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2023年2月6日土耳其双强震的震源机制中心解、地震触发关系及产生的地表变形

作者: 时间:2023-02-07 点击数:

引言

根据中国地震台网测定,土耳其当地时间202326117分发生7.8级地震,1024分再次发生7.6级地震,地震发生后,中国作者张喆和国外机构CPPTGFZOCAUSGS等采用不同方法和资料得到的该两次地震的多个震源机制解。这些震源机制有一定的离散度,为地震动力学分析或其他应用带来抉择的困难。这些结果都是震源错动方式的一种测量,因此可以按照多种测量结果给出一个中心值供以后的地震发生背景、地震应力触发、地壳应力场分析以及地震前应力方向改变的地震前兆研究。这里整理了各个机构给出的震源机制解,求出了与所有测定的震源机制的差别平方和最小的一个解作为中心震源机制解,研究了第一次地震对第二次地震的触发关系,并给出了两次强震产生的地表变形,供分析余震发展趋势参考。

多个震源机制的中心解的确定

根据国内外机构网站发布的该地两次地震震震源机制结果整理得到表1及表2。我们分别以各个震源机制为初始解得到的中心震源机制给出的标准差(表1、表2的第4列)大体一致,表明采用这种方法得到的解是稳定的。尽管如此,本研究将各个机构测定的震源机制分别作为初始解,比较得到标准差最小的解作为最终结果。发现土耳其第一次7.8级地震中将CPPT得到的震源机制作为初始解得到的震源机制的标准差最小,本研究以此(节面I:走向324.04°,倾角86.50°,滑动角-179.95°,节面II:走向234.04°,倾角89.95°,滑动角-3.50°)作为最终结果,P轴走向188.98°,倾伏角2.51°,不确定范围分别为167.26°~210.26°和-12.55°~17.58°;T轴的走向279.09°,倾伏角2.44°,不确定范围分别为257.37°~300.37°和-12.81°~17.38°;B轴的走向53.21°,倾伏角86.50°,不确定范围分别为-125.80°~180.00°和83.00°~108.22°。得到的中心震源机制和各个机构和作者测定震源机制的最小空间旋转角见表15列。所得到的中心震源机制及其不确定性绘于图1。从表和图中可以看出,该地震震源机制解距中心解的空间旋转角最大达35.14°,最小空间旋转角为9.99°。土耳其第二次7.6级地震中将OCA得到的震源机制作为初始解得到的震源机制的标准差最小。本研究以此(节面I:走向271.29°,倾角68.35°,滑动角-5.17°,节面II:走向3.20°,倾角85.20°,滑动角-158.27°)作为最终结果,P轴走向229.30°,倾伏角18.67°,不确定范围分别为206.23°~253.23°和2.45°~35.30°;T轴的走向135.31°,倾伏角11.63°,不确定范围分别为112.24°~159.24°和-4.91°~28.53°;B轴的走向15.06°,倾伏角67.77°,不确定范围分别为-41.34°~114.99°和50.72°~90.50°。得到的中心震源机制和各个机构和作者测定震源机制的最小空间旋转角见表25列。所得到的中心震源机制及其不确定性绘于图2。从表和图中可以看出,该地震震源机制解距中心解的空间旋转角最大达44.87°,最小空间旋转角为4.94°。

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1土耳其7.8级地震的中心震源机制解(a)及空间三维辐射花样(b)

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2土耳其7.6级地震的中心震源机制解(a)及空间三维辐射花样(b)

a)中的黑色弧线表示中心震源机制的两个节面,绿色弧线覆盖区域为其不确定范围;红色、蓝色和黄色的点表示中心震源机制解的P轴、T轴和B轴,其周围对应颜色的封闭曲线表示其不确定性范围;绿点和黑点表示各个机构得到的震源机制的P轴和T轴的投影;紫色弧线表示各个机构和作者得到的震源机制节面。(b)中的压缩区域和膨胀区域分别用蓝色和红色表示

震源机制中心解的空间表示

地震的震源机制通常采用震源球的辐射花样来表示。在此我们分别用震源球的下半球和上半球的动画来表示(图3、图4、图5、图6),在震源球上采用P波辐射的振幅相对大小的颜色来填充。为立体表现震源球的辐射花样,我们使震源球水平旋转,并且在各个不同象限采用P波辐射相对振幅大小和方向绘制在震源球上,这样可更为直观地表现震源的空间辐射,见图7、图8

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3土耳其第一次7.8级强震的中心震源机制解的下半球表示

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4土耳其第一次7.8强震的中心震源机制解的上半球表示

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5土耳其第二次7.6强震的中心震源机制解的下半球表示

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6土耳其第二次7.6强震的中心震源机制解的上半球表示

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7土耳其第一次7.8强震的中心震源机制解的空间辐射花样表示

