揭秘2011日本东北大地震
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揭秘2011日本东北大地震
2011年12月出版的PhsicsTodahorneLay教授和yy杂志刊登了加州大学圣克鲁兹分校地震学家T加州理工学院(帕萨迪纳)地震学家H现irooKanamori教授关于2011年日本大地震相关研究进展的报告.摘译如下:
日本国民和全球的地球物理学家被暋暋2011年3月11日,一个巨大的地震惊呆了.位于俯冲的太平洋板块与日本交界,处的断层剪切滑动了1将日本海岸向东推移了5将50sm,
2超过1的海床抬高了5海沟附近所观测到的位5000kmm.
稳可以产生单个大地震,但是当两个或更多个区块接连失稳,其间的稳定区块也会跟着发生地震滑移,进而导致比各地震区块独自产生的地震要大得多的地震.
移达到了6这是目前单个地震所观测到的最大值.0—80m,这次的日本东北大地震是有记录以来最大的地震,研究人员估计该地震矩震级为Mw9.断层滑动过程中释放的总应0,变能相当于1亿吨炸药.该地震发生于日本东北,因而被称为2011日本东北大地震.
频率高达10Hz且地表加速度达到2.7g的地震波振动
/着日本地面,本州全岛的峰值速度达到8造成巨大灾0cms.尽管海岸带沿线有强烈振动,但很多建筑物只有中等20%.
或者轻微的破坏,日本有效的建筑和建设规范经受住了考验.巨大海底位移引发了强烈的海啸,波及数百公里的九州和北海道海岸沿线地区,海啸波浪高达3—1越过了港口5m,多乡村城镇,造成2海啸还0000人死亡,50万人流离失所.破坏了福岛核电站冷却水维持系统的电力供应,从而导致中日本地区持续的核辐射灾难.
微倾的板块边界处巨大的逆冲断层两边岩石积累了千的海啸防护墙和海岸边缘,冲入海边平原约1破坏了很0km,难的福岛核电站处地面振动超出了电站设计上限0.45g的
年以上的弹性应变能,这一能量的突然释放导致了这一大地震(该区域曾于8应变69年发生过超过Mw8.3的大地震).能的释放导致扩散到整个地球的地震、海啸和大气波动.这些波动为全球成千上万的高密度地震台、海啸观GPS台站、测仪及深水压力传感器等地球物理仪器所记录,因而该地震是历史上被记录得最好的地震和海啸事件.
大地震指的是不小于Mw8.大地震的活动性0的地震.
)图1暋复杂摩擦断层(日本外海大型逆冲断层包含地震滑移、a(非震滑移以及缓慢破坏区;b)日本东北近海整个大型逆冲断层上倾区和下倾区均失稳
人们认为日本东北俯冲区是震区和非震区块相结合,同时也是可引起非正常破裂的多种摩擦形态混合.局部区域上反复失稳而频发小地震,会导致其周边子区域发生非震滑移.一般地震或海啸地震破裂速度为每分钟几公里,而中等地震的大量慢前震滑移量只有每天几个厘米.尽管日本拥有很长的历史地震记录,研究者认为,由于大型逆冲断层上不同部分反复滑动所造成的沿逆冲断层的滑动模式和从几年到几百年的大时间跨度复杂性,该区域地震潜在性评估非常复杂.2011日本东北大地震破裂与连续大范围内区块失稳有关,现有本区域地震灾害的模型均无法对其进行预估.
