Чтобы провести предварительную интерпретацию этих данных, мы предположили, что перемещение вызвано "медленным"землетрясением с длительностью порядка 15 дней, расположенным в центре форшокового роя, у ССВ края очага основного толчка. Мы провели формальную инверсию данных об амплитудах, рассматривая их как статические перемещения от сдвигового источника общего вида в упругом полупространстве. Результирующий источник имеет моментную магнитуду Mw=7,7; его нормализованный тензор приведен в табл.3 и на рис. 4. Восстановленный тензор очень близок к двойному диполю, а его ось сжатия ориентирована, хотя и несколько косо, поперек конвергентной границы плит, в общем, согласии с преобладающим режимом напряжения. Что же касается различия между расчетными и наблюденными перемещениями, то они довольно велики; но для первого приближения мы сочли результат приемлемым.
Мы также пытались подогнать те же самые данные симметричным тензором сейсмического момента общего вида с взрывной или имплозивной компонентой. В этом случае, к сожалению, решение метода наименьших квадратов оказалось неустойчивым. Однако, ориентировка наблюденных векторов перемещения качественно противоречит возможности существования заметной эксплозивной или имплозивной компоненты. Таким образом, известная гипотеза зоны предвестниковой дилатансии не поддерживается данными. В другом варианте анализа мы попытались переместить единичный точечный источник ближе к станции ESSO, где наблюдались наибольшие перемещения. Полученные решения, однако, не дали улучшения остаточной ошибки. В целом, можно полагать, что получено разумное первое приближение для параметров масштаба и ориентации источника пресейсмического сигнала. Решение обратной задачи для его локализации, а также возможная интерпретация в виде набора нескольких точечных источников планируется на будущее.
Постсейсмический сигнал
Идентификация постсейсмического сигнала на графиках рис.6 намного более надежна, чем для пресейсмического сигнала. Она, в частности, упрощается хорошей корреляцией знаков косейсмического и постсейсмического сигналов. Можно сделать вывод о существовании общей временной функции постсейсмического сигнала - это приблизительно экспоненциально затухающая монотонная растянутая ступенька, которая становится ненаблюдаемой примерно через 18 дней после события; характерное время для этой экспоненты составляет около 6 дней. Это наводит на мысль, что источник данного сигнала - это вполне определенный единственный источник, который не может сильно отличаться по ориентации и положению от события 05.12.1997. Амплитуды постсейсмического сигнала приведены в табл.2, а также на рис.5. Следует отметить, что станции с большими амплитудами постсейсмического сигнала в основном те же самые, что и станции с большими косейсмическими скачками, и что ориентация этих векторов очень близка. Чтобы провести интерпретацию этих данных, были рассмотрены две возможности. В первом случае мы предположили, что косейсмическое скольжение в очаге землетрясения затем продолжалось как медленное событие с характерной длительностью порядка 15 дней. Было принято, что координаты очага медленного землетрясения находятся в центре афтершокового роя очага 05.12.1997 г. Была проведена формальная инверсия амплитудных данных, которые связывали со статическими перемещениями от сдвигового источника общего типа. Результирующий источник имеет моментную магнитуду Mw=7,9, (то есть его сейсмический момент существенно больше, чем момент "быстрого землетрясения"), а его нормализованный тензор приведен в табл.3. На рис.5 он также приведен, вместе с соответствующими теоретическими перемещениями. Можно отметить, что восстановленный тензор близок к тензору главного толчка, как и можно было ожидать, и что качество подгонки вычисленных векторов относительно наблюденных является вполне приемлемым. Разместив точечный источник в северной части афтершокового роя, можно еще несколько улучшить качество подгонки. Вторая рассмотренная возможность заключалась в том, что асейсмическое скольжение могло произойти на продолжении плоскости разрыва очага 05.12.1997 г. вниз или вверх по падению, то есть либо на глубинах 50-90 км под побережьем, либо, наоборот, на глубинах 10-25 км вблизи глубоководного желоба. Разместив точечные источники с такими параметрами, мы получили гораздо худшее качество подгонки, чем в первом случае.
Полный скачок смещений
Из-за приблизительного совпадения тензоров "быстрого"землетрясения и постсейсмического сигнала, ориентация тензора сейсмического момента, которая восстанавливается по полному скачку, близка к ним (табл.3). Полный сейсмический момент, связанный со всей последовательностью событий с 15.11.1997 г. по 25.12.1997 г., соответствует моментной магнитуде 8. Следует отметить, что сумма скалярных сейсмических моментов трех упомянутых тензоров не совпадает с величиной, которая была получена для полного скачка. Это различие вполне объяснимо невысокой точностью оценок скалярного сейсмического момента, а также несовпадением мест и ориентировок тензоров-"компонент". Несмотря на эту проблему, мы считаем полезным дать ориентировочную оценку вкладов трех упомянутых компонент в полный сейсмический момент. Главный вклад (~ 45-50 %) дает постсейсмический сигнал; косейсмическое движение составляет около 35-40 %, остальное приходится на пресейсмический сигнал.
