根据地震和大地测量观测数据推断，2024年4月2日花莲7.4级地震发生了复杂的破裂过程

《Tectonophysics》：Complex rupture of the 2 April 2024 M W 7.4 Hualien earthquake inferred from seismic and geodetic observations

台湾东部碰撞带2024年花莲7.4级地震通过联合反演地震和大地测量数据，揭示其破裂过程涉及四条断层协同作用。初始破裂始于F1东南倾反向断层20千米深度，6秒后扩展至共轭断层F2（34.5千米），随后F3（20秒）和F4（33秒）断层依次活动，总地震矩1.53×102? N·m。研究发现深浅不同断层的上升时间存在差异，破裂以约2.5千米/秒的速度向东北延伸80千米。该成果为碰撞带复杂断层相互作用机制提供了新证据。

　　

白瑞雅|桑英全|丁灿阳|刘成利|叶玲玲|莱索恩|熊能|熊雄

摘要

通过对地震和大地测量数据集的联合反演，研究了2024年花莲M_W 7.4级地震的破裂过程，发现这是一个涉及四个断层段的同时破裂的多断层事件。破裂始于一个东南向倾斜的逆断层（F1），深度为20公里。六秒后，滑动传播到另一个共轭逆断层（F2），两者在34.5公里深处相交。随后，北侧的断层段也发生了破裂：F3在20秒时发生正断层作用，紧接着是上方的逆冲断层F4，大约在33秒时破裂。破裂逐渐向东北方向扩展，沿走向延伸了约80公里，平均破裂速度约为2.5公里/秒。不均匀的滑动分布显示，在F1和F2的交汇处滑动量最大，约为4米，并伴有相应的余震模式。总地震矩估计为1.53×10²⁰牛顿·米，其中大部分能量在最初的35秒内释放，主要集中在F1和F2上。值得注意的是，我们发现了主断层上随深度变化的上升时间模式，浅层处的上升时间较长。这项研究为重大地震破裂过程中的多断层相互作用提供了新的见解，特别是大陆碰撞带中共轭断层的作用机制，这有助于地震危险性评估和更真实的复杂缝合带断层行为模拟。

引言

台湾位于欧亚板块和菲律宾海板块的汇聚边界上，是一个构造活动复杂的地区，是全球地震活动最频繁的区域之一（例如：Tsai, 1986; Wang and Shin, 1998; Lacombe et al., 2001; Ji et al., 2003; Lo et al., 2019; He et al., 2024）。从中央山脉和海岸山脉缝合带相关的造山过程到琉球海沟附近的俯冲过程，导致了花莲地区强烈的地震活动、快速的抬升和显著的地壳变形（例如：Yu and Kuo, 2001; Lin et al., 2010; Chen et al., 2014; Shyu et al., 2016; Lo et al., 2019）。一条陡峭地向西倾斜的中央山脉断层（CRF）与一条陡峭地向东倾斜的纵向山谷断层（LVF）平行，沿着狭窄的纵向山谷从北纬22.7°延伸到24.2°，这些逆断层界定了欧亚板块上的前弧基底和中央山脉基岩块以及菲律宾海板块上的海岸山脉基岩块（例如：Lee et al., 2023; Tang et al., 2023）。

LVF通常被认为是主要板块边界，因为CRF的地震活动较弱且缺乏蠕动变形（例如：Lee et al., 1998; den Hartog et al., 2021）；然而，近地表处东西向倾斜断层的接近和交汇似乎导致了最近几次大地震中两个系统的同时破裂，例如2018年M_W 6.4级花莲地震和2022年M_W 7.0级集山地震（例如：Lee et al., 2023; Tang et al., 2023）。在花莲北部，靠近被称为岭顶断层的LVF向海延伸的地方，一条向东倾斜的弯曲走滑断层（Milun断层）似乎覆盖在更深的向西倾斜的逆断层之上。此外，在纵向山谷北部，靠近纵向山谷缝合带和琉球海沟俯冲带交界处，持续发生了一系列M≥5.5级的地震，包括2019年4月18日的M_L 6.3级、2020年2月15日的M_L 5.7级、2021年4月18日的M_L 6.3级和2021年7月7日的M_L 5.5级地震（图1；Huang and Wang, 2022），这些地震凸显了活跃的构造过程及其相关的地震危险性。

