异质性强凹凸体与构造复杂性控制不规则级联破裂：2024年日本能登Mw7.5地震的启示

研究人员通过重定位余震、大地测量与地震波形数据，解析2024年日本能登Mw7.5地震的复杂断层结构，揭示初始破裂触发前震群的双侧慢滑移，发现东西段倾角差异的断层分段破裂及延迟破裂现象，阐明强凹凸体与几何复杂性对级联破裂的调控机制，为地震灾害评估提供新见解。

　　

日本能登半岛在2024年1月1日发生的M_w7.5地震，打破了地震群区域罕见大震的认知。这片区域自2020年起持续发生地震群活动，通常与流体迁移和慢滑移相关，但此前从未记录到如此大规模的破裂事件。更令人困惑的是，这次地震展现出复杂的级联破裂行为：初始阶段在震群区缓慢扩展，随后触发多个断层段的异时破裂，甚至出现强凹凸体延迟破裂的现象。这些异常特征背后，究竟隐藏着怎样的构造控制机制？

为解开谜团，研究人员综合利用重定位余震、ALOS-2合成孔径雷达（SAR）像素偏移、全球导航卫星系统（GNSS）观测、强震动（SM）数据及远场地震波形，构建了多数据集约束的断层模型。通过慢度增强反投影（SEBP）技术解析高频辐射源时空演化，结合有限断层反演揭示滑动分布，最终绘制出这场地震的完整破裂图谱。

关键技术包括：1）基于21个近场宽带台站的HypoDD余震精定位；2）利用北美（NA）和澳大利亚（AU）地震阵列的SEBP反演；3）ALOS-2 SAR像素偏移与71个GNSS站的三维形变测量；4）融合SAR、GNSS、SM和远震波形的联合有限断层反演。

主要发现

1. 1.

   余震揭示的断层结构：重定位的13,053次余震显示，地震沿东、西两段倾角相反的断层破裂（西段SE倾角45°，东段NW倾角53°），并在震群区触发次级断层再活动。

2. 2.

   初始慢破裂阶段：SEBP显示前18秒破裂速度仅0.6 km/s，有限断层反演证实主断层滑动触发下方震群断层的双侧慢滑移，可能与流体弱化效应相关。

3. 3.

   强凹凸体延迟破裂：西南方向25 km处的10×5 km凹凸体初期阻碍破裂（18-27秒），周边滑动积累应力后于27-36秒突发性破裂，释放相当于M_w7.1的能量。

4. 4.

   震群触发异常：主震在13 km深度触发新震群，但较大事件（如1月7日M4.6）未引发丰富余震，与常规构造地震的ETAS（传染型余震序列）模型行为迥异。

讨论与意义

这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究，首次系统阐释了流体弱化断层系统中大震级联破裂的独特机制。Okuwaki_{et al.}和Xu_{et al.}曾分别报道过慢初始破裂和延迟凹凸体现象，但本研究通过多尺度数据融合，揭示出震群断层与主断层的动态相互作用才是控制破裂演化的核心。

实际应用价值体现在三方面：1）复合破裂模型可优化强震动预测，解释为何某些区域地震动远超预期；2）流体敏感断层的识别有助于评估潜在大震风险；3）震群区"无余震大震"的发现，挑战了传统余震统计模型的普适性。正如作者强调，该研究为理解类似2016年凯库拉M_w7.8地震的复杂破裂行为提供了新范式。