本文論述的是日本西南部南海俯沖板塊界面過渡帶發(fā)生的甚低頻地震。由地震矩震級3.1 3.5級甚低頻地震引起的地震波有力地說明該地震波的周期大約20s，甚低頻地震的地震活動性伴隨并與深源低頻顫動和慢滑動事件一起移動。這三個同時發(fā)生的現(xiàn)象改變了曾被認(rèn)為是在向上傾斜的特大型沖斷層地震斷裂帶上增加應(yīng)力的慢地震的探測和特性鑒定。

在日本西南部的南海俯沖帶向下傾斜的部分，也就是從鎖閉狀態(tài)向無震滑動的過渡帶，同時發(fā)生了非火山深源低頻地震和慢滑動事件。在 100年內(nèi)，地震矩震級在8級以上的地震在這一地區(qū)周期性發(fā)生。最近，在過渡帶，兩個最近發(fā)現(xiàn)的累積應(yīng)力松弛機制的原始時間特性也上有一個很大的空隙：深源低頻顫動地震清晰地顯示出頻率接近0.5s，這說明斷裂持續(xù)的特征時間范圍大約是1s，反之，慢滑動事件就不會發(fā)射出地震波并造成持續(xù)2 5天的地殼變形。

美國國家地球科學(xué)與災(zāi)害防御研究會（NIED）的地震臺網(wǎng)測到了遠在日本發(fā)生的深源低頻顫動地震和慢地震事件。該地震臺網(wǎng)是由 750個高靈敏度地震觀測網(wǎng)（Hi-net）和73個寬帶地震觀測網(wǎng)站(F-net)組成。Hi-net觀測網(wǎng)的優(yōu)勢是能夠探測到小振幅信號的低頻震動。Hi-net 和F-net臺站也可測出南海俯沖帶向上傾斜部分的增生棱體內(nèi)的甚低頻（VLF）地震。

每個Hi-net臺站都安裝了一個具有（5Hz到直流分量）寬頻響應(yīng)裝置的雙組份高靈敏度水平加速度記錄儀器。這個加速度計就相當(dāng)于傾斜器，可用于分析短期慢滑動事件。Hi-net TILT和F-net還可用于計算當(dāng)?shù)氐卣鸬木貜埩拷狻?/p>

要了解過渡帶的應(yīng)力松弛過程，最關(guān)鍵的是識別所有地震和大地測量征兆。目前，在曾經(jīng)確定的深源地震低頻顫動地震和慢滑動事件的特征時標(biāo)之間有一個很大的空區(qū)。我們用各種帶同濾波器在1 0.005Hz范圍內(nèi)檢查Hi-net 和F-net數(shù)據(jù)，以盡力探測從過渡帶發(fā)射出來的未被確定的長期地震波。用0.02 0.05Hz的帶通濾波器，我們成功地探測出從深源低頻顫動地震源附近的過渡帶發(fā)射出的清晰而反常的VLF（甚低頻）地震信號。在幾個Hi-net 和F-net臺站觀測到的這些信號在徑向分量和垂直分量都被檢測出來。深源低頻顫動地震波列與VLF信號 （圖1）同時發(fā)生。從它們到達與震中相距50km以上的臺站的時間預(yù)測的視速度是 6km/s，與這個地區(qū)的p 波速度相重疊。這個數(shù)值就可以假定觀測的VLF信號形成體波。

我們用網(wǎng)格矩張量法（GMTI）系統(tǒng)地測定VLF地震信號并估計它們的震源。在使用此方法過程中，我們假定目標(biāo)地震經(jīng)常發(fā)生在按空間和時間排列的網(wǎng)點。利用這種方法從F-net 得到連續(xù)地震波圖，我們計算出這個點的地震矩張量解平面是0.10 ，3km深，網(wǎng)點間隔1s（圖s1）。我們首先排除含所有來自GMTI解的遠震和一般區(qū)域地震的地震波的時間周期。其次，利用F-net 和Hi-net TILT數(shù)據(jù)，我們將目標(biāo)地震的震中和斷層機制同時進行計算的矩心張量轉(zhuǎn)換方法應(yīng)用到其余GMTI解。

