2024年4月3日臺灣省花蓮縣海域7.3級地震的快速產出參數

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58分（北京時間）在臺灣省花蓮縣海域發生7.3級地震。中國地震局地球物理研究所在震后啟動快速響應，組織相關領域研究人員對此次地震的震源模型、地震輻射能量等進行了估計，同時基于震源模型進行了震動圖模擬、同震形變場模擬。結果表明，此次地震發生在菲律賓海板塊和歐亞板塊的邊界，以逆沖機制為主，呈現雙側破裂，能量集中在前約35 s內釋放；極震區震動烈度可能達Ⅹ度以上，可能的受災范圍近35000 km²；此次地震引起了顯著的同震位移，最大水平向位移達到0.52 m、垂直向位移達到 1.18 m。

[關鍵詞] 臺灣地震; 震源模型; 地震動強度預測; 地震輻射能量; InSAR; 同震形變場

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

0 ?引言

據中國地震臺網正式測定，北京時間2024年4月3日07時58分在臺灣省花蓮縣海域發生7.3級地震，震源深度12 km，震中位于（23.81°N，121. 74°E）（圖1）。此次地震發生在臺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灣地區及其東部海域形成了特殊的地質結構，包括左旋走滑的縱谷斷裂及近南北向逆斷層系。這兩個板塊間的相互碰撞和俯沖導致了地殼的強烈縮短和斜向剪切變形，從而使得高震級地震在此地區頻發。

震源特征、地震動強度和地表形變的估計，對于評估此次地震可能造成的震害具有重要意義。因此，2024年臺灣花蓮地震發生后，中國地震局地球物理研究所啟動快速響應機制，組織相關研究人員產出了震源參數、地震輻射能量估計等，并開展了地震動強度預測、同震形變場模擬等工作，形成了具有重要意義的地震應急科技支撐產品。

1 ?震源模型

1.1 ?矩心矩張量反演

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

1.2 ?震源破裂過程

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

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

初步反演結果（圖4）表明，此次地震以逆沖機制為主，呈現雙側破裂，破裂持續時間不超過35 s，主要破裂長度約50 km。

2 ?地震動強度預測圖

利用快速生成考慮場地效應的震動圖方法^[11]，考慮地震的震中位置以及地震的震源機制解，計算了研究區范圍內均勻網格點（30″×30″）上的基巖峰值加速度值；進一步考慮地震動參數的局部場地效應，將基巖峰值加速度值轉換到地表土層上，獲得了地表土層上的峰值加速度估計值，最后利用反距離權重法進行空間插值，獲得峰值加速度在地表上的空間分布（圖5）。

在計算過程中考慮了地震動的局部場地效應，其宏觀場地分類的V_S30數據是利用美國地質調查局地形坡度與V_S30的相關關系獲得的^[11-15]。基巖地震動參數轉換至地表土層，使用了由近地表剪切波速V_S30量化的依賴于地震動幅值和頻率的場地放大系數^[15]。地震動衰減關系選用的是第四代區劃圖中中國西部長短軸峰值加速度衰減關系的幾何平均值^[16]。

根據對這次地震預測的震動圖分布特征，預計極震區震動烈度可能達Ⅹ度以上，可能的受災范圍近35000 km²。

3 ?地震輻射能量估計

利用全球地震臺網（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測定（圖6），結果顯示本次地震的輻射能量為5.6×10¹⁵J，折合能量震級M_e為7.6，結合1.1節給出的矩震級結果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，與相似矩震級的地震相比，造成震動的能力較強，存在引發局部海嘯的風險。

4 ?三維及InSAR同震形變場模擬

基于均勻彈性半空間位錯模型^[18]和震源機制解，模擬了此次地震的三維同震形變場，并利用 Sentinel-1衛星的 SAR成像幾何參數分別計算了升、降軌 InSAR地表形變干涉圖（圖7）。模擬中所用的 SAR成像幾何參數包括衛星的飛行方位角和雷達入射角，升軌成像的參數分別為 –12.9°和 39.7°，降軌成像的參數分別為 –167.0°和 39.7°。模擬結果顯示，此次地震引起了顯著的地表同震位移，最大水平向位移達到 0.52 m、垂直向位移達到1.18 m。該結果對于海嘯發生的判斷、震害的評估以及是否可利用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 ?結論

中國地震局地球物理研究所針對 2024 年4月3日07時58分（北京時間）發生于臺灣省花蓮縣海域的 7.3 級地震啟動了應急快速響應，組織相關領域研究人員進行應急產品快速產出，產品主要包括此次地震震源機制、震源破裂過程、震動圖分布特征、地表同震位移和地震輻射能量等，得到的主要結果如下：

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

（2）震源破裂過程研究表明，此次地震以逆沖機制為主，呈現雙側破裂，破裂持續時間不超過35 s，主要破裂長度約50 km。

（3）根據對這次地震預測的震動圖分布特征，預計極震區震動烈度可能達Ⅹ度以上，可能的受災范圍近35000 km²。

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

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

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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