東日本大地震地震序列的震源機(jī)制解特征及其動(dòng)力學(xué)意義

俞紅玉，陶 開(kāi)，蔡 晨，張 浩，寧杰遠(yuǎn)，王彥賓

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871

1 引 言

2011年3月11日13時(shí)46分（北京時(shí)間）在西太平洋國(guó)際海域發(fā)生了里氏9.0級(jí)地震，震中位于北緯38.1°、東經(jīng)142.6°，震源深度約10km.它是自有記錄以來(lái)日本島區(qū)域發(fā)生的最大地震.之后，在日本本州地區(qū)附近發(fā)生了一系列地震，其中不乏強(qiáng)震.這些強(qiáng)震大部分分布于日本本州島以東海域.

Honda等（1952，1957）通過(guò)研究發(fā)生在日本及其附近地區(qū)1927—1966年的地震震源機(jī)制解，發(fā)現(xiàn)日本海主壓應(yīng)力的水平分量大致與 Wadati－Benioff帶走向垂直［1－2］.Nakamura和 Uyeda（1980）通過(guò)分析震源機(jī)制解、斷層的走向以及巖墻、巖床分布等資料，提出日本海地區(qū)東西向拉張應(yīng)力場(chǎng)在7Ma停止，而擠壓應(yīng)力場(chǎng)開(kāi)始于1～2Ma，但近東西向擠壓應(yīng)力隨著往西遠(yuǎn)離海溝而逐漸減小［3］.盡管使用不同的資料和研究方法得到關(guān)于應(yīng)力場(chǎng)何時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼥|西向擠壓狀態(tài)的結(jié)論并不相同，但是人們普遍認(rèn)為現(xiàn)階段日本海地區(qū)處于近東西向的擠壓應(yīng)力狀態(tài)［4－5］.

與此相應(yīng)地，通過(guò)研究地震活動(dòng)性及地震震源機(jī)制解特征，寧杰遠(yuǎn)和臧紹先（1987）曾指出，中國(guó)東北和日本海的地震活動(dòng)性都不強(qiáng)，震源機(jī)制解所揭示的主壓應(yīng)力方向的水平投影基本一致，都大致沿著日本海俯沖帶的傾向，因此認(rèn)為中國(guó)東北目前主要受太平洋板塊弱擠壓作用的影響［5］，并被后續(xù)研究所證實(shí)［6］.

動(dòng)力學(xué)問(wèn)題是由物質(zhì)性質(zhì)、初始條件和邊界條件決定的.邊界條件隨時(shí)間的變化直接影響著應(yīng)力狀態(tài)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程.2011年3月11日東日本大地震這一自有記錄以來(lái)日本島發(fā)生的最大地震發(fā)生后，我們需要研究作為日本?；蛑袊?guó)東北大陸動(dòng)力學(xué)問(wèn)題邊界的日本本州附近的邊界條件發(fā)生了怎樣的變化，需要研究其變化對(duì)日本海乃至中國(guó)東北地區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)的影響.基于如上考慮，本文將通過(guò)研究東日本大地震前后日本本州及鄰區(qū)地震的震源機(jī)制解特征，討論該地區(qū)應(yīng)力狀態(tài)的變化.進(jìn)一步地，我們將討論板間耦合對(duì)弧后盆地的應(yīng)力狀態(tài)和演化的影響.

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及可靠性檢驗(yàn)

東日本大地震發(fā)生之后，我們首先收集了IRIS網(wǎng)站上提供的全球遠(yuǎn)震臺(tái)站記錄的P波初動(dòng)資料（http：∥www.iris.edu／hq）.與汶川地震不同，此次大地震序列發(fā)生在海溝附近且以小角度的逆沖為主，P波初動(dòng)法無(wú)法有效地單獨(dú)約束此次大地震序列的震源機(jī)制解，因此本文分析中采用了哈佛大學(xué)CMT雙力偶解（http：∥www.globalcmt.org［2013－01－10］）.為了對(duì)CMT雙力偶解的可靠性進(jìn)行評(píng)估，我們使用P波初動(dòng)資料對(duì)其進(jìn)行了檢驗(yàn).我們從IRIS網(wǎng)站上下載了從2011年3月1日至2011年4月13日，發(fā)生在日本島及其鄰近海域4.7級(jí)以上132個(gè)地震的15816條記錄.

檢驗(yàn)的具體方法是：在波形記錄中讀取P波初動(dòng)，然后將P波初動(dòng)點(diǎn)投影到CMT機(jī)制解所劃分的不同象限，并計(jì)算P波初動(dòng)按哈佛雙力偶解分區(qū)時(shí)所對(duì)應(yīng)的矛盾比，此處根據(jù)P波初動(dòng)求解震源機(jī)制解時(shí)使用了俞春泉等（2009）提出的方法［7］.我們發(fā)現(xiàn)，雖然P波初動(dòng)本身很難唯一地確定震源機(jī)制解，但I(xiàn)RIS網(wǎng)站提供的波形數(shù)據(jù)至少有10條能明確讀出P波初動(dòng)的65個(gè)地震中，按哈佛雙力偶解分區(qū)，大多數(shù)（80.65%）矛盾比在A類(lèi)解的范圍內(nèi)（如圖1（a—d）所示），其中2011年3月11日東日本大地震的震源機(jī)制解對(duì)照如圖1a所示，矛盾比僅為3%.少部分地震矩張量解在P波初動(dòng)解的檢驗(yàn)中沒(méi)有達(dá)到A類(lèi)解的要求，這主要是由于兩種方法之間本身所代表的意義不同所致.P波初動(dòng)法求解的是地震初始破裂時(shí)的震源機(jī)制，而雙力偶方法求解的是地震破裂過(guò)程整體的震源機(jī)制，這種差異使節(jié)面有小角度的旋轉(zhuǎn)，如圖1（e、f）所示，這種變化增大了矛盾比.

圖1 P波初動(dòng)解與哈佛雙力偶解的比較標(biāo)題為地震發(fā)震時(shí)刻，Ψmin為CMT解對(duì)應(yīng)的矛盾比.我們使用下半球投影，“＋”表示P波初動(dòng)為正，“－”表示P波初動(dòng)為負(fù).P和T分別代表主壓應(yīng)力軸和主張應(yīng)力軸的方向.紅線為雙力偶解，黃線為P波初動(dòng)解的可選解簇.（a）為主震對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)結(jié)果，（b）、（c）、（d）為部分A類(lèi)解的對(duì)比情況，（e）表示節(jié)面走向有小角度變化的情況，（f）表示節(jié)面傾角有小角度變化的情況.Fig.1 Comparison between P－wave first－motion and Harvard double－couple solutions The headline of each beach ball stands for the origin time of the earthquake.Ψminis the minimum weighted inconsistency ratio.Lower hemisphere projection is used.“＋”means the P－wave first－motion is up，“－”is down.Pand Tare the orientation of principal compressive stress and orientation of principal extensional stress，respectively.The red lines represent Harvard double－couple solutions.The yellow lines are the optional solution clusters of P－wave first－motion.（a）is for the main shock，（b）、（c）、（d）are for three other examples of type A focal mechanism solutions of CMT，（e）is an example of the CMT solutions with nodal planes rotating a small angle along the azimuth，（f）represents the nodal planes of a CMT solution with small rotation along the dip.

從以上的結(jié)果我們可以做出推斷，日本大地震的余震序列震源的初動(dòng)和主破裂的錯(cuò)動(dòng)方向是基本一致的.后來(lái)，我們利用國(guó)家數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的波形數(shù)據(jù)（Zheng等，2010）［8］進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗(yàn)，得到了一致結(jié)論.接下來(lái)我們?cè)诠鸫髮W(xué)提供的雙力偶解的基礎(chǔ)上，進(jìn)行地震序列的聚類(lèi)和分析.

