日本大地震震源破裂过程的台阵技术成像

杜海林 许力生

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

2011年3月11日，日本当地时间14时46分，日本东北部海域发生Mw9.0地震并引发海啸，造成重大人员伤亡和财产损失。地震引发的海啸影响到太平洋沿岸的大部分地区，并造成日本福岛第一核电站1～4号机组发生核泄漏事故。此次地震引起了国际社会的强烈关注，已有多个研究机构用不同方法和资料对其破裂过程进行了研究。

远震震源破裂过程成像的广义台阵技术是自2004年苏门答腊-安达曼地震以来兴起的一种新方法，该方法利用时间域波形聚束技术确定大地震破裂过程中所有可能的能量辐射源，从而构成从初始破裂点开始以来的整个破裂过程图像。又称为反投影法（back-projection method)。对于具体地震，首先给定震源深度，将震中区划分为二维网格，计算每个网格点到各台站的理论走时，然后依此理论走时将某一时间窗内的信号延迟叠加，计算聚束能量，反投影到相应的网格点，能量最大的点即为该时间窗内信号对应的破裂点；通过滑动时间窗，可以得到一系列后续破裂点的位置，从而获得整个破裂过程中破裂点的时空分布。

在这项研究中，我们利用IRIS提供的全球台网震中距30°～90°的波形数据，构成美国USArray、美国阿拉斯加和欧洲3个广义台阵，选择0.1～1 Hz之间的信号，联合3个台阵，得到了日本大地震破裂过程图像。结果显示，此次日本大地震破裂总长度约250 km，前100 s很可能是双侧破裂，100秒到140 s，向西南破裂，之后破裂前锋回返，在破裂持续165 s后，破裂过程结束，破裂持续时间至少140 s（最长不超过165 s）。整个过程的平均破裂速度较小，约1.3 km/s，但是破裂激发的海啸很大，这与之前的研究结果是一致的，即破裂速度小的海底地震，更容易激发大海啸。

图1 联合3个台阵得到的破裂点分布