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标题
Title
期刊: Science
作者：Chunmei Ren, Zexin Wang, Tuncay Taymaz, Nan Hu, Heng Luo, Zeyan Zhao, Han Yue, Xiaodong Song, Zhengkang Shen, Haoyu Xu, Jianghui Geng, Wei Zhang, Teng Wang, Zengxi Ge,Serkan lrmak, Ceyhun Erman, Yiian Zhou, Zhen Li, Hang, Xu, Bonan Cao, Hongyang Ding
年份：2024
《编辑总结》 2023 年土耳其和叙利亚的地震序列造成了巨大的破坏和生命损失。Men et al.在这些地表特征被侵蚀或破坏之前，通过一套全面的实地和无人机观测捕捉到了地表特征。由下伏断层引起的地表变形很复杂，但为断层位移、破裂传播以及断层系统之间的滑动转移提供了见解。这些观测结果应该有助于未来的地震灾害评估以及对历史记录中的事件进行解释。Ren et al. 利用一系列地球物理观测来确定破裂是如何沿着复杂的断层系列传播的。破裂速度有时比剪切波速度快，这种情况被称为超剪切。作者拼凑出了这场复杂地震背后的一些潜在物理原理，帮助我们更好地理解破裂过程和随后的地面震动。—Brent Grocholski
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摘要
2023 年 2 月 6 日，两次大地震（矩震级分别为 7.8 级和 7.6 级）震撼了土耳其东南部和叙利亚北部的大片地区，造成了重大人员伤亡和经济损失。为了研究多个断层段的破裂过程，我们对当地的地震和大地测量数据进行了全面分析，并确定了事件 1 中初始分支、帕扎尔哲克段和埃尔肯内克段的超剪切破裂，以及阿曼诺斯段的亚剪切破裂。事件 2 的双侧破裂也呈现出明显的亚剪切和超剪切速度。分支断层破裂的动态应力在这两条断层交汇处以西 9 公里处触发了帕扎尔哲克段的初始破裂，促进了主断层帕扎尔哲克段的超剪切破裂。多个断层段的几何形状和预应力水平控制了破裂行为，并影响了地面震动强度。
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图表
图 1. 该地区断层和地震的地图。（A）区域构造背景。标注了欧亚（EU）、安纳托利亚（AN）、非洲（AF）和阿拉伯（AR）板块，并用箭头标记了它们的相对移动方向。北安纳托利亚断层和东安纳托利亚断层分别标注为（NAF 和 EAF），大型历史地震的破裂用蓝色条标记。（B）放大显示（A）中虚线框标记的区域。2023 年土耳其东南部双震的发震断层。双震的破裂段用红色阴影段标记。2023 年序列中主要事件的震源机制用红白相间的沙滩球绘制。
图 2. 同震形变和滑动模型。（A）地表的同震垂直地面隆起（颜色）和水平位移（箭头）。根据地表位移（黑色曲线）确定断层迹线。其他符号代表双震的震源（红色星号）、全球定位系统（GPS）站（蓝色方块）和短周期地震仪（SM）站（红色三角形；表 S2 中列出的指定名称），用于有限断层模型反演。（B）地震和断层破裂数据：破裂段（线条）、多点源反演震源机制（沙滩球）和重新定位的余震（彩色点）。插图显示了双震的震源时间函数。事件 1 的断层段标记为初始分支（“分支”）、帕扎尔哲克（“Seg P”）、阿马诺斯（“Seg A”）和厄尔肯（“Seg E”）。事件 1 的多点源反演结果标记为 M1 到 M5，事件 2 的标记为 N1 到 N4。（C）双震在断层段上的滑动分布（颜色），以及每个段的起始点（红色星号）和余震分布（灰色点）。侧面的直方图显示了余震在深度上的分布（灰色填充直方图）以及每个段沿深度剖面的平均滑动分布（红色曲线）。余震的空白区域标记为红色虚线椭圆。
