2024年4月3日臺(tái)灣省花蓮縣海域7.3級(jí)地震的快速產(chǎn)出參數(shù)

王欽瑩 陳鯤 王永哲 張旭 張喆 王子博

[摘要] ?2024年4月3日07時(shí)58分（北京時(shí)間）在臺(tái)灣省花蓮縣海域發(fā)生7.3級(jí)地震。中國地震局地球物理研究所在震后啟動(dòng)快速響應(yīng)，組織相關(guān)領(lǐng)域研究人員對(duì)此次地震的震源模型、地震輻射能量等進(jìn)行了估計(jì)，同時(shí)基于震源模型進(jìn)行了震動(dòng)圖模擬、同震形變場模擬。結(jié)果表明，此次地震發(fā)生在菲律賓海板塊和歐亞板塊的邊界，以逆沖機(jī)制為主，呈現(xiàn)雙側(cè)破裂，能量集中在前約35 s內(nèi)釋放；極震區(qū)震動(dòng)烈度可能達(dá)Ⅹ度以上，可能的受災(zāi)范圍近35000 km²；此次地震引起了顯著的同震位移，最大水平向位移達(dá)到0.52 m、垂直向位移達(dá)到 1.18 m。

[關(guān)鍵詞] 臺(tái)灣地震; 震源模型; 地震動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測; 地震輻射能量; InSAR; 同震形變場

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-056

0 ?引言

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)正式測定，北京時(shí)間2024年4月3日07時(shí)58分在臺(tái)灣省花蓮縣海域發(fā)生7.3級(jí)地震，震源深度12 km，震中位于（23.81°N，121. 74°E）（圖1）。此次地震發(fā)生在臺(tái)灣花東縱谷斷裂北段上。花蓮位于歐亞板塊和菲律賓海板塊的交界線上，菲律賓海板塊的斜向俯沖在臺(tái)灣地區(qū)及其東部海域形成了特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括左旋走滑的縱谷斷裂及近南北向逆斷層系。這兩個(gè)板塊間的相互碰撞和俯沖導(dǎo)致了地殼的強(qiáng)烈縮短和斜向剪切變形，從而使得高震級(jí)地震在此地區(qū)頻發(fā)。

震源特征、地震動(dòng)強(qiáng)度和地表形變的估計(jì)，對(duì)于評(píng)估此次地震可能造成的震害具有重要意義。因此，2024年臺(tái)灣花蓮地震發(fā)生后，中國地震局地球物理研究所啟動(dòng)快速響應(yīng)機(jī)制，組織相關(guān)研究人員產(chǎn)出了震源參數(shù)、地震輻射能量估計(jì)等，并開展了地震動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測、同震形變場模擬等工作，形成了具有重要意義的地震應(yīng)急科技支撐產(chǎn)品。

1 ?震源模型

1.1 ?矩心矩張量反演

選擇以常規(guī)WCMT^[1-3]的技術(shù)流程處理本次事件。在反演時(shí)選用震中距在31.07°～89.61°之間的56道長周期垂直分量數(shù)據(jù)作為觀測資料，利用W-phase進(jìn)行矩心矩張量反演，濾波頻帶為0.0020～0.0067 Hz。在對(duì)矩心時(shí)空位置與矩張量解進(jìn)行網(wǎng)格搜索后得到的最優(yōu)模型結(jié)果表明，此次地震的標(biāo)量地震矩為1.5×10²⁰N·m、換算為矩震級(jí)M_W=7.4，矩心時(shí)間13 s，半持續(xù)時(shí)間13.74 s，矩心坐標(biāo)（24.02°N，121.66°E），矩心深度29 km。斷層面解為節(jié)面I：走向15°、傾角61°、滑動(dòng)角72°；節(jié)面II：走向228°、傾角34°、滑動(dòng)角119°。雙力偶成分占比91%，觀測數(shù)據(jù)與合成數(shù)據(jù)整體相關(guān)度為0.94（圖2～圖3）。

