地震海啸是一种难以预测且破坏力极强的海洋灾害，历史上发生多次地震海啸造成灾难性破坏和重大人员伤亡的事件，例如2004年印度洋海啸、2011年日本海啸、2018年印尼海啸等。马尼拉俯冲带位于南海东部，是南海内可能产生大型地震海啸的地质构造带，一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。有关古海啸沉积物的调查研究表明，巨大的海啸曾影响了华南沿海和南海诸岛。评估马尼拉俯冲带最大可能地震引发的海啸危险性，能更科学地确定海岸及海上工程设施的防护设计标准，为制定海域内岛礁的防灾减灾策略提供支撑。

研究方法

该研究通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程，评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。马尼拉最大可能地震海啸灾害评估的难点在于确定最大可能震级和破裂的形态。随着全球导航卫星系统的发展，使用地表GPS水平速度场数据反演断层闭锁程度和滑动亏损速率，进而可较准确地估算可能的最大震级。

研究基于地震潜力评估反演模型、大地震断层滑动分布模型和海啸生成传播演进模型展开分析。首先，以大地测量GPS水平速度数据作为基础数据，采用负位错反演模型TDEFNODE，通过板块之间相对运动反演了马尼拉俯冲带的断层闭锁和滑动亏损分布。选取释放间隔500年的地震作为极端地震情景，估算最大可能震级。采用地震震级标度关系确定断层破裂尺度和平均滑移，考虑地震断层滑移的非均匀性和随机性，结合断层闭锁空间分布，构造各种可能的断层滑移分布情景。通过高效的海啸生成演进模拟方法，综合考虑地震震中、震源深度、断层滑移非均匀性等因素对海啸的影响，模拟了最大震级条件下70万个可能的海啸情景，统计主要岛礁岸外的海啸波高特征值。

成果简介

研究表明，马尼拉俯冲带500年地震矩累积的最大震级约为8.9级，由于震中位置的随机性、震源深度的不确定性、断层滑移的非均匀性，其引发的海啸波高也有很大的随机性。断层非均匀性对海啸波高影响显著，忽略断层非均匀滑动分布的传统模型会低估海啸波高约20%~50%。从空间分布来看，宣德群岛的南沙洲、南岛、北岛和东沙群岛的海啸危险性最大，海啸波高超过4.00 m，而南沙群岛的海啸灾害整体水平较低。

图文导读

图1给出了研究区域和观测点位置。其中1~7为西沙的宣德群岛，8为东沙的东沙岛，9~15为西沙的永乐群岛，16~19为南沙群岛。

图1 研究区域和观测点位置（基于中国标准地图制作，审图号为GS（2021）5449号）

由于断层非均匀滑移具有随机性，即使震级相同，不同海啸情景中的海啸波高可能更大，也可能更小。对同一震级下所有非均匀滑移情景的海啸波高进行统计分析，得到所有观测点处海啸波高的均值和误差线如图2所示。可以看到，即使在同一震级下，海啸波高也有较大的随机性。其中，宣德群岛处的海啸波高最大可超过9.00 m。8.9级地震产生的海啸波高平均值为0.17~5.05 m，各观测点处海啸波高存在较大差异。其中，西沙宣德群岛的南岛可能面临的海啸灾害最大，东沙群岛和西沙永乐群岛次之，南沙群岛的海啸灾害最小。宣德群岛和东沙群岛离震源位置更近，且海啸传播路径上无其他岛礁阻隔，海啸波高更大。南沙群岛和永乐群岛距离震源较远，且海啸传播路径上有较多岛礁，因此即使在最大可能地震海啸情景中，这些岛礁面临的海啸灾害也较小。

图2 南海诸岛海啸波高均值和误差线

课题组简介

清华大学水利系海洋灾害课题组由长聘副教授牛小静领导。研究团队综合理论分析、数值仿真、大数据分析等方法，在海洋水动力学、海岸灾害和工程安全风险分析、近岸水波问题的理论求解、海岸泥沙运动等领域取得了大量原创性成果和进展。诚挚欢迎有志青年加入研究团队。

文章信息

赵广生,牛小静.马尼拉俯冲带最大可能地震对南海诸岛的海啸灾害评估[J/OL].清华大学学报(自然科学版):1-7[2024-01-04].https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.060.

期刊介绍

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