Study of the Crustal Displacement Fields by Space Geodesy Method at the Primorie

V. Yu. Timofeev; Тимофеев В. Ю.; D. G. Ardyukov; Ардюков Д. Г.; A. V. Timofeev; Тимофеев А. В.; M. G. Valitov; Валитов М. Г.

doi:10.31857/S0002333723010076

Study of the Crustal Displacement Fields by Space Geodesy Method at the Primorie

Authors: Timofeev V.Y.¹, Ardyukov D.G.¹, Timofeev A.V.¹, Valitov M.G.²
Affiliations:
1. Trofimuk Institute of Petroleum-Gas Geology and Geophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
2. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Science
Issue: No 1 (2023)
Pages: 12-23
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-3337/article/view/138989
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333723010076
EDN: https://elibrary.ru/CAQUUK
ID: 138989

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

This work presents the results of GPS observations (2003–2020) carried out in Primorsky Krai (aka the Primorie) and Khabarovsk Krai in southeastern Russia. The objectives of our study were to obtain displacement velocities, to test the relation of current velocities with seismicity, with the specific features of the geological structure of the Primorie, and to study the rheological parameters of the crust and asthenosphere at the continental margin. This paper analyzes the results of measurements made in the Primorie at the Central Sikhote-Alin fault. The study includes the effects of the Tohoku-Oki earthquake in Japan with magnitude M = 9, which occurred on March 11, 2011. The zone of coseismic and postseismic displacements extends to a distance of over 1,000 km from the epicenter. The postseismic attenuations of the multi-year horizontal and vertical displacements allow us to estimate the relaxation time for the elastic-viscous model. With attenuation times of 4 to 8 years, the following viscosity values were obtained for the lower layer according to the two-layer rheological model: 8 × 10¹⁸–3 × 10¹⁹ Pa s. Using the bending model of the Earth’s surface and the bottom of the Sea of Japan, we estimated the thickness (20–25 km) of the elastic upper part of the Earth's crust in the continent–ocean contact zone.

Keywords

space geodesy, continental margin, displacements at the fault, coseismic displacements, postseismic relaxation, the March 11, 2011 Japan earthquake (Tohoku-Oki), thickness of the elastic crust, asthenosphere, Maxwell viscosity

