中国科学技术大学地球和空间科学学院地震与地球内部物理实验室的“国家创新人才计划青年项目”教授姚华建与美国加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所的Peter Shearer教授和Peter Gerstoft研究员，通过美国和日本密集地震台阵资料的分析，首次系统地揭示了全球俯冲带特大地震破裂过程中不同频率的能量释放与俯冲板块断层滑移量及早期余震空间分布之间的关系，该结果近期发表在国际著名学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS）上。

自21世纪开始至今的十几年中，地球上发生了20多次震级超过8级的大地震，其中绝大部分都发生在环太平洋和环印度洋的俯冲带附近。有的俯冲带强震导致海沟附近的海底发生超过10米的移动，从而引发大海啸和造成巨大的人员伤亡和财产损失，例如2004年12月在印尼苏门答腊海域发生的9.2级大地震和2011年3月在日本本州岛海域发生的9.0级大地震。研究俯冲带逆冲大地震的破裂规律对于认识大地震破裂的物理机理、地震预警及海啸预警具有重要的意义。

姚华建教授及其合作者在采用了一种“压缩感知”（Compressive sensing）的算法研究大地震破裂过程中能量的释放规律。该算法是最近应用数学及信号图像处理领域最为热门的研究问题之一，较传统台阵算法而言，该方法可以用于更为准确地确定稀疏分布的不同频率震源的空间位置。姚华建教授及其合作者使用了美国和日本的密集地震台站的资料，系统地研究了21世纪发生的4个震级最大（均超过8.5级）的俯冲带逆冲大地震（2004年9.2级印尼苏门答腊大地震、2005年8.6级印尼Nias大地震，2010年8.8级智利Maule大地震，2011年9.0级日本本州岛海域大地震），均发现这些大地震破裂过程中释放的不同频率的能量随深度存在明显变化的关系：低频能量的释放主要位于俯冲板块的较浅部，但高频能量的释放主要来源于俯冲板块的较深部。

该研究还系统地分析了这些大地震能量辐射与地震破裂所引发的断层滑移量及早期余震空间分布的关系。研究结果发现俯冲板块的浅部（深度约在15公里以上）是大地震所引发的海啸的主要区域，通常伴随着很大的断层滑移，有的大地震甚至可以产生几十米的滑移量。该深度区域在地震破裂过程中主要释放较低频率（如小于0.1赫兹）的能量，主要是由于地震引发的浅部断层表面的破裂尺度较大以及破裂的速度相对较低造成的。由于主震释放掉了俯冲板块浅部累积的大部分应力和应变，所以该深度区域发生的早期余震数目也相对较少。俯冲板块的中等深度区域（约在15－35公里深度范围）是俯冲带主要的孕震区域，处于非稳定的状态，这一区域在大地震破裂过程中一般也会出现较大的断层滑移（如几米到十几米），通常在主震过程中释放大量的中等和较高频率（如0.1到0.4赫兹）的能量，余震也主要集中在该区域。俯冲板块的较深部位置（约在35－45公里深度范围）在地震破裂中产生的滑移量一般较小（几米或一米以内），该区域是地震破裂中高频（如高于0.4赫兹）能量释放的主要区域，主要可能是因为深部断层面上存在数量众多但尺度较小的不稳定区域，这些不稳定小区域在地震中被诱发发生破裂时释放出大量的高频能量。姚华建教授及其合作者的研究结果对于认识俯冲带大地震的破裂规律具有重要的意义，对于用理论和数值计算等方法研究震源破裂过程有着重要的指导意义。

本研究课题主要是在国家自然科学基金“优秀青年”基金及国家外国专家局“创新团队国际合作伙伴计划”的资助下完成的。文章的第一作者和通信作者姚华建教授是2011年国家首批“国家创新人才计划青年项目”的入选者，也是2012年国家自然科学基金首批“优秀青年”基金的获得者。姚华建教授2009年在美国麻省理工学院获得地球物理学博士学位，之后分别在麻省理工学院和加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究，2012年全职回中国科学技术大学地球和空间科学学院工作，目前主要从事地下结构成像及大地震破裂过程成像等方面的科学研究工作，是噪声成像领域的国际知名专家，其2006年发表的关于噪声成像的研究论文是国际噪声成像领域被引用最多的论文之一。

（地球和空间科学学院）