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【前沿報道】Nature Geoscience:2018 Mw7.5級帕盧地震——快速與持續超剪切破裂事件
2019-05-20 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  與先前的超剪切地震不同,2018年MW7.5帕盧地震快速達到超剪切速度,并以約4.1 km/s的速度持續穩定破裂,這可能與震中區的斷層特征有關。  

 

  地震時斷層的破裂速度是研究震源物理和地震災害的重要參數,通常破裂速度小于剪切波的傳播速度(Vs),如果破裂速度超過Vs,則被稱為超剪切破裂。破超剪切破裂導致地震波在馬赫錐上同時到達,類似于超音速飛行的飛機產生的壓力波,因此放大了地震的破壞力,相關研究對地震災害評估有重要意義。

  數值模擬以及大量實驗都證實,超剪切破裂地震是存在的,它發生在II型破裂上,II型破裂是指擴展方向與斷層滑動方向一致的破裂,目前所有報道的超剪切破裂地震全部為走滑地震,包括1979年美國Imperial Valley Ms6.9級地震(Archuleta, 1984),1999年土耳其Izmit Mw7.4級地震和Düzce Mw7.2級地震(Bouchon et al., 2001),2001年中國昆侖山Mw7.8級地震(Vallée and Dunham, 2012)等,其數量非常稀少。

  2018928日,印尼帕盧發生了一次Mw7.5級走滑地震,地震引發的滑坡、液化和海嘯造成了非常嚴重的人員傷亡。帕盧地震是不是超剪切地震,其破裂特征如何?加州大學洛杉磯分校的Bao et al.2019)在Nature Geoscience公布了他們的研究成果。澳大利亞臺站的反投影結果(圖1c-1e)顯示,不同于其他超剪切破裂事件,這次地震的初始階段沒有長時間的亞剪切破裂,破裂速度快速超越了剪切波速度,且自始自終都是持續的超剪切破裂,平均破裂速度約為4.1 ± 0.15 km/s,介于VsEshelby速度,稱為Eshelby速度)之間,通常認為均勻介質條件下,斷層不能以亞Eshelby速度持續破裂。

   

帕盧地震的地表破裂軌跡和超剪切破裂速度(Bao et al., 2019)。(cBeam Power隨時間的變化。(d)反投影獲得的能量源沿走向的時間與位置。時間表示相對于起始破裂的時間,距離是相對于震中的水平位置沿走向(174°)的投影。(e)所用到的澳大利亞臺站分布

  利用瑞利波馬赫錐可以確定地震是否存在超剪切。當破裂速度低于瑞利波波速時,斷層不同破裂位置的瑞利波到達遠場臺站的時間不同,但對于超剪切破裂,斷層不同破裂位置的瑞利波將同時到達遠場臺站,使得主震波形與具有類似震源機制的較小地震事件的波形相似,只有振幅存在差異,振幅的比值等于主震與小震地震矩的比值(圖2,圖3)。Vallée and Dunham2012)曾在研究2001年昆侖山地震中,首次觀測到了遠場瑞利面波的馬赫錐。帕盧地震同樣觀測到了遠場瑞利面波的馬赫錐,從而確認超剪切破裂存在。

  震源動力學研究通常認為,在均勻介質中,斷層不能以亞Eshelby速度持續地破裂,但Huang et al.2016)認為存在斷層破裂區時,與地震波的相互作用可以使破裂以亞Eshelby速度持續穩定地傳播,帕盧地震印證了這一觀點。同時,帕盧地震的破裂速度之所以能快速達到超剪切速度,意味著較高的初始應力狀態,這可能與震中附近斷層較為粗糙有關。

 

2 遠場瑞利波馬赫錐的證據(Bao et al., 2019)。綠線內的彩色區域是馬赫錐,馬赫錐根據觀測的破裂速度(4.1 km/s),并考慮到瑞利波相速度的不確定性,以最大可能的馬赫角掃描獲得

   

3 瑞利馬赫波的證據(Bao et al., 2019)。(a)主震15-25s瑞利波與其M 6.1前震波形的相關系數隨相對于破裂走向的方位角變化圖,兩個綠色條帶表示估計的馬赫錐方位角的可能范圍。(b15-25s周期的主震(藍色)和前震(紅色)的瑞利波垂直位移記錄。前震信號通過主震/前震地震矩比(大小為125)進行縮放

  破裂速度與地震災害嚴重程度直接相關,提前建立地震破裂速度與斷層結構性質之間的關系,對于預測地震的影響非常重要。為什么只有部分走滑地震是超剪切地震,控制超剪切破裂的斷層有什么特性?這些問題還有待深入研究。

    

  主要參考文獻 

  Archuleta R J. A faulting model for the 1979 Imperial Valley earthquake[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1984, 89(B6): 4559-4585. 原文鏈接 

  Bao H, Ampuero J P, Meng L, et al. Early and persistent supershear rupture of the 2018 magnitude 7.5 Palu earthquake[J]. Nature Geoscience, 2019, 12:200-205.原文鏈接 

  Bouchon M, Bouin M P, Karabulut H, et al. How fast is rupture during an earthquake? New insights from the 1999 Turkey earthquakes[J]. Geophysical Research Letters, 2001, 28(14): 2723-2726.原文鏈接  

  Huang Y, Ampuero J P, Helmberger D V. The potential for supershear earthquakes in damaged fault zones–theory and observations[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2016, 433: 109-115.原文鏈接 

  Rosakis A J, Samudrala O, Coker D. Cracks faster than the shear wave speed[J]. Science, 1999, 284(5418): 1337-1340.原文鏈接 

  Vallée M, Dunham E M. Observation of farfield Mach waves generated by the 2001 Kokoxili supershear earthquake[J]. Geophysical Research Letters, 2012, 39(5).原文鏈接     

  (撰稿:郝金來/地星室)

 
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