馮軍 閆紀元 趙曉霞

北京大學學報(自然科學版) 第59卷 第6期 2023年11月

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 59, No. 6 (Nov. 2023)

10.13209/j.0479-8023.2023.081

2023?05?11;

2023?08?11

2023年2月6日土耳其M7.8級地震地表破裂帶初步調(diào)查

馮軍?閆紀元 趙曉霞

中國地震應(yīng)急搜救中心, 北京 100049; ? E-mail: feji@pku.org.cn

2023年2月6日, 土耳其發(fā)生兩次 M7.8 級地震, 在 Hatay 省形成地表破裂帶。通過對 Hatay 省 Karatas和 Hassa 地區(qū)地表破裂帶的初步野外調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)斷破裂帶走向為 N5°E 至 N20°E, 延伸長度大于 40km, 性質(zhì)為左旋逆沖, 最大同震位錯的逆沖量為 50～60 cm, 走滑量為 2m 左右。此次地震始于 Narl? 斷裂, 并向東安納托利亞斷裂帶南北雙向傳播, 從而使得研究區(qū)斷裂走滑位錯自北向南有減小的趨勢, 并逐漸尖滅消失。

土耳其7.8級地震; 東安納托利亞斷裂帶; 地表破裂帶; 同震位錯

北京時間 2023年2月6日, 土耳其接連發(fā)生兩次 7.8 級地震, 震源深度為 20km。兩次地震均發(fā)生于東安納托利亞斷裂帶(East Anatolian Fault Zone, EAFZ), 第一次位于南側(cè)分支, 第二次位于北側(cè)分支。這兩個地震事件相對獨立, 又相互觸發(fā), 給當?shù)卦斐蓢乐氐纳敭a(chǎn)損失。應(yīng)土耳其政府請求, 中國政府于 2023年2月7日派遣中國救援隊赴土耳其實施國際人道主義救援。根據(jù)中國救援隊的部署, 本文第一作者對 Hatay 省的生命供給線、工業(yè)和建筑等進行地質(zhì)災(zāi)害考察和評估, 其間發(fā)現(xiàn)地震造成的地表破裂帶。本文簡要介紹這條地表破裂帶的基本特征, 初步分析其發(fā)震構(gòu)造。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

研究區(qū)位于土耳其東部, 地中海東岸, 東與敘利亞相鄰, 地貌上屬于安納托利亞高原和伊朗高原的過渡地帶。該區(qū)域受歐亞板塊、阿拉伯板塊和安納托利亞板塊的共同作用(圖 1(a)), 形成北安納托利亞斷裂帶(North Anatolian Fault Zone, NAFZ)和東安納托利亞斷裂帶(East Anatolian Fault Zone, EAFZ)等多條大型走滑斷裂帶[1–2], 構(gòu)造運動極為活躍, 形成以北安納托利亞地震帶、東安納托利亞地震帶以及西部地震區(qū)為主的“兩帶一區(qū)”的區(qū)域地震構(gòu)造格 局[1]。該區(qū)域歷史上地震活動頻繁, 20 世紀以來多次發(fā)生 6 級以上的強震(圖 1(b)), 造成大量建筑毀壞和人員傷亡。

東安納托利亞斷裂帶是土耳其第二大斷裂帶, 走向為 NNE-NE, 從東安納托利亞延伸至伊斯肯德倫灣的地中海, 全長 580km (圖 1)。作為阿拉伯板塊與安納托利亞板塊之間的活動板塊邊界, 東安納托利亞左旋走滑斷裂帶和北安納托利亞右旋斷裂帶的運動受阿拉伯板塊北向碰撞作用的控制, 圍限了安納托利亞板塊的運動(圖 1(a))。東安納托利亞斷裂帶左旋走滑斷層的滑移率為 8～10mm/a[4], 但自東向西逐步降低, 從東部 Karl?ova 附近的 10mm/a降至 Tüurkoglu 附近的 4mm/a, 并且向西進一步降至2.5mm/a[2]。

