2026, Vol. 42
2. 河北省地震动力学重点实验室, 河北廊坊 065201
2. Hebei Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Langfang 065201, Hebei, China
据美国地质调查局(USGS)测定，2025年7月29日堪察加半岛东南海域(52.25° N，159.59° E)发生MW8.8地震。该次地震的最大前震达到MW7.3，此外，震后又发生了多次余震，属于前震-主震-余震型地震，截至2025年9月30日共记录126次MW≥5.0余震，最大余震为MW7.8，距主震震中约66.6km。
此次地震位于活跃的千岛—堪察加俯冲带(图 1)，该俯冲带容纳了太平洋板块和鄂霍次克板块之间平均80mm/a的汇聚速率(Seno et al，1996)。此次地震是自2011年日本东北MW9.0地震以来全球发生的最大地震，也是1900年以来全球发生的十大地震之一。在过去100年中，千岛—堪察加俯冲带的北段曾发生过两次特大地震。1923年2月3日MW8.4地震发生在本次地震震中以北约150km处；1952年11月4日在距离本次地震震中不到30km处发生了MW9.0地震，这次地震是千岛—堪察加俯冲带堪察加段有记录以来最大的地震。以平均80mm/a的速度计算，自1952年以来该区域的板块运动已累积了约6m。
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图 1 研究区域地形图 |
前人研究表明，分析地震对周边断层产生的库仑破裂应力变化是研究地震发震构造及评估周边区域地震危险性的重要基础。如万永革等(2009)基于2008年汶川地震对周边断层的应力影响研究，对该区域潜在地震风险进行预测，后续发生的芦山地震恰好位于其计算的库仑破裂应力显著升高区域，验证了该预测的有效性；王润妍等(2025)对2023年摩洛哥MW6.9地震进行静态应力触发研究，发现震中附近多条断裂库仑破裂应力高值区超过触发阈值，增加了地震发生的危险性。
为研究堪察加MW8.8地震的震源特性及其对周围区域和区域内主要断层的影响，本研究首先求解该地震的震源机制中心解，并根据不同研究机构和学者给出的矩张量求出矩张量中心解，将其分解为位错源及补偿线性矢量偶极(Compensated Linear Vector Dipole，CLVD)部分，分析了震源特性。同时，收集该地震余震及前震的全球矩心矩张量目录(GCMT)结果进行累加，对综合地震矩张量进行与主震相同的分解计算，将表现出的性质与主震震源特性进行对比。此外，分析区域构造应力场投影到地震断层面上的相对剪应力和正应力，解析其与地震断层错动的动力学关联。然后基于USGS(2025)建立的MW8.8地震破裂模型，通过Okada(1992)弹性半空间位错理论，分析此次地震在堪察加半岛东南引发的地表同震位移场和水平应力场的空间分布特征，并结合前人给出的震中附近断层的几何特性和滑动特性资料，计算其对周围主要断层产生的静态库仑破裂应力变化。
1 堪察加MW8.8地震的震源特性 1.1 主震震源机制与地震矩张量中心解震源机制解的反演结果受数据源与反演方法差异的影响存在离散性(关兆萱等，2024；宋泽尧等，2024)，因此需要在多个震源机制解中确定一个合适的震源机制解进行后续分析。本研究广泛搜集了不同研究机构和学者针对此次地震所发布的震源机制解数据，基于万永革(2019)在“同一地震多个震源机制中心解的确定”中提出的多解中心化算法，先通过推导最小空间旋转角(考虑P、T、B轴方向二义性取最小值)表示两震源机制解的差异，再以中心解与所有测量解的最小空间旋转角平方和为目标函数，经泰勒展开线性化后利用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)方法(Levenberg，1944；Marquardt，1963)迭代求解，最后将各测量解作为初始解反演，选择标准差最小的解作为最终中心解。本研究以美国国家地震信息中心(NEIC)的震源机制解(标准差最小，见表 1)为初始解，获得堪察加MW8.8地震震源机制中心解为节面Ⅰ走向203.48°、倾角22.70°、滑动角70.09°，节面Ⅱ走向44.91°、倾角68.73°、滑动角98.11°，得到的中心解与各机构结果的最小空间旋转角见表 1(分布区间8.80°~28.40°)。