References

Владимирова И.С., Стеблов Г.М., Фролов Д.И. Исследование вязкоупругих деформаций после Симуширских землетрясений 2006–2007 гг. // Физика Земли. 2011. № 11. С. 75–80.
Василенко Н.Ф., Прытков А.С., Сапрыгин С.М. Горизонтальные движения и генерация сильных землетрясений в недрах северного Сахалина // Тихоокеанская геология. 2011. Т. 30. № 3. С. 76–79.
Малышев Ю.Ф., Подгорный В.Я., Шевченко Б.Ф., Романовский Н.П., Каплун В.Б., Горнов П.Ю. Глубинное строение структур ограничения Амурской литосферной плиты // Тихоокеанская геология. 2007. Т. 26. № 2. С. 3–17.
Сдельникова И.А., Стеблов Г.М. Мониторинг цунамигенных землетрясений методами спутниковой геодезии // Геофизические исследования. 2016. Т. 17. № 1. С. 46–55
Стеблов Г.М. Взаимодействие тектонических плит в Северо-Восточной Азии // Докл. РАН. 2004. Т. 394. № 5. С .689–692.
Стеблов Г.М., Василенко Н.Ф., Прытков А.С., Фролов Д.И., Грекова Т.А. Динамика Курило-Камчатской зоны субдукции по данным GPS // Физика Земли. 2010. № 5. С. 77–82.
Тимофеев В.Ю., Ардюков Д.Г., Горнов П.Ю., Малышев Ю.Ф., Бойко Е.В., Результаты анализа данных GPS-измерений (2003–2006 гг.) на Дальнем Востоке по Сихотэ-Алиньской сети // Тихоокеанская геология. 2008. Т. 27. № 4. С. 39–49.
Тимофеев В.Ю., Ардюков Д.Г., Соловьев В.М., Шибаев С.В., Петров А.Ф., Горнов П.Ю., Шестаков Н.В., Бойко Е.В., Тимофеев А.В. Межплитные границы Дальневосточного региона России по результатам GPS-измерений, сейсморазведочных и сейсмологических данных // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 4. С. 489–507.
Тимофеев В.Ю., Калиш Е.Н., Стусь Ю.Ф., Ардюков Д.Г., Валитов М.Г., Тимофеев А.В., Носов Д.А., Сизиков И.С., Бойко Е.В., Горнов П.Ю., Кулинич Р.Г., Колпащикова Т.Н., Прошкина З.Н., Назаров Е.О., Колмогоров В.Г. Вариации силы тяжести и смещений в зонах сильных землетрясений на Востоке России // Физика Земли. 2018. Т. 54. № 3. С. 45–59.
Шестаков Н.В., Герасименко М.Д., Охзоно Мако. Движения и деформации земной коры Дальнего Востока Российской Федерации, вызванные землетрясением Тохоку 11.03.2011 г. и их влияние на результаты GNSS наблюдений. // Геодезия и картография. 2011. № 8. 35–43.
Шестаков Н.В., Охзоно М., Такахаши Х., Герасименко М.Д., Быков В.Г., Гордеев Е.И., Чебров В.Н., Титков Н.Н., Сероветников С.С., Василенко Н.Ф., Прытков А.С., Сорокин А.А., Серов М.А., Кондратьев М.Н., Пупатенко В.В. Моделирование косейсмических движений земной коры, инициированных глубокофокусным Охотоморским землетрясением 24.05.2013 г., М = 8.3 // Докл. РАН. 2014. Т. 457. № 4. С. 471–476.
Argus D.F., Gordon R.G., Heflin M.B., Ma C., Eanes R.J., Willis P., Peltier W.R., Owen S.E. The angular velocities of the plates and the velocity of the Earth’s centre from space geodesy // Geophysical Journal International. 2010. V. 18. P. 1–48.
Coulomb 3. Graphic-rich deformation & stress-change software for earthquake [Электронный ресурс] / USGS Earthquake Hazards Program – Northern California. Shinji Toda, Ross Stein, Jian Lin and Volkan Sevilgen. Электрон. дан.: США, 2003–2009. Режим доступа: http://quake.usgs.gov свободный.
Dach R., Hugentobler U., Fridez P., Meindl M. Bernese GPS Software Version 5.0. AIUB. University of Bern. 2007. 612 p.
DeMets C., Gordon R.G., Argus D.F. Geologically recent plate motions // Geophysical J. International. 2010. V. 181. P. 1–80.
ESA Basic dataset for VTGoce, http://eo-virtual-archive1.esa.int /GOCEGravityModels.html
Herring T.A., King R.W., McClusky S.C. GAMIT Reference Manual, GPS analysis in MIT, Release 10.3. Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences. Massachusetts Institute of Technology, USA. 2006a.
Herring T.A., King R.W., McClusky S.C. GLOBK Reference Manual. Global Kalman filter VLBI and GPS analysis program. Release 10.3. Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences. Massachusetts Institute of Technology, USA. 2006б.
http//sopac.ucsd.edu;
Japan Meteorological Agency (JMA). The 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, first report // http://www. jma.go.jp/jma/en/News/2011_Earthquake_01.html
Jin S., Park P., Zhu W. Micro-plate tectonics and kinematics in Northeast Asia inferred from a dense set of GPS observations // Earth planet. Sci. Lett. 2007. V. 257. P. 486–496.
Karsakov L.P. Tectonic Map of the Central Asian-Pacific Belts Junction Area Transition Zone (scale 1 : 1 500 000), Khabarovsk-Shenyan, ITG FEB RAS, Khabarovsk. 2001.
Kreemer C., Blewitt G., Klein E.C. A geodetic plate motion and Global Strain Rate Model // Geochem. Geophys. Geosyst. 2014. V. 15. № 10. P. 3849–3889.
Kogan M.G., Steblov G.M. Current global plate kinematics from GPS (1995–2007) with the plate-consistent reference frame // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. B04416. https://doi.org/10.1029/2007JB005353
Nur A., Mavko G. Postseismic viscoelastic rebond // Science. 1974. № 183. P. 204–206.
Okada Y. Internal deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1992. V. 82. № 2. P. 1018–1040.
Ozawa S., Nishimura T., Suito H., Kobayashi T., Tobita M., Imakiire T. Coseismic and postseismic slip of the 2011 magnitude 9 Tohoku-Oki earthquake // Nature. 2011. V. 475. P. 373–376.
Pollitz F.F. VISCO1D. Version 3. Tutorial [Электронный ресурс] / F.F. Pollitz (ed.). Reston: USGS. 2006. 36 p. Режим доступа: http://earthquake.usgs.gov/research/software/VISCO1D/manual.pdf
Segall P. Integrating geologic and geodetic estimates of slip rate on the San Andreas fault system // International Geology Review. 2002. V. 44(1). P. 62–82. https://doi.org/10.2747/0020-6814.44.1.62
Shestakov N.V., Gerasimenko M.D., Takahashi H., Kasahara M., Bormotov V.A., Bykov V.G., Kolomiets A.G., Gerasimov G.N., Vasilenko N.F., Prytkov A.S., Timofeev V.Yu., Ardyukov D.G., Kato T. Present tectonics of the southeast of Russia as seen from GPS observations // Geophysical Journal International. 2011. V. 184(2). P. 529–540. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04871.x
Shestakov N.V., Takahashi H., Ohzono M., Prytkov A.S., Bykov V.G., Gerasimenko M.D., Serov M.A. Analysis of the far-field crustal displacements caused by the 2011 Great Tohoku earthquake inferred from continuous GPS observations // Tectonophysics. 2012. V. 524–525. P. 76–86. doi:10.1016 /j.tecto.2011.12.019
Turcotte D.L., Schubert D. Geodynamics. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press. 2001. 528 p.
Zhao Qian, Fu Guangyu, Wu Weiwei Spatial-temporal evolution and corresponding mechanism of the far-field post-seismic displacements following the 2011 MW 9.0 Tohoku earthquake. Congress IUGG. 2009. G06p-311.