中国科大学合作研究出特大地震破裂规律

2018-05-31 09:27

  中国科学技术大学地球和空间科学学院地震与地球内部物理实验室“青年千人”教授姚华建与美国大学分校Scripps海洋研究所科研人员合作,首次系统地了全球俯冲带特大地震破裂过程中不同频率的能量与俯冲板块断层移动量及早期余震空间分布之间的关系,研究3月19日发表在国际著名学术期刊《美国科学院院刊》上。

  近十几年来,地球上发生了20多次震级超过8级的大地震,其中绝大部分都发生在环太平洋和环印度洋的俯冲带附近。有的俯冲带强震导致海沟附近的海底发生超过10米的移动,从而引发大海啸,造成巨大的人员伤亡和财产损失,例如2004年12月在印尼苏门答腊海域发生的9.2级大地震和2011年3月在日本本州岛海域发生的9.0级大地震。研究俯冲带逆冲大地震的破裂规律对于认识大地震破裂的物理机理、地震预警及海啸预警具有重要意义。

  据论文第一作者和通信作者姚华建介绍,他们采用了一种“压缩”的算法研究大地震破裂过程中的能量规律。与传统台阵算法相比,该方法可以更准确地确定大地震破裂过程中稀疏分布的不同频率震源的空间。他们利用美国和日本的密集地震台站资料,研究了发生的4个震级最大(均超过8.5级)的俯冲带逆冲大地震,系统地发现了随深度变化的地震破裂能量与断层移动量及早期余震空间分布的关系。

  研究结果发现,深度约小于15公里的俯冲板块浅部在地震破裂过程中主要较低频率的能量(如小于0.1赫兹),这是由于浅部断层表面的破裂尺度较大以及破裂的速度相对较低造成的。该区域是大地震所引发海啸的主要区域,伴随着甚至高达几十米的断层移动。由于主震了俯冲板块浅部累积的大部分能量,所以该区域发生的早期余震相对较少。深度约在15~35公里范围的俯冲板块中等深度区域是俯冲带主要的地震孕育区,处于非稳定状态,在大地震破裂过程中大量的中高频率的能量(如0.1到0.4赫兹),同时伴随着较大的断层移动量,余震也主要集中在该区域。深度约在35公里~45公里范围的俯冲板块较深部位是高频能量(如高于0.4赫兹)的主要区域,在地震破裂中移动量一般较小,这可能是因为深部断层面上存在数量众多但尺度较小的不稳定区域,这些不稳定区域在地震中被诱发发生破裂时产生移动及出大量的高频能量。

  专家称,该研究对认识俯冲带大地震的破裂规律,以及对于用理论和数值计算等方法研究震源破裂过程都具有重要的指导意义。(王磊 杨保国)