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8土耳其第二次7.6级强震的中心震源机制解的空间辐射花样表示

图中颜色为P波辐射花样在震源球面上的填充,红色表示向外,蓝色表示向内,从红到蓝表示P波辐射花样由向外最大逐渐过渡到向内最大。箭头表示P波辐射花样振幅的相对大小。

4两次地震在周围产生的位移场与应变场

202326日,靠近叙利亚北部边界的土耳其南部发生里氏7.8级地震。地震发生9小时后,在主震西南方向约95公里又发生了7.6级余震。第一次7.8级地震是由浅部走滑断裂引起的,该事件破裂为一条走向北东-南西的近直立左旋断层。第二次7.6级地震为近直立的左旋断层,走向为东西向。这两次地震位于安纳托利亚板块、阿拉伯板块和非洲板块之间的三重结合部附近,位于东安纳托利亚断裂带或死海转换断裂带上。东安纳托利亚断裂容纳了土耳其向西挤压爱琴海,而死海转换断层则容纳了阿拉伯板块半岛相对于非洲和欧亚板块北向运动。本次双震发生的区域为地震活跃区。自1970年以来,在这两次地震事件的250km范围内仅发生了36级以上地震。其中最大的一次地震为2020124日地震,震级为6.7级。尽管本次震中地区在这两次地震之前相对平静,但土耳其南部和叙利亚北部在过去经历了重大的破坏性地震。叙利亚阿勒颇省历史上曾多次遭受大地震的破坏,如1138年发生了7.1级地震,1822年发生了7.0级地震。1822年地震的死亡人数估计为2~6万。

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研究区域地形图

为了更好的了解土耳其7.8级地震及7.6级地震对周围地区的影响,我们由USGS提供的破裂模型(https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage)。计算了土耳其双震在周围地区产生的地表同震位移场、面应变、体应变、北向应变、东向应变和北东向应变(图10~12)。

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10土耳其双震产生的同震位移场

图中白色方框代表断层在地表的投影,箭头代表此次地震所产生的水平位移,颜色代表垂直位移,上升为正

从图10可以看出,此次双震近处的位移场具有以下初步特征:从地表的水平位移场来看,震中西北侧及东南侧的物质向外涌出,而东北侧及西南侧的物质涌入震中,在发震断层附近呈现明显的走滑机制。与水平位移场相对应,垂直位移场在震中东北侧和西南侧表现为隆升,而震中西北侧和东南侧表现为沉降。从震源机制解判断地震为走滑型地震。

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11土耳其双震产生的各分量应变 

a)体应变(b)北向应变(c)东向应变(d)北东向应变

图中底色代表应变大小,拉张为正,单位为1e-9.

从图11可以看出此次双震产生的体应变,在震中附近西北侧和东南侧呈现压缩,而在震中东北侧和西南侧呈现拉张。北向应变在震中西北侧和东南侧压缩,东北侧和西南侧拉张。东向应变在震中东北侧、西南侧、北侧和南侧拉张,而在震中西北侧、东南侧和北侧缩短。北东向应变在震中附近东侧、西侧和北侧呈现压缩,在东北侧、西南侧、西北侧和东南侧区域呈现拉张。

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12土耳其双震产生的水平主应变和面应变场

图中黑色箭头和白色箭头分别表示水平主压应变和水平主张应变(单位为1e-9;底色表示水平面应力,拉张为正

从图12可以看出面应变的分布与体应变形态大体类似,表现为面应变为体应变的继承。在离开断层区域,面应变为负(蓝色)区域内,物质的运动方向(图11)与主压应变大体一致,而面应变为正(红色)区域内,物质的运动方向(图11)与主张应变大体一致。

土耳其7.8级地震对7.6级地震的触发作用

为了讨论土耳其7.8级地震对7.6级地震是否存在触发关系,本节将前文所做的7.6级地震的中心震源机制解作为接收断层面,根据USGS测定结果设置深度为10km。同时仿照前人的研究(King et al.1994Wan et al.20032004),视摩擦系数取0.4,计算出在接受断层面和滑动方向上产生的剪切应力0.060MPa和正应力0.058MPa,发现土耳其7.8级地震对7.6级地震具有明显的促进作用,库伦破裂应力为0.084MPa,超过0.01MPa的阈值,见图13

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13土耳其7.8级地震在7.6级地震节面上的库伦破裂应力

本文所用震源机制解来自张喆、CPPTGFZOCAUSGSIPGPKOERIERDGCMTINGV网站,特此致谢。图件由基于MATLABFM3Dplot软件绘制。

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