2023年12月2日菲律賓棉蘭老島附近海域7.6級地震的快速產出參數

[摘要]" " 北京時間2023年12月2日22時37分在菲律賓棉蘭老島（Mindanao）東部海域發生7.6級地震。中國地震局地球物理研究所在震后啟動快速響應，組織相關領域研究人員對此次地震的震源參數、震源機制、破裂過程和地震輻射能量等進行了估計，基于震源模型進行了震動圖模擬、同震形變場模擬。結果表明，此次地震發生在菲律賓海板塊與歐亞板塊/巽他地塊碰撞的俯沖帶板片上，以逆沖機制為主，能量集中在前約40 s內釋放，斷層破裂最大滑動量達到7 m；震源輻射地震能量的效率偏低，慢度系數略低于全球平均水平，與同樣矩震級大小的地震相比，震感不強烈；極震區震動烈度可能達Ⅸ度以上，可能的受災范圍近27000 km2；此次地震引起了顯著的同震位移，最大水平向位移達到0.6 m、垂直向位移達到1.2 m。綜合分析可知，此次地震不會產生大規模海嘯。

[關鍵詞] 菲律賓棉蘭老島地震; 震源參數; 破裂過程; 震動圖預測; 同震形變場模擬; 地震輻射能量; InSAR; 三維形變

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-199

0" 引言

根據中國地震臺網正式測定，北京時間2023年12月2日22時37分（當地時間12月2日22時37分）在菲律賓棉蘭老島（Mindanao）附近海域發生7.6級地震，震源深度40 km，震中位于（8.65°N，126.45°E）（圖1）。

菲律賓海板塊與歐亞板塊/巽他塊體在棉蘭老島東部海域的碰撞，造成菲律賓海板塊向西南方向俯沖到歐亞板塊/巽他塊體下方，形成了影響該地區地震活動的俯沖帶以及菲律賓海溝[1]。俯沖帶的研究結果表明，俯沖帶板片最深處可達220 km[2]。USGS地震記錄顯示，此次地震發生前的100年間，棉蘭老島附近與該俯沖帶相關的震級大于7級的地震數量達到了10多個，可見，該俯沖帶在棉蘭老島附近的地震活動中起著重要作用。沿著菲律賓海板塊邊界的地震活動已產生多次大地震，這些大地震往往會引發海嘯，造成人員傷亡和經濟損失。

震源特征、地震動強度和地表形變的估計，對于評估此次地震可能造成的震害以及海嘯預警等具有重要意義，因此，2023年菲律賓棉蘭老島地震發生后，中國地震局地球物理研究所啟動快速響應機制，組織相關研究人員，產出了震源參數和破裂過程、地震輻射能量估計等，并開展了地震動強度預測、同震形變場模擬等工作，形成了具有重要意義的地震應急科技支撐產品。

1" 震源模型

1.1" 矩心矩張量反演

選擇以常規WCMT[3-5]的技術流程處理本次事件。在反演時選用震中距在15.10°～89.37°之間的116道長周期多分量數據作為觀測資料，利用W-phase進行矩心矩張量反演，濾波頻帶為0.0017～0.0050 Hz。在對矩心時間、矩心空間位置進行網格搜索后，得到的最優模型結果（圖2）表明，此次地震的標量地震矩為3.0428×1020 N·m、換算為矩震級MW7.6，矩心時間17 s，半持續時間約17 s，矩心坐標（8.45°N，126.77°E）、矩心深度36 km。斷層面解為節面Ⅰ：走向165°、傾角19°、滑動角67°，節面Ⅱ：走向10°、傾角72°、滑動角98°。雙力偶成分占比98%，觀測數據與合成數據整體相關度為0.90。

1.2" 震源破裂過程

采用的遠震體波波形數據來自于IRIS數據中心震中距在30°～90°范圍內GSN臺網和FDSN臺網的寬頻帶地震儀。根據波形數據的信噪比水平和臺站空間分布的均勻性，選取了其中48個臺站的垂直向記錄。并采用ak135全球一維速度模型[6]和正交歸一化方法[7]來計算理論格林函數。此外，本文采用了Zhang等[8]發展的滑動角可變的時間域反演方法來反演震源破裂過程。該反演方法不需要預先給定子斷層震源時間函數形狀，而是通過共軛梯度法[9]迭代反演子斷層震源時間函數，從而避免了先驗假定給反演結果帶來的影響，同時該反演方法允許子斷層的滑動方向在給定的滑動角附近（± 45°）發生變化。

另外，為了穩定反演結果以使其具有可接受的物理意義，本文還引入了時間域和空間域光滑約束[8， 10]以及標量地震矩最小約束[8， 11-12]。 時間域光滑約束用于抑制子斷層震源時間函數相鄰時刻的不連續性，空間域光滑約束用于消除相鄰子斷層間位錯的不連續性，而標量地震矩最小約束則用于壓制較弱的過低頻滑動。

初步反演結果（圖3）表明，此次地震以逆沖機制為主，能量集中在前約40 s內釋放，破裂自深部朝向淺部拓展。

2" 地震輻射能量估計

利用全球地震臺網（GSN）提供的寬頻帶記錄，基于能流密度法[13]開展了此次菲律賓棉蘭老島附近海域地震的震源參數測定工作（圖4）。結果顯示，本次地震的輻射能量為5.8×1015 J，折合為能量震級Me為7.6，結合USGS給出的矩震級MW7.6，可知Me=MW，能矩比（地震輻射能量與地震矩的比值）為1.9×10?5，慢度系數為?4.73，能矩比略低于全球地震平均水平。

