國科大揭示福島雙震事件源自俯沖帶撓曲斷層的重新激活

　　俯沖帶地震活動主要分為在兩個匯聚板塊之間接觸面發生的板間地震以及在板塊內部發生的板內地震。太平洋板塊以每年9cm的速率向鄂霍茨克板塊俯沖，并形成了日本海溝俯沖帶。這一區域的地震活動近期重新活躍起來，在2021年2月13日和2022年3月16日接連發生地震，其震中相距僅幾公里且震源均位于俯沖的太平洋板塊內部。發生時間、位置及震級如此相近的兩次地震構成了一組鮮見的板內雙震事件。解析此次雙震事件的破裂過程有助于加深對俯沖帶板內地震破裂特征的認識、揭示兩次地震相關的發震機制和孕震環境。

　　中國科學院大學地理與行星科學學院團隊通過基于遠場體波記錄、陸地和海底強震動記錄的有限斷層聯合反演，重新構建了福島雙震的震源破裂過程。反演結果顯示，2021年和2022年地震分別為朝西南和東北方向擴展的單側破裂形式，較大滑動均集中在遠離起始破裂的區域而接近斷層頂部，且兩次地震的余震也體現出相似的空間分布特征。由于兩次地震的發震斷層走向與日本海溝軸向一致，其幾何特征與太平洋板塊在俯沖前受到撓曲變形而形成的拉張斷層相符。福島雙震的主震和余震破裂區域均集中在俯沖板塊中雙地震帶的上層，說明俯沖板塊在經歷伸直變形過程中產生擠壓應力場，進一步重新激活板塊內部預先形成的撓曲斷層，導致兩次地震的發生。此外，俯沖板塊中含水礦物經由脫水反應釋放的流體能夠有效降低斷層強度，在浮力的共同作用下使得斷層淺部易于出現較大的同震滑動。地震層析成像結果顯示，兩次地震起始破裂位置的流體含量較低，但兩個發震斷層在此處包圍形成了一個小尺度的構造體，正位于太平洋板塊中海山俯沖方向的正前方。海山俯沖在其前方產生的應力集中致使這一小尺度構造體成為不穩定區域，進一步造成地震破裂易于在此處成核乃至觸發。因此，俯沖板塊中的非均勻流體分布和海山俯沖作用均是福島雙震的孕震環境中的重要組成因素，并控制斷層滑動和余震序列的空間分布特征。

　　相關研究成果以The 2021 and 2022 Fukushima-Oki earthquake doublet: Reactivations of the bending-related faults inside the Japan Trench subducting slab為題，發表在Tectonophysics上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國博士后科學基金和中央高校基本科研業務費專項的支持。

2021年和2022年福島雙震的孕震環境示意圖