / Ed. by G. Schubert. Oxford: Elsevier, 2015. P. 329–354. DOI 10.1016/B978-0-444-53802-4.00079-8

Kanamori H., Anderson D.L., Heaton T.H. Frictional melting during the rupture of the 1994 Bolivian earthquake // Science. 1998. V. 279, is. 5352. P. 839–842. DOI 10.1126/science.279.5352.839

Karato S.-I., Riedel M.R., Yuen D.A. Rheological structure and deformation of subducted slabs in the mantle transition zone: implications for mantle circulation and deep earthquakes // Physics of the Earth and Planet. Inter. 2001. V. 127, is. 1–4. P. 83–108. DOI 10.1016/S0031-9201(01)00223-0

Kikuchi M., Kanamori H. The mechanism of the deep Bolivia earthquake of June 9, 1994 // Geoph. Res. Let. 1994. V. 21, is. 22. P. 2341–2344. DOI 10.1029/94GL02483

Kirby S.H., Okal E.A., Engdahl E.R. The 9 June 94 Bolivian deep earthquake: An exceptional event in anextraordinary subduction zone // Geoph. Res. Let. 1995. V. 22, is. 16. P. 2233–2236. DOI 10.1029/95GL01802

Kirby S.H., Stein S., Okal E.A., Rubie D.C. Metastable mantle phase transformations and deep earthquakes in subducting oceanic lithosphere // Rev. of Geoph. 1996. V. 34, is. 2. P. 261–306. DOI 10.1029/96RG01050

Masters G., Park J., Gilbert F. Observations of coupled spheroidal and toroidal modes //
J. of Geoph. Res.: Solid Earth. 1983. V. 88, is. B12. P. 10285–10298. DOI 10.1029/JB088iB12p10285

Meade C., Jeanloz R. Deep-focus earthquakes and recycling of water into the Earth’s mantle // Science. 1991. V. 252, is. 5002. P. 68–72. DOI 10.1126/science.252.5002.68

Ogawa M. Shear instability in a viscoelastic material as the cause of deep focus earthquakes // J. of Geoph. Res.: Solid Earth. 1987. V. 92, is. B13. P. 13801–13810. DOI 10.1029/JB092iB13p13801

Park J. Synthetic seismograms from coupled free oscillations: The effects of lateral structure and rotation // J. of Geoph. Res.: Solid Earth. 1986. V. 91, is. B6. Pp. 6441–6464. DOI 10.1029/JB091iB06p06441

Romanowicz B., Roult G. First-order asymptotics for the eigenfrequencies of the Earth and application to the retrieval of lardge-scale lateral variations of structure // Geoph. J. Intern. 1986. V. 87,
is. 1. P. 209–239. DOI 10.1111/j.1365-246X.1986.tb04554.x

Silver P.G., Beck S.L., Wallace T.C., Meade C., Myers S.C., James D.E., Kuehnel R. Rupture
characteristics of the deep Bolivian earthquake of 9 June 1994 and the mechanism of
deep-focus earthquakes // Science. 1995. V. 268, is. 5207. P. 69–73. DOI 10.1126/science.268.5207.69

U.S. Geological Survey; USGS Earthquake Hazards Program; M 8.3 – Sea of Okhotsk. URL: http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usb000h4jh#summary

Ye L., Lay T., Kanamori H., Koper K. Energy release of the 2013 Mw 8.3 Sea of Okhotsk earthquake and deep slab stress heterogeneity // Science. 2013. V. 341, is. 6152. P. 1380–1384. DOI 10.1126/science.1242032

Zhan Zh., Kanamori H.,. Tsai V., Helmberger D., Wei Sh. Rupture complexity of the 1994 Bolivia and 2013 Sea of Okhotsk deep earthquakes // Earth and Planet. Sci. Let. 2014. V. 385. P. 89–96. DOI 10.1016/j.epsl.2013.10.028

МИЛЮКОВ Вадим Константинович – доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). 119234, г. Москва, Университетский просп., д. 13; старший научный сотрудник, Владикавказский научный центр РАН. 362027, Республика Северная Осетия – Алания, г. Владикавказ, ул. Маркуса, д. 22. Тел.: +7 (495) 939-16-34. E-mail: vmilyukov@yandex.ru

ВИНОГРАДОВ Михаил Петрович – ведущий инженер, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). 119234, г. Москва, Университетский просп., д. 13. Тел.: +7 (495) 939-16-34. E-mail: rospak@inbox.ru

МИРОНОВ Алексей Павлович – научный сотрудник, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). 119234, г. Москва, Университетский просп., д. 13. Тел.: +7 (495) 939-16-34. E-mail: almir@physics.msu.ru

МЯСНИКОВ Андрей Владимирович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). 119234, г. Москва, Университетский просп., д. 13. Тел.: +7 (495) 939-16-34. E-mail: andrey0405@mail.ru

1 Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

2 Vladikavkaz Scientific Center of RAS, Vladikavkaz, Republic of North Ossetia – Alania, Russia

Abstract. Based on the deformation data measured by the Baksan laser interferometer-strainmeter, the analysis of the Earth’s Free Oscillations (EFO) excited by the deep-focus Sea of Okhotsk earthquake on May 24, 2013, the largest recorded deep-focus earthquake, has been performed. The periods of
50 fundamental modes of EFO in the range 1.2–5.0 mHz with an error of 3–12 μHz are determined.
A comparison of the EFO spectra for the deep-focus Okhotomorsky earthquake on May 24, 2013 and the Simushir crust earthquake on November 15, 2006 revealed a number of features of excitation of EFO by the deep-focus earthquake. It is established that for the deep-focus earthquake, more overtones (both spheroidal and toroidal) are observed. The amplitude values of the EFO modes observed from the deep-focus earthquake are greater than from the crustal earthquake, with a smaller observed deformation. The presence of interacting spheroidal and toroidal modes close in frequency (the coupling effect) is revealed. A method is proposed that makes it possible to obtain an estimate of the EFO modes over the beat period between close frequencies, which are not observed explicitly in the spectrum. The application of the method to the deformation data made it possible to find the frequencies of nine pairs of close EFO modes.

MILYUKOV Vadim K. – Dr. Sci. (Phys.-Math.), head of laboratory, Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State University. Moscow, Russia; senior researcher, Vladikavkaz Scientific Center of RAS, Vladikavkaz, Republic of North Ossetia – Alania, Russia.
Tel.: +7 (495) 939-16-34. E-mail: vmilyukov@yandex.ru

VINOGRADOV Mikhail P. – leading engineer, Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State University. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 939-16-34. E-mail: rospak@inbox.ru

MIRONOV Alexey P. – science researcher, Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State University. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 939-16-34. E-mail: almir@physics.msu.ru

MYASNIKOV Andrey V. – Cand. Sci. (Phys. and Math.), science researcher, Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State University. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 939-16-34.
E-mail: andrey0405@mail.ru

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА 2018 Т. 17 № 4