3 日本本州附近區(qū)域的震源機(jī)制解特征

3.1 震源機(jī)制解的聚類(lèi)分析方法

根據(jù)俞春泉等（2009）提出的方法，我們對(duì)哈佛雙力耦解進(jìn)行了聚類(lèi)分析［7］.對(duì)震源機(jī)制解進(jìn)行聚類(lèi)時(shí)，本文將所有得到的符合條件的CMT解作為可選解，前兩個(gè)聚類(lèi)中心是所有可選解中距離最大的兩個(gè)可選解，第三個(gè)聚類(lèi)中心是與前兩個(gè)聚類(lèi)中心距離之和最大的可選解，以此類(lèi)推.把可選解分別歸入與之距離最近的聚類(lèi)中心.然后，計(jì)算各類(lèi)中所有可選解的平均解，作為各自新的聚類(lèi)中心.重復(fù)上述步驟，直至得到一定個(gè)數(shù)穩(wěn)定的聚類(lèi)中心.在我們的研究中，分四種類(lèi)型已包含了絕大多數(shù)地震，而且每一類(lèi)都有明確的特征，所以我們?cè)O(shè)置初始聚類(lèi)中心個(gè)數(shù)為4，在圖2中分別用四種顏色表示.

3.2 震源機(jī)制解的聚類(lèi)結(jié)果及分析

我們對(duì)由哈佛大學(xué)CMT網(wǎng)站處理得到的2011年3月11日至2012年3月15日期間發(fā)生在日本島及其鄰近海域4.7級(jí)以上共436個(gè)地震的矩張量解進(jìn)行了聚類(lèi).圖2為這些地震的平面分布圖.不同顏色的震源機(jī)制解投影圖分別表示不同類(lèi)型的地震，其中包括與主震類(lèi)型一致的低角度逆沖型地震（紅色的震源機(jī)制球），近東西向拉張的正斷層地震（藍(lán)色），近南北向拉張的正斷層地震（綠色）以及以近南北向擠壓的逆斷層地震為主的其他地震（紫色）.圖中的黑色線段為與海溝大致垂直或平行的垂直剖面圖的位置.平行海溝走向的剖面共5條，位置如圖所示，間隔為40km，剖面長(zhǎng)800km，投影寬度為剖面兩側(cè)各20km.垂直海溝走向的剖面共8條，位置如圖所示.除FF′距GG′剖面180km外，其余間隔為60km，剖面長(zhǎng)750km，投影寬度為剖面兩側(cè)各30km.

圖2中的插入圖，有橙色和灰色兩種震源機(jī)制解投影圖.灰色的為2011年3月11日東日本大地震前10年間在日本本州附近地區(qū)發(fā)生的4.7級(jí)以上被CMT地震目錄收錄且提供震源機(jī)制解的地震，共387個(gè)；橙色的為大地震前1年間發(fā)生的地震，共61個(gè).

2011年3月11日日本大地震為小角度的逆沖型地震，震中位于北緯38.1°，東經(jīng)142.6°，處于余震序列的中心.由圖2可知，在其附近南北向延伸約300km的范圍內(nèi)，幾乎沒(méi)有這一類(lèi)型的強(qiáng)余震（這一點(diǎn)在下面的圖3中顯示得更為明確），而這一區(qū)域也正是2011年3月11日日本大地震發(fā)生前一年幾個(gè)同類(lèi)型大地震發(fā)生的地方（如圖2的插入圖所示）.不過(guò)，在這個(gè)區(qū)域的西側(cè)以及南北兩側(cè)，聚集有大量該類(lèi)型的余震.

對(duì)比該地區(qū)震前和震后的情況，不難發(fā)現(xiàn)，東日本大地震之后，日本本州以東地區(qū)的地震活動(dòng)性明顯增強(qiáng)了.地震的震源機(jī)制解類(lèi)型除了近東西向擠壓的逆斷層型地震，還出現(xiàn)了大量近東西向和近南北向拉伸的正斷層型地震以及沿海溝走向擠壓的逆斷層型地震，尤其是日本海溝東側(cè)的東西向拉伸的正斷層型地震非常引人注目.

圖3為不同類(lèi)型地震矩張量解的平面投影圖.其中，圖3a為與2011年3月11日東日本大地震擠壓方向一致的逆斷層型地震；圖3b為近東西向拉伸的正斷層型地震；圖3c為拉伸方向平行于海溝走向的正斷層地震；圖3d為擠壓方向平行于海溝走向的逆斷層型地震.同時(shí)，圖中將地震序列根據(jù)時(shí)間順序編號(hào)，按照第1—100號(hào)，101—200號(hào)，201—300號(hào)以及301—436號(hào)把地震分為4組，對(duì)應(yīng)的具體時(shí)間為2011年3月11日5點(diǎn)46分（主震）至2011年3月15日11點(diǎn)06分、2011年3月15日11點(diǎn)46分至2011年3月26日10點(diǎn)18分，2011年3月26日12點(diǎn)52分至2011年5月18日17點(diǎn)15分，2011年5月19日9點(diǎn)12分至2012年3月15日19時(shí)20分，分別用淺藍(lán)、淺紫、淺桔以及淺綠的震源機(jī)制球表示發(fā)震時(shí)刻的不同.此外，聚類(lèi)結(jié)果中尚有少量與這4類(lèi)震源機(jī)制解不一致的地震，我們將之用淺灰色震源機(jī)制球在圖3d中表示了出來(lái)（圖4、圖5中用淺粉色機(jī)制球表示）.

圖3a再次顯示2011年3月11日東日本大地震之后，附近區(qū)域在一年的時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有同類(lèi)型地震，我們稱(chēng)這個(gè)區(qū)域?yàn)椤按蟮卣鹂諈^(qū)”.大地震空區(qū)北側(cè)絕大部分為傾向近東西的逆斷層型地震；發(fā)生在大地震空區(qū)南側(cè)的地震類(lèi)型相對(duì)復(fù)雜，雖然近東西向擠壓的逆斷層型地震占主導(dǎo)，但也有近東西向拉伸的正斷層型地震、近南北向擠壓的逆斷層型地震和南北向拉伸的正斷層型地震（如圖3b、圖3c、圖3d所示）.在日本島弧的西側(cè)也有少量的地震發(fā)生，基本上為近東西向擠壓的逆斷層型地震，其震中位置分列主震破裂區(qū)的南、北兩側(cè).