横跨日本G现在超过11996年以来,PS网络(200个台
在不同俯冲区有显著差异.在南智利、苏门答腊和西南日本等俯冲地区,大地震破裂每隔一两百年会有一次,而其他象马里亚纳群岛和汤加等俯冲地区,大地震破裂就比较罕见.()图1展示了板块边界上摩擦特征的差别:黑色区块对应a着产生地震的活动断层部分,而白色部分则为缓慢滑动但不产生地震的非震区域.较浅处的地震区块可以破坏成能诱发海啸的大地震.稳定区域通常连续滑动,但是如果周边地震区块突然失稳,则会造成稳定区域形成地震滑移.地震区块面积与断层总面积二者之比值大的俯冲地区会频发大地震,而比值小的区域则不常有大地震.大型逆冲断层各区域上具有不同的破裂特性,可能形成不同地震序列.一个地震区域失
本栏目是经美国物理联合会(授权,与PhsicsTodaAIP)yy合作的项目
:暋物理·40卷(2011年)12期暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋htt飋飋www.wuli.ac.cnp
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站)观测到本州岛向西方向位移梯度由东到西下降海底GPS传感器追踪近岸地表位置变化,观测数.近年来,据证实了大型逆冲断层浅部积累了应变破裂.过去的一千多年断层较强部分积累着应变而没有发生,但是其于突然克服了摩擦阻力而释放了岩石中弹性应变能2011年,3月驱动了断11日层破裂,加热了断层并产生了地震波和断层周边岩石永久形变,数十亿吨搅动了的海水产生了海啸波,产生了更多的波.这些.地震和海啸波能量耦合作用于大气波以不同的速度扩散开来,扰动着整个地球系统.地球物质重新分布导致地球日长减小了地震波传遍全球并被地震仪感知1.8毺
s.,地震仪实时地将数据
传输到数据中心,全球地震学家们能够快速地分析信号本近场记录在破裂发生的三分钟内为日本气象厅海啸预.日警提供了基础数据.大量的海啸和海潮记录仪器记录着来袭及冲上海岸的海啸到一个明显的窄.海啸上岸最强处的岩手县(三陆)近海记录脉冲型波形2与日本海沟附近狭窄区.该峰在断层错断开始后约
域内的海底抬升一致海啸缓慢地在浅海区传播0分钟到达,
,很多人可以及时地跑到高地以躲.避洪水期为20.海啸也向海洋一侧扩展,当波扩散到北太平洋,其周分钟,波高达米级迅速地分析太平洋中浮标传感器捕捉到的信号.美国国家海洋与大气局(,准确地预测NOAA)
了海啸到达太平洋岛屿海岸线的时间和波高大气波将大地震的影响扩展到地球行星尺度.
,地表气压传感器广泛记录大气波.由于大气密度随高度而降低,所以大气波随高度而放大速度影响着电离层.日.大气波从波源以本全境的GPS台7站20记—录80到0k了m电/hr的磁扰动对卫星广播信号传输所造成的影响.尽管波源区在震前几天大气红外热和震前电离层总电子异常,大地测量和地震数据并没有给出任何与大地震发生相关的清晰形变前兆丰富的震前、震中和震后的地面、海洋和大气等地.
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理记录使得研究2011日本东北大地震的破裂物理成为可能.主震前几天,震区发生过一些前震,最大的是2011年
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:飋飋www.wuli.ac.cn暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋3月9日的Mw7.5级这些前震聚集于主震起始点附近,可以确信其代表着该区域变形加速过程..微弱的起始如何扩大到如此巨大的破裂.根据资料分析,主破裂在断层上的扩展速度是相当低的,约为1km/s,最初有持后续,破大裂致向50浅s的向仙台海岸方向的“下倾暠(即断层深处);其部扩展了沟处40s;进而,沿断层的最大的滑移量发生于外海超过,破裂沿海岸线以约2.5kms的速度1向50南km近海/迁移下倾滑移海沟附近产生了巨大的滑移.
,大型逆冲断层的上的平均值大致为地震记录以来最大的断层位移40m,近海沟处.研究人员估计大滑移区的应的峰值为60—80m.1这00是k有m
力降为个兆帕1.5浅断层区附近岩石的地—30MPa,显著高于典震型成的像已表知明板,块相间对高破的裂P的几波速度和上板块的一些向海一侧的拱形结构对着海沟料表明,断层周围存在硬、强且脆的岩石,这与传统认为的俯.这些资冲带浅部区域的弱且主要是非弹性变形相悖,与强短周期辐射相关的.北美的地球透镜流动阵列的高密度地震观测显示剧烈破坏似乎造成了本州的强烈振动,其更可能来自于大型逆冲断层的深部,而此处总滑移量远小于断层上部2011日本东北大地震浅部破裂表现得更像.这样,
后中、深部破裂并沿着相50对—稳90s定邻巨区大滑浅动部,滑这移1造似896年浅海啸地震.但是在该震,成乎了驱总动的断尺层寸和能量衰减.因而,2011日本东北大地震基本上是个混合事件,其在浅部是一个破裂型海啸地震,而在深部是一个典型的大型逆冲地震(见图1(b)).2004年苏门答腊大地震的破裂类似地经过多个子区域扩展而增强.
(中国科学院研究生院周元泽编译自ThorneLay
,hHttiro/oK/toannlainmeori.Physi)csToday,
2011,(12):pp.aip.org
33原文详见物理·40卷(2011年)12期