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表 1 不同机构和学者给出的堪察加MW8.8地震震源机制解及得到的中心震源机制解的标准差 |
① https://www.cenc.ac.cn/earthquake-manage-publish-web/product-list/20250730072449/source-mechanism
② https://mp.weixin.qq.com/s/lljuRxdUG5chaKSaOporgw
同时，为明确该地震的矩张量解及其分解情况，收集了GCMT、GFZ、NEIC、SC4和张喆给出的矩张量结果，见表 2。
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表 2 不同机构和学者给出的堪察加MW8.8地震的矩张量结果(单位：×1022N · m) |
为保证堪察加MW8.8地震矩张量的准确性，将表 2给出的各矩张量元素各自的平均值作为该矩张量元素的确定值，称之为地震矩张量中心解(万永革，2024)，将该中心解的元素组成矩阵，求解得到特征值M11、M21、M31和特征向量，最终得到矩张量压轴特征值为-1.646×1022N · m，特征向量走向为125.38°，倾伏角为41.27°；中间轴特征值为-0.069×1022N · m，特征向量走向为283.43°，倾伏角为46.57°；张轴特征值为1.714×1022N · m，特征向量走向为25.43°，倾伏角为11.13°。对应的最佳节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为50.49°、71.41°和99.70°，最佳节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为202.29°、20.89°和63.39°，其施密特投影方式和空间释放形式见图 2(a)和图 3(a)。将矩张量分解为剪切位错源部分和补偿线性矢量偶极部分，其施密特投影方式和空间释放形式见图 2(b)、2(c)和图 3(b)、3(c)。结合震源机制解和矩张量解参数，判定此次地震为逆冲型。
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图 2 堪察加MW8.8地震矩张量解的施密特投影方式 注：(a)主震整体地震矩张量分布；(b)主震位错矩张量分布；(c)主震CLVD矩张量分布；(d)余震整体地震矩张量分布；(e)余震位错矩张量分布；(f)余震CLVD矩张量分布；(g)前震整体地震矩张量分布；中心地震矩张量的节线用黑弧表达，即矩释放为0的位置；红色区域表示释放的地震矩为正，蓝色区域表示释放的地震矩为负；P、T、B分别为矩释放的压轴、张轴和中间轴；N、S、E、W、U、D分别表示北、南、东、西、上、下。 |
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图 3 堪察加MW8.8地震矩张量的空间释放形式 注：(a)主震整体地震矩张量分布；(b)主震位错矩张量分布；(c)主震CLVD矩张量分布；(d)余震整体地震矩张量分布；(e)余震位错矩张量分布；(f)余震CLVD矩张量分布；(g)前震整体地震矩张量分布；地震矩释放量按各自的色标表示，释放地震矩的大小与空间长度成正比。 |
为验证上述分析得到的堪察加MW8.8地震的震源特性，搜集GCMT给出的震中周围发生的震源深度相近的16次MW≥6.0余震矩张量解(截至2025年9月30日)，将矩张量各元素叠加计算得到余震综合矩张量参数，见表 3。此外，为研究堪察加MW8.8地震前的地震矩张量情况，搜集2025年5月29日—7月29日发生在相同区域内震源深度近似的9次MW≥6.0前震矩张量解，将矩张量各元素叠加计算，得到前震综合矩张量参数(表 3)。GCMT给出的各次MW≥6.0余震及前震的详细矩张量结果见表 4、表 5。