圖2 東日本大地震序列矩張量解的平面投影圖我們將2011年3月11日日本地震序列從2011年3月11日開(kāi)始，至2012年3月15日為止，由哈佛大學(xué)CMT網(wǎng)站處理得到的發(fā)生在日本島及其鄰近海域的4.7級(jí)以上共436個(gè)地震的矩張量解進(jìn)行了聚類(lèi).不同顏色的震源機(jī)制解球是用聚類(lèi)方法得到的不同類(lèi)型的震源機(jī)制解，包括與主震類(lèi)型一致的低角度逆沖型地震（紅色的震源機(jī)制球），東西向的正斷層地震（藍(lán)色），南北向的正斷層地震（綠色）以及以南北向逆斷層地震為主的其他地震（紫色）.采用的是下半球投影，彩色區(qū)域?yàn)槔瓘垍^(qū)，白色區(qū)域?yàn)閴嚎s區(qū).黑實(shí)線表示與海溝垂直或平行的垂直剖面位置.平行海溝走向的剖面共5條，由西向東分別為AA′、BB′、CC′、DD′、EE′，位置如圖所示，間隔為40km，剖面長(zhǎng)800km，投影寬度為剖面兩側(cè)各20km.垂直海溝走向的剖面共8條，由北至南分別為 FF′、GG′、HH′、II′、JJ′、KK′、LL′，位置如圖所示.除 FF′距 GG′180km外，其余間隔為60km，剖面長(zhǎng)750km，投影寬度為剖面前后各30km.底圖為地表高程，色標(biāo)見(jiàn)圖右側(cè).插入圖為該區(qū)域的歷史地震.有橙色和灰色兩種震源機(jī)制解投影圖.灰色的為2011年3月11日東日本大地震前10年間在日本本州附近地區(qū)發(fā)生的4.7級(jí)以上被CMT地震目錄收錄且提供震源機(jī)制解的地震，共387個(gè)；橙色的為大地震前1年間發(fā)生的，共61個(gè).我們用紅色將主震一起標(biāo)在插入圖中，以方便讀者比較.震源機(jī)制解的表示方法相同，下同.Fig.2 Map－view of moment tensor solutions of Tohoku－Oki earthquake sequence The focal mechanism solutions are provided by Harvard CMT Catalogue from 2011／03／11to 2012／03／15，a total of 436earthquakes.Different colors represent different types of the solutions classified by cluster analysis，consisting of low angle thrust type as same as the main shock （red），normal fault earthquakes with E－W （blue）or N－S （green）extensional direction，reverse fault ones with N－S compressive direction and other types of earthquakes（purple）.We use lower hemispherical projection.Colored and white zone of the beach balls represent extensional and compressional regions，respectively.The black lines are profile locations.There are 5profiles paralleling to the trench，called AA′，BB′，CC′，DD′and EE′respectively.Their interval and length are 40km and 800km，respectively.The projection width is 20km on both sides.There are 8profiles which are perpendicular to the trench，called FF′，GG′，HH′，II′，JJ′，KK，LL′and MM′respectively.Their interval and length are respectively 60km （except the interval between FF′and GG′is 180km）and 750km.The projection width is 30km on both sides of the profiles.The colored base map is surface topography with color bar on the right.Gray and orange beach balls in the inset are historical shocks occurred respectively in the latest ten years and one year before the main shock.The expressions of focal mechanism solutions are the same，similarly hereinafter.Main shock is also marked in the inset for the convenience of readers.

圖3 不同類(lèi)型地震矩張量解的平面投影圖（a）與2011年3月11日日本大地震擠壓方向一致的逆斷層型地震；（b）近東西向拉伸的正斷層型地震；（c）拉伸方向平行于海溝走向的正斷層地震；（d）為擠壓方向平行于海溝走向的逆斷層型地震.將地震序列根據(jù)時(shí)間順序編號(hào)，按照第1—100號(hào)，101—200號(hào)，201—300號(hào)以及301—436號(hào)把地震分為4組，分別用淺藍(lán)、淺紫、淺桔以及淺綠的震源機(jī)制球表示，對(duì)應(yīng)的具體時(shí)間為2011年3月11日5點(diǎn)46分（主震）至2011年3月15日11點(diǎn)06分、2011年3月15日11點(diǎn)46分至2011年3月26日10點(diǎn)18分，2011年3月26日12點(diǎn)52分至2011年5月18日17點(diǎn)15分，2011年5月19日9點(diǎn)12分至2012年3月15日19時(shí)20分.（b）、（c）、（d）中的矩形分別表示對(duì)應(yīng)類(lèi)型地震集中發(fā)生的區(qū)域.同時(shí)，我們把少量不嚴(yán)格屬于這4種類(lèi)型的地震用淺灰色震源機(jī)制球在（d）中表示了出來(lái).Fig.3 Map－view of different types of earthquakes（a）is for low angle thrust earthquakes including the main shock，（b）is for normal faulting earthquakes with E－W extensive direction，（c）is also for normal faulting ones but N－S extensive direction，and（d）is for reverse faulting earthquakes with N－S compressive direction as well as other types of earthquakes.The events are numbered according to their origin time.We divide them into four groups：No.1—100，No.101—200，No.201—300and No.301—436，and use pale blue，violet，light orange and aqua focal mechanism balls to express them，separately.The time intervals of these groups are 2011－03－11 05∶46（the main shock）—2011－03－15 11∶06；2011－03－15 11∶46—2011－03－26 10∶18；2011－03－26 12∶52— 2011－05－18 17∶15and 2011－05－19 9∶12— 2012－03－15 19∶20，respectively.The rectangles separately show the areas where one type of earthquakes concentrated.Grey beach balls in（d）are events that do not strictly belong to the main types mentioned above.

圖3再次清楚地顯示日本海溝東側(cè)的地震基本上為近東西向拉伸的正斷層型地震，而且海溝東側(cè)與大地震空區(qū)北側(cè)和南側(cè)相應(yīng)的位置都基本上沒(méi)有地震發(fā)生.Obana等（2012）也注意到了這些地震，并認(rèn)為海水將會(huì)灌入這些正斷層內(nèi)部，進(jìn)而影響俯沖帶的動(dòng)力學(xué)行為［9］.

海溝西側(cè)近東西向拉張的正斷層型地震在震群的最北端少有發(fā)生，集中分布于主震、主震北側(cè)、主震南側(cè)等三個(gè)位置，如圖3b中矩形框所示.且此類(lèi)地震中，多數(shù)南側(cè)的發(fā)生時(shí)間晚于北側(cè)的.同時(shí)，圖3b清楚地顯示主震區(qū)中心的此類(lèi)型地震的發(fā)生位置偏東，而主震區(qū)南北兩端此類(lèi)型地震的發(fā)生位置偏西.

海溝西側(cè)還存在不少南北向拉張的正斷層型地震（見(jiàn)圖3c）.同時(shí)，這類(lèi)地震在主震區(qū)中心的發(fā)生位置大多數(shù)位于近東西向拉張的正斷層型地震群的西部，而主震區(qū)北端此類(lèi)型地震的發(fā)生位置與近東西向拉張正斷層型地震群的大致相當(dāng)且略偏東一點(diǎn).

另外，還有一些南北向擠壓的逆斷層型地震，如圖3d所示.這種類(lèi)型的地震集中于震群偏南側(cè)的位置，分布在很窄的、展布方向近似沿俯沖帶走向的條帶中.大地震空區(qū)以北，幾乎沒(méi)有這種類(lèi)型的地震發(fā)生.

圖4為南北向剖面圖.圖4a、4b、4c、4d、4e由西往東分別對(duì)應(yīng)圖2中的剖面 AA′、BB′、CC′、DD′、EE′，橫坐標(biāo)為距離剖面中心的水平距離，向北為正.地震編號(hào)與CMT雙力偶解的順序一致.4種主要類(lèi)型的震源機(jī)制球壓縮區(qū)的顏色與圖2、圖3一致，淺粉色為其他類(lèi)型的地震.

總體來(lái)看，絕大多數(shù)與2011年3月11日東日本大地震同類(lèi)型的逆斷層型地震的震源深度有自東向西逐漸變深的趨勢(shì).從震源深度的變化來(lái)看，應(yīng)屬于板間地震.其中，北端（距剖面中心約300～400km范圍內(nèi)）發(fā)生的地震幾乎全部為這類(lèi)地震.從圖4c、4d、4e可以看出，2011年3月11日東日本大地震南側(cè)約50km至北側(cè)225km范圍內(nèi)，集中于約60km的深度（見(jiàn)圖4b）.主震南側(cè)與主震同類(lèi)型的地震大量發(fā)育，但分布有分區(qū)性.和大地震空區(qū)的北側(cè)類(lèi)似，南側(cè)一個(gè)小區(qū)域內(nèi)也聚集了大量與2011年3月11日日本大地震同類(lèi)型的逆斷層型地震，只不過(guò)在這些地震附近還聚集了許多其他類(lèi)型的地震，尤其是擠壓方向近南北向的逆斷層型地震.這在圖2、圖3中也有清楚的顯示.

