据中国地震台网正式测定,北京时间2025年7月30日7时24分堪察加东岸远海(52.40°N,160.20°E)发生8.7级地震,震源深度10km。该地震发生在堪察加半岛东南侧,震中距离最近陆地约110km。图 1展示了震中附近区域的地质构造情况,从板块构造学角度来说,震中所属堪察加地区位于正在形成的鄂霍次克板块上,被太平洋板块、北美板块和欧亚板块所包围,其地壳结构复杂,包括洋壳、陆壳和俯冲带等多种地质构造单元。阿留申海沟西部的白令断层与千岛—堪察加海沟在堪察加半岛的东部汇合,夹角近似垂直。
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图 1 堪察加区域地质构造 注:黄色五角星代表本次地震震中,红色圆圈代表1952年堪察加9.0级地震震中,白色和红色三角形分别代表死火山和活火山。 |
东部的太平洋板块沿白令断层作平滑运动,直至白令断层与千岛—堪察加海沟的汇合地区,以平均8cm/a的速度沿堪察加海沟俯冲到堪察加半岛的下方(Steblov et al,2003;Honthaas et al,1995;孟国杰等,2009)。由于受到该太平洋板块的强烈俯冲作用,堪察加地区地震活动频发,该地区已经成为典型的板块边界地震带。1952年堪察加东岸海域发生的9.0级地震是目前该地区发生过的最大地震,其震中位置与本次地震非常接近,是历史上最大的逆冲型地震之一,曾引发了跨太平洋的破坏性海啸。根据最新监测分析结果,此次8.7级地震已经引发越洋海啸。针对此次地震事件,中国自然资源部海啸预警中心于北京时间7月30日7时34分发布首份海啸预警信息,对震源周边地区发出海啸预警。此外,俄罗斯、美国夏威夷、日本、加拿大等多个国家和地区也接连发布海啸预警,呼吁民众远离海岸和河流,保持警惕。
① http://www.cenc.ac.cn/cenc/dzxx/418164/index.html
本文基于中国地震台网中心(CENC)的应急产品产出流程,系统分析了此次地震的震源参数、地震构造、历史地震、震源机制、震源破裂过程等应急产品,旨在为俯冲带巨震的机制研究和灾害应对提供依据。
1 地震参数速报中国地震台网中心(CENC)在震后24min发布正式速报结果,震中位于堪察加东岸远海(52.40°N,160.20°E),震级7.9级,震源深度10km。后经中国地震台网中心人工复核,震级修订为8.7级。
该地震速报具体情况如下:地震发生后6min左右,单路自动速报(CB)发出地震信息,震级为M7.6。震后10min,CB单路震级更新为M8.2。值班员利用人工交互系统完成定位,震后20min左右测量该地震的面波震级为MS7.9。此时美国地质调查局(USGS)给出的矩震级为MW8.0,德国地学中心(GFZ)发布的震级为M7.8。震后17min左右,预警速报自动W-phase矩震级为MW8.7,所用台站空隙角为256°。鉴于矩震级产出的空隙角很大,且与面波震级和国外主要地震机构测量的震级差别较大,故以面波震级MS7.9发布。震后45min左右,中国地震台网中心(CENC)组织分析人员通过W-phase方法复核该次地震的矩震级,最终确定该地震的震级为MW8.7。同一时间,美国地质调查局(USGS)将发布震级由MW8.0修改为MW8.7。
面波震级MS7.9偏低可能与特大地震的高频能量饱和及台站分布局限性有关,中国地震台网中心(CENC)采用W-phase方法测定的矩震级为MW8.7,相较速报给出的面波震级,震源机制解结果产出的时间更加充裕,可用台站数据更加丰富,震级更符合本次地震实际情况。美国地质调查局(USGS)①、德国波茨坦地学中心(GFZ)②等国际地震机构也给出了本次地震的测定参数,并在之后不久做出震级修订,统计结果如 表 1所示。各机构给出的震中位置与修订后的矩震级基本一致,MW均为8.7左右。
① https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000qw60/executive
② https://geofon.gfz.de/eqinfo/event.php?id=gfz2025otqm
| 表 1 堪察加东岸远海8.7级地震全球各地震学机构的震级测定结果 |
地震测震台网应急产品产出服务最早可追溯到2008年(邹立晔等,2019),截至2025年1月中国地震台网中心已完成国内外大震应急产品产出500余次。随着应急产品产出工作时效性与准确性的提高,中国地震台网中心已实现震后各类应急产品和图集的产出和汇集自动化(邓文泽等,2021;梁皓等,2022;徐泰然等,2022;支明等,2022;戴丹青等,2023;张雅茜等,2023;Han et al,2024;韩光洁等,2024),产出包括震源参数、区域地震构造、历史地震和台站分布、余震精定位、震源机制解、震源破裂过程、地震仪器烈度、推测地震烈度分布等应急产品。堪察加东岸远海8.7级地震发生后,中国地震台网中心联合地震系统多家单位于震后31min自动产出第一版震源机制解,地震类型初判为逆冲型为主。在震后31min自动产出第一版《2025年7月30日7时24分堪察加东岸远海地震应急数据产品综合图集》,随后该图集不断更新,于7月30日14时32分更新为最终版本。