2024年4月2日23:58:12（UTC），另一场M_W 7.4级大地震袭击了花莲地区，造成了严重的破坏和人员伤亡。美国地质调查局（USGS）国家地震信息中心（NEIC）确定的震中位于北纬23.836°、东经121.598°，深度约为40公里。W相震源机制表明这是一个略微倾斜的逆断层，最佳双力偶走向为19°、倾角为54°、 rake角为73°，并伴有明显的非双力偶分量（图1）（USGS-NEIC, 2025）。这是自1951年M_L 7.3级花莲-台东地震以来台湾东海岸最大的地震（Chen et al., 2008）。根据台湾中央气象局地震中心的报告，2024年花莲地震之后发生了一系列强烈的余震，在第一个月内共有六次M≥6.0级的余震，其中包括主震后13分钟发生的M_W 6.4级地震，深度为13.9公里。2024年的地震还引发了广泛的地质灾害，包括台湾东部陡峭地形中的大规模滑坡、落石和斜坡不稳定（Chen et al., 2025）。这些效应与2022年集山走滑地震的主要影响明显不同，后者主要产生了地表破裂、地面裂缝和沿断层迹线的基础设施损坏（He et al., 2024; Hsu et al., 2024）。这一系列地震进一步突显了东西向倾斜断层系统在同时破裂过程中的复杂相互作用，反映了该碰撞区域的复杂构造特征（Jian et al., 2019）。USGS-NEIC采用了单一的向东倾斜模型，并利用强震动数据、静态GNSS观测以及远震体波和表面波获得了滑动分布。该模型显示单向向北的滑动，主要滑动分布深度超过20公里，而在震中以北40至60公里处的滑动可能接近地表。

2024年M_W 7.4级花莲地震为我们提供了关于欧亚板块和菲律宾海板块在台湾东部复杂碰撞构造相互作用的宝贵见解，特别是地壳中几乎共轭的逆断层的激活。这一事件因其对区域构造和地震危险性的重大影响而受到了广泛关注。多项研究调查了同时破裂的滑动分布，大多数研究认为破裂主要向东北方向扩展。这些先前的研究揭示了地震的一些一致特征，但在破裂细节上存在显著差异，凸显了破裂的复杂性和变异性（例如：Zheng et al., 2024; Cheloni et al., 2024; Tang et al., 2025; Yang and Chen, 2025; Xu et al., 2025; Liu et al., 2025）。因此，破裂模式仍存在争议，尚未达成共识。2024年花莲地震的高质量近场观测数据为解析这一事件的破裂特征提供了难得的机会，增强了我们对该地区破坏性断层活动的理解。本研究旨在整合地震和大地测量数据，构建这一重大地震的同时破裂过程的统一、自洽模型。

章节片段

2024年花莲地震序列的余震重新定位

为了约束2024年M_W 7.2级主震的断层几何形状，我们检测并定位了该事件发生后一个月内的余震。处理了来自118个地震站的连续波形数据，包括68个宽带站、30个短周期站和20个强震动站，这些站点位于震中300公里范围内，遵循LOC-FLOW工作流程（Zhang et al., 2022）构建了高分辨率的余震目录。共识别出260,659个P相和231,159个S相。

2024年花莲地震的有限断层模型评估

2024年花莲地震表现出复杂的破裂模式，涉及多个断层分支，这一点通过精确重新定位的余震分布得到了证实（图2）。然而，这种复杂性是主震期间发生的多段破裂还是由主破裂引发的次级断层激活尚存在很大争议（例如：Zhang et al., 2012; Ruppert et al., 2018）。为了更好地理解破裂过程，我们构建并测试了一系列模型

与已发表的破裂模型比较

与之前发表的破裂模型相比，我们推荐的四段滑动模型提供了对2024年花莲地震破裂更为全面和物理上更可靠的描述。Zheng et al.（2024）对地震和大地测量数据进行了联合反演，确定了一个东南向倾斜的listric断层上的紧凑滑动分布。Tang et al.（2025）基于GNSS和InSAR数据提出了一个简单的低角度断层模型，认为滑动集中在

结论

本研究对2024年M_W 7.4级花莲地震进行了全面分析，揭示了一个异常复杂的破裂过程，包括共轭断层系统的同时激活以及其他断层段的参与，这种现象在逆断层事件中很少见。我们推荐的有限断层模型（模型IV）通过高分辨率余震重新定位和地震及大地测量数据的联合反演得到验证，表明破裂起源于一个陡峭的东南向倾斜的断层

CRediT作者贡献声明

白瑞雅：研究、正式分析、数据管理。桑英全：研究、正式分析、数据管理。丁灿阳：研究、正式分析、数据管理。刘成利：撰写——初稿、方法论、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念构思。叶玲玲：撰写——初稿、方法论、研究、资金获取、正式分析、数据管理。莱索恩：撰写——初稿、研究

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

我们感谢编辑Gregory Houseman和一位匿名审稿人的建设性评论。感谢南京大学的Weng Huihui对CFS计算的帮助，感谢东京大学的Kato Aitaro教授分享2007年M_W 6.6级中越-奥基地震的重新定位余震数据，以及东北大学的Yoshida Keisuke分享2008年M_W 6.9级岩手-宫城地震的重新定位余震数据。C. Liu得到了