日本大地震震源破裂過(guò)程的臺(tái)陣技術(shù)成像

杜海林 許力生

（中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081）

2011年3月11日，日本當(dāng)?shù)貢r(shí)間14時(shí)46分，日本東北部海域發(fā)生Mw9.0地震并引發(fā)海嘯，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。地震引發(fā)的海嘯影響到太平洋沿岸的大部分地區(qū)，并造成日本福島第一核電站1～4號(hào)機(jī)組發(fā)生核泄漏事故。此次地震引起了國(guó)際社會(huì)的強(qiáng)烈關(guān)注，已有多個(gè)研究機(jī)構(gòu)用不同方法和資料對(duì)其破裂過(guò)程進(jìn)行了研究。

遠(yuǎn)震震源破裂過(guò)程成像的廣義臺(tái)陣技術(shù)是自2004年蘇門(mén)答臘-安達(dá)曼地震以來(lái)興起的一種新方法，該方法利用時(shí)間域波形聚束技術(shù)確定大地震破裂過(guò)程中所有可能的能量輻射源，從而構(gòu)成從初始破裂點(diǎn)開(kāi)始以來(lái)的整個(gè)破裂過(guò)程圖像。又稱(chēng)為反投影法（back-projection method)。對(duì)于具體地震，首先給定震源深度，將震中區(qū)劃分為二維網(wǎng)格，計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)到各臺(tái)站的理論走時(shí)，然后依此理論走時(shí)將某一時(shí)間窗內(nèi)的信號(hào)延遲疊加，計(jì)算聚束能量，反投影到相應(yīng)的網(wǎng)格點(diǎn)，能量最大的點(diǎn)即為該時(shí)間窗內(nèi)信號(hào)對(duì)應(yīng)的破裂點(diǎn)；通過(guò)滑動(dòng)時(shí)間窗，可以得到一系列后續(xù)破裂點(diǎn)的位置，從而獲得整個(gè)破裂過(guò)程中破裂點(diǎn)的時(shí)空分布。

在這項(xiàng)研究中，我們利用IRIS提供的全球臺(tái)網(wǎng)震中距30°～90°的波形數(shù)據(jù)，構(gòu)成美國(guó)USArray、美國(guó)阿拉斯加和歐洲3個(gè)廣義臺(tái)陣，選擇0.1～1 Hz之間的信號(hào)，聯(lián)合3個(gè)臺(tái)陣，得到了日本大地震破裂過(guò)程圖像。結(jié)果顯示，此次日本大地震破裂總長(zhǎng)度約250 km，前100 s很可能是雙側(cè)破裂，100秒到140 s，向西南破裂，之后破裂前鋒回返，在破裂持續(xù)165 s后，破裂過(guò)程結(jié)束，破裂持續(xù)時(shí)間至少140 s（最長(zhǎng)不超過(guò)165 s）。整個(gè)過(guò)程的平均破裂速度較小，約1.3 km/s，但是破裂激發(fā)的海嘯很大，這與之前的研究結(jié)果是一致的，即破裂速度小的海底地震，更容易激發(fā)大海嘯。

圖1 聯(lián)合3個(gè)臺(tái)陣得到的破裂點(diǎn)分布