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表 3 GCMT给出的MW≥6.0余震及前震的综合地震矩张量解 |
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表 4 GCMT给出的MW≥6.0余震矩张量结果 |
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表 5 GCMT给出的MW≥6.0前震矩张量结果 |
将余震综合矩张量解的元素组成矩阵，求解得到特征值M11、M21、M31和特征向量，最终得到矩张量压轴特征值为-9.616 ×1020N · m，特征向量走向为124.58°，倾伏角为27.56°；中间轴特征值为-0.134 ×1020N · m，特征向量走向为215.86°，倾伏角为2.46°；张轴特征值为9.760×1020N · m，特征向量走向为310.56°，倾伏角为62.31°。对应的最佳节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为36.63°、72.60°和92.58°；最佳节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为208.07°、17.58°和81.83°，其施密特投影方式和空间释放形式见图 2(d)和图 3(d)。将矩张量分解为剪切位错源部分和补偿线性矢量偶极部分，其施密特投影方式和空间释放形式见图 2(e)、2(f)和图 3(e)、3(f)。
将前震综合矩张量解的元素组成矩阵，求解得到特征值M11、M21、M31和特征向量，最终得到矩张量压轴特征值为-2.401 ×1020N · m，特征向量走向为130.10°，倾伏角为29.23°；中间轴特征值为0.001×1020N · m，特征向量走向为220.90°，倾伏角为1.42°；张轴特征值为2.400×1020N · m，特征向量走向为313.44°，倾伏角为60.73°。对应的最佳节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为41.30°、74.24°和91.48°；最佳节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为215.87°、15.82°和84.77°。进行位错与CLVD矩张量分解后，计算得到CLVD分量在总体矩张量中占比不足0.1%，故仅绘制前震综合矩张量的总体分布，其施密特投影方式和空间释放形式见图 2(g)和图 3(g)。
1.3 主震、余震及前震的综合矩张量对比对比余震综合地震矩张量、前震综合地震矩张量与堪察加MW8.8地震主震矩张量，可以发现余震、前震与主震的P、T、B轴方向具有明显的相似性。进行位错与CLVD矩张量分解后，主震与余震综合地震矩张量的位错源均表现为沿北西上-南东下方向上压缩、南东上-北西下方向上拉张的逆冲断层。CLVD在近水平面上均表现为压缩，近垂向上虽然在拉张方向上存在少许不同，总体上仍均表现为拉张，从而可以验证上述对主震震源特性分析的可靠性。对前震综合矩张量进行位错与CLVD矩张量分解后，CLVD成分极小，而主震与余震的CLVD成分显著大于前震，且余震综合矩张量的CLVD释放方向与主震有一定区别，表明前震、主震与余震震源虽然非常接近纯双力偶，但地震矩张量释放形式不同。此外，余震和前震的综合矩张量量级远小于主震，分别约为主震的0.5%和0.1%，表明主震是本次地震序列的主要能量释放事件。
2 堪察加MW8.8地震与应力场的关系为探究堪察加MW8.8地震成因与区域构造应力场的关系，采用万永革(2020)提出的应力体系模拟方法，结合研究区应力场反演结果，计算出震源机制中心解节面上的相对剪应力与相对正应力大小。需要说明的是，为便于不同节面的对比分析，计算过程中以最大剪应力为基准，对节面上的正应力和剪应力进行归一化处理，最终得到相对正应力和相对剪应力。相对正应力可在一定程度上反映节面间摩擦力的强弱，取值范围为-1~1(拉张为正，挤压为负)，其方向(拉张或挤压)是判定正断型地震发震断层面的关键依据。正断型地震的发生依赖于断层面的拉张环境，当上盘沿断层向下滑动需克服摩擦力，拉张正应力可降低摩擦阻力。而相对剪应力则能体现节面剪切作用的剧烈程度，取值范围为0~1，值越高，说明该断层面在当前应力场作用下越容易积累滑动能量，具备发生破裂的潜在条件。