從2006年1月 5月（表s1），我們發(fā)現(xiàn)許多與深源低頻顫動地震和慢地震滑動事件同時發(fā)生的甚低頻地震事件。這些矩震級為3.1~3.5的深緣低頻顫動地震和慢滑動事件同時發(fā)生的甚低頻地震發(fā)生在沿帶狀分布的深層低頻震動的菲律賓海板塊（圖2）。我們沒有將與VLF事件有同樣地震矩震級的局部一般地震列入地震目錄。

我們把VLF事件的波形與在F-net 臺站UMJ記錄的一般地震波形進行比較。2個事件的矩震級都是3.4級，而且震中距和深度也大體相同。2個事件的低頻率分量（LFC）振幅都在0.02 0.05Hz之間。然而， VLF事件在2 8Hz范圍內(nèi)沒有形成高頻分量。這種結(jié)果就是慢地震的另外一種類型，我們稱之為VLF地震。我們將在轉(zhuǎn)換斷層監(jiān)測到的低頻與高頻之間的具有相似差異的地震稱為慢地震。

我們通過沖斷裂作用來對觀測到的VLF地震的波形（圖2和s3）進行解釋。VLF地震的震中被限制在30 35km長的板塊界面等深線的地表剖面圍繞一個狹長帶里（圖2）。此外，它們的震中與深源低頻顫動的地震現(xiàn)象一致。板塊界面的深度是根據(jù)大洋的莫霍羅維奇契不連續(xù)面（地殼-地幔界面）的深度變化，通過接收器分析計算出來的。根據(jù)放射源的地震試驗結(jié)果，我們設(shè)定該地區(qū)海洋地殼的厚度是 5km。VLF地震的震源深度范圍大了一些（圖s4）;在KiiTokai和shikoku地區(qū)的平均深度和標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是40±8km 和35±9km。如此深的深度是由于這種深度是隨著 CMTI計算出來的方差減縮的寬峰而變化的。這就意味著震源深度并沒有受到限制。而這些震源深度一般來說與削減板塊大體一致；平均傾角和標(biāo)準(zhǔn)誤差在KiiTokai地區(qū)是140±80，而在shikoku地區(qū)是150±90。這些數(shù)值意味著VLF地震可能發(fā)生在俯沖板塊表面。

圖1. 選出的VLF地震波采樣地點圖。圖上所顯示的是在7個Hi-net TILT臺站的徑向分量。從震源估測的波形按震中距順序排列。紅和黑列分別表示觀測波形0.02 0.05和2 8Hz的過濾帶。右邊的垂線表示位移振幅。

圖2.VLF地震（ ）、深源低頻震動（ ）、臺站分布、VLF地震矩張量解，"+"和"""分別代表NIED Hi-net和F-net臺站，等深線代表的是菲律賓海板塊的頂面，長方形代表圖3中所描述的地區(qū)，黃三角代表矩震級3.4的一般地震的震中。

我們在日本西南部監(jiān)測到的深源低頻顫動地震和慢滑動事件是同時發(fā)生的。它們的活動性水平高時，它們就會呈現(xiàn)出清晰的遷移模式。我們于2006年1月在KiiTokai監(jiān)測到由慢滑動事件引起的深緣低頻震動和大地變形明顯地向東北方向遷移。同時，在同一個地區(qū)，我們還觀測到VLF地震的地震活動性也朝東北方向遷移（圖3）。同時，VLF地震活動性的遷移模式是與深源低頻震動以及大地變形的觀測結(jié)果是一致的。這一觀測結(jié)果說明慢滑動事件與VLF地震以及深源低頻震動之間的關(guān)系非常密切，從而進一步反映出過渡帶應(yīng)力聚集和張弛過程。

VLF地震引起的波列激發(fā)似乎常與深源低頻地震引起的波列的峰值振幅重疊在一起（圖1），因此，這就說明深源低頻顫動地震的發(fā)生不是VLF激發(fā)的。這一結(jié)果說明說明VLF事件和深源低頻顫動地震是兩個獨立現(xiàn)象。