因此，該地震作為一次淺源逆沖型地震，震源輻射地震能量的效率偏低，慢度系數略低于全球平均水平，與同樣矩震級大小的地震相比，震感不強烈。由于震中附近的海水較淺，不會產生大規模海嘯，但具有產生局地小規模海嘯的風險。

3" 地震動強度預測圖

利用快速生成考慮場地效應的震動圖方法[14]，考慮地震的震中位置以及震源破裂尺度（圖2），計算了研究區范圍內均勻網格點（30″×30″）上的基巖峰值加速度值；進一步考慮地震動參數的局部場地效應，將基巖峰值加速度值轉換到地表土層上，獲得了地表土層上的峰值加速度估計值，最后利用反距離權重法進行空間插值，獲得峰值加速度在地表上的空間分布（圖5）。

在計算過程中考慮了地震動的局部場地效應，其宏觀場地分類的VS30數據是利用美國地質調查局地形坡度與VS30的相關關系獲得的[14-18]。基巖地震動參數轉換至地表土層，使用了由近地表剪切波速VS30量化的依賴于地震動幅值和頻率的場地放大系數[18]。地震動衰減關系選用的是第四代區劃圖中中國西部長短軸峰值加速度衰減關系的幾何平均值[19]。

根據對這次地震預測的震動圖分布特征，預計極震區震動烈度可能達Ⅸ度以上，可能的受災范圍近27000 km2。

4" 三維及InSAR同震形變場模擬

基于均勻彈性半空間位錯理論[20]，模擬了此次地震的三維同震形變場，并利用Sentinel-1衛星的SAR成像幾何參數分別計算了升、降軌InSAR地表形變干涉圖（圖6）。模擬中所用的SAR成像幾何參數包括衛星的飛行方位角和雷達入射角，升軌成像的參數分別為?12.9°和39.7°，降軌成像的參數分別為?167.0°和39.7°。模擬結果顯示，此次地震引起了顯著的地表同震位移，最大水平向位移達到0.6 m、垂直向位移達到1.2 m，均位于海域中。由此可知，在觀測環境條件好以及有SAR數據成像的情況下，可以利用Sentineal-1的SAR數據通過InSAR處理觀測到地表同震形變場，由于垂直向位移量不大，不會產生大規模海嘯，但具有產生局地小規模海嘯的風險。該結果對于震害的評估以及是否可利用InSAR觀測到顯著的地表形變具有參考意義。

5" 結論

中國地震局地球物理研究所針對2023年12月2日22時37分（北京時間）發生于菲律賓棉蘭老島（Mindanao）東部海域7.6級地震啟動了應急快速響應，組織相關領域研究人員進行了應急產品快速產出，產品主要包括此次地震的震源參數、震源機制、破裂過程和地震輻射能量估計等，以及基于震源模型的震動圖模擬、同震形變場模擬。

此次地震的震源參數、震源機制解、破裂過程模型、地震輻射能量等結果表明，此次地震發生在俯沖板片上，以逆沖機制為主，能量集中在前約40 s內釋放，斷層破裂最大滑動量達到7 m；震源輻射地震能量的效率偏低，慢度系數略低于全球平均水平，與同樣矩震級大小的地震相比，震感不強烈。震動圖模擬結果顯示，極震區震動烈度可能達Ⅸ度以上，可能的受災范圍近27000 km2。同震形變場模擬結果表明，此次地震引起了顯著的同震位移，最大水平向位移達到0.6 m、垂直向位移達到1.2 m。綜合分析可知，此次地震不會產生大規模海嘯，但具有產生局地小規模海嘯的風險。

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Quick output parameters related to the 2 December 2023 MW7.6 Mindanao， Philippines earthquake

Wang Yongzhe*， Zhang Xu， Zhang Zhe， Chen Kun， Liu Ruifeng

Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081，China

[Abstract]" " "At 22：37 on December 2， 2023 （Beijing time）， a M7.6 earthquake occurred in the eastern waters of Mindanao， Philippines. The Institute of Geophysics， China Earthquake Administration initiated the response mechanism after this earthquake and organized geophysics researchers to estimate the source parameters， focal mechanism， rupture process and earthquake radiation energy of this earthquake. Based on the source model， the Shakemap and the coseismic deformation field simulation are carried out. Product results demonstrate that this earthquake occurred on the subduction zone slab where the Philippine Sea Plate collided with the Eurasian Plate/Sunda Block. This earthquake is of dominant thrusting mechanism. The energy was concentrated and released in the first 40 seconds. The maximum slip of the fault rupture is up to 7 m. The efficiency of the earthquake source in radiating seismic energy is low and the slowness coefficient is slightly lower than the average level of the global same moment magnitude earthquake， and the feeling of the earthquake is relatively weak. The earthquake intensity in the extreme seismic area possibly reaches more than Ⅸ， and the approximate disaster range is up to 27000 km2. This earthquake caused apparent coseismic displacement with the maximum displacements reaching 0.6 m and 1.2 m in the horizontal and vertical directions respectively. Comprehensive analysis shows that this earthquake can’t produce a large-scale tsunami.

[Keywords] the Mindanao， Philippines earthquake; source parameters; rupture process; Shakemap prediction; coseismic deformation simulation; earthquake radiation energy; InSAR; 3-dimensional deformation

*通訊作者： 王永哲（1980-），男，副研究員，主要從事InSAR/GNSS地殼形變方面的研究工作。E-mail：yzwang@cea-igp.ac.cn