2011年3月11日日本宫城MW9.1地震的预滑与黏滑震相研究

摘要

实验室内的岩石黏滑实验表明:黏滑错动过程一般可分为预滑、黏滑和止滑三个阶段,其中黏滑过程往往不是一次单点错动过程,而是由多次黏滑错动过程组成,表现出在断层的不同部位多点黏滑错动的特征.2011年3月11日日本宫城近海发生了MW 9.1大地震.对该地震在全球数字地震仪台网(GSN)的波形记录做了分析,在ERM台(Δ=3.8°)记录的Pn震相前约125.5 s处识别出预滑错动震相Xp;在GSN 98个台的长周期波形记录上识别出三次同震黏滑错动过程中激发出的三个同震黏滑错动震相Xs1、Xs2和Xs3,以及止滑过程中激发出的止滑面波震相XsQ和XsR.根据黏滑实验和观测结果,我们认为ERM台所处的地块在主震前约69.1 s时发生了一次临震预滑错动,激发出了预滑错动震相Xp.主震发生后与弹性破裂过程同时发生了第一次黏滑错动,激发出了黏滑错动震相Xs1;在弹性破裂开始后约27.5 s时发生了第二次黏滑错动,激发出了黏滑错动震相Xs2;在弹性破裂开始后约71.0 s时发生了第三次黏滑错动,激发出了黏滑错动震相Xs3;在弹性破裂开始后约93.1 s时黏滑错动幅度达到峰值Xsm.之后进入止滑阶段,止滑过程激发出了勒夫型长周期面波止滑震相XsQ和瑞雷型长周期面波止滑震相XsR.根据XsQ和XsR震相的周期普遍大于75 s的特征,我们认为XsQ和XsR可能是地幔内传播的面波,并给出XsQ和XsR面波的走时关系.根据主震发生后同震伴随有三个子黏滑错动过程的观测证据,认为此次MW 9.1大地震可能是黏滑错动和弹性破裂共同作用的结果.从地震记录图上识别出Xp震相有助于认识主震前的预滑错动过程,且有一定的前兆意义.研究Xs震相以及XsQ和XsR震相有助于认识同震黏滑错动过程并预判震灾损失.