Обсуждение и выводы
Непрерывные измерения деформации земной поверхности станциями GPS в 1997-1999 годах в 9 точках на полуострове Камчатка выявили относительные движения между Тихоокеанской, Североамериканской и Евроазиатской плитами. Приведенные на рис.1 непрерывные скорости перемещения после землетрясения для станции GPS относительно станции TIG, которая расположена в относительной глубине субплиты Охотия, (которая является частью крупномасштабной Евроазиатской плиты), могут быть объяснены как относительные перемещения плит Тихоокеанская, Североамериканская, Охотия и Берингия. Однако, эти результаты нельзя рассматривать как истинные долгосрочные скорости. Данные несколько более низкого качества о скоростях перед землетрясением наводят на мысль, что скорости до и после землетрясения различаются. В частности, в одном случае станции KLU это различие относительно хорошо установлено. Это может быть указанием на изменение уровня сцепления (каплинга), связанного с сильным землетрясением 05.12.1997 г. Скорость, по видимому, была несколько менее перед землетрясением, чем после него, в согласии с циклической моделью напряжений и скоростей перемещения в сильно сцепленных зонах субдукции [9]. Скорости перемещения вне зоны субдукции на границах между плитами Североамериканская и Охотия, по-видимому, не подверглись влиянию сильного землетрясения и держались на постоянном уровне (станция KMS). Следует отметить, что представленная кинематическая картина весьма предварительна. Относительные перемещения пар предположительно жестких плит оцениваются по перемещениям единичных пар станций и не могут быть подтверждены независимым образом. Кроме того, для плиты Берингия обе имеющиеся станции TIL и BKI размещены вблизи ее границ, что может искажать результат. Перемещения станций BKI, KBG, PETP и MA1 качественно согласуются с ожидаемыми на основе модели упругой реакции плиты на сцепление между плитами (каплинг).
Как показано в работах [9,5], скорость конвергенции плит, связанная с сильными землетрясениями, по-видимому, контролирует режим напряжений в зоне субдукции сцеплений и вокруг нее. Океаническая плита и континентальная литосфера упруго реагируют на вариации во времени напряжений и скоростей деформации, связанных с сейсмическим циклом. Противоречия между высокой скоростью в Алеутско-Аляскинской зоне субдукции вблизи острова Кадьяк [8] и пренебрежимо малыми деформациями в зоне островов Шумагина [7,6] объяснялись как высокая скорость деформации в начале сейсмического цикла, заданного Аляскинским землетрясением 1964 г., и низкой скоростью деформации в середине или поздней части цикла в случае зоны Шумагина. В нашем случае мы имеем данные о скоростях деформации для определенного участка плиты, и они показывают подобным же образом существенные изменения между концом одного межсейсмического периода и началом другого.
Косейсмические деформации, связанные с крупным субдукционным землетрясением (Mw=7,8), находятся в прекрасном согласии с теми значениями, которые получаются при вычислении по дислокационной модели, использующей опубликованное Гарвардское решение для тензора момента. Этот факт имеет важное значение: с одной стороны, он подтверждает надежность всей системы измерений и, особенно, вполне хорошую точность данных GPS, полученных в измерениях на коротких интервалах времени. С другой стороны, этот факт означает, что и само Гарвардское решение для тензора момента является надежной оценкой истинного сейсмического тензора момента очага землетрясения.
Выявленные пресейсмические движения являются необычно хорошо выраженными. Во-первых, они наблюдаются на заметном числе станций и компонент. Во-вторых, временные функции сигнала на различных станциях и компонентах и не являются вполне идентичными, тем не менее, имеют сопоставимые длительности и относительно простую однополярную или импульсообразную форму. В-третьих, их амплитуда весьма велика. В нашей весьма предварительной интерпретации они соответствуют одиночному медленному землетрясению типа двойного диполя с Mw=7,7. Если же провести интерпретацию более детально, то, по-видимому, этот источник можно расщепить на два или даже три и уточнить их положение. Однако, крайне невероятно, что суммарный сейсмический момент будет снижен более, чем в три раза. Интерпретация пресейсмического сигнала как точечного источника указывает, что источник типа двойного диполя для очага этого медленного процесса является относительно приемлемым. В то же время данные плохо согласуются с идеей существенной компоненты типа эксплозии/имплозии, например такой, которая предлагается известной моделью предвестниковой дилатансии. В целом, можно сказать, что нам посчастливилось наблюдать и, постфактум, идентифицировать истинный среднесрочный деформационный предвестник сильного землетрясения.