巨型地震通常始于几乎一个点的微小岩石破裂，随后是复杂断层系统的连续滑移，延伸数百公里的巨大破裂区域向外辐射巨大能量，引发强烈震动。大地震破裂扩展过程是否可预测？大地震是否产生了与小地震不同的可观测特征？地震最终震级是否与破裂起始有关？此类问题是关乎地震预测与预警的基础性问题。
不同学者对此持有的观点并不一致。部分学者研究认为，地震最终震级与破裂起始前百分之几秒或更长的时间无关（Mori and Kanamori, 1996），但这类分析仅限于少数地震样本。另有研究表明，地震最终规模与破裂起始可能有关（Olson and Allen, 2005），但他们并未准确考虑地震波穿过地球时的能量损失。
近期，日本东京大学地球与行星科学系Satoshi Ide在Nature上发表题为“大地震与小震破裂起始阶段存在相似性的多次观测证据”的文章（Ide, 2019）。作者系统比较了位置相近但震级不同地震的波形记录，通过改进的波形互相关技术分析地震破裂起始波形相似性，从而去回答地震最终震级是否与破裂起始有关等有关问题。
作者选取日本海沟附近2002年6月至2018年4月期间2518个大地震（矩震级Mw > 4.5）。将它们分类为俯冲型和其它型地震（见图1），分别同位置相近小震（Mw < 4.0）进行比较，通过计算大地震和小震垂直向波形信号前0.2秒的相关系数（CCmax），确定两者间的相似度，最终发现了80个异常相似和390个非常相似的地震对（见图2）。这些地震对位置间距非常小，在大约100米范围内。据此，作者认为在研究区内这些大地震和小震破裂起始至少在观测数据使用频段范围内是相似的，并推断地震最终震级与其破裂起始并不相关。
图1 研究区大地震(Mw > 4.5)震源机制分布。（a）
俯冲型地震；（b）其它型地震。研究覆盖区和地震台站分别用蓝绿线和绿色圆圈表示。震源球颜色根据相关系数（CCmax）大小表示， CCmax > 0.9(红色)， 0.8 < CCmax < 0.9 (橙色)，CCmax < 0.8 (黑色)，波形互相关计算中没有足够数量台站的事件（灰色）（Ide, 2019）
图2 不同类型事件对相关系数CCmax直方图。（a） 俯冲型地震，图中虚线分别表示，CCmax = 0.8和CCmax = 0.9；（b） 其它型地震；（c）重复型地震；（d）三种不同的地震对时间间隔：整个周期（上），1周（中），1天（下）（Ide, 2019）
另外，作者还发现：相比于其它型地震，俯冲型地震更容易匹配组合成相似地震对，而且相似度更高。推断其原因，可能是因为其它型地震空间位置分散且震源机制多样。组成相似地震对的部分俯冲型大地震和小震时间间隔超过10年，可能与所处断层加载条件和发育程度有关。他们的研究结果有助于进一步认识地震破裂起始过程，并有可能改进地震预警的时间和精度（Abercrombie, 2019）。
主要参考文献
Mori J, Kanamori H. Initial rupture of earthquakes in the 1995 Ridgecrest, California sequence[J]. Geophysical Research Letters, 1996, 23(18): 2437-2440.（链接）
Olson E L, Allen R M. The deterministic nature of earthquake rupture[J]. Nature, 2005, 438(7065): 212-215.（链接）
Ide S. Frequent observations of identical onsets of large and small earthquakes[J]. Nature, 2019, 573:112-116.（链接）
Abercrombie R E. Small and large earthquakes can have similar starts[J]. Nature, 2019, 573:42-43.（链接）
（撰稿：赵旭/地星室）
