При землетрясении в Японии повторился турецкий сценарий распространения сейсмических волн

Ученые выяснили, что причиной значительных разрушений, завалов и цунами во время сильнейшего за последние 40 лет землетрясения на японском полуострове Ното стали высокие скорости и ускорения колебаний поверхности на большой территории, включая пункты, удаленные от эпицентра. Там скорости и ускорения оставались высокими из-за наложения сейсмических волн, распространяющихся из очага землетрясения. Подобные наблюдения помогут заблаговременно предсказывать места, разрушения в которых могут быть велики. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Russian Journal of Earth Sciences.

При землетрясении из очага распространяются сейсмические волны, которые выходят на поверхность и приводят к разрушениям зданий и инфраструктурных объектов — дорог, мостов и линий коммуникаций. Для защиты от разрушений нужно изучать свойства сейсмических очагов и условия, в которых распространяются сейсмические волны. Поскольку они имеют свои региональные особенности, в последние десятилетия в мире быстро развиваются сети сейсмических наблюдений.

Исследования показали, что при сильных землетрясениях с протяженными очагами — таких как землетрясения в Турции в феврале 2023 года, землетрясения в Японии на Хоккайдо в 2003 году и в центральной части Хонсю в 2011 году — сейсмические волны при распространении могут накладываться друг на друга и выходить на поверхность одновременно, в виде короткого цуга (волнового пакета). Причина этого — эффекты направленности сейсмического излучения, когда трещина в протяженном очаге распространяется преимущественно в одном направлении. В результате амплитуды колебаний поверхности существенно увеличиваются. Такие волновые цуги оказывают разрушительное действие на здания, и именно они стали одной из основных причин катастрофических разрушений при турецких землетрясениях 2023 году. Чтобы по возможности обезопасить жителей сейсмически активных районов и предугадать, где колебания поверхности будут максимальными, нужны физические модели, описывающие распространение волн из очагов крупных землетрясений.

Исследователи из Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН (Москва) по записям сейсмических станций изучили распространение сейсмических волн при землетрясении магнитудой 7,5, которое произошло в северной части японского полуострова Ното 1 января 2024 года. Авторы проанализировали данные, собранные станциями, находившимися на расстояниях 2–60 километров от очага.

Анализ показал, что максимальные сейсмические эффекты наблюдались как на близких к очагу, так и на удаленных станциях, расположенных в направлении распространения трещины в очаге землетрясения. С удалением от эпицентра наблюдалось постепенное уменьшение продолжительности сильных движений, но пиковые ускорения колебаний поверхности не снижались и достигли максимума (в 2,8 раза больше ускорения свободного падения) на станции, расположенной в 60 километрах от эпицентра. Это объясняется проявлением эффектов направленности излучения протяженного очага. В прошлом подобные эффекты наблюдались лишь при землетрясениях большей магнитуды. Таким образом, землетрясение Ното 2024 года с магнитудой 7,5 и длиной очага около 120 километров имеет некоторые «пороговые» параметры, начиная с которых могут наблюдаться эффекты направленности излучения очага землетрясения.

«Конец трещины, вспарывающей разломную плоскость (очаг землетрясения), представляет собой движущийся источник сейсмических волн, и наложение и взаимное усиление волн происходит вследствие слоистой структуры земной коры: волны, проникшие в более глубокие и плотные слои, распространяются быстрее и "догоняют" волны, распространяющиеся в слоях, более близких к поверхности. Это подтверждается расчетами, учитывающими путь распространения трещины и скорости в слоях земной коры. Движущийся конец трещины становится источником ударных волн, подобно носу сверхзвукового самолета. Эти опасные явления должны быть детально изучены для разработки методов защиты и снижения ущерба от сильных землетрясений», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ольга Павленко, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник и заведующая лабораторией инженерной сейсмологии и интерпретации сейсмических наблюдений Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН.