科学通报 | 当断层破裂“跑赢”剪切波：2025年缅甸Mw 7.7地震的三维马赫波场与强震动

2025年3月28日，缅甸实皆断裂发生Mw 7.7地震：破裂沿断层延伸约460公里，1000公里外的曼谷高楼明显摇晃，甚至有在建高楼倒塌。一场7.7级地震，为何能“震”到这么远？答案之一，藏在地震的“音爆”里，当断层破裂前缘“跑赢”了它自己激发的剪切波，地震波会像超音速飞机的音爆一样相干叠加，形成马赫波场。

三维弹性波模拟显示，这次地震的V形马赫前缘不仅出现在地表，在地下10和20 km深度也呈现出相近的几何形态。这一贯穿发震地壳的马赫波场，为理解破裂南向传播过程中的能量聚焦，以及曼德勒、内比都、仰光和曼谷之间截然不同的地面运动，提供了新的波场依据。

近日，中国地震局地质研究所董兴朋副研究员与清华大学数学科学系杨顶辉教授将相关成果以“2025年缅甸Mw 7.7地震超剪切破裂与强地面震动特征”为题发表于《科学通报》。

地震也有“音爆”：什么是超剪切破裂

超音速飞机突破音障时，不同时刻产生的声波会在特定方向相互叠加，形成马赫锥，传到地面就是“音爆”。地震破裂同样可能“超速”：绝大多数地震的破裂速度低于岩石中的剪切波速度，而当破裂前缘的传播速度局部超过剪切波速度时，不同时刻辐射的地震波也会相干叠加，形成具有强方向性的马赫波场，这就是超剪切破裂。三维马赫锥与地表或地下水平面相交时通常呈V形前缘，并把能量集中到破裂传播的前方。2001年昆仑山口西8.1级地震、2023年土耳其双震都是超剪切破裂的实例。

实皆断裂是缅甸最重要的活动走滑断裂，长期滑动速率约20~25 mm/a，曼德勒—内比都一带此前长期被视为潜在的“地震空区”。已有研究表明，此次地震的主破裂在震中以南约100 km后进入约5.3 km/s的超剪切破裂阶段，并持续超过200 km。然而，这些认识主要来自地表或近地表观测：马赫波场是否从地表一直延伸到发震深度、又如何塑造沿途城市的震动，此前缺乏直接约束。

为揭示这一过程，研究采用SPECFEM3D_GLOBE开展三维谱元模拟。震源使用美国地质调查局（United States Geological Survey, USGS）公开发布的有限断层运动学模型，三维壳幔结构由CRUST1.0和S362ANI模型组合构建，模拟最高有效频率约为1.5 Hz。通过对比地表波场、地下10和20 km深度切片以及主要城市的三分量合成记录，研究进一步刻画了马赫波场的时空演化及其地面运动效应。

V形马赫前缘，从地表延伸至发震地壳

模拟结果显示，在50~100 s期间，地表垂向速度场中形成了清晰并向南推进的V形前缘，其中75 s时最为显著。随着破裂向南传播，波动沿马赫锥锥面发生相干叠加，使能量更多地集中于断裂南段及其前方区域（图1）。到150~300 s，地表波场转为以宽广、频散的面波波列为主，早期清晰的V形相干前缘已不再明显；内比都和仰光附近仍存在持续的长周期运动。此外，在75 s时刻，地下10和20 km深度均出现了与地表几何形态相近的V形相干波前。这种地表与深部的一致性表明，马赫前缘并非局限于浅表，而是具有明显深度延伸的三维弹性动力学响应。

图1 地表垂向速度波场随时间的演化.紫色五角星表示破裂前缘,早期V形马赫前缘沿实皆断裂向南推进.

从曼德勒到曼谷：同一场地震，不同的震动

沿破裂传播路径，各个城市的“震感”截然不同（图2）。近断层的曼德勒虚拟台站（模拟中设在城市位置的观测点）在数秒内出现约1.3 m的南北向永久位移阶跃。闭路电视的近断层视频记录了断层两侧约2.5~3.0 m的相对滑移；按断层两侧反向运动近似换算，其单侧位移与曼德勒合成结果在量级上相当，说明模拟合理再现了近断层位移阶跃的量级。

位于主破裂传播方向附近的内比都表现出明显的三分量运动和持续振荡；更靠南的仰光则以晚到、频散且持续时间较长的面波为主（图2）。距震中约1000 km的曼谷虚拟测点在约250 s后仍出现厘米量级的长周期位移，表明以南向传播为主的超长破裂能够沿主要传播方向向远距离区域输送显著的长周期能量（图2）。此外，曼谷盆地及浅层软土可能在此基础上进一步放大长周期运动、延长震动持续时间，并增强高层建筑的动力响应。

图2 曼德勒、内比都、仰光和曼谷的三分量合成位移记录,展示了由近断层永久位移向远距离长周期运动过渡的空间差异.

强方向性地震动不能被简单“平均”。对于以单侧传播为主的长距离走滑破裂，仅凭震级和震中距并不足以完整描述地震动风险。破裂速度与传播方向会重新组织地震波辐射，使能量集中于特定方位，并将长周期运动传递至远距离区域。基于方位平均的经验地面运动模型，可能低估破裂传播方向上的强震动，也可能低估远距离沉积盆地面临的长周期地震动风险。未来，还需要结合更精细的震源过程以及高分辨率断层带、沉积盆地和衰减结构模型，进一步提升大陆长走滑断裂地震强地面运动预测的可靠性。

论文第一作者为中国地震局地质研究所董兴朋，通讯作者为清华大学数学科学系杨顶辉。该研究得到国家自然科学基金项目（42374115）和教育部基础学科和交叉学科突破计划（JYB2025XDXM202）的资助。

文章信息

董兴朋，杨顶辉. 2025年缅甸Mw 7.7地震超剪切破裂与强地面震动特征. 科学通报, 2026.doi: 10.1360/CSB-2026-0145

https://doi.org/10.1360/CSB-2026-0145

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