新聞動(dòng)態(tài)鄧陽凡等-EPSL：地震與大地電磁聯(lián)合成像揭示2023年土耳其雙震區(qū)深部發(fā)震構(gòu)造的顯著差異
?大地震往往發(fā)生在板塊或塊體邊界的斷裂帶上，但究竟是什么因素決定了地震在哪里成核、如何破裂，甚至形成罕見的“雙震”序列？長期以來，科學(xué)家主要關(guān)注淺層斷層的幾何形態(tài)與力學(xué)性質(zhì)。然而，越來越多的證據(jù)表明，深至中下地殼和巖石圈地幔的非均質(zhì)性，包括地殼厚度、流變強(qiáng)度及流體分布差異，也可能對地震的孕育、成核與破裂過程產(chǎn)生重要影響。
?2023年2月6日，土耳其東安納托利亞斷裂帶接連發(fā)生7.8級和7.7級兩次強(qiáng)震（圖1），成為該地區(qū)現(xiàn)代史上破壞最嚴(yán)重的地震事件。震后大量研究揭示了這兩次地震復(fù)雜的破裂成核、傳播與分段過程的差異性。然而，這些研究大多基于震源觀測和地表斷層填圖，對于深部巖石圈結(jié)構(gòu)如何影響雙震的成核、級聯(lián)觸發(fā)與破裂傳播過程，認(rèn)識(shí)仍然有限。
?地震成像主要揭示地球內(nèi)部力學(xué)分層和溫度特征，而大地電磁測深對流體、部分熔融尤為敏感。聯(lián)合兩類地球物理數(shù)據(jù)，可為連接巖石圈結(jié)構(gòu)與地震力學(xué)機(jī)制提供有力手段。然而，針對大地震發(fā)震區(qū)開展的此類綜合研究至今仍非常稀缺。
?在本研究中，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所鄧陽凡研究員課題組聯(lián)合土耳其、美國等國際團(tuán)隊(duì)，在國際合作項(xiàng)目支持下，針對2023土耳其雙震區(qū)開展了大地電磁以及密集地震觀測。利用震前和震后的固定臺(tái)站地震波形數(shù)據(jù)，以及新布設(shè)的密集地震節(jié)點(diǎn)和大地電磁數(shù)據(jù)，通過自主開發(fā)的接收函數(shù)分析和大地電磁三維反演方法，對雙震區(qū)下方的莫霍面、巖石圈界面和電導(dǎo)率進(jìn)行了高分辨率成像。
?成像結(jié)果顯示，兩次主震下方呈現(xiàn)出截然不同的深部結(jié)構(gòu)（圖2，圖3）：第一次地震位于高電阻率區(qū)，莫霍面較尖銳且埋深較淺，并對應(yīng)較薄的巖石圈；而第二次地震則位于電阻率邊界附近，莫霍面更寬、更深，顯示出更厚的巖石圈，并伴有貫穿下地殼至上地幔的導(dǎo)電異常，可能與流體運(yùn)移有關(guān)。
?研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，第一次7.8級地震成核于阿拉伯板塊一側(cè)的高強(qiáng)度巖石圈域。該區(qū)域地殼和巖石圈地幔表現(xiàn)出高電阻率、高地震波速和低衰減特征，代表一個(gè)冷、堅(jiān)硬且能夠長期積累應(yīng)力的凹凸體（asperity）。當(dāng)應(yīng)力積累超過其強(qiáng)度極限時(shí)，該區(qū)域發(fā)生失穩(wěn)破裂，從而引發(fā)第一次7.8強(qiáng)震。而第二次7.7級地震則發(fā)生在安納托利亞地塊一側(cè)的流體邊界帶，第一次地震產(chǎn)生的應(yīng)力擾動(dòng)，可能促進(jìn)了先存流體富集軟弱帶的失穩(wěn)與破裂，并最終誘發(fā)第二次強(qiáng)震（圖4）。
?對比全球其他已開展巖石圈結(jié)構(gòu)研究的雙震區(qū)，本研究揭示的強(qiáng)弱相間巖石圈結(jié)構(gòu)與既有觀測具有相似特征。除了前人揭示的斷裂帶幾何形態(tài)和性質(zhì)，巖石圈尺度的非均質(zhì)性可能也是控制應(yīng)力積累、破裂傳播及級聯(lián)地震發(fā)生過程中的重要因素。
?該研究首次利用地震學(xué)與大地電磁學(xué)聯(lián)合成像，揭示了2023年土耳其雙震下方截然不同的巖石圈結(jié)構(gòu)特征。研究表明，巖石圈尺度的強(qiáng)弱分區(qū)及其伴生的流體富集現(xiàn)象可能在應(yīng)力積累、地震孕育、級聯(lián)觸發(fā)與破裂傳播過程中發(fā)揮重要作用。該成果不僅為理解土耳其雙震的深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供了新的地球物理證據(jù)，也進(jìn)一步凸顯了深部巖石圈結(jié)構(gòu)在控制大陸強(qiáng)震孕育與演化過程中的關(guān)鍵作用，為未來活動(dòng)斷裂帶地震危險(xiǎn)性評估提供了新的研究視角。
?相關(guān)成果發(fā)表于國際知名地學(xué)期刊?Earth and Planetary Science Letters?，研究受國家自然科學(xué)基金（42322401）和中國科學(xué)院國際合作項(xiàng)目（164GJHZ2023006MI）等聯(lián)合資助。
論文信息
Deng, Y.*(鄧陽凡), ?zy?ld?r?m, ?., Li, X.(李鑫), Zhang, Z.(張周), Yildiz, A., Av?ar, ü., Ba?ci, M., Karcio?lu, G., Varilsüha, D., Peng, Z.(彭志剛), Sandvol, E. (2026). Contrasting lithospheric structure beneath the 2023 earthquake doublet in southeastern Türkiye.?Earth and Planetary Science Letters, 690, 120181, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120181.
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X26003626
圖1. (a) 安納托利亞塊體的構(gòu)造背景與地形；(b) 研究所使用的地震和大地電磁臺(tái)站（紅色為新布設(shè)的大地電磁臺(tái)站，綠色為新布設(shè)的地震臺(tái)站）；(c) 余震與兩次主震造成的滑移分布；(d) 震源機(jī)制與應(yīng)力場分布。
圖2. (a-c) 不同深度的水平電導(dǎo)率分布；(d-e) 沿著兩條剖面的垂直電導(dǎo)率分布。
圖3. (a,c) P波接收函數(shù)；(b,d) S波接收函數(shù)。綠色線標(biāo)出莫霍面，青色線標(biāo)出地殼以下可能的界面。
圖4. 2023年土耳其雙震區(qū)的巖石圈結(jié)構(gòu)與可能的發(fā)震機(jī)制示意圖。安納托利亞地塊顯示出比鄰近阿拉伯板塊更寬、更深的莫霍面以及更厚的巖石圈。紫色箭頭表示可能的深部流體運(yùn)移通道。第一次地震（E1）成核于高強(qiáng)度巖石圈中的凹凸體（asperity），長期積累的應(yīng)力最終導(dǎo)致其失穩(wěn)破裂；第二次地震（E2）則發(fā)生于流體富集通道附近，可能受到第一次地震的應(yīng)力擾動(dòng)而觸發(fā)。