東安納托利亞斷帶的主斷裂自東向西可分為Karl?ova段、Il?ca段、Palu段、Pütürge段、Erkenek段、Pazarc?k 段和 Amanos 段, 此外還有自 Celikhan向西展布的 Cardak 段[5]。此次地震先后造成東安納托利亞斷裂帶 NE-NNE 走向的 Erkenek 段、Pazarc?k 段和 Amanos 段和 EW 走向的 Cardak 段的破裂變形。在過去 100 多年的歷史上, 土耳其的主要地震發(fā)生在北安納托利亞斷裂帶, 雖然東安納托利亞斷裂帶也有地震, 但不如北安納托利亞斷裂帶頻繁。但是, 從歷史地震來看, EAFZ 各段均發(fā)生過破裂。1789年的 M7.2 級地震、1874年的 M7.1 級地震和1875年的 M6.7 級地震使得 Palu 段發(fā)生破裂, 1795年的 M7.0 級地震使得 Pazarc?k 段發(fā)生破裂, 1893年的 M7.1 級地震使得Erkenek段發(fā)生破裂, 1872年的M7.2 級地震在 Amanos 段造成顯著的地表破裂。2020年Sivrice 的 6.8 級地震使得 Pütürge 段發(fā)生長達45km 的破裂[5–9]。

據(jù)文獻[1–2]修改; (a)中紅框為(b)的范圍; (b)中震源機制解引自文獻[3]。EAFZ: 東安納托利亞斷裂帶; NAFZ: 北安納托利亞斷裂帶; DSFZ: 死海斷裂帶; EF: Ecemis斷裂; SF: Sar?z斷裂; MF: Malatya斷裂

由于斷裂的幾何復(fù)雜性, 斷裂的傳播往往受到走滑斷裂彎曲的限制, 從而使得地表破裂帶不連續(xù)出現(xiàn)[5,10]。對于這些地表破裂帶的位置和形態(tài), 目前尚缺少詳細的研究。

2 地震地表破裂帶特征

2.1 Karatas地區(qū)地表破裂帶

Karatas 地區(qū)(N36.4834°, E36.3334°)地表破裂帶整體呈 N20°E走向, 連續(xù)性較好。斷裂帶由平行的東西兩支組成(圖 2(a)), 相距約 80m, 使得公路被左行錯斷。西支破裂規(guī)模較小, 測得左行位錯量約為0.4m; 東支破裂帶由雁行狀張剪破裂排列組成(圖2(b)和(c)), 測得左行位錯量約為 1.5m, 垂直位錯不明顯, 表現(xiàn)為斷層坎(d))。破裂帶向南規(guī)模逐漸變小, 并逐漸尖滅消失。

2.2 Hassa地區(qū)地表破裂帶

Hassa 地區(qū)地表破裂帶位于 Karatas 地區(qū)以北約40km。該處破裂帶(N36.8000°, E36.5167°)的走向為 N4°E, 寬度約為 10m。破裂帶橫穿 Hassa 鎮(zhèn), 使得道路被左行錯斷, 測得最大左行位錯量約為 2.0m (圖 3(a)), 并形成擠壓逆沖斷層陡坎, 破裂面傾向SE, 傾角為 80°, 最大逆沖垂直位錯為 0.6m(圖 3 (b))。NW 向地表裂隙與破裂帶相交, 與主破裂形成30°～40°的夾角。NW 向地表裂隙長度最長可達十余米, 寬 1～3cm。沿破裂帶, 建筑物和道路損毀嚴重(圖 3(c)和(d)), 但影響范圍不大, 距離破裂帶約10m 的建筑物基本上完好。如圖 3(d)所示, 破裂帶穿過的黃色建筑損壞, 而相鄰的結(jié)構(gòu)相同的白色建筑基本上完好。

2.3 Hassa以北地區(qū)的地表破裂帶

受限于救援時間和區(qū)域, 本次工作僅對 Karatas和 Hassa 地區(qū)的地表破裂帶進行了野外考察, 未能對地表破裂帶的整體分布情況進行詳細的調(diào)查。事實上, 在斷裂沿線廣泛發(fā)育典型的的地表破裂帶。本文對震區(qū)的高空間分辨率光學遙感影像(來源于Maxar 公司針對災(zāi)害的開放數(shù)據(jù)計劃: https://www. maxar.com/open-data/turkey-earthquake-2023)進行解譯。這些影像的成像時間為地震發(fā)生后, 空間分辨率可達米級。我們發(fā)現(xiàn)在 Hassa 以北的地區(qū), 斷裂的地表行跡非常明顯, 引發(fā)本次地震的斷裂已破裂至地表, 并錯斷公路、農(nóng)田和水渠等(圖 4), 錯斷距離在 1.8m 左右。