圖4c、4d、4e再次顯示2011年3月11日東日本大地震發(fā)震區(qū)域附近集中了大量近東西向拉伸的正斷層型地震，而且這種類(lèi)型的地震從剖面EE′往西至BB′（圖4（b—e））發(fā)震數(shù)量及沿南北向分布范圍逐漸減少.2011年3月11日東日本大地震發(fā)震區(qū)域南側(cè)，也有大量近東西向拉伸的正斷層型地震發(fā)生.不過(guò)，這類(lèi)地震主要發(fā)生于剖面BB′和剖面AA′所在區(qū)域，且AA′（圖4a）所在區(qū)域此類(lèi)地震的發(fā)生數(shù)量和延伸范圍要明顯地小于剖面BB′所在區(qū)域的發(fā)生數(shù)量和延伸范圍.

在2011年3月11日東日本大地震震源位置的北側(cè)100～200km的范圍內(nèi)集中了許多近南北向拉伸的正斷層型地震，而這種類(lèi)型的地震從剖面DD′往西到剖面BB′（圖4（b—d）），發(fā)震數(shù)量及沿南北向分布范圍逐漸增加，不過(guò)這種類(lèi)型的地震往北延伸、限于距離這些剖面中心（橫坐標(biāo)零點(diǎn)）200km的范圍內(nèi).同時(shí)，剖面BB′（圖4b）也顯示其間有一些近東西向拉伸的正斷層型地震.

此外，南北向擠壓的逆斷層型地震集中于主震區(qū)域的南端，往北一直到剖面中心位置.不過(guò)，有各類(lèi)震源機(jī)制解的地震雜布其中（如圖4c、圖4d所示）.

圖5為東西向垂直剖面圖.圖（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）、（h）由北往南分別對(duì)應(yīng)圖2中的剖面FF′、GG′、HH′、II′、JJ′、KK′、LL′、MM′.圖的上部為對(duì)應(yīng)剖面地形圖，下部為地震在剖面上的投影及其震源機(jī)制解，橫坐標(biāo)為距離剖面中心的水平距離，向東為正.地震編號(hào)與震源機(jī)制球壓縮區(qū)顏色的表示方法與圖4一致.

圖5清晰地展示出存在自東向西傾斜的地震條帶.考慮到傾斜地震條帶的幾何特性及這些地震震源機(jī)制解的特點(diǎn)，我們認(rèn)為這些地震基本上是板間地震及發(fā)生于大洋板塊內(nèi)的地震.其中，發(fā)生于深部的震型與東日本大地震一致的地震為板間地震，而發(fā)生于淺部的近東西向拉張的正斷層型地震發(fā)生于太平洋板塊的內(nèi)部.分布于傾斜地震條帶上方的地震，則發(fā)生在上覆板塊內(nèi).

圖5a的剖面FF′進(jìn)一步展示了地震帶北端的地震幾乎都是擠壓方向?yàn)榻鼥|西方向的逆斷層型地震.這些地震基本上是板間地震.上覆板塊內(nèi)基本上沒(méi)有大的地震發(fā)生.

圖5b、5c和5d再次展示發(fā)生在日本海溝東側(cè)的外斜坡區(qū)域的大量東西向拉張型正斷層型地震主要集中于主震區(qū)域的東側(cè)，而這些地震和發(fā)生于深部的震型與東日本大地震一致的板間地震被其間的地震空區(qū)明顯地分割開(kāi)了.在大地震空區(qū)的南北兩側(cè)，日本海溝東側(cè)的外斜坡區(qū)域很少發(fā)生地震.

圖5c、5d、5e、5f、5g和5h均顯示在上覆板塊中有大量的近東西向拉張的正斷層型地震.同時(shí)，在主震附近區(qū)域，這類(lèi)地震占多數(shù).在南部區(qū)域，這類(lèi)地震雖然也有相當(dāng)?shù)臄?shù)量，但比重降低，同時(shí)發(fā)震位置相對(duì)西移.

上覆板塊內(nèi)部也有相當(dāng)數(shù)量的近南北向拉伸的正斷層型地震.雖然這類(lèi)地震的數(shù)量相對(duì)于第一類(lèi)正斷層型地震要少一些，但在大地震空區(qū)北部（圖5b所在位置附近），這類(lèi)地震占主導(dǎo)地位.

圖5e、5f的位置大致為主震破裂區(qū)域的南部邊緣，開(kāi)始出現(xiàn)由近東西向擠壓的逆斷層型地震組成的連續(xù)的西傾的地震條帶，且日本島的西側(cè)與這兩個(gè)剖面相應(yīng)的位置發(fā)生了少量的近東西向擠壓的逆斷層型地震.上覆板塊內(nèi)部，有少量南北向擠壓的逆斷層地震；在圖5e的位置近東西向拉伸的正斷層型地震仍占主導(dǎo)，而在圖5f的位置這類(lèi)地震則沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì).圖5g、5h代表了大地震空區(qū)南側(cè)的地震分布情況，總體上延續(xù)了圖5e、圖5f的趨勢(shì)，板間地震仍在各深度均有分布.

4 結(jié)論和討論

4.1 在東日本大地震主震附近俯沖的太平洋板塊和其上覆板塊已接近完全解耦

在正文中，我們陳列了如下幾個(gè)事實(shí)：①2011年3月11日東日本大地震發(fā)生之后，震中附近南北向延伸300km、東西向延伸100km的區(qū)域內(nèi)幾乎沒(méi)有近東西向擠壓的逆斷層型的地震發(fā)生，我們稱(chēng)之為“大地震空區(qū)”.該區(qū)域也與根據(jù)地震波形以及海嘯數(shù)據(jù)估算得到的破裂區(qū)域結(jié)果大致一致［10－12］.主震位于這個(gè)空區(qū)的南部，而這個(gè)空區(qū)的北部是2011年3月11日東日本大地震發(fā)生之前不久發(fā)生的與東日本大地震震型一樣的一系列大地震發(fā)生的地方；② 在這個(gè)區(qū)域的中心，發(fā)生有大量近東西向拉伸的正斷層型地震，這些地震發(fā)生于海溝西側(cè)的上覆板塊內(nèi)部；③ 在上述地震空區(qū)的東側(cè)，發(fā)生有大量近東西向拉伸的正斷層型地震.不過(guò)這些地震和發(fā)生于海溝西側(cè)的上覆板塊內(nèi)部的近東西向拉伸的正斷層型地震不同，它們發(fā)生于俯沖的太平洋板塊內(nèi)部.

在如上所述的區(qū)域沒(méi)有近東西向擠壓的逆斷層型的地震發(fā)生，自然也沒(méi)有逆斷層型板間地震發(fā)生.而在太平洋板塊相對(duì)于歐亞大陸西向運(yùn)動(dòng)的背景下，沒(méi)有逆斷層型的板間地震發(fā)生，只有兩種可能的情況，或者這個(gè)地區(qū)發(fā)生了俯沖的太平洋板塊和其上覆板塊的解耦；或者是俯沖的太平洋板塊和其上覆板塊因有大的高強(qiáng)度障礙體的存在而處于強(qiáng)耦合狀態(tài).東日本大地震發(fā)生后，在主震附近區(qū)域俯沖的太平洋板塊和其上覆板塊間顯然短時(shí)間內(nèi)很難有大的高強(qiáng)度障礙體存在，所以東日本大地震主震區(qū)附近俯沖的太平洋板塊和其上覆板塊已接近完全解耦.主震位于這個(gè)空區(qū)的中南部，而這個(gè)空區(qū)的北部是2011年3月11日東日本大地震發(fā)生之前不久與東日本大地震震型一樣的一系列大地震發(fā)生的地方.說(shuō)明整個(gè)地震空區(qū)反映的是這些地震共同釋放了俯沖帶太平洋板塊及其上覆板塊間長(zhǎng)期積累的彈性能.因?yàn)檫@些地震發(fā)生在近地表，垂直方向的正應(yīng)力接近于零.所以，上覆板塊近東西向擠壓和拉伸的傾滑地震分別表示垂直向的正應(yīng)力分別為主壓應(yīng)力和主張應(yīng)力，說(shuō)明上覆板塊內(nèi)部近東西向的正應(yīng)力接近于零.上覆板塊過(guò)去近東西向擠壓應(yīng)力狀態(tài)是受太平洋板塊的擠壓控制的.大地震發(fā)生后，由近東西向擠壓應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼥|西向應(yīng)力接近于零，表明傳遞太平洋板塊擠壓作用的障礙體已被破壞，說(shuō)明東日本大地震主震區(qū)附近俯沖的太平洋板塊和其上覆板塊已接近完全解耦.海溝附近在俯沖的太平洋板塊內(nèi)部發(fā)生的大量近東西向拉伸的正斷層型地震也表明因俯沖的太平洋板塊和上覆板塊相向運(yùn)動(dòng)而在海溝附近的太平洋板塊內(nèi)所產(chǎn)生的近東西向的擠壓狀態(tài)已變?yōu)橄鄬?duì)拉伸狀態(tài)，同樣表明障礙體已被破壞，東日本大地震主震區(qū)附近俯沖的太平洋板塊和其上覆板塊已接近完全解耦.

