2025年7月29日,俄罗斯堪察加半岛发生8.8级巨震,本文简单整理相关信息,并进行相关地震学科普。
地震学是以观测为基础的学科,首先看看观测资料。
(1)静态场
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Source: https://watchers.news/2025/08/05/southern-kamchatka-shifted-2-m-during-m8-8-earthquake-july-29-2025/
GPS监测显示,该地震在堪察加半岛最南端造成的最大同震位移约2米,这与2011年日本东北大地震(9级)造成的同震位移相当。
请注意:位移方向指向海,即反俯冲方向同震运动,释放多年板块俯冲积累的能量。见下动图。
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同时,卫星监测也能看到地表同震形变:
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source: Zhenjiang Liu
卫星监测显示陆地最大位移也在半岛最南端,与GPS一致。注意位移监测显示的最大位移约1米,这是由于该位移是东西、南北、上下,三个分量位移的一个线性组合。即卫星视线方向位移,不是某一方向的位移。
(2)动态场
与静态场不同,动态场具有更加丰富的信息,能揭示更多信息。
首先,看看波传播到北美地震台阵,引起的涟漪:
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利用这些台站的波形信息,我们通过反传这些波形信号,就有可能对主震的破裂过程进行定位(成像),该方法叫做反投影。其最大优势为需要的先验信息极少(只需要震源位置),但能得到大致的破裂持续时间,破裂长度,以及破裂速度。
关于该地震,反投影的结果如下图:
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Source: Hongyu Zeng
该反投影结果显示:破裂长度超过400公里,持续时间约200秒,最大的破裂速度大约2.8 km/s。
此外,请问大家一个问题,同样破裂长度超过400公里,今年缅甸地震为7.7级,而此勘察加地震为8.8级,为什么?
破裂面积为主导因素!
缅甸地震破裂断层的宽度约15公里,而该地震破裂断层宽度有多少公里?请大家猜一猜,本文将在后面揭晓答案。
此外,S. Shawn Wei组布置的海底地震仪(OBS),也记录到了该地震的同震波形,见下图。
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Source: S. Shawn Wei
由上面波形,可以看出P波与S波的时差大约有500秒,那么请大家估计,此处距离震中多少公里?同时,上图波形记录显示:后面振幅较大的应该是面波,持续了约1000秒。
同时,他们的海底地震仪也记录到了海啸波:
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Source: S. Shawn Wei
该地震发生后,NOAA很快给出了海啸预警图:
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Source: NOAA
海啸,原理与往河里扔一个大石头,引起波浪向四周传播一致。不过此时,造成波浪的不再是石头,而是板块的上下移动,如下图所示:
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通过简单量纲分析,我们可以得到,海啸波的传播速度大约为:
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g为重力加速度,d为海水深度。g的单位为:m/s^2, d的单位为m,因此gd单位为m^2/s^2, 开根号后为m/s,没毛病。
- 深海(如太平洋平均深度约4千米):V = √(9.8 m/s² * 4000 m) ≈ 198 m/s (约等于713千米/小时)。深海海啸波速度与客机速度差不多。
- 浅水区(例如沿海地区):当海啸接近海岸时,海水深度变浅,海啸波的速度会减慢,而波浪会变得更高,浪高增加,从而造成破坏。
- 本质上是连续性要求,散度为0,流进=流出,必然导致海岸处波浪变得很高。
(3)余震分布
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Source: Giuseppe Petricca
余震分布能很好地勾勒出破裂大致的区域,可以看出是一个长方形区域。
同时,在主震之前,还有一连串地震,这个也挺有意思,后文再谈。
(4)破裂模型
地震学家,利用这些地震波形,就能计算地震破裂的时空过程。
先看看美国地质调查局(USGS)的结果:
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破裂长度近500公里,宽度近100公里,破裂持续时间约250秒,最大位移约13米。同时,我们可以看到断层面上最大位错发生位置大致位于半岛最南端,与GPS监测到的最大同震形变处一致,说明结果比较靠谱。
破裂面积约5万平方公里,这是什么概念呢,约占1.5个海南岛的面积(约3.4万平方公里)。
这就是其震级为什么那么大,破裂面积大!
据前人统计,大部分8.5级以上巨震,都在俯冲带,见下表:
俯冲带是巨震窝!
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Source: Judith and Kyle
同时,我们再看看国内中科院的结果(王卫民老师):
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Source: http://www.igg.cas.cn/xwzx/kyjz/202508/t20250801_7900563.html
该结果与USGS结果大体一致。
利用这样的破裂模型,地震学家可以定量计算,该地震引发的地震波传播(见下动画),地表烈度分布,受灾程度分布等。
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上图为美国地质调查局给出的烈度分布,最大烈度达到了10度。
注意此烈度分级和国内不同,USGS的10度已经是最大值。
(5)历史破裂
从历史上看,该地震几乎复现了1952年9级大震的破裂区域。1952年距今73年,该区域板块俯冲速率约80mm/s,这73年积累的滑动亏损近6米。
这也说明:在板块运动速率很大的地方,大地震复发周期较短,不到100年。
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(6)前震
最后,我们看看,有意思的前震现象:
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在该地震发生之前10天,在其东北侧约40公里位置,接连发生了4个前震,3个6.6级,1个7.4级。
为什么这些前震没有发展成为更大的地震?
为什么这些前震间隔时间很短(数十分钟量级),但没有一次全破?而要分多次破裂?
控制一个地震能长多大的关键因素到底是什么?
前震(6.6级,7.4级)和主震(8.8级)为什么间隔了10天?
这些问题都有待进一步研究,Nature,Science在向大家招手了。
在下面这个波形记录里,能看到前震-主震-余震,非常有意思:
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Source: Judith and Kyle
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