Тектонические разломы представляют собой зоны локализованной деформации, приспособленные для перемещения плит в результате сейсмической ползучести на глубине и землетрясений или эпизодической ползучести в верхней коре. Обычно предполагается, что ползучесть на глубоком участке разломов и движение плиты дальнего поля остаются устойчивыми в течение длительного времени, что подразумевает стабильную скорость напряженной нагрузки в упругой части коры.
Эта картина представляется уместной для описания поведения разломов на границах плит. Однако внутри континентальных плит сосуществование разломов различной природы, ориентации и направления порождает неустойчивые механические системы, что приводит к неустойчивой кинематике в геологических масштабах времени. Постоянные времени, задействованные в процессах взаимодействия систем разломов, зависят от геометрии системы, скорости проскальзывания отдельных разломов и величины распределенной деформации, которую может выдержать кора перед выходом новых разломов.
Данные радиолокационной интерферометрии с синтезированной апертурой (InSAR), охватывающие период 1992-2000 годов, позволяют по-новому взглянуть на интерсейсмическое поле поверхностной деформации в районе пустыни Мохаве, Калифорния; где пересекаются разлом Гарлока и зона сдвига Восточной Калифорнии. Полученные данные показывают, в частности, скорость и пространственное распределение деформации, которые не соответствуют долгосрочным скоростям проскальзывания, определенным по геологическим данным, что свидетельствует о нестабильности кинематики в северном Мохаве.
Геологическая обстановка
Восточно-калифорнийская зона сдвига представляет собой зону деформации шириной 100 км, простирающуюся приблизительно на N248W от восточного конца сжимающего пробега изгиба в Сан-Андреасе в область восточно-западного расширения, которое ограничивает блок Сьерра-Невада на восток. В пустыне Мохаве зона сдвига образована несколькими параллельными прерывистыми сегментами, свидетельствующими о позднем кайнозойском правостороннем скольжении. К северу от Гарлокского разлома зона сдвига включает в себя Оуэнскую долину, Охотничью гору Панаминт и системы разломов Долины Смерти. Геологические и геодезические данные подтверждают, что зона сдвига вмещает 6-14 мм/год правого бокового скольжения, что составляет ;15% относительного движения Североамерикано-Тихоокеанского листа. В 1872 г. произошло землетрясение силой 7,6-8 баллов; в 80 км разлома Оуэнской долины в северной части сдвиговой зоны. В результате двух сильных землетрясений М =7 в 1992 и 1999 гг. в южной части сдвиговой зоны произошли длительные разрывы поверхности.
Хотя текущая скорость сдвига в зоне сдвига Восточной Калифорнии, по-видимому, одинакова с юга на север, следы четвертичных разломов не являются непрерывными по разлому Гарлока, северо-восточный, левосторонний сдвиговый разлом, простирающийся от западного конца Сан-Андреаского разлома до южной оконечности Долины смерти. Смещение русел рек, четвертичных отложений и берегов озера использовалось для определения долгосрочной скорости проскальзывания на разломе 3-11 мм/год вдоль западной его части и 4-9 мм вдоль восточной его части. Скорость геодезического проскальзывания оценивается в районе западной оконечности озера на уровне - 11 мм/год. Данные трилатерации свидетельствуют о снижении упругой деформации к востоку от центральной части разлома.
Межсейсмическая деформация в зоне Мохавы
Из данных InSAR в разрезе видно, что зона сдвига сконцентрирована в пределах примерно 10 км по обе стороны разлома Blackwater, что дает шаг 0,5 мм/год в диапазоне скоростей. Зона сдвига сужается по мере приближения к южной оконечности исследуемой зоны. На широте Барстоу поле скоростей в прямой видимости имеет прерывистость примерно 1,5 мм/год. Наблюдаемый сдвиг соответствует распределению, направлению и величине правостороннего сдвига, наблюдаемого в Глобальной системе позиционирования (GPS) к северу от зоны съемки.
