日本大地震震源破裂過程的臺陣技術成像

杜海林 許力生

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

2011年3月11日，日本當地時間14時46分，日本東北部海域發生Mw9.0地震并引發海嘯，造成重大人員傷亡和財產損失。地震引發的海嘯影響到太平洋沿岸的大部分地區，并造成日本福島第一核電站1～4號機組發生核泄漏事故。此次地震引起了國際社會的強烈關注，已有多個研究機構用不同方法和資料對其破裂過程進行了研究。

遠震震源破裂過程成像的廣義臺陣技術是自2004年蘇門答臘-安達曼地震以來興起的一種新方法，該方法利用時間域波形聚束技術確定大地震破裂過程中所有可能的能量輻射源，從而構成從初始破裂點開始以來的整個破裂過程圖像。又稱為反投影法（back-projection method)。對于具體地震，首先給定震源深度，將震中區劃分為二維網格，計算每個網格點到各臺站的理論走時，然后依此理論走時將某一時間窗內的信號延遲疊加，計算聚束能量，反投影到相應的網格點，能量最大的點即為該時間窗內信號對應的破裂點；通過滑動時間窗，可以得到一系列后續破裂點的位置，從而獲得整個破裂過程中破裂點的時空分布。

在這項研究中，我們利用IRIS提供的全球臺網震中距30°～90°的波形數據，構成美國USArray、美國阿拉斯加和歐洲3個廣義臺陣，選擇0.1～1 Hz之間的信號，聯合3個臺陣，得到了日本大地震破裂過程圖像。結果顯示，此次日本大地震破裂總長度約250 km，前100 s很可能是雙側破裂，100秒到140 s，向西南破裂，之后破裂前鋒回返，在破裂持續165 s后，破裂過程結束，破裂持續時間至少140 s（最長不超過165 s）。整個過程的平均破裂速度較小，約1.3 km/s，但是破裂激發的海嘯很大，這與之前的研究結果是一致的，即破裂速度小的海底地震，更容易激發大海嘯。

圖1 聯合3個臺陣得到的破裂點分布