Землетрясения в Турции в феврале 2023 года произошли со сверхсдвиговыми разрывами

Геологи исследовали механику разрушительного двойного землетрясения на юго-востоке Турции в начале 2023 года. На основе анализа сейсмических данных и геодезических измерений ученые промоделировали распределение разрывов на различных сегментах разломной зоны. Максимальный сдвиг произошел в нескольких десятках километров от эпицентра, почти на пересечении двух крупных разломных систем. Модели показали, что серия разрывов распространялась по сложной системе разломов со сверхсдвиговыми скоростями, обусловленными, по-видимому, высоким напряжением горных пород, которое концентрировалось на отдельных участках в течение долгого времени. Отчеты об исследованиях опубликованы (1, 2) в журнале Science.

6 февраля 2023 года два мощных сейсмических события потрясли юго-восточную часть Турции. Эпицентр первого землетрясения, магнитуда которого составила 7,8, находился в районе городов Пазарджык, Газиантеп и Кахраманмараш. Через девять часов после него произошло второе землетрясение магнитудой 7,5 с эпицентром в 95 километрах к северу, рядом с городом Экинёзю. Оба подземных толчка и их афтершоки стали причиной десятков тысяч жертв и множества разрушений на большой территории как в Турции, так и в северо-западных районах Сирии (подробнее об этих землетрясениях, а также о трудностях прогнозирования сейсмических событий, можно прочитать в нашем материале «Зона сейсмического риска»).

Пострадавший от стихии регион относится к числу наиболее сейсмоопасных областей в мире. Чреватая крупными землетрясениями тектоническая обстановка здесь контролируется взаимодействием трех плит. Относительно небольшую Анатолийскую плиту, движущуюся в западном направлении, с юго-востока теснит Аравийская, и их подвижная граница отмечена Восточно-Анатолийской системой разломов. Ее юго-западный конец сочленяется с разломом Мертвого моря ― границей между Аравийской и Африканской плитами, которые движутся приблизительно в одном направлении, но с разными скоростями (Аравийская плита значительно быстрее). На всем протяжении Восточно-Анатолийская разломная область сильно сегментирована, ее строение усложняют многочисленные поперечные разрывы и складки.

Геометрию и кинематику разрывов, возникших после землетрясений 6 февраля 2023 года, проанализировали две группы американских, китайских и турецких геологов. Исследователи во главе с Тимоти Каски (Timothy Kusky) из Китайского университета наук о Земле подробно картировали разрывы, проведя наземные измерения и воздушную съемку с помощью дронов, и установили направления их распространения. Хань Юэ (Han Yue) из Пекинского университета с коллегами определили скоростные характеристики сдвига с учетом сейсмических данных и оценили величину тектонического напряжения в период, предшествовавший первому, наиболее мощному, землетрясению.

Общая протяженность сети разрывов после этого подземного толчка составила около 350 километров. При этом смещение поверхности во многих местах привело к тому, что в кулисообразной (состоящей из каскада параллельных элементов) структуре разрывов во многих местах образовались вторичные сквозные разломы, и зона повреждений расширилась. Максимальный сдвиг вдоль разрыва, обнаруженный с помощью полевых наблюдений и воздушной съемки, достигал 6,7 метра, а данные геодезического мониторинга зафиксировали даже сдвиги до 12 метров. Наибольшие смещения, вызванные первым землетрясением, концентрируются не в эпицентре, а в 47,5 километра к северо-востоку от него ― в районе стыка разломных систем Восточной Анатолии и Мертвого моря. Возглавляемая Каски группа геологов предположила, что разрыв от очага, располагавшегося на глубине около 10 километров под эпицентром, достиг этой области за 24 секунды.

Однако Хань Люэ и его коллеги на основе анализа сейсмических сигналов пришли к выводу, что это произошло гораздо быстрее ― всего за 10,5 секунды. Сначала разрыв достиг точки, лежащей примерно на девять километров западнее стыка, и скорость его распространения составила 4,0–4,5 километра в секунду, то есть превысила скорость поперечных (сдвиговых) волн в земной коре ― 3,6 километра в секунду. (Не следует путать сверхсдвиговую скорость со сверхзвуковой, так как при расчетах не учитывается гораздо более высокая скорость продольных волн. Однако для сверхсдвиговых смещений строится модель, аналогичная конусу Маха.) Далее разрыв распространялся в обе стороны вдоль оси разломной системы с обычной скоростью, но от точки стыка пошел по Восточно-Анатолийскому разлому опять в сверхсдвиговом режиме.

Ученые связали эти скачки скорости с чрезвычайно высоким напряжением горных пород до землетрясения: 26,7–27,3 мегапаскаля против приблизительно 15 мегапаскалей на сегменте разломов Мертвого моря, где разрывы распространялись с субсдвиговой скоростью 2,4–3,2 километра в секунду. Так, точка сочленения разломных зон оказалась областью повышенного напряжения, что и привело к ускоренному распространению разрыва. По наблюдениям других землетрясений, места соединения разломов, наоборот, способствуют его остановке. Исследователи предположили, что нетипичное поведение разрыва в случае с первым землетрясением 6 февраля 2023 года вызвано тем, что напряжение на стыке разломов накапливалось долгое время ― до нескольких сотен лет. Признаки сверхсдвиговых явлений обнаружены и для второго землетрясения, но расчет напряжений здесь оказался затруднен наложением сейсмических эффектов от первого события. Тем не менее анализ сверхсдвиговых смещений может помочь в прогнозировании рисков от мощных землетрясений.

Ранее N + 1 неоднократно рассказывал об исследованиях сейсмических явлений. Мы сообщали о том, как геологи отследили зарождение крупного землетрясения по росту сейсмической активности, выявили ускоренный сдвиг геодезических станций перед мощными землетрясениями и обнаружили расширение береговой линии после землетрясения в Японии.