4.2 太平洋板塊在日本本州并未與上覆板塊完全解耦

我們發(fā)現(xiàn)：①2011年3月11日東日本大地震發(fā)生之后，雖然在主震附近有如上所述很大范圍的地震空區(qū)，但在這個(gè)地震空區(qū)的北側(cè)仍有密集的地震發(fā)生，并且這些地震都是發(fā)生在板間的近東西向擠壓的逆斷層型地震；② 在所述地震空區(qū)的南側(cè)，也有大量的板間逆斷層型的地震發(fā)生；③ 在日本本州島西側(cè)，與日本本州島以東大地震空區(qū)北側(cè)／南側(cè)近東西向擠壓的逆斷層型地震的北緣／南緣相應(yīng)的位置也有零星的近東西向擠壓的地震發(fā)生.

首先，主震周?chē)蟮卣鹂諈^(qū)的南北兩側(cè)近東西向擠壓的板間逆斷層型地震持續(xù)發(fā)生.大地震空區(qū)北側(cè)上覆板塊內(nèi)部基本上沒(méi)有地震發(fā)生，說(shuō)明太平洋板塊對(duì)上覆板塊的擠壓雖然因?yàn)橐幌盗邪彘g地震的發(fā)生而有所降低，但仍然維持了一定的近東西向的擠壓應(yīng)力水平.在大地震空區(qū)南側(cè)也有類(lèi)似現(xiàn)象.這說(shuō)明在大地震空區(qū)的南側(cè)和北側(cè)太平洋板塊和其上覆板塊沒(méi)有完全解耦.

日本本州島西側(cè)主壓應(yīng)力方向近東西向地震的發(fā)生，地震發(fā)生的空間位置和東日本大地震之前地震經(jīng)常發(fā)生的位置類(lèi)似（參考圖2中的置入圖）.明確地表明了2011年3月11日東日本大地震發(fā)生后日本海仍處于近東西向的擠壓應(yīng)力狀態(tài).東日本大地震主震區(qū)附近俯沖的太平洋板塊和其上覆板塊已接近完全解耦，從而使得在主破裂區(qū)附近的小范圍區(qū)域內(nèi)太平洋板塊在很大程度上解除了對(duì)上覆板塊的擠壓，所以日本海太平洋板塊的近東西向擠壓很大程度上應(yīng)該來(lái)自于未完全解耦的大地震空區(qū)的南北兩側(cè).

由此我們認(rèn)為，盡管東日本大地震釋放了本州島以東部分地區(qū)近E－W向的擠壓應(yīng)力，但是日本海西部以及中國(guó)東北部仍處于E－W向弱擠壓的應(yīng)力環(huán)境之中.也就是說(shuō)，雖然GPS觀測(cè)表明中國(guó)東北出現(xiàn)了一致的指向震中的同震位移［13－14］，但只表現(xiàn)為近東西向擠壓應(yīng)力的減小，而不是自此轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼥|西向的拉伸應(yīng)力狀態(tài).總的來(lái)說(shuō)，東日本大地震之后，中國(guó)東北的主壓應(yīng)力數(shù)值有所減小，因而近東西向擠壓型地震活動(dòng)性將有所減弱［14－15］.但是，因?yàn)榉ㄏ驊?yīng)力的減小，NNE－SSW走向的走滑型地震活動(dòng)性將有所增強(qiáng).同時(shí)，該地區(qū)的火山活動(dòng)性也有可能增強(qiáng).如果將來(lái)大地震空區(qū)的南、北兩側(cè)也發(fā)生俯沖板塊和上覆板塊之間近完全解耦的情況，則日本島弧西側(cè)甚至于中國(guó)東北可能出現(xiàn)近E－W拉張的正斷層地震，屆時(shí)火山活動(dòng)也將會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的活躍期.

4.3 2011年?yáng)|日本大地震之后日本本州島附近應(yīng)力水平較低

我們?cè)谇拔囊阎赋觯孩?在大地震空區(qū)的中心區(qū)域，發(fā)生有大量近東西向拉伸的正斷層型地震，這些地震發(fā)生于海溝西側(cè)的上覆板塊內(nèi)部；② 雖然在上述地震空區(qū)的中心部位上覆板塊內(nèi)發(fā)育有大量近東西向拉伸的正斷層型地震，但在大地震空區(qū)中心部位的西側(cè)和南北兩側(cè)形成了三個(gè)近東西向拉伸的正斷層型地震的空區(qū)（如圖3b所示）；③ 在如②所述的南北兩個(gè)地震空區(qū)的西側(cè)各自有大量近東西向拉伸的正斷層型地震，和如①所述的地震密集區(qū)一起構(gòu)成了一個(gè)頂部面東的品字形結(jié)構(gòu)（如圖3b中矩形區(qū)域所示）；④主震周?chē)纰偎龅慕鼥|西向拉伸的正斷層型地震密集區(qū)西側(cè)發(fā)育有近南北向拉伸的正斷層型地震，在如③所述的兩個(gè)近東西向拉伸的正斷層型地震密集區(qū)中北面那個(gè)的東側(cè)（品字形結(jié)構(gòu)的左肩上）發(fā)育有大量近南北向拉伸的正斷層型地震，在如③所述的兩個(gè)近東西向拉伸的正斷層型地震密集區(qū)中南面那個(gè)的西側(cè)（品字形結(jié)構(gòu)的右肩下部）也有近南北向拉伸的正斷層型地震發(fā)育，可以認(rèn)為這些區(qū)域的近南北向拉伸的正斷層型地震實(shí)際上構(gòu)成了大致與海溝方向夾角20°的狹長(zhǎng)地震條帶（如圖3c所示）；⑤ 另外一個(gè)大致與海溝方向平行的地震條帶是擠壓方向近南北的逆斷層型地震，這個(gè)條帶最早集中于上述品字形結(jié)構(gòu)的右肩上方（如圖3d所示），后來(lái)擴(kuò)展到了其南側(cè)和北側(cè)，但主要位于主震空區(qū)及其南部區(qū)域；⑥ 在上覆板塊地震密集帶的最南側(cè)對(duì)應(yīng)于圖5g和5h的位置，除了分布有擠壓方向近南北的逆斷層型地震外，還有主張拉伸方向分別為近東西和近南北的正斷層型地震.

在主震附近400km長(zhǎng)、200km寬的矩形區(qū)域內(nèi)，上覆板塊內(nèi)地震的震源機(jī)制解的主壓應(yīng)力方向既有垂直方向，也有近南北的水平方向；而震源機(jī)制解的主張應(yīng)力方向既有垂直方向，也有近南北和近東西的水平方向.一個(gè)顯著的特征是該區(qū)域上覆板塊的應(yīng)力狀態(tài)已明顯不同于大地震之前近東西向的擠壓應(yīng)力狀態(tài).

