14年的测量揭示断层重新蓄积应变
一项于2026年11月5日发表于《科学》（Science）的研究显示，2011年日本9.0级东北地震中破裂的板块边界，在灾后约10年已大体恢复到锁固状态。随着板块再次相互咬合，日本海沟地震源区广阔范围内正在累积应变。
目录
国际研究团队结合了14年的海底测量数据、陆地地表运动观测和重复地震观测。分析发现，地震后的缓慢滑动在约十年后几乎结束，而锁固状态也已恢复至与灾前相似的程度。
东北大学国际灾害科学研究所助理教授富田文明是论文的第一作者兼通讯作者。研究结果揭示了日本东北部地下发生的一次重大转变：深部岩石仍在调整以适应2011年地震，但板块边界已重新开始储存能量，这些能量可能在未来地震中释放。
东北大学11月6日发布的研究公告解释说，这两个过程正在同时发生。下一次地震发生的时间和规模仍无法确定。
板块锁固意味着什么
日本海沟位于日本东北部太平洋沿岸外海，海洋板块太平洋板块正向承载陆地的板块之下俯冲。板块边界是一条巨大的断层，也就是两侧岩石可能发生相对运动的界面。
即使板块持续移动，摩擦力仍可能使板块边界的部分区域卡住。此时，陆侧板块会弯曲变形，储存弹性应变。可以把它比作缓慢压缩的弹簧：运动受到限制时，能量逐渐积聚。
2011年地震发生时，一大片锁固区域突然滑动，变形的地壳回弹，释放了积累的应变。此次破裂后，板块边界的部分区域继续缓慢滑动。新研究追踪了这种滑动如何逐渐减弱，以及断层如何重新咬合下沉的板块。
科学家如何测量海底下方的运动
研究人员追踪了2011年至2025年东北地区外海26个海底站点的变化，结合了东北大学和日本海上保安厅收集的观测数据。这些海上测量让研究人员能够比单靠陆地仪器更靠近断层进行调查。
这项名为GNSS-A的技术将卫星定位与水下声学测量结合起来。GNSS是全球导航卫星系统的缩写。卫星确定测量船或其他站点在海面的坐标，声学信号则测量其相对于海床仪器的位置。
重复测量可以揭示海底仪器位置的细微变化。由于卫星定位信号无法像直接定位这些仪器所需的那样穿过海水，因此水下部分的测量依靠声波完成。
研究团队将这些观测结果与陆地记录的地表形变以及重复地震观测结合分析。随后，他们利用数值模型将测得的运动与板块边界及更深地下发生的过程联系起来。
地表运动背后的三种过程
2011年以来，日本地壳因多种原因持续运动。研究的核心难点在于区分三种过程：地震后的缓慢滑动、深部岩石的逐渐形变，以及板块边界重新锁固。
震后滑动是大地震发生后，断层区域周边持续发生的缓慢运动。与主震破裂不同，这种滑动不会造成同等程度的破坏性震动或海啸。仪器通过测量地面或海床位置的逐渐变化来探测震后滑动。发生震后滑动的区域，其应变正在释放。
黏弹性松弛发生在更深处。地幔岩石既会对突发的作用力产生弹性响应，也会在很长时间内缓慢形变。巨大地震改变地下受力状况后，这种缓慢调整可能使大片地表在多年间持续移动。
锁固的作用与震后滑动相反：摩擦力限制板块边界的运动，使应变得以再次累积。新分析发现，尽管地幔松弛仍在持续，震后滑动在2011年地震约10年后已几乎结束。因此，地表运动既包含断层重新蓄积应变的信号，也包含深部岩石仍在调整的信号。
从断层破裂到重新锁固的时间线
这一恢复过程是在多年观测中逐渐显现的，而非发生在某个单一时刻。以下关键日期涵盖了地震、较早的一项建模研究，以及新论文分析的更长期记录。
- 2011年：日本东北部外海的板块边界发生9.0级东北地震并破裂。
- 2011年至2025年：研究人员追踪了26个站点的海底运动，积累了覆盖14年的记录。
- 地震发生约10年后：新分析认为，震后滑动接近结束，锁固状态恢复至与2011年前相似的程度。
- 2023年1月：一项较早的研究考察了地震后最初七年的情况，指出震后滑动有所减弱，锁固区域不断扩大。
- 2026年11月5日：《科学》发表了这项新研究及一篇相关观点文章。
- 2026年11月6日：东北大学发布公告，介绍研究发现。
