近日，精密測量院孫和平院士團隊與中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）以及土耳其伊斯坦布爾工業(yè)大學(xué)合作，采用有限斷層反演方法和區域性慢度校正反投影方法，綜合利用大地測量和地震數據，揭示了2023年土耳其雙震發(fā)震斷層系統的幾何特性對斷層運動(dòng)學(xué)的控制作用，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然 地球科學(xué)》（Nature Geoscience）上。

　　斷層幾何如何控制地震的破裂行為是地震學(xué)的國際前沿熱點(diǎn)問(wèn)題。巖石物理學(xué)實(shí)驗、破裂動(dòng)力學(xué)數值模擬與理論研究表明斷層性質(zhì)控制著(zhù)地震破裂的起始、傳播和停止，而斷層的幾何形態(tài)是斷層性質(zhì)最直觀(guān)的表征。因此，聯(lián)合大地測量與地震觀(guān)測認識斷層幾何復雜性和破裂運動(dòng)學(xué)的相互作用，對于理解地震破裂模式和評估地震災害潛在風(fēng)險具有重要的科學(xué)與現實(shí)意義。

　　2023年2月6日，在土耳其中南部卡赫拉曼馬拉什省發(fā)生兩次強震，首先，一個(gè)Mw 7.8地震破裂了東安納托利亞走滑斷裂系統南部；9個(gè)多小時(shí)后，距其東北方向約97公里處，一個(gè)Mw 7.6地震事件發(fā)生在東安納托利亞走滑斷裂北段分支上。這兩次地震被稱(chēng)為“卡赫拉曼馬拉什雙震”，共造成了5.9萬(wàn)余人死亡，11萬(wàn)余人受傷。斷層幾何在地震不規則多尺度破裂行為中的作用是強震研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

　　研究團隊發(fā)現斷層幾何復雜性是影響同震滑移分布、激發(fā)高頻輻射以及促進(jìn)超剪切破裂的關(guān)鍵因素，具體體現在兩個(gè)方面：

　　第一，發(fā)現了斷層彎曲和分支交界處對同震滑移分布以及高頻能量輻射的影響。土耳其雙震的主要滑移凹凸體被斷層彎曲分開(kāi)，而強烈的高頻（~1 Hz）地震波輻射發(fā)生在斷層分支交界處附近（圖1）。這表明，斷層彎曲可能作為幾何障礙體減慢破裂的傳播，從而將高滑移區分開(kāi)；而斷層分支交界處則容易激發(fā)強烈的高頻（~1 Hz）輻射，可能是因為交界處破裂波長(cháng)的異質(zhì)性相對較短。

　　第二，發(fā)現了超剪切破裂現象并討論了其潛在機制。地震的破裂傳播速度是一個(gè)關(guān)鍵的運動(dòng)學(xué)參數，對于理解震源物理和地震災害具有重要意義，特別是當破裂速度超過(guò)了剪切波波速（Vs）時(shí)，為超剪切破裂。超剪切破裂較為稀少但通常會(huì )導致更大的破壞，因此研究地震破裂速度對于地震災害評估至關(guān)重要。我們的研究發(fā)現在Mw 7.8地震的西南段斷層和Mw 7.6地震的西部斷層上存在超剪切破裂行為（圖1的藍色虛線(xiàn)橢圓），這些斷層段平直、光滑且余震相對較少，說(shuō)明幾何結構簡(jiǎn)單的斷層段有利于超剪切破裂的傳播。此外，由于斷層兩側材料的差異，超剪切破裂更傾向于向P波速度較高材料的運動(dòng)方向傳播。

　　斷層幾何特征與地震破裂運動(dòng)學(xué)之間的空間關(guān)系

　　相關(guān)研究結果以“Geometric controls on cascading rupture of the 2023 Kahramanmara earthquake doublet”為標題于2023年10月12日在《Nature》子刊《Nature Geoscience》發(fā)表。精密測量院為該項研究的第一單位；通訊作者為精密測量院副研究員郭汝夢(mèng)；精密測量院博士后張一君、博士研究生湯雄偉和中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）博士研究生劉德川為共同第一作者；共同作者包括精密測量院孫和平院士和博士研究生王靖淇，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）鄭勇教授以及土耳其伊斯坦布爾工業(yè)大學(xué)Tuncay Taymaz教授和Tuna Eken教授。

　　該工作得到了中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項、國家自然科學(xué)基金委面上項目、大地測量學(xué)與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室和武漢引力與固體地球潮汐國家觀(guān)測研究站開(kāi)放基金的聯(lián)合資助。

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41561-023-01283-3