3月11日日本大地震爆发后，中科院测量与地球物理研究所研究员倪四道、熊熊，以及中国科学技术大学蒙城地球物理国家野外科学观测研究站有关科研人员对此次地震的原理进行了分析。

一、3月11日日本大地震基本情况

此次地震发生在日本东北部城市仙台以东100多公里的外海中，地震破裂起始点为北纬38.3度，东经142.4度（图1中绿色五角星处）。随后在震中附近发生大量余震，最大余震7.2级，还有5级以上余震数十次（紫色圆点）。地震发生后，多家地震机构给出震级为7.9级，并发布了海啸预警。数小时后，震级修订为8.9级。在分析更多地震数据的基础上，震级又更正为9.0级。

专家根据全球记录到的远震高频P的信息（图2），估计此次地震的破裂时间约为120秒。结合余震分布以及P波持续时间随方位角的关系，可以判定此次地震破裂长度约500公里；地震从起始点（震中，绿色五角星）开始，向南扩展约300公里，几乎到达东京附近；同时从震中向北扩展约200公里，到日本海沟与千岛海沟交界处停止。和2004年12月26日的印尼大地震(9.3级)相比，此次地震的各项参数都小一些。印尼地震破裂长度约1300公里，破裂持续时间约500秒。

图1.日本大地震及其余震分布图。红色方框表示主震破裂区，绿色五角星为主震破裂开始点，紫色圆圈代表余震。

图2.日本大地震在全球地震台网上P波的高频信号显示，该地震持续约120秒。

经过对全球地震台记录到的大量地震波形的分析，美国地质调查局(USGS)及哥伦比亚大学确认此次地震类型为逆冲型地震，矩震级为9.0－9.1。这是自2004年印尼地震以来第一次9级地震，也是近40年来第二次9级以上地震。此次地震引发了整个太平洋区域的巨大海啸（图3）。在日本东北部沿岸海啸高度达10米，海啸经过数千公里距离到达美国西海岸，在部分地区形成2米以上的海浪，对美国造成一定的人员伤亡和经济损失。幸运的是，由于日本岛弧、琉球群岛岛弧的屏蔽作用，此次地震引发的海啸对我国沿岸地区影响不大。 

图3.日本大地震引发的海啸浪高分布图

二、日本大地震的成因

在震源区附近，太平洋板块沿西北方向以每年约10厘米的速度向鄂克霍斯克微板块和欧亚板块运动（我国位于欧亚板块东部，图4）。由于地壳和地幔顶部的温度较低，两个板块平时处于闭锁状态，因此板块间的相对运动导致了强烈形变以及应变能积累。在能量积累到一定程度，板块之间因变形而产生的巨大应力超过板块之间闭锁力的时候，巨大的能量突然释放，形成了此次大地震（图5）。而大地震又伴随着显著的海底形变，直接导致了海啸的产生。此次地震破裂区南端停止于太平洋板块与菲律宾板块的边界（图4），北端终止于日本海沟与千岛海沟的交界处，这两个构造边界确定了日本东北部地震震级的上限，即此处发生的最大地震就是9.0―9.1级，而不像印尼西部那样可以发生破裂长度达上千公里的9.3级地震。

 

图4.日本大地震构造成因图

图5.日本大地震成因剖面图