Трение в недрах: новые ключи к сейсмичности разлома Нанкай
Зона субдукции Нанкай в юго-западной части Японии за последние 300 лет породила несколько мегаземлетрясений с магнитудой M8+, включая землетрясение Хоэй 1707 года (M8.7), землетрясение Тонанкай 1944 года (M8.1) и землетрясение Нанкайдо 1946 года (M8.1). Будучи одной из самых тщательно изучаемых зон субдукции в мире, она стала главным объектом многочисленных экспедиций Комплексной программы океанского бурения (IODP), направленных на углубление наших знаний о ее сейсмогенном и цунамигенном потенциале.
В своей работе 2025 года Фолкнер и его коллеги собрали воедино все доступные лабораторные данные о трении, полученные на образцах из научного бурения в желобе Нанкай, и интегрировали их с рутинными минералогическими анализами IODP. Набор данных охватывает три трансекты — Кумано, Мурото и Асидзури — и включает материалы с 26 буровых площадок. Эксперименты покрывают широкий диапазон скоростей скольжения — от микрометров до метров в секунду, что позволило провести систематическую инверсию ключевых фрикционных параметров.
Эта компиляция показывает, что фрикционная прочность данных материалов в целом ниже типичного трения Байерли и уменьшается с ростом содержания глинистых минералов. Однако склонность материалов к ослаблению при более высоких скоростях скольжения — ключевое условие для зарождения землетрясений — не имеет четкой корреляции с обилием глин. Анализ фрикционной устойчивости указывает на широкий спектр возможного поведения разломного скольжения — от медленных сдвигов до катастрофического разрушения, что согласуется с природными наблюдениями. В целом, результаты подчеркивают существенную естественную неоднородность фрикционных свойств в пределах субдукционной среды и предоставляют новые ограничения для определения характеристик трения мелководной окраины Нанкай.
Данное исследование выходит за рамки простого каталогизации свойств. Интегрированный подход позволяет построить более надежные механистические модели, которые связывают минералогический состав, измеренный в кернах, с реальным сейсмическим поведением разлома. Выявленная неоднородность объясняет, почему в зоне Нанкай наблюдаются разнообразные режимы высвобождения энергии — от бесшумных медленных сдвигов и явлений тремора до катастрофических мегаземлетрясений.
Разные участки разлома, в зависимости от своего состава и фрикционных параметров, могут вести себя по-разному под действием одного и того же тектонического напряжения. Это ставит новые задачи для прогнозирования, поскольку делает поведение разлома менее однородным и, следовательно, менее предсказуемым в деталях, но дает ключ к пониманию его фундаментальной механики. Следующим шагом станет использование этого обширного набора данных для калибровки и тестирования физических моделей, которые могли бы количественно оценить вероятность и потенциальную силу будущих сейсмических событий в этом густонаселенном регионе.