3 初步認識和討論

此次地震造成東安納托利亞斷裂帶 NE 走向的Amanos 斷裂和 EW 走向的 Cardak 斷裂的先后破裂變形。本文報道的地表破裂帶位于東安納托利亞斷裂帶西南部的 Amanos 段, 該段地震活躍度相對較低, 復(fù)發(fā)時間較長, 是一個顯著的地震空區(qū), 歷史上最近發(fā)生的地震是公元 601年的 M7 級地震、1822年的 M7.5 地震和 1872年的 M7.2 級地震。事實上, 就東安納托利亞斷裂帶來說, 自 1114年大地震(≥ M7.8)以來, 從未有過與本次地震類似的大規(guī)模地表破裂[6,10?12]。本文報道的地表破裂最大同震位錯約為 2.0m, 顯著低于此次地震造成的位錯的平均水平(最大 7.30m, 平均 3.0m)。這一現(xiàn)象可能是由Amanos 段的性質(zhì)決定的。該段為東安納托利亞斷裂帶最南段, 位于死海斷層(DSF)與塞浦路斯島弧(Cyprus Arc)之間[5], 東安納托利亞斷裂帶至此分叉為 Antakya 斷裂和 DSF 斷裂, Amanos 斷裂表現(xiàn)為東安納托利亞斷裂帶向死海斷裂和塞浦路斯島弧的過渡, 地表破裂帶以雁行張裂為主, 走滑位錯自北向南逐漸減少。

此外, 本文報道的逆沖分量可能只是局部的特點, 從深部地球物理特征來看, 作為阿拉伯地塊與安納托利亞地塊之間的邊界, Hatay 地區(qū)的 Ama-mos 斷裂段表現(xiàn)為純粹的走滑機制[13], 對震源機制解和斷層面解的研究[14]也證實了這一點。綜合近期對此次地震滑動位錯分布[15]、同震地表形變[16]以及破裂過程[11–12,17]的研究結(jié)果, 本文認為此次地震始于 Narl? 斷裂, 到達與 Pazarc?k 段的交界處后, 在東安納托利亞斷裂帶向南北雙向傳播, 并跳躍釋放, 向南終止于 Amanos 段, 其余震沿 Antakya 斷裂向地中海盆地延伸, 形成 Mw6.4 級的余震, 向北到達 Pütürge 段南緣, 至 Yarpuzlu 附近的走滑彎曲處終止(圖 5)。

圖2 Karatas地區(qū)地表破裂帶

圖3 Hassa地區(qū)地表破裂帶

圖5 土耳其M7.8級地震的發(fā)震構(gòu)造

致謝 中國地震局工程力學研究所王濤博士參加野外考察, 并協(xié)助完成本文地表破裂帶特征分析工作, 謹致謝忱。

[1] 韓竹軍, 張國民. 伊茲米特地震發(fā)生的構(gòu)造環(huán)境分析. 國際地震動態(tài), 2000(1): 1–7

[2] Güvercin S, Karabulut H, Konca A, et al. Active seis-motectonics of the East Anatolian Fault. Geophysical Journal International, 2022, 230(1): 50–69

[3] USGS. M 7.8-Pazarcik earthquake, Kahramanmaras earthquake sequence [EB/OL]. (2023–02–06) [2023–08–14]. https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/event page/us6000jllz/moment-tensor.2023

[4] Reilinger R, McClusky S, Vernant P, et al. GPS constraints on continental deformation in the Africa-Arabia-Eurasia continental collision zone and implica-tions for the dynamics of plate interactions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2006, 111: B05411

