張喆

中國(guó)地震局地球物理研究所

導(dǎo)語(yǔ)：2023年2月6日，土耳其東南部地區(qū)連續(xù)發(fā)生2次強(qiáng)烈地震，兩次強(qiáng)震時(shí)間差約9小時(shí)，震中相距約96千米，震級(jí)接近。震源特征分析表明，兩次地震均為高傾角走滑事件，第一次地震持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，至少80秒，且包含3次子事件；第二次地震持續(xù)時(shí)間短，不超過(guò)30秒，包含2次子事件。兩次強(qiáng)震的破裂過(guò)程演化模擬顯示，第一次強(qiáng)震的最大滑移為3.71米，第二次強(qiáng)震的最大滑移高達(dá)13.42米。由此可知，第一次地震影響范圍更大，而第二次地震的局部影響更強(qiáng)。

根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2023年2月6日土耳其連續(xù)發(fā)生兩次7.8級(jí)地震，如圖1所示，兩次地震均發(fā)生在東安納托利亞斷裂帶（East Anatolia Fault Zone：EAFZ），第一次位于南側(cè)分支，第二次位于北側(cè)分支，兩次強(qiáng)震后3日內(nèi)累計(jì)發(fā)生4.0級(jí)以上的余震近150次。強(qiáng)震造成土耳其和敘利亞兩國(guó)總計(jì)超過(guò)2萬(wàn)余人遇難。

地震災(zāi)害的形成、分布特征和發(fā)震機(jī)制、破裂過(guò)程等震源特征密切相關(guān)。地震的發(fā)生可簡(jiǎn)單視作斷層面的兩側(cè)發(fā)生相對(duì)位移和錯(cuò)動(dòng)，表征地震發(fā)震特征的震源機(jī)制可直觀(guān)地反映發(fā)震斷層的幾何形態(tài)和運(yùn)動(dòng)方式；同時(shí)，大地震的發(fā)生通常不僅具有較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，而且具有較大的破裂尺度，地震破裂過(guò)程與時(shí)空演化特征正是反映和再現(xiàn)地震破裂在時(shí)間和空間上的動(dòng)態(tài)持續(xù)變化。因此，對(duì)2023年2月6日土耳其兩次7.8級(jí)強(qiáng)震的震源特征研究，有助于認(rèn)識(shí)兩次強(qiáng)震造成的災(zāi)害分布特征，對(duì)地震災(zāi)害認(rèn)識(shí)和震后救援工作具有指導(dǎo)意義。

圖1 2023年2月6日土耳其強(qiáng)震的構(gòu)造背景

（a）發(fā)震區(qū)域周邊構(gòu)造與余震分布。黑色線(xiàn)條表示主要斷層，黃色箭頭表示斷層兩側(cè)運(yùn)動(dòng)方向，紅色六角星表示兩次強(qiáng)震震中，紅色沙灘球?yàn)閮纱螐?qiáng)震矩張量解，灰色沙灘球為歷史地震的矩心矩張量解，彩色圓圈表示余震及其深度；（b）發(fā)震斷裂帶周邊背景構(gòu)造，黃色虛線(xiàn)表示圖（a）的展示范圍。

1.震源機(jī)制解

「地震通?？梢院?jiǎn)單地視作斷層面的兩側(cè)發(fā)生相對(duì)位錯(cuò)，但是斷層面的形態(tài)是什么？位錯(cuò)方向是什么？這些問(wèn)題都對(duì)地震學(xué)研究與震后救災(zāi)工作有十分重要的意義；通過(guò)矩張量反演得到的震源機(jī)制解可以很好地用一個(gè)點(diǎn)源近似地震發(fā)生時(shí)的力學(xué)過(guò)程，震源機(jī)制解中包含的走向與傾角這兩個(gè)參數(shù)可以很直觀(guān)地反映發(fā)震斷層的幾何形態(tài)，而滑動(dòng)角則可以用一個(gè)角度近似整個(gè)斷層面上下盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式」

基于時(shí)空網(wǎng)格搜索和同步源約束反演確定了矩心位置、矩張量解以及相應(yīng)的震源時(shí)間函數(shù)。如圖2所示，第一次強(qiáng)震的矩震級(jí)Mw為7.82，矩心坐標(biāo)為北緯37.29度、東經(jīng)37.09度、矩心深度23.0 km，矩率函數(shù)峰值時(shí)刻為第26秒；斷層面解為節(jié)面I：走向151°/傾角88°/滑動(dòng)角175°，節(jié)面II：走向241°/傾角85°/滑動(dòng)角2°，表明此次強(qiáng)震是一次高傾角走滑事件。第二次強(qiáng)震的矩震級(jí)Mw為7.62，矩心坐標(biāo)為北緯38.05度、東經(jīng)37.26度、矩心深度15.0 km，矩率函數(shù)峰值時(shí)刻為第8秒；斷層面解為節(jié)面I：走向278°/傾角70°/滑動(dòng)角-9°，節(jié)面II：走向12°/傾角81°/滑動(dòng)角-160°，表明此次強(qiáng)震同樣是一次走滑事件。兩次地震矩震級(jí)差別不大，但持續(xù)時(shí)間和復(fù)雜性明顯不同。第一次持續(xù)時(shí)間至少80秒，且包含3次子事件；第二次持續(xù)時(shí)間不超過(guò)30秒，包含2次子事件。