根据哈佛大学CMT目录中的地震震源机制反演的构造应力场数据(Christova，2001)，得到研究区(42.25° N~60.25° N，145.59° E~171.59° E)0~40km深度主压应力轴走向125°、倾伏角20°，主张应力轴走向316°、倾伏角70°，中间轴走向217°、倾伏角4°，相对应力大小R=0.5。
应力场在该地震断层面产生的相对应力计算结果(图 4)显示，矩张量最佳节面Ⅰ(50.49°，71.41°，99.70°)的相对剪应力(0.962)位于正值区，而相对正应力(-0.174)位于负值区，剪应力滑动角为100.30°，与观测滑动角99.70°相差0.60°；矩张量最佳节面Ⅱ(202.29°，20.89°，63.39°)的相对剪应力(0.985)和相对正应力(0.169)均位于正值区，剪应力滑动角为76.00°，与观测滑动角63.39°相差12.61°。结果表明，发震断层面相对剪应力值较高(最大值为1)，剪应力滑动角与对应节面的观测滑动角相差不大，区域应力场在滑动方向产生了显著的剪应力积累。
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图 4 研究区应力场在各种节面上的相对应力 |
此外，按照库仑破裂应力为相对剪应力与相对正应力和摩擦系数的乘积之和来考虑，矩张量最佳节面Ⅰ的库仑破裂应力为0.962+(-0.174)×0.5=0.875，矩张量最佳节面Ⅱ为0.985+0.169×0.5=1.0695，节面Ⅱ的库仑破裂应力更大，更容易破裂。再结合震源机制中心解的节面Ⅰ(走向203.48°，倾角22.70°，滑动角70.09°)与矩张量最佳节面Ⅱ(走向202.29°，倾角20.89°，滑动角63.39°)的走向偏差仅1.19°、倾角偏差仅1.81°、滑动角偏差6.7°，几何特征高度吻合，以及周围的区域构造背景，节面Ⅱ的几何形态与附近千岛—堪察加弧俯冲带的几何形态和滑动特性类似，故推断节面Ⅱ为发震断层面。
3 堪察加MW8.8地震对周围产生的位移场与应变场为评估堪察加MW8.8地震对周围区域的影响，依据USGS(2025)给出的破裂模型计算地震对周围产生的位移场与应变场。该模型将走向217°、倾角6.5°、长620km、宽60km的断层面分为三部分，第一部分为0~15km深度，倾角约为6.5°，186个子断层；第二部分为15~30km深度，倾角约为17°，186个子断层；第三部分为30~40km深度，倾角约为28°，91个子断层；最大滑动量约40m，出现在15~20km深度。本研究基于弹性半空间模型(Okada，1992；万永革等，2009)，计算了该地震在周边区域引发的地表同震位移场以及面应变、体应变、北向应变、东向应变和北东向应变。
从图 5(a)可以看出，此次地震在地表产生的体应变在破裂区域(图 5(a)白框)的西北部表现拉张，在震源破裂区域的上边缘附近地表表现为压缩，再往东南表现为拉张。北向应变与体应变形态有一些相似性，仅相对数值有一定改变。东向应变在震中附近及西南侧呈现压缩，在震中西侧远处、东南侧呈现拉张；北东向应变在震中西南侧远处、南侧呈现压缩，在震中西侧近处、东北侧呈现拉张。
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图 5 堪察加MW8.8地震产生的各分量应变及地表响应 注：(a)体应变；(b)北向应变；(c)东向应变；(d)北东向应变；(e)同震位移场；(f)水平主应变和面应变场；(a)~(d)中底色代表应变大小，拉张为正(单位：×10-9)；(e)中底色代表垂直位移，上升为正，黑色箭头代表水平位移(单位：cm)；(f)中底色表示水平面应力，拉张为正，黑色箭头为水平主压应变，白色箭头为水平主张应变(单位：×10-9)；红色沙滩球处为震中位置。 |