图 3. 事件 1 破裂运动学分析。（A）靠近断层段（Seg A、P 和 E）的短周期地震仪站，其数据用于估计破裂速度（Vr）。这些站被标记并显示在（C）中。破裂到达时间是根据平行断层速度的峰值（蓝色十字）估计的。虚线表示从峰值到达时间线性拟合的 Vr。（B）从联合反演中残差均方根（RMS）与 Vr 的权衡曲线估计的 Vr。Seg A、P 和 E 的曲线使用与（C）中相同的颜色编码绘制。每个段的最佳 Vr 的估计范围用阴影表示并标注。（C）事件 1 的断层段（颜色），以及其他信息，包括附近的短周期地震仪站（红色三角形）、震源（黑色星号）、Seg P 的初始点 I（紫色星号）和连接点 J（红色星号）。（D）对初始分支和 Seg P 进行 Vr 分析的放大视图。通过灰色弯曲阴影（左上角）和三角形阴影（右上角和底部）以及估计的 Vr 值说明了亚剪切和超剪切波阵面扫过的区域。（E）站 01 的水平地面速度波形（东向和北向）（左）和质点运动（右）。标记了两个 S 波到达，一个来自震源（红色），一个来自震源前（蓝色）。（F）站 01 在初始时间和点 I 的位置的数据拟合后残差分布。优化的解和不确定性用白色十字标记。（G）不同运动学参数的波形比较。示例波形显示了观测到的（黑色）和不同初始点（I 和 J 分别为红色和青色）以及 Vr 值（超剪切和亚剪切分别为红色和青色）的合成波形，分别在上部和下部面板中。
图 4. 断层段上的应力。（A）沿走向的预应力以及动态和静态应力分布。预应力是根据 Seg A、P 和 E 上的应力降（图 S25）估计的，并在每个段上用黑色线表示（顶部有标记）。初始分支破裂引起的峰值动态和静态库仑应力绘制为彩色曲线。紫色和红色虚线标记点 I 和点 J，蓝色和橙色斑块分别表示亚剪切部分和超剪切部分。（插图）一个说明应力参数定义的图表。（B）初始分支破裂引起的动态库仑应力分布的时空变化。马赫波阵面用黑线表示。用于提取触发剪切应力的时间范围（8.5 到 10.5 秒）用黑色虚线标记。（C）事件 1 在 10 千米深度处同震库仑应力变化的地图视图。其他标记是事件 1（“Evt 1”，黑色）和事件 2（“Evt 2”，绿色）的断层迹线以及用于计算同震库仑应力变化的接收断层上的位错机制（左上角）。
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结论
在这项研究中，我们解析了2023年卡赫拉曼马拉什地震双震中不同断层段的破裂行为。我们发现，初始分支触发、多段破裂和超剪切破裂是与该事件的震级和破坏程度相关的三个重要因素。初始分支上的超剪切破裂在触发和促进P段的超剪切破裂中起着重要作用。在一些大型大陆走滑事件中也发生了类似的分支起始（例如，2001年可可西里、2002年德纳里、2010年埃尔梅约-库卡帕和2016年凯库拉地震）（参考文献2、16、39、40）。这种分支起始起到多米诺效应的“触发器”作用，其中小的能量释放会级联成大地震。如果没有分支破裂，假设从深部蠕变断层均匀稳定地加载应力，P段可能需要再经过约80年才能从其当前的加载速率积累足够的应力来引发自身的破裂（图S38）[见（参考文献18）中的S4.4节]。具体来说，主断层上的初始破裂发生在A段和P段之间的交界处附近，由于断层分叉，这是一个几何障碍，可能积累了高预应力，只有在大地震期间才会释放（参考文献41）。初始分支上的破裂向加载高预应力的主断层的近平行段发出强烈的动态波，并触发了其后续破裂。这种分支断层通常与大陆走滑断层相关，由于它们非常接近，监测和理解这些分支的滑动行为对于评估主要断层的地震灾害至关重要。
2023年卡赫拉曼马拉什双震也是断层段之间相互作用的一个非凡例子，其中在一次大事件中可能会突破物理障碍。先前的研究表明，超剪切破裂在跨越断层阶步和触发附近断层方面更有效（参考文献42）。除了级联破裂序列外，亚剪切和超剪切破裂产生的地面震动强度也有很大差异。例如，在2023年卡赫拉曼马拉什地震序列的地面运动模拟中，我们发现与亚剪切情况相比，超剪切破裂使强震动区域（强度高于VI级）增加了约23%（约35090平方千米）（图S39）。因此，超剪切破裂行为在破裂范围和地面震动强度水平方面都影响了事件1造成的破坏。主震破裂行为受预应力水平的影响，为了更好地理解大陆断层带的断层行为，这一点值得特别研究。考虑实际预应力、多段破裂和Vr值变化的地震情景对于定量评估地震地面震动灾害至关重要。
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参考文献
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