1.2 ?震源破裂過程

采用的遠(yuǎn)震體波波形數(shù)據(jù)來自于IRIS 數(shù)據(jù)中心震中距在30°～90°范圍內(nèi)GSN 臺(tái)網(wǎng)的寬頻帶地震儀。根據(jù)波形數(shù)據(jù)的信噪比水平和臺(tái)站空間分布的均勻性，選取了其中34 個(gè)臺(tái)站的垂直向記錄。并采用ak135全球一維速度模型^[4]和正交歸一化方法^[5]來計(jì)算理論格林函數(shù)。此外，本文采用了Zhang 等^[6]發(fā)展的滑動(dòng)角可變的時(shí)間域反演方法來反演震源破裂過程。該反演方法不需要預(yù)先給定子斷層震源時(shí)間函數(shù)形狀，而是通過共軛梯度法^[7]迭代反演子斷層震源時(shí)間函數(shù)，從而避免了先驗(yàn)假定給反演結(jié)果帶來的影響，同時(shí)該反演方法允許子斷層的滑動(dòng)方向在給定的滑動(dòng)角附近（± 45°）發(fā)生變化。

另外，為了穩(wěn)定反演結(jié)果以使其具有可接受的物理意義，本文還引入了時(shí)間域和空間域光滑約束^[6，8]以及標(biāo)量地震矩最小約束^[6，9-10]。 時(shí)間域光滑約束用于抑制子斷層震源時(shí)間函數(shù)相鄰時(shí)刻的不連續(xù)性，空間域光滑約束用于消除相鄰子斷層間位錯(cuò)的不連續(xù)性，而標(biāo)量地震矩最小約束則用于壓制較弱的過低頻滑動(dòng)。

初步反演結(jié)果（圖4）表明，此次地震以逆沖機(jī)制為主，呈現(xiàn)雙側(cè)破裂，破裂持續(xù)時(shí)間不超過35 s，主要破裂長度約50 km。

2 ?地震動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測圖

利用快速生成考慮場地效應(yīng)的震動(dòng)圖方法^[11]，考慮地震的震中位置以及地震的震源機(jī)制解，計(jì)算了研究區(qū)范圍內(nèi)均勻網(wǎng)格點(diǎn)（30″×30″）上的基巖峰值加速度值；進(jìn)一步考慮地震動(dòng)參數(shù)的局部場地效應(yīng)，將基巖峰值加速度值轉(zhuǎn)換到地表土層上，獲得了地表土層上的峰值加速度估計(jì)值，最后利用反距離權(quán)重法進(jìn)行空間插值，獲得峰值加速度在地表上的空間分布（圖5）。

在計(jì)算過程中考慮了地震動(dòng)的局部場地效應(yīng)，其宏觀場地分類的V_S30數(shù)據(jù)是利用美國地質(zhì)調(diào)查局地形坡度與V_S30的相關(guān)關(guān)系獲得的^[11-15]。基巖地震動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換至地表土層，使用了由近地表剪切波速V_S30量化的依賴于地震動(dòng)幅值和頻率的場地放大系數(shù)^[15]。地震動(dòng)衰減關(guān)系選用的是第四代區(qū)劃圖中中國西部長短軸峰值加速度衰減關(guān)系的幾何平均值^[16]。

根據(jù)對(duì)這次地震預(yù)測的震動(dòng)圖分布特征，預(yù)計(jì)極震區(qū)震動(dòng)烈度可能達(dá)Ⅹ度以上，可能的受災(zāi)范圍近35000 km²。

3 ?地震輻射能量估計(jì)

利用全球地震臺(tái)網(wǎng)（GSN）提供的寬頻帶記錄，基于能流密度法^[17]開展了此次地震的震源參數(shù)測定（圖6），結(jié)果顯示本次地震的輻射能量為5.6×10¹⁵J，折合能量震級(jí)M_e為7.6，結(jié)合1.1節(jié)給出的矩震級(jí)結(jié)果M_W7.4，可知M_e＞M_W，因此，該地震作為一次逆沖型地震，震源輻射地震能量的效率偏高，與相似矩震級(jí)的地震相比，造成震動(dòng)的能力較強(qiáng)，存在引發(fā)局部海嘯的風(fēng)險(xiǎn)。

