中國科大合作研究系統揭示俯沖帶特大地震破裂規律

　　中國科學技術大學地球和空間科學學院“青年千人”姚華建教授與美國加州大學圣地亞哥分校Peter Shearer教授和 Peter Gerstoft研究員，通過美國和日本密集地震臺陣資料的分析，首次系統地揭示了全球俯沖帶特大地震破裂過程中不同頻率的能量釋放與俯沖板塊斷層滑移量及早期余震空間分布之間的關系，該成果近期發表在國際著名學術期刊《美國科學院院刊》(PNAS)上。

　　姚華建教授及其合作者在采用了一種“壓縮感知”的算法研究大地震破裂過程中能量的釋放規律，該算法較傳統臺陣算法可以更為準確地確定稀疏分布的不同頻率震源的空間位置。姚華建及其合作者使用了美國和日本的密集地震臺站的資料，系統地研究了21世紀發生的4個震級最大(均超過8.5級)的俯沖帶逆沖大地震，均發現這些大地震破裂過程中釋放的不同頻率的能量隨深度存在明顯變化的關系：低頻能量的釋放主要位于俯沖板塊的較淺部，但高頻能量的釋放主要來源于俯沖板塊的較深部。

　　該研究還系統地分析了這些大地震能量輻射與地震破裂所引發的斷層滑移量及早期余震空間分布的關系。研究結果發現，俯沖板塊的淺部(深度約在15公里以上)是大地震所引發的海嘯的主要區域，通常伴隨著很大的斷層滑移，有的大地震甚至可以產生幾十米的滑移量。該深度區域在地震破裂過程中主要釋放較低頻率(如小于0.1赫茲)的能量，主要是由于地震引發的淺部斷層表面的破裂尺度較大以及破裂的速度相對較低造成的。由于主震釋放掉了俯沖板塊淺部累積的大部分應力和應變，所以該深度區域發生的早期余震數目也相對較少。俯沖板塊的中等深度區域(約在15-35公里深度范圍)是俯沖帶主要的孕震區域，處于非穩定的狀態，這一區域在大地震破裂過程中一般也會出現較大的斷層滑移(如幾米到十幾米)，通常在主震過程中釋放大量的中等和較高頻率(如0.1到0.4赫茲)的能量，余震也主要集中在該區域。俯沖板塊的較深部位置(約在35-45公里深度范圍)在地震破裂中產生的滑移量一般較小(幾米或一米以內)，該區域是地震破裂中高頻(如高于0.4赫茲)能量釋放的主要區域，主要可能是因為深部斷層面上存在數量眾多但尺度較小的不穩定區域，這些不穩定小區域在地震中被誘發發生破裂時釋放出大量的高頻能量。

　　該研究結果對于認識俯沖帶大地震的破裂規律具有重要的意義，對于用理論和數值計算等方法研究震源破裂過程有著重要的指導意義。文章的第一作者和通信作者為姚華建。

　　該研究得到了國家自然科學基金“優秀青年”基金及國家外國專家局“創新團隊國際合作伙伴計劃”的資助。