圖3.VLF地震和深源低頻震動的遷移以及2006年1月5 1月25日在OKZH、HAZH、URSH和MGWH4個Hi-net臺站的傾斜變化。沿呈俯沖板塊界面走向的西南-東北線表示的是VLF地震（紅星）和低頻顫動（圓）的暫時變化。4條有顏色的線條是在Hi-net臺站觀測到的傾斜變化東-西分量記錄。嵌入的小圖表示在同一時期VLF地震和深源低頻顫動的分布情況和Hi-net TILT臺站的位置（+）。

圖4.日本西南部俯沖帶向下傾斜部分發(fā)生的VLF地震、深源低頻顫動和慢滑動事件的震源分布示意圖

就VLF 20s的組分優(yōu)勢來說（圖1和圖2），它們對斷裂過程的響應(yīng)可能符合與有大約10s的斷裂持續(xù)時間的特征時標(biāo)的慢地震。這個斷裂持續(xù)時間比一般地震的持續(xù)時間長，也比深源低頻地震的持續(xù)時間長 1s。然而，10-s的持續(xù)時間明顯比我們觀測到的地區(qū)性慢滑動事件短2 5天。在增生棱柱體內(nèi)發(fā)生的類似于VLF地震被看成是表現(xiàn)在具有高空隙流體壓力的斷層面上的低應(yīng)力降，低斷裂帶傳播速度和低滑動速度的慢地震。這些觀測資料呈現(xiàn)出在俯沖板塊不連續(xù)面的過渡帶是同時發(fā)生的三種慢地震，即深源低頻地震、VLF地震和慢滑動事件。

地震速度結(jié)構(gòu)成像研究發(fā)現(xiàn)：在深源低頻顫動地震震源周圍存在高泊松比。在南海俯沖帶進行的最新研究發(fā)現(xiàn)一個低頻地震的線狀分布與板塊連接附近35 40km的較明顯的p、S相深源地震相似，并與過渡帶附近的高泊松比一致。這可以有兩種解釋：（i）由于剪切滑動而引起的低頻地震；（ii）由于從俯沖洋殼的去流水作用而釋放出的流體形成了高孔隙流體壓力地區(qū)。就包括發(fā)生在過渡帶的低頻地震在內(nèi)的三種慢地震而言（圖4），這個高孔隙流體壓力帶的存在是這些慢地震發(fā)生的關(guān)鍵。在過渡帶，一種應(yīng)力松弛過程一般是在凹體模式的基礎(chǔ)上。在此基礎(chǔ)上，VLF地震較強的耦合波道被無震的慢滑動地區(qū)所包圍。慢滑動部分的比巨大的沖斷層地震凸起的斷層強度要弱一些，因為高孔隙流體壓力可引起板塊界面上的正應(yīng)力減少。如果由俯沖板塊承載的剪切應(yīng)力達到慢滑動部分總的屈服壓力的話，那么在過渡帶就開始發(fā)生慢滑動事件。當(dāng)發(fā)生慢滑動事件而引起VLF地震局部剪切應(yīng)力增加時，這部分地面在積累應(yīng)力達到被高孔隙流體壓力減弱屈服壓力后，最后斷裂。這種斷裂可能造成低應(yīng)力降并有可能降低VLF地震的特性。很多剪切強度比一般為震弱、震源尺度比VLF地震小的新的微裂隙，由于遷移滑動導(dǎo)致板塊界面附近的局部應(yīng)力變化，可能在過渡帶斷裂。

這些來自每次小破壞的地震信號的重疊就產(chǎn)生出深源低頻地震的觀測結(jié)果。卡斯凱迪亞俯沖帶的低頻地震已經(jīng)分布的很深，從10km 到40km，那里有很強的折射波，說明存在流體。由于慢地震事件，過渡帶以外的應(yīng)力變化也能引發(fā)震動，因為我們在卡斯凱迪亞俯沖帶已經(jīng)觀測到震動地震活動性和慢滑動相似的遷移。

無論是深源低頻地震，還是VLF地震的監(jiān)測，都可用于評估特大沖斷層地震帶上的應(yīng)力。這是因為特大沖斷層地震表面凸起體上的剪切應(yīng)力，由于發(fā)生在俯沖帶向下部分所有大小震級的慢地震而增加，VLF地震也可測定預(yù)料的特大沖斷層地震信號。