4 ?三維及InSAR同震形變場模擬

基于均勻彈性半空間位錯(cuò)模型^[18]和震源機(jī)制解，模擬了此次地震的三維同震形變場，并利用 Sentinel-1衛(wèi)星的 SAR成像幾何參數(shù)分別計(jì)算了升、降軌 InSAR地表形變干涉圖（圖7）。模擬中所用的 SAR成像幾何參數(shù)包括衛(wèi)星的飛行方位角和雷達(dá)入射角，升軌成像的參數(shù)分別為 –12.9°和 39.7°，降軌成像的參數(shù)分別為 –167.0°和 39.7°。模擬結(jié)果顯示，此次地震引起了顯著的地表同震位移，最大水平向位移達(dá)到 0.52 m、垂直向位移達(dá)到1.18 m。該結(jié)果對(duì)于海嘯發(fā)生的判斷、震害的評(píng)估以及是否可利用InSAR觀測到顯著的地表形變具有參考意義。

Simulated ascending （a） and descending （b） interferograms， each fringe represents 2.8 cm surface displacement along the Radar line-of-sight; （c） Simulated three-dimensional deformation field， arrow vectors represent the horizontal displacements

5 ?結(jié)論

中國地震局地球物理研究所針對(duì) 2024 年4月3日07時(shí)58分（北京時(shí)間）發(fā)生于臺(tái)灣省花蓮縣海域的 7.3 級(jí)地震啟動(dòng)了應(yīng)急快速響應(yīng)，組織相關(guān)領(lǐng)域研究人員進(jìn)行應(yīng)急產(chǎn)品快速產(chǎn)出，產(chǎn)品主要包括此次地震震源機(jī)制、震源破裂過程、震動(dòng)圖分布特征、地表同震位移和地震輻射能量等，得到的主要結(jié)果如下：

（1）此次地震發(fā)生在菲律賓海板塊和歐亞板塊的邊界，標(biāo)量地震矩為1.50×10²⁰N·m、換算為矩震級(jí)M_W7.4，矩心時(shí)間13 s。

（2）震源破裂過程研究表明，此次地震以逆沖機(jī)制為主，呈現(xiàn)雙側(cè)破裂，破裂持續(xù)時(shí)間不超過35 s，主要破裂長度約50 km。

（3）根據(jù)對(duì)這次地震預(yù)測的震動(dòng)圖分布特征，預(yù)計(jì)極震區(qū)震動(dòng)烈度可能達(dá)Ⅹ度以上，可能的受災(zāi)范圍近35000 km²。

（4）同震形變場模擬結(jié)果顯示，此次地震引起了顯著的地表同震位移，最大水平向位移達(dá)到 0.52 m、垂直向位移達(dá)到1.18 m。

（5）地震能量測定結(jié)果顯示，此次地震的輻射能量為5.6×10¹⁵J，折合能量震級(jí)M_e為7.6，震源輻射地震能量的效率偏高，與相似矩震級(jí)的地震相比，造成震動(dòng)的能力較強(qiáng)，存在引發(fā)局部海嘯的風(fēng)險(xiǎn)。

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Quick output parameters related to the 3 April 2024 M7.3 earthquake in the sea area of Hualien County，Taiwan Province

Wang Qinying^*， Chen Kun， Wang Yongzhe， Zhang Xu， Zhang Zhe， Wang Zibo

Institute of Geophysics， China Earthquake Administration， Beijing 100081， China

[Abstract] ?On April 3， 2024， at 07：58 （Beijing time）， a magnitude 7.3 earthquake occurred in the waters of Hualien County， Taiwan Province. The Institute of Geophysics， China Earthquake Administration initiated a rapid response after the earthquake and organized geophysics researchers to estimate the source model and seismic radiation energy of the earthquake. Based on the source model， the shakemap and coseismic deformation field simulation were carried out. The results indicate that the earthquake occurred at the boundary between the Philippine Sea Plate and the Eurasian Plate， primarily characterized by a thrust mechanism， with energy released predominantly in the first 35 seconds. The earthquake intensity in the extreme seismic area possibly have reached more than X degree， with a potential disaster area of approximately 35000 km². The earthquake also caused significant coseismic displacements， with the maximum horizontal displacement reaching 0.52 m and the vertical displacement reaching 1.18 m.

[Keywords] the Taiwan earthquake; seismic source model; shakemap prediction; earthquake radiation energy; InSAR; coseismic deformation