地震应急数据产品综合图集为政府、应急管理部门、企业和社会组织等提供科学、准确的地震应急数据支持,有助于快速做出决策,制定合理的灾害应对方案、救援计划和灾后重建规划。特别是为沿海周边地区海啸预警范围圈定、应急防范力量部署提供小时级的关键数据支撑,提高应急响应的效率和准确性,缩短部署决策时间,尽最大可能减少人员伤亡和财产损失。
2.1 历史地震情况由于地处环太平洋地震带和太平洋板块与鄂霍次克板块的俯冲边界,堪察加地区地震活动较为频繁。此次堪察加东岸远海8.7级地震是自2011年日本东北地区9.0级地震以来全球发生的最大地震事件,也是自1900年以来全球前十大地震之一。
历史上该地区曾发生多次地震,地震活动呈现“巨震周期复发+频发中强震”特征。1952年堪察加东岸海域发生的9.0级地震是该地区有记录以来的最大地震。9.0级地震距离本次震中不足30km,震后引发15m高海啸,摧毁北库里尔斯克市,并波及夏威夷和南美洲。
表 2给出了千岛群岛附近地区自1952年以来的历史地震目录(M≥8.0),截至目前,该地区已发生11次8.0级及以上地震,其中9.0级以上地震2次(1952年堪察加半岛东岸海域9.0级、2011年日本东北部太平洋海域9.1级地震),震中位置涵盖千岛群岛、堪察加半岛、鄂霍次克海及日本东北部海域,多数为浅源地震。历史震中基本沿千岛—堪察加海沟分布,平行于堪察加半岛中南部,基本与太平洋板块俯冲方向垂直,如 图 2所示。
| 表 2 千岛群岛附近地区历史地震目录(M≥8.0) |
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图 2 堪察加区域历史地震分布 |
矩张量解描述了地震的空间位置、震源机制的两个节面产状、矩心深度和矩震级等信息。该产品是反演震源破裂过程、推测地震烈度、震后趋势研判、震情会商和研究地震孕震机制的重要基础依据。中国地震台网中心主要采用两种震源机制解反演方法,分别为针对国内中强地震(4.0≤M<6.0)的近场全波形反演方法(Herrmann,2013;Yang et al,2024)和服务于国内外强震(M≥6.0)的W-phase反演方法(Zhao et al,2017)。近场全波形反演方法基于中国大陆宽频带波形数据反演得到地震矩张量;W-phase反演方法基于中国大陆和全球宽频带地震台站(GSN)记录的波形数据反演出地震矩张量,其格林函数基于全球速度模型PREM计算。
本次地震的震源机制解采用W-phase方法,基于全球29个台站的宽频带波形数据进行反演,波形拟合结果(图 3)显示,理论合成波形(红色)与观测波形(黑色)在多数台站(如GUMO、COLA、MAJO等台站)的P波、S波及面波相位匹配度较高,验证了矩张量解的可靠性。该地震反演结果为:矩震级MW8.7,波形拟合的矩心深度为35km;断层节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为57°、67°、107°,断层节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为199°、28°、56°(图 4);节面Ⅱ为真实破裂面,断层面的破裂速度相对缓慢,且破裂时间较长,表现为断层上盘长时间缓慢抬升。根据该区域板块俯冲构造背景,初步判定本次地震为一次逆冲型为主的事件。
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图 3 堪察加东岸远海8.7级地震震源机制解波形拟合(a)及使用的台站(b) |
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图 4 堪察加东岸远海8.7级地震震源机制解 |
图 5展示了震中周边200km范围内5.0级以上历史地震的震源机制解,数据来源为全球地震矩心矩张量(GCMT)目录③和中国地震台网中心震源机制解目录。本次地震附近历史地震的震源机制主要以逆冲和走滑为主。本研究还收集了美国地质调查局(USGS)和德国波茨坦地学中心(GFZ)等国际机构关于本次地震的震源机制解反演结果( 表 3),可以发现美国地质调查局(USGS)与中国地震台网中心(CENC)反演得到的各节面差异较小,与德国波茨坦地学中心(GFZ)差异较大。这些差异可能是由于各机构使用的方法和数据资料不完全相同造成的。综合 图 5和表 3,各机构计算的震源机制解整体结果较为一致,滑动角反演结果均显示此次堪察加东岸远海地震为逆冲型地震,破裂方式以拉张为主。
