2011年東日本大地震：位移延伸至海溝軸＊

Toshiya Fujiwara，Shuichi Kodaira，Tetsuo No，Yuka Kaiho，Narumi Takahashi ，Yoshiyuki Kaneda

1）Institute for Research on Earth Evolution，Japan Agency formarine－Earth Science and Technology，Natsushima－cho 2－15，Yokosuka 237－0061，Japan

2）IFREE，JAMSTEC，Showa－machi 3173－25，Kanazawa－ku，Yokohama 236－0001，Japan

3）Earthquake and Tsunami Research Project for Disaster Prevention，JAMSTEC，Showa－machi 3173－25，Kanazawa－ku，Yokohama 236－0001，Japan

2011年東日本大地震：位移延伸至海溝軸＊

Toshiya Fujiwara1），Shuichi Kodaira2），Tetsuo No2），Yuka Kaiho2），Narumi Takahashi3），Yoshiyuki Kaneda3）

1）Institute for Research on Earth Evolution，Japan Agency formarine－Earth Science and Technology，Natsushima－cho 2－15，Yokosuka 237－0061，Japan

2）IFREE，JAMSTEC，Showa－machi 3173－25，Kanazawa－ku，Yokohama 236－0001，Japan

3）Earthquake and Tsunami Research Project for Disaster Prevention，JAMSTEC，Showa－machi 3173－25，Kanazawa－ku，Yokohama 236－0001，Japan

2011年3月11日日本地震（MW9.0）后發生的大海嘯被認為是由延伸至日本海溝處一條俯沖帶淺部的斷層破裂所致。這是不同的地震和大地測量反演程序所揭示的結果[12]；然而，精確的同震位移逆傾斜向上極限值仍然沒有被明確界定。在此，我們介紹了地震前和地震后穿越破裂帶內的海溝重復進行的多波束水深測量結果，以估算其逆傾斜向上極限值，并量化海底位移。

1999年和2004年，主動源地震勘探同時獲得了多波束水深測量數據[34]。東日本大地震后，從2011年3月22日至23日，我們沿同一測線進行了水深測量（圖1a、1b；文獻[5]）。盡管海溝的向海一側垂直位移中有數米、水平位移中可能有～20m的誤差，但這些水深測量數據的相對差別極小[5]。

然而，向陸地一側延伸到海溝軸的地方相對差別卻較大，表明地震斷層破裂延伸到了海溝軸。對地震前和地震后的水深測量進行比較，發現海溝軸處的海底高度有明顯的差異，而且向陸一側的海底普遍較淺。尤其是在向陸坡的最外面，即坡度轉折和海溝軸之間40 km寬的區域，1999年與2011年數據之間的差異表明，此處海底平均變淺了16±9m（圖1c）。對2004年與2011年數據進行的比較（圖1d）揭示出同樣的趨勢，但變化略微小了一點（11±8m）。此外，軸向海底處的海底高度也出現了±50m的明顯的上升和下降變化（圖1c、1d），可能是由海底滑坡所致（圖S1e）。對2011年東日本大地震前獲得的1999年與2004年資料進行比較，結果表明海溝軸兩側之間沒有什么明顯差異（平均海底高度為0±7m，圖1e）。

在向陸坡最外面觀測到的海底高度變化相當于垂直位移與水平位移引起的傾斜海底的附加隆起的總和。通過計算偏移距，我們對水平位移進行估算，以使水深測量的互相關達到最大化[5]。相對于1999年數據，估算出的位移為56m，而相對于2004年數據，估算出的位移為50m，指向東－南東方向。恢復水平位移后，1999年與2011年數據相比平均高度變化為10±7m（2004年與2011年相比為7±7m）。我們將這些結果解釋為沿俯沖板塊的斷層運動引起的垂直位移以及其他一些未知過程（如非彈性變形）引起的隆起。總的來說，向陸坡最外面的海底在1999年和2011年之間朝東－南東海溝方向移動了～50m，向上移動了～7到10m。

圖1 2011年東日本大地震前后水深測量數據之間的海底高度變化。（a）帶有水深測量軌跡（黃色線條）的位置示意圖。向陸坡上估算的同震水平位移由黃色線條的實線部分表示。十字形符號代表震中。（b）2011年收集的多波束水深測量結果。紅色三角形表示海溝軸；藍色三角形代表向陸坡度轉折。（c）、（d）、（e）分別示出從2011年水深測量數據中減去1999年數據、從2011年數據中減去2004年數據和從2004年數據中減去1999年數據的海底高度變化。黃色星號表示可能的海底滑坡位置（原圖為彩圖）

我們的結果與全球定位系統（GPS）／聲學海底大地測量臺站[6]以及其他洋底儀器[7]確定的同震位移一致。由于同震位移的關系，我們估算出的平均垂直位移可能較大，但此次地震引起的向海一側的變化可能很小。綜合考慮這些大地測量結果，我們的研究表明同震位移朝海溝方向增大，并延伸到了海溝軸。這種大的水平同震位移和陡傾海底導致了除垂直位移以外的～4到6m的大的附加隆起[5]。而大的隆起可能就是產生海嘯波巨大脈動模式的重要因素。

（方法、圖S1、表S1及相關參考文獻見網上輔助資料，網址：www.sciencemag.org／cgi／content／full／334／6060／1240／DC1）

譯自：Science，December 2，2011，Vol.334，1 240

原題：The 2011 Tohoku－Oki earthquake：Displacement reaching the Trench axis

（中國地震局地球物理研究所 左玉玲 譯）

（譯者電子信箱，左玉玲：yulingzuo＠yahoo.com.cn）

[1]Ide S，Baltay A，Beroza G C.Shallow dynamic overshoot and energetic deep rupture in the 2011 MW9.0 Tohoku-Oki earthquake.Science，2011，332（6036）：1 426-1 429

[2]Maeda T，Furumura T，Sakai S，et al.Significant tsunami observed at ocean-bottom pressure gauges during the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake.Earth Planets Space，2011，63（7）：803-808

[3]Tsuru T，Park J，Miura S，et al.Along-arc structural variation of the plate boundary at the Japan Trenchmargin：Implication of interplate coupling.J.Geophys.Res.，2002，107：2 357，15 PP.doi：10.1029／2001JB001664

[4]Ito A，Fujie G，Miura S，et al.Bending of the subducting oceanic plate and its implication for rupture propagation of large interplate earthquakes off Miyagi，Japan，in the Japan Trench subduction zone.Geophys.Res.Lett.，2005，32：L05310，4 PP.doi：10.1029／2004GL022307

[5]Material and methods are available as supporting material on Science Online.

[6]Sato M，Ishikawa T，Ujihara N，et al.Displacement above the hypocenter of the 2011 Tohoku-Oki earthquake.Science，2011，332（6036）：1 395

[7]Ito Y，Tsuji T，Osada Y，et al.Frontal wedge deformation near the source region of the 2011 Tohoku-Oki earthquake.Geophys.Res.Lett.，2011，38：L00G05，5 PP.doi：10.1029／2011GL048355

P315.72＋5；

D；

10.3969／j.issn.0235－4975.2012.01.001

2011－12－22。