Моделирование упругих дислокаций в полупространстве показывает, что наблюдаемая деформация сдвига может быть объяснена правосторонним скольжением со скоростью 7(+/- 3) мм/год в вертикальной плоскости, параллельной системе разломов Blackwater–Little Lake и зафиксированной выше 5 км. Такая малая глубина запирания соответствует максимальной глубине сейсмичности 5-7 км в этой части Мохаве в период 1975-1998 годов. Проскальзывание приповерхностного разлома необходимо для объяснения прерывистости поверхностного смещения, наблюдаемой вблизи Барстоу. Эти данные не позволяют определить локализованные сдвиги (в пределах 62 мм/год) вдоль участка разлома Гарлока, пересекающего Восточно-Калифорнийскую зону сдвига.
Предполагаемая скорость проскальзывания в системе разломов Blackwater–Little Lake в три раза превышает долгосрочную скорость проскальзывания, рассчитанную по геологическим данным . И наоборот, отсутствие разрешающего сдвига на восточной части Гарлокского разлома указывает на то, что скорость проскальзывания на этой части разлома в настоящее время ниже, чем средняя геологическая скорость проскальзывания в 10 тыс. лет.
Эти наблюдения позволяют предположить, что скорость скольжения на глубоком участке разлома, которая в стационарном представлении считается долгосрочной скоростью скольжения, при взаимодействии разлома с другим разломом может изменяться в краткосрочной перспективе в пределах 100-10 000 лет. В рассматриваемом здесь случае разломы Гарлока и Blackwater–Little Lake являются сопряженными, пересекающимися друг с другом разломами скольжения при ударе. Четырехсторонний узел, который они образуют, кинематически нестабилен и может генерировать колебательную картину поверхностно-скоростных колебаний, в которой повреждения локализуют сдвиговую деформацию по одному за раз.
Правдоподобным объяснением формирования сейсмических кластеров является эпизодическое накопление штаммов в зонах разломов, подобное тому, что было предложено наблюдениями InSAR вдоль разломной системы Blackwater–Little Lake. Недавние палеосейсмологические исследования показали, что выброс сейсмических моментов в южной части сдвиговой зоны Восточной Калифорнии за последние 10-15 тыс. лет происходил в скоплениях по 0-1, 5-6 и 9-10 тыс. лет. Последовательность палеоземлетрясений на разломе Гарлока также указывает на неравномерные периоды возвращения. Была предположена корреляция между возникновением шести четко определенных событий на разломе Гарлока и скоплениями сейсмической активности, наблюдаемыми в южной части сдвиговой зоны.
Четыре из шести событий Гарлока произошли в самом последнем кластере; два других события произошли при 5,1 тыс. лет и 6,8 тыс. лет назад, т.е. немного постдатируя и предшествуя предпоследнему кластеру зон сдвига с центром в 5,5 тыс. лет. Аналогичная картина наблюдается в восточной Турции, где последовательность сильных землетрясений за последние три столетия позволяет предположить, что места и периоды возникновения сейсмических моментов разлива чередуются между Восточно- Анатолийским разломом и Северо-Анатолийским разломом. Используя кулоновские модели напряжений, эта модель была интерпретирована как результат механического взаимодействия между двумя сопряженными системами разломов.
Другой, неисключительный способ объяснить нынешнее быстрое напряжение сдвига в системе разломов Blackwater–Little Lake - поддержать постсмический процесс после недавних крупных землетрясений в зоне сдвига в Восточной Калифорнии. Наблюдаемая зона сдвига связывает южный конец разлома поверхности Оуэнской долины 1872 г. на севере до северного конца 1992 года, определяя участок зоны сдвига, который можно рассматривать как сейсмический разрыв. Последующее за этими событиями осейсмическое скольжение и вязкоупругое расслабление в нижней коре и верхней мантии может привести к увеличению сдвигового напряжения в зоне разломов Blackwater–Little Lake, что приведет к ускорению ползучести разломов на мелкой глубине в течение последнего десятилетия.
Тенденция вызванной сейсмичности наблюдалась после землетрясения Ландерса от северного конца разрыва до южной долины Оуэнс. Кроме того, резкий градиент смещения, наблюдаемый около южного конца изображенного участка зоны сдвига, сочетается с роем сейсмичности, который произошел вблизи Барстоу после землетрясения в Ландерсе.