正像前面討論中所述的那樣，主震附近上覆板塊內(nèi)部大量的近東西向拉伸的正斷層型地震是太平洋板塊和其上覆板塊發(fā)生板間解耦后產(chǎn)生的結(jié)果.在這個(gè)區(qū)域，幾乎沒(méi)有其他類(lèi)型的地震，近東西向拉伸的正斷層型地震是占主導(dǎo)的，說(shuō)明這個(gè)區(qū)域近東西向的主張應(yīng)力方向和近垂直向的主壓應(yīng)力方向是穩(wěn)定的，表明是受到了一致的東西向拉伸作用的結(jié)果.但是，在這個(gè)區(qū)域的西側(cè)，震源機(jī)制解均為近南北向拉伸的正斷層型地震.

在2011年3月11日東日本大地震發(fā)生之前，該區(qū)域一直是以東西向擠壓的逆斷層型地震為主的，既說(shuō)明了東日本大地震發(fā)生之前主壓應(yīng)力方向?yàn)榻鼥|西向，也說(shuō)明了主張應(yīng)力方向?yàn)榇怪毕颍?－6，16－20］.在震后，有的 區(qū)域主 張應(yīng)力方向變成了近東西向，有的區(qū)域主張應(yīng)力方向變成了近南北向.震后近東西向的主張應(yīng)力方向是容易理解的，這是因?yàn)榘彘g地震釋放了積累的擠壓應(yīng)力.但是南北向的應(yīng)力狀態(tài)由原來(lái)的擠壓應(yīng)力狀態(tài)（因?yàn)榇怪狈较虻膽?yīng)力是擠壓應(yīng)力，中等主應(yīng)力方向近南北向說(shuō)明大地震之前南北向的正應(yīng)力同樣為擠壓應(yīng)力）轉(zhuǎn)變成了相對(duì)拉伸應(yīng)力狀態(tài).這種現(xiàn)象一個(gè)可能的解釋是南北方向這種應(yīng)力狀態(tài)的變化是因?yàn)闁|西向由擠壓變?yōu)橄鄬?duì)拉伸時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向收縮效應(yīng)所導(dǎo)致的.至于為什么只有大地震空區(qū)南部及南側(cè)才有近南北擠壓的逆斷層型地震存在，是因?yàn)楸泵腊鍓K南側(cè)存在菲律賓海板塊向北的擠壓.而在大地震空區(qū)的北側(cè)，上覆板塊內(nèi)部幾乎沒(méi)有地震發(fā)生，可能是由于水平向擠壓應(yīng)力受板間地震影響有一定程度減小，從而使得斷層更加穩(wěn)定.

前面已經(jīng)提及，在上覆板塊內(nèi)發(fā)生的近東西拉伸的正斷層型地震形成了品字形結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為是應(yīng)力疊加的結(jié)果.具體地說(shuō)，首先是因主震發(fā)生區(qū)域附近板間接近完全解耦而使得主震發(fā)生的區(qū)域相當(dāng)于疊加一個(gè)向東拉伸作用的力源.如果僅有這樣一個(gè)力源，自東向西將有一個(gè)扇形的區(qū)域處于近東西向拉伸的作用下（或者更準(zhǔn)確地說(shuō)是這個(gè)扇形區(qū)域處于方向指向力源的相對(duì)拉伸作用下）.但是，因?yàn)榇蟮卣鹂諈^(qū)的北側(cè)和南側(cè)，太平洋板塊和上覆板塊尚未完全解耦，所以，各自尚對(duì)上覆板塊施加往西的擠壓作用，而且有其各自的扇形作用面.當(dāng)然這種作用的強(qiáng)度并不大.再疊加上菲律賓海板塊往北的擠壓及前面提及的側(cè)向收縮效應(yīng)所產(chǎn)生的南北向的拉伸作用，使得主震發(fā)生區(qū)域附近的上覆板塊內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)以近東西向拉伸為主，往西逐漸過(guò)渡為應(yīng)力狀態(tài)以近南北向拉伸為主；而在主震的北側(cè)則相反地表現(xiàn)為上覆板塊內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)在東部以近南北向拉伸為主，往西逐漸過(guò)渡為應(yīng)力狀態(tài)以近東西向拉伸為主；在南側(cè)，則表現(xiàn)為更復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài).圖6、7以卡通圖的形式表述了我們對(duì)東日本大地震后日本本州島附近地區(qū)應(yīng)力狀態(tài)的理解.

最南端既有因菲律賓海板塊向北推擠作用形成的南北向擠壓的逆斷層型地震，也存在南北向拉伸的正斷層型地震，說(shuō)明大型的板間逆沖地震發(fā)生之后，由于釋放了東西向積累的擠壓應(yīng)力，間接使南北向原本的擠壓應(yīng)力也得到了釋放，當(dāng)其成為主張應(yīng)力時(shí)，就發(fā)生南北向拉伸的正斷層地震，進(jìn)一步表明菲律賓海板塊的擠壓作用并不強(qiáng)烈.類(lèi)似地，在日本本州島以東地區(qū)既大量存在東西向拉伸的正斷層型地震，也大量存在南北向拉伸的正斷層型地震，也說(shuō)明南北向拉伸作用和東西向拉伸作用的應(yīng)力水平相當(dāng).日本本州島以東地區(qū)各個(gè)方向的正應(yīng)力，不管是擠壓作用，還是拉伸作用，應(yīng)力水平都很低.

4.4 板間解耦在弧后盆地演化中的作用

關(guān)于日本海盆地的演化歷史，不同研究者有不同的認(rèn)識(shí)，但基本上認(rèn)為目前的日本海已停止了擴(kuò)張［5、16、20－24］.“什么是日本海張開(kāi)和閉合 的控制 性因素”及“日本海是否永遠(yuǎn)停止了擴(kuò)張”是兩個(gè)大家所關(guān)心的科學(xué)問(wèn)題.

太平洋西岸存在一系列的溝－?。梵w系［25］，這種自北往南延伸6000km的宏大結(jié)構(gòu)一定有其共同的形成原因.Uyeda和 Kanamori（1979）［1］根據(jù)Minster等（1974）［26］全球范圍內(nèi)巖石圈相對(duì)于熱點(diǎn)坐標(biāo)系以每年0.11°的速度西移的研究結(jié)果提出，軟流圈相對(duì)巖石圈東移，使得西太平洋的海溝后退和弧后盆地?cái)U(kuò)張.西太平洋板塊比較冷，負(fù)浮力作用本身也會(huì)導(dǎo)致海溝后側(cè)和盆地?cái)U(kuò)張［27］.而冷的、大角度俯沖板塊能把水帶到巖石圈以下，使地幔物質(zhì)發(fā)生部分熔融，也為弧后盆地的張開(kāi)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)［28］.20世紀(jì)80年代人們又提出了右旋走滑拉分機(jī)制［29－35］來(lái)解釋南海、東海、渤海灣盆地、依舒地塹、蘇北南海盆地、菲律賓海、日本海等邊緣海的張開(kāi).他們認(rèn)為，印度板塊與歐亞板塊的碰撞使歐亞板塊向北漂移，與東側(cè)太平洋板塊發(fā)生右行剪切作用，從而沿太平洋西岸形成了一系列具有相似幾何特征的新生代弧后盆地.將上述機(jī)制綜合起來(lái)，便能很好地解釋為什么西太平洋邊緣存在一系列首尾相接的邊緣海盆地以及它們相似的演化過(guò)程.

