1957年安德烈亚诺夫群岛地震之谜：长周期地震波与海啸激发机制的新证据

《Geophysical Journal International》：Enigmatic Seismic Excitation of the 1957 Andreanof, Aleutian Is., Earthquake

本刊推荐：针对1957年安德烈亚诺夫群岛地震存在的海啸激发强度与面波震级（Ms=8.1–8.3）不匹配问题，Kanamori和Rivera利用现代数字化技术重新分析了历史地震图，并结合1996年阿留申群岛地震（Mw=7.87）作为经验格林函数。研究发现1957年地震在首波到达后约1000秒内存在显著的长周期（150秒）二次激发，矩震级（Mww=8.8–8.9的规模，从而弥合了地震学与海啸数据间的矛盾。

　　

在浩瀚的太平洋北部，阿留申群岛俯冲带一直是地震活动的温床。1957年3月9日，这里发生了一场令地震学家困惑长达半个多世纪的巨大地震——安德烈亚诺夫群岛地震。尽管其面波震级（M_s）仅为8.1-8.3，但余震区长度却达到惊人的1200公里，堪比历史上最大的1960年智利大地震。更令人费解的是，近年来的海啸研究显示这场地震激发了异常强烈的海啸，暗示其真实能量可能远高于地震学测算结果。这种地震与海啸数据之间的明显矛盾，构成了地球物理学领域一个长期未解的谜题。

传统研究面临的主要障碍是高质量地震数据的匮乏。早期仪器记录有限，且长周期（>200秒）地震资料尤为稀缺。Johnson等人（1994年）曾尝试利用前WWSSN（世界标准地震台网）长周期地震图进行分析，但受限于台站覆盖范围和仪器标定数据，问题未能彻底解决。Okal（1992年）也指出研究该事件的困难所在。然而，随着历史地震图数字化技术的进步和1996年阿留申群岛地震（M_w=7.87）提供的现代宽带数据，重新审视这一历史事件迎来了新的契机。

为解决这一难题，Kanamori和Rivera开展了创新性研究。他们从斯特拉斯堡、乌普萨拉和惠灵顿等台站获取了1957年地震的维歇尔式、米尔恩-肖式和贝尼奥夫式地震图，采用现代数字化方法进行精细处理。研究团队巧妙利用1996年阿留申地震的高质量宽带记录作为经验格林函数，通过对比分析揭示了1957年地震独特的震源特征。

关键技术方法包括：历史地震图的数字化处理、经验格林函数（EGF）的应用、时间域反卷积算法（Ligorria和Ammon，1999年）、长周期面波（G波和R波）波形分析、数值模拟实验（模拟不同时间尺度的慢滑移源），以及多种地震仪响应校正和带通滤波技术。

长周期（约150秒）面波分析

研究人员首先比较了1957年与1996年地震在G波（Love波）和R波（Rayleigh波）上的表现。通过斯特拉斯堡（STR）、乌普萨拉（UPP）和惠灵顿（WEL）台站的记录发现，1957年地震在初始震相后约750-1000秒出现了明显的二次波列（标记为G1和R1）。

这一现象在三个台站的记录中高度一致，表明1957年地震存在显著的二次长周期地震辐射，持续时间远超普通大震。

时间域反卷积

通过时间域反卷积算法，研究团队提取了1957年地震的矩释放函数（MRF）。

结果显示该事件包含两组子事件，间隔约1000秒，总持续时间达1000-1500秒。从五条记录得到的平均地震矩为5.86×10²¹ Nm（M_w=8.4），但不同分量结果存在一定变化范围（3.6-7.8×10²¹ Nm）。

多重面波分析

乌普萨拉贝尼奥夫长周期地震图提供了重要的长周期地面运动数据。

尽管记录初始部分因超出量程而缺失，但仍在R4震相识别出次级波列G和R。帕萨迪纳（PAS）贝尼奥夫应变地震仪记录进一步支持了二次激发的存在，在G2和R2之间观测到更复杂的波列。

慢滑移数值实验

鉴于仪器带宽限制（≤150秒），研究人员通过数值实验探讨了慢滑移成分的可能性。

模拟结果表明，若慢滑移时间尺度超过500秒，即使总矩达到2.82×10²² Nm（M_w=8.9），在现有地震图上也不会产生明显异常。

这一发现为解释海啸数据与地震学数据之间的差异提供了合理机制。

震级标度关系

通过比较1946、1957和1996年阿留申地震的m_B、M_s和M_w关系，研究发现1957年地震的m_B与M_s关系与正常板间地震无异，但其m_B与M_w关系更接近海啸地震趋势。

这突显了利用长周期（>150秒）地震波进行海啸预警的重要性。

研究结论表明，1957年安德烈亚诺夫群岛地震具有异常长的震源持续时间（约1000秒），远超过2004年苏门答腊地震（600秒）和1960年智利地震（300秒）。

该事件可能由西端的常规破裂（Domain B）和东端的慢速破裂（Domain A）组成，破裂速度可能低至0.7 km/s。这种复杂的震源过程对现有海啸预警系统提出了挑战，特别是W相位反演方法在面对前震-主震序列时可能失效。

这项研究不仅解决了1957年阿留申地震的长达数十年的谜团，更重要的是揭示了俯冲带地震震源过程的复杂性。它强调了在评估海啸风险时需要考虑长周期震源特征，并为开发更有效的地震海啸预警方法提供了科学依据。该研究成果发表于《Geophysical Journal International》，为理解巨大地震的海啸激发机制开辟了新的视角。