从图 5(e)、5(f)可以看出，此次地震近处的位移场具有以下特征：从地表的水平位移场来看，震源破裂区(图 5(e)、5(f)白框)西南段的物质向南涌出，西北侧和东南侧的物质涌入震源破裂区；垂直位移场在震中西南侧表现为隆升，而震中西侧、北侧表现为沉降，从震源机制解判断地震为逆冲型地震。
4 堪察加MW8.8地震对周围主要断层的影响 4.1 4计算方法库仑破裂应力变化是驱动断层破裂的关键参数，其表达式为
| $ \Delta \mathrm{CFS}=\Delta \tau+\mu^{\prime} \Delta \sigma_n $ | (1) |
式中，ΔCFS为库仑破裂应力变化；Δτ代表断层面滑动方向上的剪切应力变化；Δσn代表断层面上的正应力变化(以拉张为正)；μ′代表视摩擦系数，考虑到孔隙流体和介质特性，μ′取值通常在0.2~0.8之间。参考前人研究(King et al，1994；Harris，1998)，μ′取0.4。当ΔCFS>0且超过0.01MPa的阈值时，会对断层的破裂起到触发作用，意味着断层更有可能发生破裂活动。当ΔCFS＜0时，则会抑制断层的破裂，使断层相对更稳定，不易发生破裂。
4.2 主要断裂上的库仑破裂应力变化堪察加MW8.8地震震中附近的主要断裂包括千岛—堪察加俯冲带上的断层和堪察加半岛上存在的2条主要活动断层带。在堪察加半岛上，东堪察加断裂带南起约53° N，其约三分之二段将中央洼地与堪察加东部山脉隆起区分隔，向北则穿越该山脉并逐渐向东偏转，最终延伸至堪察加角。东堪察加断裂带的单个断层显示出正-走滑(右行)复合断层活动特征。除东堪察加断裂带，在中央堪察加洼地西侧的中堪察加(中)山脉内存在1条次级断裂带。
为探究堪察加MW8.8地震对周围主要断层的影响，在计算库仑应力变化时，需要获取断层几何形状和滑动性质的数据，本研究综合了Ermakov等(1974)、Kozhurin(1990、2004、2022)、Bird(2003)、Styron等(2020)和Kozhurin等(2023)对断层的研究结果以及Hayes等(2012)建立的全球俯冲带几何形态三维模型，给出周边断层的走向、倾角、滑动角等特征(表 6)，并对延伸较长的断裂按构造特征分为01~09段，每独立计算应力变化，以体现应力分布的空间异质性。
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表 6 地质断层参数及投影其上的库仑破裂应力变化 |
根据前述方法，计算了本次地震在20km深度(该地区地震发生的典型深度)处对周围主要断层产生的库仑破裂应力(表 6，图 6)。可以看到，本次地震致使周围多条断层出现不同程度的库仑破裂应力变化，对千岛—堪察加海沟上的断层产生的应力变化幅值可达7.11MPa，而堪察加半岛上的断层应力变化幅值最大仅为0.13MPa，前者约为后者的50倍。
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图 6 堪察加MW8.8地震对周围主要断层产生的库仑破裂应力(深度20km) 注：库仑破裂应力变化采用填充断层所在位置的颜色，红色表示增加，蓝色表示减少；蓝色细线条表示河流，黑色直线、折线表示次级断层，黑色细轮廓线表示海陆分界线。 |
千岛—堪察加海沟05断层的中段因本次地震产生了7.11MPa库仑破裂应力增加量，而千岛—堪察加海沟03、04断层在震中西南方向的西段均有相当程度的库仑破裂应力卸载。除波卡季—阿斯哈瓦—塔尔霍夫斯基—纳奇基—库姆罗奇断层，堪察加半岛上其余主要断层的库仑破裂应力增加量均达到或超过触发阈值(0.01MPa)。
从余震发生趋势可以看出，由堪察加MW8.8地震引发的余震在主震震中周边海域密集分布，且密集程度从西南向东北逐渐增加，这与本研究得到的库仑破裂应力变化在西南方向断层上主要为卸载、而在东北方向的01、02断层最西段为增加的结果较为吻合。同时，余震的发生与库仑破裂应力增加的断层区段存在较为显著的关联性，以千岛—堪察加03断层为界线，西南侧断层上的库仑破裂应力主要表现为大量卸载，而余震发生数量与之同步减少，推测界线西南侧库仑破裂应力的卸载抑制了余震的发生。