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图 5 历史地震震源机制解分布 |
| 表 3 堪察加东岸远海8.7级地震震源机制解各机构产出结果 |
通过反演该地震的震源破裂过程,可以得到震源区或断层面的空间尺度大小等信息,能够直观展示断层破裂的动态过程。中国地震台网中心(CENC)采用有限断层反演方法(Ji et al,2002),基于全球远场(30°~90°)体波和面波数据反演本次堪察加东岸远海地震的破裂过程(图 6)。地震破裂过程反演基于震源机制解的节面(走向198°,倾向18°,滑动角51°)。结果显示,堪察加东岸远海8.7级地震破裂面基本沿西南走向,与千岛—堪察加海沟平行。本次地震是一次单侧破裂事件,破裂持续时间约200s,破裂长度约500km,最大破裂点位于震中西南向300km,对应最大滑动位移量为6.6m,破裂面积约11000km2,其深度在10~60km之间。
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图 6 堪察加东岸远海8.7级地震震源破裂结果 |
从时间序列特征来说,破裂可分为三个阶段:0~80s为初始破裂阶段,能量逐渐释放,在120s左右到达第一个滑动位移量峰值点,最大滑动位移量为5.0m左右;80~160s为主要破裂阶段,能量集中释放,最大滑动位移量逐渐到达此次破裂峰值;160~200s为破裂过程末期,能量逐渐衰减。
2.4 反投影破裂过程反演(远场结果)中国地震台网中心(CENC)基于澳大利亚台阵记录到的宽频带远场P波数据,利用远场台阵反投影方法分析本次地震震源破裂的空间和时间分布特征(韩光洁等,2023;Han et al,2024)。选取台阵中距离几何中心最近的台站作为参考台站,将台阵波形按照参考台站P波到时对齐,并利用高频和低频互相关计算获取台阵校正量,仅保留与参考台站波形相关系数大于0.6的波形数据。对0.5~2Hz高频数据进行反投影叠加成像,选取10s长的滑动时窗,步长为1s,对数据进行分段截取和叠加成像,结果如 图 7所示。反投影成像结果中暖色(红色、黄色)区域表示较高的能量累积,通常对应断层显著滑动区域,冷色(蓝色、绿色)区域表示较低的能量累积。震源破裂走向以西南为主,破裂持续时间约200s,破裂尺度约390km,总体结果与上述有限断层反演方法得到的破裂过程基本一致。
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图 7 堪察加东岸远海8.7级反投影破裂过程反演结果 |
2025年7月30日堪察加东岸远海8.7级地震发生后,中国地震台网中心(CENC)快速、准确地进行了主震和余震的参数测定,并联合地震系统多家单位利用各类地震数据和多种科学方法,完成了震后应急产品产出和汇集工作,为震情分析、震后应急救援等工作提供资料和参考依据。值得注意的是,此次震后人工复核修订震级不仅提升了地震参数精度和准确性,也将地震正式速报的“时效性”转化为科学决策的“可信度”。尤其是此次地震的面波震级MS7.9显著低于最终矩震级MW8.7,反映了特大地震中面波方法的局限性。面波震级在高频能量饱和及台站分布受限时易低估实际震级,未来特大地震速报中需优先采用矩震级方法,以提升震级判定的可靠性,为海啸预警和灾害评估提供更精准的科学依据。
有限断层反演方法和反投影破裂过程反演方法均表明此次地震为单侧破裂,破裂沿西南走向,与千岛—堪察加海沟平行,破裂时间约200s。此外,反投影破裂过程反演主要刻画水平能量分布情况,在垂直层面无法提供深度信息。但是由于反投影破裂过程反演方法无需预设断层模型,可以更快得到反演结果,直观显示能量传播路径,可以作为震后快速灾害评估依据。有限断层反演方法的反演速度相对较慢,但反演结果可以提供更多的震后信息,可以输出破裂尺度、深度、滑动位移量等参数。
综合各类应急产品并结合区域地震构造、震源机制解、破裂过程反演等结果,判断本次堪察加东岸远海8.7级地震为一次逆冲型为主的地震事件,震源破裂走向以西南为主,破裂持续时间约200s,破裂尺度约500km,最大滑动位移达6.6m,反演结果与各主流国际机构公布的地震参数基本一致,地震事件类型符合该地区8cm/a的太平洋板块俯冲背景。本次地震是堪察加地区应变累积的必然释放结果,揭示了太平洋板块向堪察加半岛东南侧深部俯冲的动力学过程,为理解板块边界大地震复发规律提供了关键案例。
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