地震时断层的破裂速度是研究震源物理和地震灾害的重要参数，通常破裂速度小于剪切波的传播速度（Vs），如果破裂速度超过Vs，则被称为超剪切破裂。破超剪切破裂导致地震波在马赫锥上同时到达，类似于超音速飞行的飞机产生的压力波，因此放大了地震的破坏力，相关研究对地震灾害评估有重要意义。
数值模拟以及大量实验都证实，超剪切破裂地震是存在的，它发生在II型破裂上，II型破裂是指扩展方向与断层滑动方向一致的破裂，目前所有报道的超剪切破裂地震全部为走滑地震，包括1979年美国Imperial Valley Ms6.9级地震（Archuleta, 1984），1999年土耳其Izmit Mw7.4级地震和Düzce Mw7.2级地震（Bouchon et al., 2001），2001年中国昆仑山Mw7.8级地震（Vallée and Dunham, 2012）等，其数量非常稀少。
2018年9月28日，印尼帕卢发生了一次Mw7.5级走滑地震，地震引发的滑坡、液化和海啸造成了非常严重的人员伤亡。帕卢地震是不是超剪切地震，其破裂特征如何？加州大学洛杉矶分校的Bao et al.（2019）在Nature Geoscience上公布了他们的研究成果。澳大利亚台站的反投影结果（图1c-图1e）显示，不同于其他超剪切破裂事件，这次地震的初始阶段没有长时间的亚剪切破裂，破裂速度快速超越了剪切波速度，且自始自终都是持续的超剪切破裂，平均破裂速度约为4.1 ± 0.15 km/s，介于Vs与Eshelby速度（
，称为“
亚Eshelby速度”）之间，通常认为均匀介质条件下，断层不能以亚Eshelby速度持续破裂。
图1 帕卢地震的地表破裂轨迹和超剪切破裂速度（Bao et al., 2019）。（c）Beam Power随时间的变化。（d）反投影获得的能量源沿走向的时间与位置。时间表示相对于起始破裂的时间，距离是相对于震中的水平位置沿走向（174°）的投影。（e）所用到的澳大利亚台站分布
利用瑞利波马赫锥可以确定地震是否存在超剪切。当破裂速度低于瑞利波波速时，断层不同破裂位置的瑞利波到达远场台站的时间不同，但对于超剪切破裂，断层不同破裂位置的瑞利波将同时到达远场台站，使得主震波形与具有类似震源机制的较小地震事件的波形相似，只有振幅存在差异，振幅的比值等于主震与小震地震矩的比值（图2，图3）。Vallée and Dunham（2012）曾在研究2001年昆仑山地震中，首次观测到了远场瑞利面波的马赫锥。帕卢地震同样观测到了远场瑞利面波的马赫锥，从而确认超剪切破裂存在。
震源动力学研究通常认为，在均匀介质中，断层不能以亚Eshelby速度持续地破裂，但Huang et al.（2016）认为存在断层破裂区时，与地震波的相互作用可以使破裂以亚Eshelby速度持续稳定地传播，帕卢地震印证了这一观点。同时，帕卢地震的破裂速度之所以能快速达到超剪切速度，意味着较高的初始应力状态，这可能与震中附近断层较为粗糙有关。
图2 远场瑞利波马赫锥的证据（Bao et al., 2019）。绿线内的彩色区域是马赫锥，马赫锥根据观测的破裂速度（4.1 km/s），并考虑到瑞利波相速度的不确定性，以最大可能的马赫角扫描获得
图3 瑞利马赫波的证据（Bao et al., 2019）。（a）主震15-25s瑞利波与其M 6.1前震波形的相关系数随相对于破裂走向的方位角变化图，两个绿色条带表示估计的马赫锥方位角的可能范围。（b）15-25s周期的主震（蓝色）和前震（红色）的瑞利波垂直位移记录。前震信号通过主震/前震地震矩比（大小为125）进行缩放
破裂速度与地震灾害严重程度直接相关，提前建立地震破裂速度与断层结构性质之间的关系，对于预测地震的影响非常重要。为什么只有部分走滑地震是超剪切地震，控制超剪切破裂的断层有什么特性？这些问题还有待深入研究。
主要参考文献
Archuleta R J. A faulting model for the 1979 Imperial Valley earthquake[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1984, 89(B6): 4559-4585. （原文链接）
Bao H, Ampuero J P, Meng L, et al. Early and persistent supershear rupture of the 2018 magnitude 7.5 Palu earthquake[J]. Nature Geoscience, 2019, 12:200-205.（原文链接）
Bouchon M, Bouin M P, Karabulut H, et al. How fast is rupture during an earthquake? New insights from the 1999 Turkey earthquakes[J]. Geophysical Research Letters, 2001, 28(14): 2723-2726.（原文链接）
Huang Y, Ampuero J P, Helmberger D V. The potential for supershear earthquakes in damaged fault zones–theory and observations[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2016, 433: 109-115.（原文链接）
Rosakis A J, Samudrala O, Coker D. Cracks faster than the shear wave speed[J]. Science, 1999, 284(5418): 1337-1340.（原文链接）
Vallée M, Dunham E M. Observation of far‐field Mach waves generated by the 2001 Kokoxili supershear earthquake[J]. Geophysical Research Letters, 2012, 39(5).（原文链接）
（撰稿：郝金来/地星室）