圖2 土耳其兩次強(qiáng)震的矩心矩張量解

（a）展示了第一次強(qiáng)震矩張量反演相關(guān)的臺(tái)站分布、震源機(jī)制解、震源時(shí)間函數(shù)以及反演確定的參數(shù)；（b）展示了第二次強(qiáng)震矩張量反演相關(guān)的臺(tái)站分布、震源機(jī)制解、震源時(shí)間函數(shù)以及反演確定的參數(shù)。

2.高頻輻射源

「由于地震破裂前鋒加速度變化較大，可以激發(fā)顯著的高頻（0.1~5.0赫茲）地震波信號(hào)，追蹤這些高頻信號(hào)可以了解地震破裂的時(shí)空演化過(guò)程，告訴我們地震破裂前鋒在什么時(shí)刻到達(dá)了什么位置，得到這些數(shù)據(jù)后就可以很快地估計(jì)出破裂方向、破裂尺度與破裂速度等參數(shù)」

針對(duì)地震破裂尺度較大的第一次強(qiáng)震，基于寬頻帶地震臺(tái)記錄的垂直分量數(shù)據(jù)，利用反投影技術(shù)得到了高頻輻射源的時(shí)空演化過(guò)程。如圖3所示，第一次強(qiáng)震具有明顯的雙側(cè)破裂特征，兩側(cè)累計(jì)破裂長(zhǎng)度超過(guò)300 km，地震在84秒內(nèi)釋放了超過(guò)95%的高頻能量（頻率范圍:0.4~2.0Hz），而輻射極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻在第25秒左右。東北向的輻射源占主導(dǎo)地位，分布在東北62°方位近128 km范圍，時(shí)間段為0~41秒左右,破裂速度約3.1 km/s；南西向輻射源較弱，分布在218°左右的方向近187 km的范圍，相應(yīng)的時(shí)間段為42秒之后，平均破裂速度約2.2 km/s。

圖3 第一次強(qiáng)震的高頻輻射源時(shí)空演化過(guò)程

彩色填充的圓圈表示隨時(shí)空變化的高頻輻射源，紅色六角星破裂起始點(diǎn)（儀器震中），黃色方塊表示矩心位置；左上角插圖展示了臺(tái)陣相對(duì)震中的位置，右下角插圖展示了歸一化輻射能隨時(shí)間的變化

3.地震破裂過(guò)程

「科研人員通過(guò)設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)人造的“斷層”作為真實(shí)發(fā)震斷層的近似，計(jì)算人造斷層上每一個(gè)時(shí)空位置處斷層面滑移的大小與滑動(dòng)角度，就可以得到人工合成地震波數(shù)據(jù)。通過(guò)比較合成數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)的相似程度，就可以大致估計(jì)出真實(shí)地震中斷層面各處的動(dòng)態(tài)時(shí)空過(guò)程，區(qū)別于震源機(jī)制的點(diǎn)源模型，破裂過(guò)程一般用發(fā)震平面來(lái)近似震源，更接近自然界中的實(shí)際情況」

為獲得第一次強(qiáng)震更為詳細(xì)的時(shí)空破裂特征，考慮到斷層尺度和破裂方向以及震源機(jī)制，構(gòu)建2個(gè)長(zhǎng)度分別為220 km和180 km、寬度為50 km的斷層平面，并將其離散為10 km × 10 km的網(wǎng)格；由于第二次強(qiáng)震持續(xù)時(shí)間較短，僅簡(jiǎn)單構(gòu)建1個(gè)100 km × 30 km的斷層平面，并將其離散為5 km × 5 km的網(wǎng)格。通過(guò)反演得到兩次強(qiáng)震的有限斷層模型，如圖4所示。可以看出，第一次強(qiáng)震的最大滑移為3.71米；第二次強(qiáng)震的最大滑移高達(dá)13.42米。土耳其兩次強(qiáng)震震級(jí)接近，第一次地震持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，最大位錯(cuò)相對(duì)較?。欢诙蔚卣鸪掷m(xù)時(shí)間短，破裂面積較小，斷層面滑移峰值較大?？梢灶A(yù)見(jiàn)，第一次地震影響范圍更大，而第二次地震的局部影響更強(qiáng)。

圖4 土耳其兩次強(qiáng)震的有限斷層反演

（a）第一次強(qiáng)震的有限斷層模型與震源時(shí)間函數(shù)；（b）第二次強(qiáng)震的有限斷層模型與震源時(shí)間函數(shù)。

致謝：

中國(guó)地震局地球物理研究所地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心、地震學(xué)聯(lián)合研究會(huì)（IRIS）提供了相關(guān)數(shù)據(jù)，王紅強(qiáng)、楊家英等人對(duì)本文科普表述提出了有益建議和補(bǔ)充說(shuō)明，徐偉民等人對(duì)本文整體架構(gòu)、圖文表述進(jìn)行了重組修訂和潤(rùn)色編輯，一并致謝。