寬大的“斷層帶”是地震的“高速公路” | 科技前線

地震破裂是地下巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下，突然發(fā)生快速錯(cuò)動(dòng)和斷裂的過程，是地震能量釋放的直接源頭。當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，如果地震破裂速度超越地下巖石的剪切波速，會(huì)產(chǎn)生類似超音速飛機(jī)突破音障的"馬赫錐效應(yīng)"，這一現(xiàn)象被稱為超剪切破裂。超剪切速度下的地震破裂如同駛上“高速公路”，能在更大范圍內(nèi)產(chǎn)生更強(qiáng)烈的地面震動(dòng)。

近日，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所等與國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)合作，以2025年緬甸7.8級(jí)地震為研究對(duì)象，成功捕捉到一次在寬達(dá)2公里的斷層帶內(nèi)持續(xù)傳播超過200公里的超剪切破裂。該破裂速度高達(dá)約5.3km/s，揭示了斷層帶結(jié)構(gòu)對(duì)破裂“超速行駛”的決定性控制作用。

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“超速行駛”的地震破裂

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新融合地震學(xué)、大地測(cè)量學(xué)等多學(xué)科觀測(cè)手段，構(gòu)建了高精度三維地表形變場(chǎng)，精確刻畫了同震損傷帶特征，成功反演了破裂速度時(shí)空演化過程和多點(diǎn)源震源機(jī)制，并精細(xì)還原了此次地震的破裂全過程。

·龐大的破裂尺度：2025年緬甸7.8級(jí)地震如同一把“刻刀”，沿實(shí)皆斷裂帶形成長(zhǎng)約480公里的地表破裂，是迄今為止記錄到的陸內(nèi)地震最長(zhǎng)破裂。平均滑移量達(dá)3.7米，分布于平均寬度約100米的同震損傷帶內(nèi)。

·清晰的加速過程：該破裂自震中呈雙側(cè)擴(kuò)展，初始速度約3km/s，向南延伸約100公里后加速至超剪切狀態(tài)（5.3km/s），并以此速度持續(xù)傳播超過200公里。

結(jié)果揭示在寬斷層損傷帶內(nèi)，亞剪切—超剪切轉(zhuǎn)換距離及持續(xù)超剪切破裂，與震源動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果具有高度一致性，為理解此類強(qiáng)震破裂物理機(jī)制提供了關(guān)鍵證據(jù)。

▲2025年緬甸地震地表位移場(chǎng)、同震損傷帶寬度及地震破裂過程

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“路寬”才能“跑得快”

地震能否實(shí)現(xiàn)超剪切破裂，受斷層結(jié)構(gòu)、摩擦特性和應(yīng)力狀態(tài)等多種因素控制。研究通過接收函數(shù)反演等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)2025年緬甸7.8級(jí)地震的孕震斷層，具有寬約2公里、波速降幅達(dá)45%的顯著低速帶，是目前發(fā)現(xiàn)的最寬斷層損傷帶。

該斷層帶內(nèi)部物質(zhì)松散、波速較低、幾何結(jié)構(gòu)平直，為地震能量提供了理想的"高速通道"，使破裂得以保持超剪切狀態(tài)長(zhǎng)距離傳播，揭示了厚層低速斷層帶在控制地震破裂動(dòng)力學(xué)中的關(guān)鍵作用，明確了斷層幾何結(jié)構(gòu)、損傷帶特性與破裂動(dòng)力學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

▲緬甸地震斷層損傷帶寬度與斷層帶結(jié)構(gòu)

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長(zhǎng)期演化形成的先存斷層損傷帶，能夠顯著影響地震的破裂方式。寬而平直的低速斷層帶，為超剪切破裂提供了必要的物理?xiàng)l件。這一認(rèn)識(shí)對(duì)發(fā)展更精確的地震危險(xiǎn)性評(píng)估方法具有重要意義。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz2101

來源：中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所

責(zé)任編輯：宋同舟