但是，各邊緣海的形成時(shí)間和現(xiàn)在的應(yīng)力狀態(tài)都有所不同.例如，晚中新世以前，菲律賓海和日本海同處于擴(kuò)張階段.現(xiàn)在，菲律賓海仍在擴(kuò)張，而日本海盆地已不再活躍［1，36］，很難用統(tǒng)一的軟流圈東移及走滑拉分機(jī)制進(jìn)行解釋?zhuān)瑧?yīng)該從各邊緣海地區(qū)物質(zhì)性質(zhì)差異和邊界條件的不同兩方面來(lái)理解.比如，由于各俯沖帶下插板塊巖石圈物質(zhì)性質(zhì)（如巖石圈含水量、溫度等）和海底地形（如海山、洋脊等）的不同，會(huì)導(dǎo)致兩板塊之間耦合程度有所差別［27］.耦合差的俯沖帶，上覆板塊內(nèi)部擠壓應(yīng)力較小，容易在弧前增生楔、弧后盆地形成與俯沖帶走向一致的正斷層地震，也因?yàn)榇藭r(shí)與海溝方向近似平行的若干走滑斷層易于活動(dòng)而促使拉分盆地的發(fā)育，產(chǎn)生了巖漿上涌所必須的淺部構(gòu)造環(huán)境.同時(shí)，兩板塊之間易于發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來(lái)自下插板塊深部的拖曳作用使其海溝外斜坡區(qū)域巖石圈淺部受到拉伸，發(fā)生斷層走向垂直于俯沖方向的正斷層型地震［4］.東日本大地震之后，海溝外斜坡區(qū)域的一系列正斷層余震就是在這種應(yīng)力背景下產(chǎn)生的.這種情況下，正如Obana等（2012）［9］所指出的，海水會(huì)沿著地震后張開(kāi)的正斷層縫隙滲入到洋殼中，并以結(jié)晶水的形式隨下插板塊的俯沖作用進(jìn)入到地球內(nèi)部.我們認(rèn)為，正是這種機(jī)制，有可能使俯沖板塊攜帶足夠量的水參與俯沖帶的物質(zhì)循環(huán)［37－38］.對(duì)于這樣的俯沖帶，下插板塊更易俯沖，板塊含水也更多，形成的巖漿也就更多，加之上述淺部構(gòu)造環(huán)境，更易導(dǎo)致弧后張開(kāi).板塊耦合差導(dǎo)致的弧后盆地張開(kāi)將是一個(gè)正反饋的過(guò)程.反之，若俯沖帶兩板塊間耦合得較好，兩板塊基本沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則下插板塊下部對(duì)海溝外斜坡區(qū)域的拖曳不強(qiáng)，該區(qū)域的正斷層地震很難發(fā)生，如主震區(qū)域的北側(cè)地區(qū)，從而海水較難沿著斷層下滲，俯沖板塊含水不充分，則到了脫水反應(yīng)的深度，由于釋放的水量較少，地幔物質(zhì)部分熔融產(chǎn)生的巖漿也有限，再加上地表由于兩板塊間強(qiáng)耦合，處于較強(qiáng)的擠壓應(yīng)力場(chǎng)之中，巖漿不能輕易地上涌到地表，火山作用也不會(huì)很強(qiáng).

圖6 近東西向主應(yīng)力隨地理位置變化示意圖紅色的扇形表示主震破裂區(qū)由于東西向應(yīng)力釋放形成的相對(duì)拉張區(qū)域，藍(lán)色的扇形表示主震破裂區(qū)南北側(cè)塊間仍存在耦合的擠壓區(qū)域.從海溝處由東向西應(yīng)力水平逐漸降低.顏色越深代表應(yīng)力水平越高，下同.Fig.6 Geographic variation of the principal stress on roughly E－W direction The red fan represents the effect of the main shock，where stress was released and became relatively tensile.Two blue fans correspond to the zones where compressive stress is prevailing as plates are still coupled there.Stress decreases from the trench to the west.The darker color corresponds to the higher level of stress，similarly hereinafter.

圖7 近南北向主應(yīng)力隨地理位置變化示意圖橙色的扇形表示主震破裂區(qū)以及發(fā)生于主震東南側(cè)的矩震級(jí)為7.9級(jí)的余震（本文中編號(hào)為2），由于東西向應(yīng)力釋放引起南北向的擠壓應(yīng)力水平降低，相應(yīng)地形成相對(duì)拉張區(qū)域，淺藍(lán)色的扇形表示菲律賓板塊向北俯沖形成的擠壓區(qū)域.顏色越深，表示應(yīng)力水平越高.震源機(jī)制解的表達(dá)方式與圖2一致.Fig.7 Geographic variation of principal horizontal stress on roughly N－S direction The orange fans represent the effect of lateral contraction due to the upper plate overshoot caused by the main shock and a Mw7.9 aftershock（No.2in this paper）.In orange regions，stress of NS direction was released and became relatively tensile.The pale blue fan shows the zones where compressive stress is prevailing as Philippine Plate subducts to the north.

基于這樣的考慮，我們認(rèn)為，過(guò)去日本海俯沖帶可能是由于大的障礙體的存在，加強(qiáng)了板間的耦合作用，使日本海盆地一段時(shí)期內(nèi)停止了擴(kuò)張.而東日本大地震之后，板間地震主要發(fā)生在較深的深度和大地震空區(qū)南北兩側(cè)，說(shuō)明主震之后，主震破裂區(qū)俯沖板塊和上覆板塊之間淺部的耦合較差，擠壓應(yīng)力主要集中在深部和兩側(cè).而隨著深部和兩側(cè)逆沖型地震的不斷發(fā)生，大地震空區(qū)附近區(qū)域的凹凸體也將會(huì)不斷破裂.按照這一趨勢(shì)，如果淺部在一定的時(shí)期內(nèi)不出現(xiàn)新的障礙體，則該過(guò)程最終將導(dǎo)致這段俯沖帶兩板塊之間的弱耦合，日本海將有可能重新張開(kāi).

（References）

［1］Honda H， Masatsuka A. On the mechanisms of the earthquakes and the stresses producing them in Japan and its vicinity.Ibid，1952，4：42－60.

［2］Honda H，Masatsuka A，Emura K.On the mechanism of the earthquakes and the stresses producing them in Japan and its vicinity（second paper）：Tohoku Univ.Sci.Rept.，Ser.5.Geophys.，1957，8：186－205.

［3］Nakamura K，Uyeda S.Stress gradient in arc－back arc regions and plate subduction.J.Geophys.Res.，1980，85（B11）：6419－6428.

［4］Uyeda S，Kanamori H.Back－arc opening and the mode of subduction.J.Geophys.Res.，1979，84（B3）：1049－1061.

［5］寧杰遠(yuǎn)，臧紹先.日本海及中國(guó)東北地震的深度分布及其應(yīng)力狀態(tài).地震地質(zhì)，1987，9（2）：49－61.Ning J Y，Zang S X.The distribution of earthquakes and stress state in the Japan Sea and the northeast China.Seismology and Geology （in Chinese），1987，9（2）：49－61.

［6］謝富仁，崔效鋒，趙建濤等.中國(guó)大陸及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分區(qū).地球物理學(xué)報(bào)，2004，47（4）：654－662.Xie F R，Cui X F，Zhao J T，et al.Regional division of the recent tectonic stress field in China and adjacent areas.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2004，47（4）：654－662.

［7］俞春泉，陶開(kāi)，崔效鋒等.用格點(diǎn)嘗試法求解P波初動(dòng)震源機(jī)制解及解的質(zhì)量評(píng)價(jià).地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（5）：1402－1411.Yu C Q，Tao K，Cui X F，et al.P－wave first－motion focal mechanism solutions and their quality evaluation.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2009，52（5）：1402－1411.

