中國地震局地球物理研究所  張旭

長期以來人們認為地震破裂傳播的速度應(yīng)低于區(qū)域介質(zhì)中剪切波傳播的速度，但隨著觀測、巖石物理實驗以及理論研究的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)還存在一類超剪切破裂現(xiàn)象。相比于地震發(fā)生的超剪切破裂現(xiàn)象，大家可能更為熟悉的是飛機等飛行器在快速飛行過程中發(fā)生的超音速（超過介質(zhì)中聲音傳播的速度）飛行現(xiàn)象。與超音速現(xiàn)象相類似，超剪切破裂是指地震破裂過程中，破裂傳播的速度超過了介質(zhì)中剪切波傳播的速度。21世紀之前，地震學(xué)界對于地震發(fā)生過程中是否能產(chǎn)生超剪切破裂存在較大爭議。打破這一爭議的是1999年8月17日于土耳其的伊茲米特地區(qū)發(fā)生的7.4級大地震。隨著深入的研究和分析，發(fā)現(xiàn)此次大地震確實發(fā)生了超剪切破裂。并且，之后的巖石物理實驗研究也表明了超剪切破裂的存在。與亞剪切破裂（破裂速度低于介質(zhì)中剪切波傳播的速度）地震相比，超剪切破裂地震有許多不同的物理特征；而且，超剪切破裂往往會加劇震區(qū)的災(zāi)害程度。目前，得到大家普遍認可的超剪切破裂大地震的個數(shù)要遠遠少于亞剪切破裂大地震。一個可能的原因是發(fā)生超剪切破裂地震的條件較為苛刻，不利于其發(fā)生；另一個可能的原因是超剪切破裂地震的確認存在較大困難，有可能會誤判為亞剪切破裂地震。如何較為可信地確認超剪切破裂地震，目前仍是地震學(xué)界一個富有挑戰(zhàn)性的難題。

中國大陸首次被觀測到并被可靠確認的超剪切破裂大地震是2001年發(fā)生的昆侖山口西8.1級大地震，隨后有學(xué)者認為2010年玉樹7.1級大地震也發(fā)生了超剪切破裂現(xiàn)象。2021年于青?，敹喟l(fā)生的7.4級大地震是中國大陸自2000年以來發(fā)生的第三大地震，我們通過對其詳盡的研究，發(fā)現(xiàn)的多種證據(jù)均一致表明此次大地震為中國又一次超剪切破裂大地震。受限于不同方法各自的局限性，單一結(jié)果往往具有一定的不確定度，從而導(dǎo)致僅利用單一結(jié)果得到的證據(jù)來確認超剪切破裂現(xiàn)象，其可靠性可能會受到較大的爭議；但如果利用多種不同方法得到的不同類型結(jié)果都能證實超剪切破裂現(xiàn)象存在的話，那就有足夠的可信度來做實大地震破裂過程中發(fā)生了超剪切破裂現(xiàn)象。如下內(nèi)容將詳述在確認2021年瑪多7.4級大地震發(fā)生超剪切破裂這一現(xiàn)象時所發(fā)現(xiàn)的諸多不同類型的證據(jù)。

首先，我們利用臺陣反投影方法去追蹤地震破裂的時空位置變化，測量結(jié)果表明最大破裂傳播速度超過了介質(zhì)中的剪切波傳播速度。另外，一些學(xué)者對先前發(fā)生的超剪切破裂大地震的研究結(jié)果表明，發(fā)生超剪切破裂的區(qū)域往往缺少余震的發(fā)生；我們同樣發(fā)現(xiàn)2021年瑪多7.4級大地震也存在這一特征。此外，對于此次大地震而言，我們還觀測到了馬赫波，這也與超剪切破裂地震的理論研究得到的結(jié)果較為一致。不僅如此，通過對全球大地震進行系統(tǒng)性的分析，我們發(fā)現(xiàn)，與亞剪切破裂大地震相比，2021年瑪多7.4級大地震以及其他發(fā)震斷層幾何結(jié)構(gòu)相對簡單的超剪切破裂地震釋放的輻射能（ER）與標量地震矩（M0）的比值（ER/ M0）普遍偏小。這一新的發(fā)現(xiàn)可以為將來可能的超剪切破裂大地震的確認提供額外的證據(jù)。

超剪切破裂地震的可靠確認，給我們提供了寶貴的機會和可能性去探討什么樣的孕震環(huán)境和條件造成了地震破裂過程中超剪切破裂現(xiàn)象的發(fā)生，是否與發(fā)震斷層強度、力學(xué)狀態(tài)、成熟度等等因素有關(guān)系。不僅如此，通過對超剪切破裂地震造成的災(zāi)害進行研究，定量分析超剪切破裂會在多大程度上加劇震區(qū)災(zāi)害，從而為將來超剪切破裂地震災(zāi)害的評估提供重要的基礎(chǔ)信息。

【作者簡介】

張旭，男，中國地震局地球物理研究所地震學(xué)研究室，副研究員，主要研究方向：震源物理。

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