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【前沿報道】Nature:大地震與小震破裂起始階段存在相似性的多次觀測證據
2019-12-16 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  巨型地震通常始于幾乎一個點的微小巖石破裂,隨后是復雜斷層系統的連續滑移,延伸數百公里的巨大破裂區域向外輻射巨大能量,引發強烈震動。大地震破裂擴展過程是否可預測?大地震是否產生了與小地震不同的可觀測特征?地震最終震級是否與破裂起始有關?此類問題是關乎地震預測與預警的基礎性問題。 

  不同學者對此持有的觀點并不一致。部分學者研究認為,地震最終震級與破裂起始前百分之幾秒或更長的時間無關(Mori and Kanamori, 1996),但這類分析僅限于少數地震樣本。另有研究表明,地震最終規模與破裂起始可能有關(Olson and Allen, 2005),但他們并未準確考慮地震波穿過地球時的能量損失。 

  近期,日本東京大學地球與行星科學系Satoshi IdeNature上發表題為大地震與小震破裂起始階段存在相似性的多次觀測證據的文章(Ide, 2019)。作者系統比較了位置相近但震級不同地震的波形記錄,通過改進的波形互相關技術分析地震破裂起始波形相似性,從而去回答地震最終震級是否與破裂起始有關等有關問題。 

  作者選取日本海溝附近20026月至20184月期間2518個大地震(矩震級Mw > 4.5)。將它們分類為俯沖型和其它型地震(見圖1),分別同位置相近小震(Mw < 4.0)進行比較,通過計算大地震和小震垂直向波形信號前0.2秒的相關系數(CCmax),確定兩者間的相似度,最終發現了80個異常相似和390個非常相似的地震對(見圖2)。這些地震對位置間距非常小,在大約100米范圍內。據此,作者認為在研究區內這些大地震和小震破裂起始至少在觀測數據使用頻段范圍內是相似的,并推斷地震最終震級與其破裂起始并不相關。 

1 研究區大地震(Mw > 4.5)震源機制分布。(a俯沖型地震;b)其它型地震。研究覆蓋區和地震臺站分別用藍綠線和綠色圓圈表示。震源球顏色根據相關系數(CCmax)大小表示, CCmax > 0.9(紅色), 0.8 < CCmax < 0.9 (橙色),CCmax < 0.8 (黑色),波形互相關計算中沒有足夠數量臺站的事件(灰色)(Ide, 2019

2 不同類型事件對相關系數CCmax直方圖。(a) 俯沖型地震,圖中虛線分別表示,CCmax = 0.8CCmax = 0.9;(b) 其它型地震;(c)重復型地震;(d)三種不同的地震對時間間隔:整個周期(上),1周(中),1天(下)(Ide, 2019     

  另外,作者還發現:相比于其它型地震,俯沖型地震更容易匹配組合成相似地震對,而且相似度更高。推斷其原因,可能是因為其它型地震空間位置分散且震源機制多樣。組成相似地震對的部分俯沖型大地震和小震時間間隔超過10年,可能與所處斷層加載條件和發育程度有關。他們的研究結果有助于進一步認識地震破裂起始過程,并有可能改進地震預警的時間和精度(Abercrombie, 2019)。 

    

  主要參考文獻 

  Mori J, Kanamori H. Initial rupture of earthquakes in the 1995 Ridgecrest, California sequence[J]. Geophysical Research Letters, 1996, 23(18): 2437-2440.鏈接 

  Olson E L, Allen R M. The deterministic nature of earthquake rupture[J]. Nature, 2005, 438(7065): 212-215.鏈接 

  Ide S. Frequent observations of identical onsets of large and small earthquakes[J]. Nature, 2019, 573:112-116.鏈接 

  Abercrombie R E. Small and large earthquakes can have similar starts[J]. Nature, 2019, 573:42-43.鏈接 

  (撰稿:趙旭/地星室)

 
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