［8］Zheng X F，Yao Z X，Liang J H，et al.The role played and opportunities provided by IGP DMC of China national seismic network in Wenchuan earthquake disaster relief and researches.Bull.Seism.Soc.Am.，2010，100（5B）：2866－2872，doi：10.1785／0120090257.

［9］Obana K，F(xiàn)ujie G，Takahashi T，et al.Normal－faulting earthquakes beneath the outer slope of the Japan trench after the 2011Tohoku earthquake：Implications for the stress regime in the incoming Pacific plate.Geophysical Research Letters，2012，39（7），doi：10.1029／2011GL050399.

［10］Ammon C J，Lay T，Kanamori H，et al.A rupture model of the 2011off the Pacific coast of Tohoku earthquake.Earth Planets Space，2011，63（7）：693－696.

［11］Fujii Y，Satake K，Sakai S，et al.Tsunami source of the 2011off the Pacific coast of Tohoku earthquake.Earth Planets Space，2011，63（7）：815－820.

［12］Hayes G P.Rapid source characterization of the 2011 Mw9.0 off the Pacific coast of Tohoku earthquake.Earth Planets Space，2011，63（7）：529－534.

［13］陳為濤，甘衛(wèi)軍，肖根如等.3·11日本大地震對(duì)中國(guó)東北部地區(qū)地殼形變態(tài)勢(shì)的影響.地震地質(zhì)，2012，34（3）：425－439.Chen W T，Gan W J，Xiao G R，et al.The impact of 2011 Tohoku－Oki earthquake in Japan on crustal deformation of northeastern region in China.Seismology and Geology （in Chinese），2012，34（3）：425－439.

［14］王敏，李強(qiáng)，王凡等.全球定位系統(tǒng)測(cè)定的2011年日本宮城MW9.0級(jí)地震遠(yuǎn)場(chǎng)同震位移.科學(xué)通報(bào)，2011，56（20）：1593－1596.Wang M，Li Q， Wang F，et al.Far－field coseismic displacements associated with the 2011Tohoku－oki earthquake in Japan observed by Global Positioning System.Chinese Sci.Bull.，2011，56（23）：2419－2424.

［15］王凡，沈正康，王閻昭等.2011年3月11日日本宮城Mw9.0級(jí)地震對(duì)其周邊地區(qū)火山活動(dòng)的影響.科學(xué)通報(bào)，2011，56（14）：1080－1083.Wang F，Shen Z K，Wang Y Z，et al.Influence of the March 11，2011 Mw9.0Tohoku－oki earthquake on regional volcanic activities.Chinese Sci.Bull.，2011，56（20）：2077－2081.

［16］Lallemand S，Jolivet L.Japan Sea：apull－apart basin？Earth and Planetary Science Letters，1986，76（3－4）：375－389.

［17］Nakamura K.Possible nascent trench along the eastern Japan sea as the convergent boundary between Eurasian and North American plates.Bull.Earthquake Res.Inst.Univ.Tokyo（in Japanese with English abstract），1983，58：721－732.

［18］Kobayashi Y.Incipient subduction of a lithospheric plate under the eastern margin of the Japan Sea.The Earth Monthly （in Japanese），1983，5：510－514.

［19］Seno T.A consideration on the “Japan sea subduction hypothesis”seismic slip vector along the Japan trench.Jishin（J.Geol.Soc.Jpn.）（in Japanese），1983，36：227－273.

［20］Jolivet L，Tamaki K.Neogene kinematics in the Japan Sea region and volcanic activity of the northeast Japan arc.∥Proc.Ocean Drill.Program Sci.Results，1992，127－128：1311－1331.

［21］Tamaki K.Two modes of back－arc spreading.Geology，1985，13（7）：475－478.

［22］Otofuji Y I，Matsuda T，Nohda S.Paleomagnetic evidence for the Miocene counter－clockwise rotation of northeast Japan－rifting process of the Japan arc.Earth Planet.Sci.Lett.，1985，75（2－3）：265－277.

［23］Tatsumi Y，Otofuji Y I，Matsuda T，et al.Opening of the sea of Japan back－arc basin by asthenospheric injection.Tectonophysics，1989，166（4）：317－329.

［24］Liu J Q，Han J T，F(xiàn)yfe W S.Cenozoic episodic volcanism and continental rifting in northeast China and possible link to Japan Sea development as revealed from K－Ar geochronology.Tectonophysics，2001，339（3－4）：385－401.

［25］Nelson T H，Temple P G.Mainstream mantle convection：A geologic analysis of plate motion.Amer.Assoc.Petrol.Geol.Bull.，1972，56（2）：226－246.

［26］Minster J B，Jordan T H，Molnar P，et al.Numerical modelling of instantaneous plate tectonics.Geophys.J.Int.，1974，36（3）：541－576.

［27］Kanamori H.Seismic and aseismic slip along subduction zones and their tectonic implications.／／Talwani M，Pitman W C eds.Island Arcs，Deep Sea Trenches and Back－Arc Basins.American Geophysical Union，Washington，D.C.1977，doi：10.1029／ME001p0163.

［28］Nishimura S.Why are there no back－arc basins around the eastern Pacific margin？Revista Mexicana de Ciencias Geologicas，2002，19（3）：170－174.

［29］Kimura G，Tamaki K.Collision，rotation and back－arc spreading in the region of the Okhotsk and Japan Seas.Tectonics，1986，5（3）：389－401.

［30］Jolivet L，Huchon P，Ragin C.Tectonic setting of Western Pacific marginal basins.Tectonophysics，1989，160（1－4）：23－47.

［31］Tamaki K，Honza E.Global tectonics and formation of marginal basins：role of the western Pacific.Episodes，1991，14（3）：224－230.

［32］許浚遠(yuǎn)，張凌云.歐亞板塊東緣新生代盆地成因：右行剪切拉分作用.石油與天然氣地質(zhì)，1999，20（3）：187－191.Xu J Y，Zhang L Y.Genesis of Cenozoic basins in the eastern margin of Eurasia plate：dextral pulling apart.Oil ＆ Gas Geology（in Chinese），1999，20（3）：187－191.

［33］許浚遠(yuǎn)，張凌云.西北太平洋邊緣新生代盆地成因（上）：成盆機(jī)制述評(píng).石油與天然氣地質(zhì)，2000，21（2）：93－98.Xu J Y，Zhang L Y.Genesis of Cenozoic basins in Northwest Pacific Ocean margin （1）：comments on basin－forming mechanism.Oil ＆ Gas Geology （in Chinese），2000，21（2）：93－98.

［34］許浚遠(yuǎn)，張凌云.西北太平洋邊緣新生代盆地成因（中）：連鎖右行拉分裂谷系統(tǒng).石油與天然氣地質(zhì)，2000，21（3）：185－190.Xu J Y，Zhang L Y.Genesis of Cenozoic basins in Northwest Pacific margin（2）：linked dextral pull－apart basin system.Oil＆Gas Geology （in Chinese），2000，21（3）：185－190.

［35］許浚遠(yuǎn)，張凌云.西北太平洋邊緣新生代盆地成因（下）：后裂谷期構(gòu)造演化.石油與天然氣地質(zhì)，2000，21（4）：287－292.Xu J Y，Zhang L Y.Genesis of cenozoic basins in Northwest Pacific margin（3）：tectonic evlution of post rifting period.Oil ＆ Gas Geology （in Chinese），2000，21（4）：287－292.

［36］Karig D E.Origin and development of marginal basins in the western Pacific.Journal of Geophysical Research，1971，76（11）：2542－2561.

［37］Maruyama S，Hasegawa A，Santosh M，et al.The dynamics of Big Mantle Wedge，Magma Factory，and metamorphicmetasomatic factory in subduction zones.Gondwana Res.，2009，16（3－4）：414－430.

［38］Grove T L，Till C B，Lev E，et al.Kinematic variables and water transport control the formation and location of arc volcanoes.Nature，2009，459（7247）：694－697.