The 1994 Mw 7.8 Sanriku-Haruka-Oki Earthquake and Complex Recurrence on a Weakly Segmented Megathrust
通过整合远震、强震动和GNSS数据，本研究揭示了1994年Mw 7.8三陆远离大陆海沟地震涉及两个由受预存结构非均匀性影响的低滑动带所分隔的、呈NW–SE走向的两个截然不同的滑动斑块，表明这种弱分段特征支配了该地区大地震复杂的复发模式。
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在太平洋板块俯冲至日本列岛下方的深海海底，一个被称为巨型逆冲断层（megathrust）的巨大碰撞带储存着巨大的能量。当这些能量释放时，会引发地震，从而改变海岸线并触发海啸。虽然这些断层线绵延数百英里，但它们并不总是同时破裂。相反，破裂往往会停止并重新开始，分裂成不同的较小部分或段落，这些部分根据地壳内部的岩石类型、温度和隐藏断层而表现出不同的特性。准确了解这些段落是如何破裂的，以及为什么有些地震会跨越边界而另一些则会停止，对于预测未来灾难的大小和位置至关重要。在日本北部三陆海岸附近的海域，地震的历史尤为复杂，大型地震事件在数十年间呈现出重叠的模式，而非简单的重复循环。
多年来，科学家们一直在争论袭击该地区的一次重大地震的具体细节，即1994年12月28日发生的地震。这次地震被称为“三陆春日大木地震”（Sanriku-Haruka-Oki earthquake），震级为7.8级。主流观点认为，这次事件是1968年“户张大木地震”（Tokachi-Oki earthquake）中破裂的更大区域的一个局部重新破裂，并且认为1994年的滑动发生在一个大致呈南北走向的单一连续条带中。然而，由东北大学、京都大学和东京大学研究人员开展的一项新研究挑战了这一长期存在的观点。通过结合三种不同类型的数据——穿过地球核心传播的远距离地震波、来自附近观测站的强地面运动记录，以及对地表地面位移的精确测量，该团队以更高的清晰度重建了1994年的事件。他们的工作揭示了这次地震并非以一个光滑整体的方式滑动，而是以两个特定的方向发生了两次明显的能量爆发。
研究人员发现，破裂始于预期位置，但在最初的25秒内几乎没有运动。随后，断层突然在距离起点以西约50公里的海床补丁处释放了大量的能量。这第一次主要的滑动持续了大约13秒。不久之后，第二次同样强力的能量爆发发生在向西北方向约20公里的地方。这种两阶段的过程在世界各地记录到的地震波中创造了独特的模式。位于东南方向的观测站听到了两次清晰且分离的震动脉冲，而位于西北方向的观测站听到的信号则更加融合，这种差异证实了破裂是稳定地向西北方向传播的。释放的总能量相当于一次7.83级的地震，在最剧烈的区域，地面位移高达3.3米。
这种由两个被微弱运动区分隔的独立滑动补丁组成的新模型，有助于解释该地震的行为方式。这两个主要的滑动区域被一个被称为“地幔楔角”（mantle-wedge corner）的地质特征所分隔，这是断层下方岩石结构从地壳转变为地幔的点。虽然这个边界通常被认为会阻止地震，但1994年的破裂成功跨越了它，从较浅的补丁跳跃到了较深的补丁。研究人员还注意到，1994年破裂的边缘与通过重力变化识别出的地壳中隐形的边界完美契合。这些边界似乎充当了天然的墙壁，引导着大型地震可以增长到何处以及必须在哪里停止。
观察该地区的更广泛历史，这项研究表明，三陆海域复杂的地震模式并非随机。1994年的事件占据了一个更大区域的中心部分，该区域产生了一组呈西北至东南方向排列的三大地震区域。这种排列反映了在俯冲板块中运行的、与海岸线平行的古代隐藏断层。证据表明，这些预先存在的结构控制了巨型逆冲断层的破裂方式。研究表明，虽然1994年的地震成功同时破裂了新模型中识别出的两个主要补丁，但历史记录显示，20世纪20年代和30年代的小规模地震可能一次仅破裂其中一个补丁。这意味着，取决于这两个补丁是同时破裂还是分别破裂，同一区域可能会产生不同类型的灾难。研究结果表明，地球地壳的物理架构，包括隐藏的断层和岩石成分的变化，在决定该地区下一次大地震的大小和形状方面起着决定性的作用。
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