[5] Duman T, Emre ?. The East Anatolian Fault: geometry, segmentation and jog characteristics // Robertson A H F, Parlak O, ünlügen? U C. Geological development of anatolia and the easternmost mediterranean region. Geological Society, London, Special Publications, 2013, 372: 495–529

[6] Ambraseys N, Finkel C. The seismicity of Turkey and adjacent areas 1500–1800. Istambul: Eren Yayincilik, 1995

[7] Irmak T, Toker M, Yavuz E, et al. New insight into the 24 January 2020, Mw 6.8 Elaz?? earthquake (Turkey): an evidence for rupture-parallel pull-apart basin acti-vation along the East Anatolian Fault Zone constrained by Geodetic and Seismological data. Annals of geo-physics, 2021, 64: 1–13

[8] Konca A, Karabulut H, Güvercin S, et al. From inter-seismic deformation with near-repeating earthquakes to co-seismic rupture: a unified view of the 2020 Mw 6.8 Sivrice (Elaz??) eastern Turkey earthquake. Jour-nal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126: e2021JB021830

[9] Tan O, Tap?rdamaz M, Yoruk A. The earthquake cata-logues for Turkey. Turkish Journal of Earth Science, 2008, 17: 405–418

[10] Ambraseys N. Temporary seismic quiescence: SE Tur-key. Geophysical Journal International, 1989, 96: 311–331

[11] Karabulut H, Güvercin S, Hollingsworth J, et al. Long silence on the East Anatolian Fault Zone (Southern Turkey) ends with devastating double earthquakes (6 February, 2023) over a seismic gap: implications for the seismic potential in the Eastern Mediterranean re-gion. Journal of the Geological Society, 2023, 180(3): 1–10

[12] Xu L, Mohanna S, Meng L, et al. The 2023 Mw7.8 Kahramanmara?, Turkey earthquake: a multi-segment rupture in a millennium supercycle [EB/OL]. (2023–02–23)[2023–08–14]. https://www.researchsquare.com/ article/rs-2747911/v1

[13] Over S, Akin U, Sen R. Geophysical data (gravity and magnetic) from the area between Adana, Kahraman-maras and Hatay in the Eastern Mediterranean region: tectonic implications. Pure and Applied Geophysics, 2018, 175: 2205–2219

[14] ?rgülü G, Aktar M, Türkelli N, et al. Contribution to the seismotectonics of Eastern Turkey from moderate and small size events. Geophysical Research Letters, 2003, 30: 8040

[15] Barbot S, Luo H, Wang T, et al. Slip distribution of the February 6, 2023 Mw 7.8 and Mw 7.6, Kahramanmar-a?, Turkey earthquake sequence in the East Anatolian Fault Zone. Seismica, 2023, 2(3): 1–17

[16] Li S, Wang X, Tao T, et al. Source model of the 2023 Turkey earthquake sequence imaged by sentinel-1 and GPS measurements: implications for heterogeneous fault behavior along the East Anatolian Fault Zone. Remote Sensing, 2023, 15(10): 2618

[17] Melgar D, Taymaz T, Ganas A, et al. Sub- and super-shear ruptures during the 2023 Mw 7.8 and Mw 7.6 earthquake doublet in SE Türkiye. Seismica, 2023, 2 (3): 1–10

Preliminary Investigation on the Surface Ruptures of the Turkey M7.8 Earthquake on February 6, 2023

FENG Jun?, YAN Jiyuan, ZHAO Xiaoxia

National Earthquake Response Service, Beijing 100049; ? E-mail: feji@pku.org.cn

Two M7.8 earthquakes struck southern and central Turkey on February 6, 2023, forming typical surface ruptures in Hatay Province. Earthquake surface raptures geometry and displacement characteristics were investigated in Karatas and Hassa regions. Preliminary results show that the rupture with strike of N5°E–N20°E extends over 40 km. Left-lateral strike-slip faulting developed with an average horizontal displacement of 50–60 cm and maximum horizontal displacement of 2 m. The earthquake development started on Narl? Fault, transferred to the main fault and propagated to south and north across the main fault of East Anatolian Fault Zone, which lead to the decreasing of the horizontal coseismic displacement in research area.

M7.8 earthquake in Turkey; East Anatolia Fault Zone; surface rupture; coseismic displacement