模型将锁固恢复的时间定位在大约十年后。这一时间点之后，测量仍在继续，使研究人员得以在更长的时段内考察这一转变。
此前七年的观测结果
《地球物理与行星内部》（Physics of the Earth and Planetary Interiors）于2023年1月发表的一项研究已发现应变逐渐重新累积的迹象。该研究分析了约七年的形变数据，使用了日本GEONET卫星定位网络的276个陆地站点，以及海上声学定位观测数据。
研究发现，震后滑动的幅度和地理范围均有所缩小，主要发生在地震后的头两年。此后，锁固区域逐渐扩大。作者得出结论，板块边界正在回到大地震之间的阶段，此时板块相互耦合，弹性应变逐渐累积。
新研究将观测期从七年延长至14年，时长翻倍。较早的研究描述了数年内出现的转变开端；更长期的分析则认为，震后滑动接近结束、锁固状态恢复发生在约十年后。这些发现展现的是同一恢复过程中的不同阶段。
深部岩石为何会影响结论
2023年的分析说明了为什么科学家在解读地表测量时必须考虑地幔。在该研究考察的时段内，陆地站点向东移动，而大多数海上站点向西移动。东部沿海部分地区还出现了最高约10厘米的隆升。
为重现这些运动模式，研究人员对不同温度和岩石形变速率下，岩石抵抗缓慢变形的程度进行了建模。他们认为，最符合观测的模型包括下沉板块上方一处温度较低、相对坚硬的地幔楔，通常称为“冷鼻”，以及下沉板块下方一层更容易发生形变的物质。
研究人员计算了地幔松弛引起的运动，并将其从观测到的运动中扣除。随后，他们利用剩余信号估算震后滑动和锁固情况。这种方法说明，若不考虑深部发生的过程，就无法仅凭海底仪器某个方向的移动来作出解释。
2026年的研究同样利用数值模型分析了多种观测数据。其核心发现是，即使地幔仍在以慢得多的速度响应此前的断层破裂，板块边界也能够重新开始累积应变。
更清晰地观察地震周期
这篇新论文题为《海底大地测量揭示2011年东北巨型地震后大型逆冲断层快速重新锁固》。大地测量是指测量地球的形状和运动；大型逆冲断层则是一个构造板块俯冲至另一个板块之下时形成的大型断层。
随文发表的《科学》观点文章作者凯·M·约翰逊将这些发现置于弹性回跳理论的框架下。这一理论用于解释地震反复发生的现象：摩擦力将断层锁住，周围岩石发生形变，之后的断层破裂则释放储存的弹性应变。约翰逊这样评价这项新研究的贡献：
这些发现让我们得以直接观察一场巨大断层破裂后，地震周期如何重新开始。
参与研究的机构包括东北大学、日本海洋研究开发机构、东京大学地震研究所、维多利亚大学、加拿大地质调查局，以及东北大学与日本海洋研究开发机构联合设立的WPI-AIMEC研究所。
研究结果对沿海社区意味着什么
对日本东北部太平洋沿岸的社区来说，实际意义是板块边界已恢复到应变能够累积的状态。2011年灾害后持续的缓慢调整，仍在地下进行，并与重新开始的应变加载同时发生。
据描述，日本海沟沿线的大地震大约每500至900年发生一次。研究团队还指出，海外有接近9级的地震间隔约70年发生的案例。这些不同的时间间隔涉及地震复发周期，而新研究的发现则关系到断层在破裂后多快能够重新锁固。
持续进行的海底测量将帮助研究人员追踪锁固状态的变化，以及板块边界如何演变。研究团队认为，这类监测对于评估未来可能发生的大地震和海啸至关重要。对居民来说，具体要做的是继续做好防震和防海啸准备，同时关注科学家对这一持续数十年乃至更长时间过程的追踪。
要点
- 2026年11月5日发表于《科学》的一项研究发现，2011年东北地震震源区广阔范围内的板块边界已重新锁固。
- 分析结合了14年的观测数据，包括26个海底站点的测量、陆地形变和重复地震观测。
- 2011年地震约10年后，震后滑动已几乎结束，锁固状态也恢复至与灾前相似的程度。
- 深部地幔岩石仍在调整以适应地震，板块边界处的应变则正在累积。
- 此前一项对七年观测数据的研究已发现震后滑动减弱，锁固区域逐渐扩大。
- 持续进行海上监测，并坚持做好防震和防海啸准备，仍是重要工作重点。