5 结论与讨论本研究通过搜集多源震源机制解和地震矩张量数据，求解2025年堪察加MW8.8地震的震源机制中心解和中心地震矩张量，分析了震源特性、区域构造应力场与地震的动力学关联、地震引发的位移场与应变场特征，以及地震对周围主要断层的库仑破裂应力影响，得到如下结论：
(1) 整合国内外多家机构和学者提供的2025年7月29日堪察加MW8.8地震震源机制解数据，采用中心解算法确定震源机制中心解。将其中五个机构和学者给出的矩张量元素各自的平均值作为该矩张量元素的确定值，得到地震矩张量中心解：矩张量压轴特征值为-1.646×1022N ·m，特征向量走向为125.38°，倾伏角为41.27°；中间轴特征值为-0.069×1022N ·m，特征向量走向为283.43°，倾伏角为46.57°；张轴特征值为1.714×1022N ·m，特征向量走向为25.43°，倾伏角为11.13°。对应的最佳节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为50.49°、71.41°和99.70°；最佳节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为202.29°、20.89°和63.39°。相比震源机制中心解算法，中心地震矩张量方法通过整合多源矩张量数据，能更全面地反映震源的真实矩释放状态，且计算过程更简便。将中心地震矩张量分解为位错源与补偿线性矢量偶极两个分量后可知，位错源分量形成于北西上-南东下向挤压、南东上-北西下向拉张的力学环境中，补偿线性矢量偶极分量则表现为近水平面挤压、近垂直方向拉张的矩释放模式。此外，还搜集了地震余震及前震的地震矩张量资料，分别求出对应的综合地震矩张量并进行分析，发现得到的余震位错源与补偿线性矢量偶极模式与主震高度相似，从而验证了对主震的分析结果。
(2) 通过分析区域构造应力场与地震活动的动力学关联，综合评估发震构造。本次地震是在区域构造应力场作用下的正常能量释放，应力计算结果显示，矩张量最佳节面Ⅱ相对剪应力(0.985)高于节面Ⅰ(0.962)，且库仑破裂应力(1.0695)大于节面Ⅰ(0.875)，其剪应力滑动角与观测值的偏差处于合理范围，说明该节面更易积累剪切能量，发生破裂。同时，矩张量最佳节面Ⅱ与震源机制中心解节面Ⅰ的走向、倾角、滑动角偏差极小，且其几何形态与千岛—堪察加弧俯冲带的构造形态和滑动特性高度匹配。综合上述因素，推断矩张量最佳节面Ⅱ为本次地震的发震断层面。
(3) 以本次地震的破裂为驱动源，计算了均匀弹性半空间下地震引发的位移场、应变场，此次地震近场位移场逆冲机制特征显著，结合震源机制解判定本次地震为逆冲型。面应变分布形态与体应变基本一致。
(4) 计算本次地震投影到附近断层面上的库仑破裂应力变化，结果表明，位于震中附近并沿千岛—堪察加海沟分布的01~08号断层上，均有分段的库仑破裂应力增加量大幅超过触发阈值现象，具备发生中强余震或独立破裂事件的潜在条件，这些区域的潜在地震危险性需高度关注。此外，除波卡季—阿斯哈瓦—塔尔霍夫斯基—纳奇基—库姆罗奇断裂，堪察加半岛上其余主要断裂的库仑应力均达到触发阈值，表明本次地震对这些断裂带的影响较为明显。需注意的是，该阈值为前人基于经验设定的临界值，即使库仑应力变化量级小于0.01MPa，其累积效应仍可影响区域地震活动性(Ziv et al，2000)。
本研究基于弹性半空间模型和静态库仑应力假设，未考虑黏弹性介质的松弛效应、动态应力触发及长期构造加载的影响。黏弹性介质的松弛效应可能会使应力变化在长期尺度上发生衰减，动态应力触发则可能影响余震的时空分布(万永革等，2008)，未来研究可进一步整合这些因素以提高评估结果的准确性。
致谢: 审稿人对本文提出了宝贵的修改意见；中国地震台网中心、中国地震局地球物理研究所张喆、IPGP、GFZ、SC4、GCMT、NEIC提供了震源机制解，GCMT、GFZ、NEIC、SC4、张喆提供了矩张量解，USGS提供了破裂模型；文中部分图件由GMT工具绘制(Wessel et al，2019)，另有部分图件由MATLAB绘制，在此一并表示感谢。
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