印度尼西亚的苏拉威西岛的7.5级地震是2018年最致命的地震。石头有幸邀请到了文章的第一作者包晗，来给我们科普帕卢大地震背后的故事。

2018年9月28日，印度尼西亚的苏拉威西岛（Sulawesi island）的地面像水一样流淌。

泥流吞噬了其扫过路径上的任何东西，使得整个帕卢市（Palu City）面目全非。地震发生的几分钟后，海啸如水墙一般冲上岸并造成了巨大的伤亡。

这个7.5级的地震是2018年最致命的地震，造成了2000多人死亡。

（Credits：MOHD RASFAN/AFP/GETTY IMAGES）

即便以7.5级的地震标准来看，帕卢地震的破坏力也是惊人的。地震在当地还造成了广泛的土壤液化及山体滑坡。

2月4日，发表在“自然-地球科学（Nature Geoscience）”上的新研究揭示了这一地震产生超强破坏力的重要原因----超剪切破裂（supershear rupture）。

这次，石头有幸邀请到了文章的第一作者包晗，来给我们科普帕卢大地震背后的故事。

Part.1什么是超剪切破裂？

帕卢地震发生在走滑断层（strike slip fault）上，即断层两边的地块横向滑过彼此，如下图第三个示意图。

地震期间，就像在一张白纸上撕出一条口子一样，整个裂缝的长度不会同时破裂，而是起始于一点，并以一定的速度拉开地球表面，就像拉拉链一样。而一般来说，这个拉开地球表面的破裂速度是低于剪切波的速度的。

（Credits：http://www.geosci.usyd.edu.au/users/prey/Teaching/Geol-1002/HTML.Lect3/sld007.htm）

帕卢地震以每小时14760km（4.1km/s）的速度向前破裂，足以在6分钟内从北京到达上海。当地的上地壳剪切波（shear wave）波速约为3.5km/s，明显小于地震的破裂速度。我们将这种破裂速度大于剪切波波速的地震称之为“超剪切破裂”。

如此快速的破裂导致地震波在一种被称之为“马赫”波前（Mach front）的位置产生堆积，类似于超音速飞机所产生的压力波----音爆。破裂速度大于剪切波，快速移动时将在它之前较慢的剪切波推到一起，就像海中后面的波浪赶上之前的，一起组成更强大的波浪，其集中的能量可以极大地放大地震的破坏力。

图中红线代表断层，红星为地震震中，圆点表示由异常快速的破裂经过所产生的高频地震波的来源。

（Cerdits：UCLA）

已观测到的超剪切地震非常稀少，百中无一，而且通常观测的细节水平较低。这次发表在“自然-地球科学”上的新研究以一种几乎是前所未有的精度与分辨率揭示帕卢地震的破裂过程。

Part.2如何破解这个谜题？

为了进一部研究这一地震的破裂速度，研究人员利用从不断完善的全球地震台网得到的地震波数据，辅以高精度高分辨率的反投影成像技术（Slowness-Enhanced Back-Projection）来重现整个地震的破裂过程。

这一技术类似于人类或动物确定声音的来源。如果有人在你的右侧和你说话，那么这一声音信号到达你右耳的时间将会早于到达你打左耳几分之一秒，使得你即使紧闭双眼，也能判断出声音的来源。

研究人员用的方法也是相同的，但不是只使用两只耳朵，而是使用数百只耳朵。每只耳朵都是地面上的一个地震仪，通过每一个地震仪收集的数据来反推整个破裂过程的速度。

基于余震数据的反投影校准：绿色圆圈为反投影得到余震地点，红星为对余震进行重新定位得到的位置，黄色星星为震中位置。（Credits:https://www.nature.com/articles/s41561-018-0297-z#Fig2）

在观测到的超剪切地震中，这些地震似乎都发生在长而线性且平滑的走滑断层，就像又直又好拉的拉链，破裂后的速度越来越快，但帕卢地震不一样。

研究者们通过观测结果发现，这个断层并不是直线，而且至少有两个大弯。更重要的是，破裂经过这些弯道时仍然维持着平稳的速度。这和之前科学家们想象的地震破裂模型有出入。

帕卢地震的谜题不止一个，研究的另一位Co-author (second author)，Jean-Paul Ampuero 被采访的时候说过：即使是在已经观测到的少数超剪切地震里面，帕卢地震也显得十分与众不同。

通俗的讲：大多数超剪切地震需要有一个加速阶段，就像汽车一样，从0起步加速到100公里每小时是需要一定时间的。但是，这次的帕卢地震用了很短很短以至于几乎在成像结果里看不到的时间就达到了惊人的速度。就好像大家都开普通轿车，但是帕卢地震开兰博基尼。

参考来源

1.Science新闻http://www.sciencemag.org/news/2019/02/indonesian-earthquake-broke-geologic-speed-limit

2.NASA新闻

https://www.nasa.gov/feature/jpl/deadly-indonesian-quake-was-a-rare-superfast-event

3.Nature研究论文

https://www.nature.com/articles/s41561-018-0297-zrdment, Nature, vol 477, 195-199. doi: 10.1038/nature10399

（责任编辑：张馨文）

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