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我校最新研究成果:震后地表最大破裂不一定是震中

发表时间:2024-01-19     点击:次     编辑:张冰

地大新闻网讯(记者 王俊芳 焦思勤)1月19日,《科学》(Science)杂志刊发我校科研人员领衔的最新研究成果,中外科学家通过对研究区域内发生的地震开展震后地质调查,完成震后快速高精度地表破裂记录,强调地震中地表最大位移不一定出现在震中位置,为大型走滑型地震事件导致的地表变形、破裂在复杂断层系统之间的传播机制提供了重要参考。

图1. 论文第一作者蒂姆·科斯基(左)和孟建南(右)

论文第一作者为我校地球科学学院博士生孟建南和地质过程与矿产资源国家重点实验室、湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站蒂姆·科斯基(Timothy Kusky)教授,共同通讯作者为蒂姆·科斯基(Timothy Kusky)教授和美国地质调查局沃尔特·穆尼(Walter Mooney)教授。

2023年2月6日的土耳其东部大地震,是该区本世纪以来破坏性最大的地震事件。蒂姆·科斯基(Timothy Kusky)教授研究团队在国家自然科学基金委特提斯重大研究计划重点项目支持下,自2017年开始在土耳其开展新构造和大地构造演化研究。首震发生后第十天,科斯基(Kusky)研究团队将项目组成员博士生孟建南派达震区,与项目组海外合作者成员土耳其中东技术大学地质工程学院院长、我校客座教授埃尔丁·博兹库特(Erdin Bozkurt)教授共同开展震后地质调查。

项目组在地表破裂痕迹被降雨、洪水、灾后重建以及其他震后变形作用破坏之前,对该次地震事件造成死海断层、东安纳托利亚断层的地表位移进行系统实地测量,并选取代表性区域,对地震导致的地表破裂进行厘米级的无人机填图,并以数字地图的形式永久保存。“我们进行了一个月的现场考察,包括无人机航拍、野外地质考察(对断层造成地地表位移进行了详细测量),将收集到的无人机数据建模处理,相较卫星数据,我们的数字填图精度达到厘米级,是非常及时、高精度的震后地表记录。”孟建南介绍。

图2. 地震震区构造及余震分布图

本次地震事件,是在北向运动的阿拉伯板块与欧亚板块碰撞、安纳托利亚板块侧向挤出这一构造背景下,死海断层带(DSF)和东安纳托利亚断层带(EAF)两条重要的转换型板块边界及其分支在板块构造运动的背景下共同活动导致的(图2)。

M7.8级地震震中位于死海断层北部尽头的纳尔勒(Narl?)段,震后地表形成2-2.5m的位移。震后24秒钟,破裂向北部传播到应力积聚已达上百年的东安纳托利亚断层,激活了整条东安纳托利亚断层带,导致地表产生长达350km的破裂带,并引发大量余震。在死海断层纳尔勒(Narl?)段和东安纳托利亚断层交汇处测得的地表位移为6.7m,是整个地震区域实测地表位移的最大值。

研究团队结合本研究开展的实地勘察结果、美国地质调查局的地震数据和卫星图像数据,发现地表最大位移并不一定出现在地震的震中,与此前普遍认为的“震中为地表破裂最大位置”的观点不同。本次地震事件清晰地展示出,地表破裂最大的位置距离震中47.5km,而地震震中位置未见显著的地表破裂,地震活动与地表破裂程度关系的复杂性,并非简单的距离关系。因此,研究团队强调,地震震中并不一定是地表破裂程度最大的位置。

地表脆性变形如何响应地震事件发生,其破裂过程和变形特征是怎样的,他们在震区断层系统之间如何传递?研究团队的工作,首次完整记录震后地表变形的初始特征。

首次M7.8级地震后,破裂自交汇处向东安纳托利亚断层两侧不断传播,位移错动值也向两侧逐渐递减,约9小时后,一个位于东安纳托利亚断层带与恰尔达克-苏尔古(?ardak-Sürgü)(?-SF)断层带交汇处的余震事件,诱发了第二次Mw7.5地震事件,同时激活了整条恰尔达克-苏尔古(?ardak-Sürgü)断层带,形成了约110km的地表破裂,并在该断层带上再次诱发大量余震。

图3  A.恰尔达克-苏尔古(?ardak-Sürgü)断层带中切过山脊的同震新生断裂; 

B.死海断层纳尔勒(Narl?)段形成于盆地中央的同震新生断裂        

研究发现,本次地震事件中,地表最大位移恰好位于断层交汇的位置,破裂通过交汇处沿东安纳托利亚断层继续传播,诱发新的大规模地震活动,该研究对传统观点“断层的交汇处通常会限制破裂地传递”提出挑战。

该研究记录的地表破裂和变形准确位置显示,地震形成的新生破裂和断层不仅会激活一部分先存的薄弱面(先存断层面或岩体接触面等),同时还会直接切过盆地中央和山脊形成全新的断层(图3)。“这对古地震研究提出了新的思路,盆地和山脊也可能有地震记录,常规古地震勘察工作往往会忽略这些地方,这意味着部分古地震事件可能没有被统计。”孟建南说。

该研究及时记录了震后地表的破裂特征,清晰展示其在不同断裂系统中的传播规律,揭示多个转换型板块边界对板块运移的响应和形成灾难型地震事件的具体过程,为进一步研究地震事件对人类社会的直接影响提供了重要参考资料。

该研究在国家自然科学基金委特提斯重大研究计划、国家自然科学基金基础科学中心项目和地质过程与矿产资源国家重点实验室自主课题等项目支持下开展,共同作者还包括土耳其中东技术大学地质工程学院埃尔丁·博兹库特(Erdin Bozkurt)教授,土耳其哈卡里(Hakkari)大学工程学院穆罕默德·努里·博杜尔(Mehmet Nuri Bodur)教授和地质过程与矿产资源国家重点实验室王璐教授。(审稿 尚东光)

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