Сейсмические эффекты глубинного высокоплотного материала в юго-восточной части Корейского полуострова

Скрытый груз под корой

Почему два из крупнейших зарегистрированных землетрясений в Южной Корее произошли почти в одном и том же регионе с интервалом всего в год? В этом исследовании авторы смотрят дальше привычных объяснений, таких как столкновения плит и деятельность человека, и обращают внимание на гораздо менее заметного участника — тяжёлый массив горной породы, захороненный глубоко в коре под юго-востоком Корейского полуострова. Моделируя, как этот плотный материал прогибает кору и перераспределяет напряжения по разломам, исследователи показывают, что то, что лежит на десятки километров ниже поверхности, может тихо подготовить разломы к мощным землетрясениям на поверхности.

Регион необычной сейсмической активности

Землетрясения в Кёнжу 2016 года и в Похане 2017 года, оба магнитудой 5,5, произошли вблизи системы разломов Янсан на юго-востоке Кореи — районе, уже известном сравнительно высокой сейсмичностью. Событие в Похане привлекло глобальное внимание, поскольку было связано с закачкой жидкости в геотермальном проекте, но объём закачанной воды был слишком мал, чтобы полностью объяснить высвобождаемую энергию землетрясения. Одновременно гравиметрические измерения над этим регионом показывают сильную положительную аномалию, что указывает на наличие необычно плотного тела глубоко в коре. Предыдущие сейсмические и магнитные исследования предполагали наличие толстой зоны мафических, обогащённых железом и магнием, пород, вероятно образовавшихся при накоплении и затвердевании магмы в основании коры во время открытия соседнего Восточного моря миллионы лет назад.

Погребённый пласт, прогибающий кору

Исследователи поставили цель понять, как этот высокоплотный материал, интерпретируемый как магматическое подпластывание, меняет напряжённое состояние в коре и влияет на крупные разломы. Сначала они использовали детальные гравитационные и сейсмические данные, чтобы построить двумерное представление плотности коры от внутренних областей Кореи до Восточного моря, а затем преобразовали его в трёхмерную модель региона. В моделях плотное тело располагается чуть выше границы между корой и мантией и толще на востоке под прибрежной зоной и тоньше на западе во внутренних районах. Поскольку оно тяжелее окружающих пород, оно ведёт себя как зарытый груз, который медленно прогибает кору вниз там, где тело толще, вызывая при этом мягкое выгибание вверх у своих краёв.

Тепло, течение и перераспределение напряжений

Температура играет ключевую роль в этой истории. Измерения на суше и в море показывают, что юго-восток Кореи и прилегающий бассейн Уллён более тёплые по сравнению со средними значениями по полуострову. Более тёплые породы в нижней коре и верхней мантии мягче и легче деформируются, что позволяет плотному телу погружаться глубже и сильнее прогибать накрывающую кору. Команда провела трёхмерные вязкоупругие моделирования при разных температурах на границе кора–мантия — от относительно прохладных до довольно тёплых. В более тёплых вариантах модельного ряда плотный слой погружался сильнее, усиливая изменения напряжений в верхней коре. Непосредственно над толстой восточной частью погружение создаёт дополнительное сжимающее напряжение; к тонкой западной кромке прогиб сопровождается зонами растяжения. Эти различия в напряжениях простирались вверх до глубин, где происходят землетрясения, и распространялись на десятки километров в стороны.

Разломы ближе к срыву

Чтобы оценить, как такое глубинное нагружение может повлиять на реальные землетрясения, авторы рассчитали изменения величины, называемой напряжением Кулона (Coulomb failure stress), на задокументированных разломах, включая плоскости, разрушившиеся при событиях в Кёнжу и Похане. Положительные изменения означают, что разлом стал ближе к срыву; отрицательные — что он стабилизирован. Даже без учёта плотного тела далёкое тектоническое сжатие от движений плит уже нагружало многие разломы на юго-востоке Кореи. Добавление же высокоплотного слоя систематически увеличивало напряжение срыва примерно на 0,2–1 мегапаскаль на плоскостях разломов Похан и Кёнжу и на нескольких прилегающих сегментах, особенно над толстой восточной частью тела. Эти приращения напряжений были больше, чем прямые изменения напряжений, рассчитанные для самой закачки жидкости в Похане, и они усиливались по мере того как модельная кора становилась теплее и слабее.

Переосмысление сейсмической опасности в «устойчивых» регионах

Исследование делает вывод, что глубокий тяжёлый пласт под юго-востоком Кореи длительное время незаметно повышал фоновое напряжение на разломах, что помогает объяснить, почему в этом регионе произошли крупнейшие недавние землетрясения страны. Деятельность человека, такая как закачка жидкости, может служить окончательным триггером, но только потому, что разломы уже находились близко к критическому состоянию вследствие тектонической нагрузки, усиленной погребённым плотным телом. Для жителей районов, которые часто считают геологически стабильными, послание ясно: сейсмическая опасность не определяется только границами плит. Тонкие вариации в плотности коры, температуре и реологии могут концентрировать напряжения далеко от краёв плит, поэтому надёжные оценки сейсмического риска должны заглядывать глубоко под поверхность, интегрируя гравиметрию, тепловой поток и детальную сейсмо- и геофизическую съёмку с традиционными тектоническими моделями.

Цитирование: Kim, M., Choe, H., Cheon, Y. et al. Seismic effects of deep crustal high-density material in the southeastern Korean Peninsula. Commun Earth Environ 7, 328 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03345-x

Ключевые слова: внутрипластовые землетрясения, сейсмическая опасность, магматическое подпластывание, напряжённость в коре, Корейский полуостров