近日，国际著名地学刊物《JGR-Solid Earth》发表了海洋地质国家重点实验室博士生陈建全的学术论文《Decoding stress patterns of the 2023 Türkiye-Syria earthquake doublet》，揭示了2023年土耳其Mw7.8和Mw7.6级双地震的应力变化，并评估了东安纳托利亚断裂带及死海断裂带地震空区的地震危险性。
位于土耳其东南部和叙利亚北部的东安纳托利亚断裂带，是全球知名的大震频发地带(图1)。2023年2月6在该断裂带的中南段突发Mw 7.8和Mw 7.6级双震。前人研究发现该双震的破裂过程十分复杂，分别包含发育于两条断裂带上的各3个破裂子事件(S1-S6)，以及这6个子事件之间的级联破裂过程（图1）。
图1：地中海东部地区的地质构造背景及公元32年至2023年间历史地震（M ≥ 5.0）的时空分布
为探讨东安纳托利亚断裂带的地震活动性，理解该双震的发生机理，评估东安纳托利亚断裂带和死海断裂带的地震空区在2023年土耳其双震后的地震危险性，该研究计算了发震断层周边过去两百年以来21次历史强震(包括2023年双震)引起的东安纳托利亚断裂带的应力变化，具体包括：2023年前的历史地震应力扰动——即在一个地震周期内，历史地震对东安纳托利亚断裂带(破裂前)绝对应力的定量贡献，其中还特别分析了岩石圈粘性层的震后粘性松弛效应对目标断层的应力加载作用，以及2023年土耳其双震破裂过程中发震断层面上的同震应力扰动。
基于应力结果，该研究分析了不同时间尺度内(秒-小时-年)的断层相互作用效应，及其在2023年双震破裂起始、传播、终止过程中的作用，具体包括：历史强震对2023年土耳其双震破裂起始的影响，2023年双震6个子事件中先前破裂子事件对后续子事件的影响，历史地震对2023年双震中Mw7.8级地震北东向破裂传播终止的控制作用，东安纳托利亚断裂带东北部Elazig-Bingol地震空区(Palu与Ilica市之间)和死海断裂带北部地震空区的地震危险性。
基于这些细致分析，该研究对深入理解2023年双震的发生过程机制取得关键推进(图2)：
(1) 2023年Mw 7.8地震的延迟：历史地震在Narli断层上(第一个破裂子事件S1)形成的应力影，在一定程度上延迟了2023年Mw 7.8地震的发生；
(2) 2023年Mw 7.8地震的终止：历史地震增加了东安纳托利亚断裂带Pazarcik分段的应力，2023年双震的第一个破裂子事件S1的发生又进一步增强了该段断层的应力，最终触发第二个子事件破裂(S2)的起始，并沿断层面向北东方向传播，该北东向破裂传播被2020年Mw 6.7级 Elazig地震的应力影所终止；
(3) 2023年Mw 7.6地震的加速与触发：历史地震增加了2023年Mw7.6级地震Cardak分段(第四个子事件S4)的应力，2023年Mw 7.8地震(前三个子事件S1-3的完成)又进一步增加了该段断层上的应力，最终触发了2023年Mw 7.6级地震在 S4上的起始。
图2：1822年至2023年东安纳托利亚断裂带区域地震应力变化分布及历史地震破裂的示意图。(a) 2023年双震六个破裂子事件(S1-S6)在各自破裂之前，其断层面上的应力变化。(b) 1822年至2023年东安纳托利亚断裂带的13次强震破裂
该研究以2023年土耳其双震为例，揭示了地震在分-秒尺度内的破裂过程中，先前破裂子事件同震应力变化(达到正、负数百至数千kPa)在很大程度上促进或阻碍了后续子事件的传播发展，为研究全球复杂断层系统中的地震孕育、破裂起始、传播、迁移和终止过程提供了新的见解。进一步，该研究提出东安纳托利亚断裂带东北部Elazig-Bingol地震空区和死海断裂带北部地震空区的地震危险性在2023年双震后有所增加，在今后的防震工作中应特别关注，对土耳其东南部、叙利亚北部和黎巴嫩人口密集地区的防灾救灾策略具有理论指导意义。
本文第一作者为我室博士生陈建全，通讯作者为柳畅副教授，合作者包括土耳其伊斯坦布尔理工大学的Oğuz H. Göğüş教授，中国科学院计算地球动力学重点实验室石耀霖院士等人。该研究得到国家自然科学基金委等项目的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1029/2024JB029213