地震学研究揭示2019年秘鲁8级地震的破裂机制与俯冲板块形态的相关性

对大地震的破裂过程进行研究对于认识地震成因机制十分重要。近期，我院姚华建教授课题组利用地震学反投影方法和有限断层反演方法对2019年5月26日发生在秘鲁北部的8级中源地震进行了研究，发现本次地震的破裂过程与俯冲板片的形态密切相关，俯冲板片的非均匀形态可能控制了地震破裂的发展。本研究以“Rupture Process of the 26 May 2019 Mw 8.0 Northern Peru Intermediate-DepthEarthquake and Insights Into Its Mechanism”为题，于2020年2月在国际知名地学期刊Geophysical Research Letters上发表，我院地震与地球内部物理实验室及蒙城地球物理国家野外科学观测研究站的姚华建教授为通讯作者，第一作者为姚华建教授指导的博士生刘威。

2019年5月26日，在秘鲁北部发生了一个8级的中源地震（震源深度约120公里，震源机制为拉张正断层型），该地震发生在俯冲的纳斯卡板片内。纳斯卡板片在俯冲到深度约100公里时发生了平躺，在秘鲁下方形成了长度约200公里的平躺板片（flat slab）。板片平躺之后发生弯曲重新向下俯冲，本次地震就发生在纳斯卡板片重新俯冲的地方。姚华建教授课题组采用地震学反投影方法(Yao et al., 2012, GJI; Qin & Yao, 2017, JAES)和多尺度波形有限断层反演方法（Liu & Yao, 2018, BSSA）获得了本次地震的破裂过程和能量辐射分布（图1）。研究发现该地震发生后破裂沿着北北西方向传播了约150公里，持续时间约55秒，平均破裂速度约2.7公里/秒，断层最大滑移量约2米。本次地震的破裂过程主要由两个滑移区域组成，同时产生了三个高滑移率区域和三个高频能量辐射子事件（图1）。

图1. （a）2019年5月26日秘鲁北部8级地震的滑移分布（红色平面）、滑移率分布（黑色虚线等值线，绿色三角形为高滑移率位置）、高频能量辐射分布（蓝色菱形，颜色随破裂时间变化）、余震分布（黄色五角星）；（b）和（c）为垂直断层走向作剖面，显示俯冲板片的形态变化（板片模型来自slab2.0模型）；（d）为滑移率与高频能量辐射（蓝色菱形）在地表的投影，绿色箭头指示北方向。

研究结果显示，三个断层高滑移率区域和三个高频能量辐射子事件存在一一对应关系，说明了地震破裂过程中高频能量的辐射与断层滑移的变化有关。本研究还发现，两个滑移区域的特征不同，远离震源的滑移区域的破裂面积、滑移量、破裂速度、能量辐射等都要大于靠近震源的滑移区域。沿着破裂传播的北北西方向，我们发现在两个滑移区域之间，板片俯冲的角度可能发生了变化（图1）。因此，可能是俯冲板片形态的变化造成了特征不同的破裂，说明了俯冲板片的形态可能决定了地震破裂的发展过程（图2a）。此外，本研究认为是由于板片重新弯曲产生的力的作用激活了板片内原先存在的正断层（这些正断层是板片在海沟处发生弯曲并开始俯冲时产生的），同时可能伴随脱水脆化的作用（水在海沟处进入这些正断层內），最终产生了本次地震（图2b）。

图2. 2019年5月26日秘鲁北部8级地震的破裂过程（a）和成因机制（b）。

本研究得到了科技部重点研发项目（2018YFC1503400）和国家自然科学基金项目（41374055）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1029/2020GL087167

参考文献：

Liu, W., & Yao, H. (2020). Rupture processof the 26 May 2019 Mw 8.0 northern Peru intermediate‐depth earthquake and insightsinto its mechanism. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL087167. https://doi.org/10.1029/2020GL087167