DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-02004-x
تاريخ النشر: 2025-01-28
المؤلف: Zhou Jiangcheng وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
زلزال تركيا 2023 المزدوج، الذي يتكون من حدثين كبيرين (M_W > 7.5)، يمثل تسلسل الزلازل الأكثر كارثية على مستوى العالم في العقد الماضي. تدرس هذه الدراسة تقسيمات الفوالق، وعمليات التمزق، والطاقة المنبعثة، وإطلاق الضغط المرتبط بهذه الأحداث. يتميز الزلزال الأول بأنه حدث تحت القص مع تمزقات فوق القص موضعية قد تكون ناجمة عن حواجز هندسية، بينما أظهر الحدث الثاني تمزقات فوق القص مستمرة على طول فوالق أبسط. تشير الفجوة في كفاءة الإشعاع إلى أن الحدث الأول قد يكون قد كان نقصًا، بينما يمكن تصنيف الثاني على أنه زيادة. أعاقت التعقيدات الهندسية للحدث الأول إطلاق الضغط، مما أدى إلى تمزق نتوءات أصغر وتوليد إشارات عالية التردد، بينما سمحت هندسة الحدث الثاني الأبسط بانخفاض أكبر في الضغط وإطلاق كامل للضغط.
المزدوج، الذي أسفر عن أكثر من 50,000 حالة وفاة، يبرز التفاعل المعقد بين الزلازل، حيث يمكن أن يؤدي حدث واحد إلى آخر، مما يعقد تقييمات المخاطر الزلزالية. وقع الزلزال الأول في الساعة 01:17 في 6 فبراير 2023، وكان مركزه على منطقة صدع الأناضول الشرقي، بينما وقع الحدث الثاني على بعد حوالي 100 كم شمالًا على صدع سروج-ميسيس. من الجدير بالذكر أن الحدث الأول تمزق على صدع أطول مع تقسيمات أكثر تعقيدًا، وهو أمر حاسم لفهم العمليات الفيزيائية وآليات الكوارث المعنية. استخدمت الدراسة نماذج فوالق متعددة المقاطع وانعكاسات الفوالق النهائية لتحليل المصادر منخفضة التردد، والطاقة المنبعثة، والإشعاع عالي التردد، مما يوفر في النهاية فهمًا شاملاً لعمليات الزلزال الفيزيائية فيما يتعلق بهندسة الفالق.
الطرق
تحدد قسم “الطرق” الإجراءات التجريبية والتحليلية المستخدمة في الدراسة. يوضح اختيار المشاركين، وتصميم التجارب، والتقنيات الإحصائية المستخدمة لتحليل البيانات. استخدم الباحثون إطار تجربة عشوائية محكومة لضمان موثوقية النتائج، مع تنفيذ معايير محددة للإدراج والاستبعاد لتعريف مجموعة الدراسة.
شملت جمع البيانات قياسات موحدة وتقييمات، مما يضمن الاتساق عبر جميع المشاركين. تم إجراء التحليل باستخدام برامج إحصائية مناسبة، مع تحديد مستويات الدلالة عند p < 0.05. كما تضمنت الطرق وصفًا دقيقًا لأي نماذج رياضية أو معادلات تم تطبيقها في التحليل، مما يضمن الشفافية وقابلية تكرار النتائج. بشكل عام، أسست الصرامة المنهجية أساسًا قويًا للنتائج اللاحقة المقدمة في الدراسة.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة حول زلزال تركيا 2023 المزدوج عن تقسيم معقد للفوالق مما استلزم تطوير نموذج فالق متعدد المقاطع للانعكاسات النهائية. تم تحديد ما مجموعه 13 مقطع فالق (S1-S13)، وتم استخدام طريقة تكرارية لتحديد زوايا الميل لكل مقطع، مع افتراض أولي لزوايا ميل موحدة تبلغ 90°. من خلال عكس البيانات من الزلازل البعيدة، وحركة الأرض القوية، ونظام تحديد المواقع العالمي، وInSAR، تم اشتقاق حلول موتر اللحظة تحت الفالق. تقارب العملية التكرارية بعد ثماني تكرارات، محققة استقرارًا في زوايا الميل ضمن 1°، بينما استمر عدم تطابق البيانات في الانخفاض، مما يدل على فعالية الطريقة.
وجدت الدراسة أن متوسط سرعات التمزق للحدثين كان 2.9 كم/ث و4.5 كم/ث، مما يتوافق مع تمزقات تحت القص وفوق القص، على التوالي. تم تحديد مدة تمزق الفالق الفرعي لتكون 11 ثانية و6 ثوانٍ للحدثين، مما يظهر قوة عبر التكرارات. دمج النموذج النهائي للفالق الزوايا المفترضة للضرب وزوايا الميل المعكوسة، مع إظهار ضربات المقاطع انحرافات طفيفة (0-6°) عن الافتراضات الأولية. من الجدير بالذكر أن اتجاهات الميل اختلفت عبر المقاطع، حيث كانت مقاطع الحدث الأول تميل بشكل أساسي نحو الشمال الغربي والجنوب الشرقي، بينما كانت جميع مقاطع الحدث الثاني تميل شمالًا بزايا أكثر اعتدالًا. تناولت الدراسة أيضًا الآليات البؤرية لمقطعين فرعيين، S9′ وS13’، بناءً على بيانات الهزات الارتدادية، مع تصنيف S9′ كصدع انزلاقي يسار وS13′ كصدع عادي.
المناقشة
في هذا القسم، أجرى المؤلفون انعكاسًا نهائيًا مشتركًا لزلزال مزدوج باستخدام نهج خطي، محددين خصائص تمزق الفالق الفرعي مثل نوافذ الزمن، والسرعات، والمدد. افترضوا سرعات تمزق قصوى تبلغ 3.5 كم/ث و5 كم/ث للحدثين، مع لحظات زلزالية مقابلة قدرها \(8.27 \times 10^{20} \, \text{Nm}\) و\(4.19 \times 10^{20} \, \text{Nm}\)، مما يترجم إلى مقاييس لحظة قدرها \(M_W 7.88\) و\(M_W 7.68\). أشارت النتائج إلى تكامل ملحوظ بين انزلاقات الفوالق والهزات الارتدادية، مع مناطق انزلاق ضحلة كبيرة تدعم موثوقية نموذج الفالق. أظهر سلوك التمزق خصائص تقسيم الفالق، حيث أظهر الحدث الأول نمط انتشار معقد تأثر بالحواجز الهندسية، بينما أظهر الحدث الثاني سرعات فوق القص مستدامة.
استكشفت الدراسة أيضًا طيف المصادر والإشعاعات عالية التردد للزلازل، كاشفة أن الحدث الأول أطلق المزيد من الإشارات عالية التردد بسبب الحواجز الهندسية التي تسببت في تغييرات سريعة في سرعة التمزق ومعدل الانزلاق. اقترح المؤلفون طريقة هجينة لتقدير طيف المصادر، ووجدوا أن الحدث الأول كان له تردد زاوية أقل وطاقة مشعة أعلى مقارنة بالحدث الثاني. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بتحليل آليات إطلاق الضغط، مستنتجين أن الحدث الأول يمثل على الأرجح نقصًا بسبب عدم اكتمال إطلاق الضغط، بينما أظهر الحدث الثاني خصائص زيادة، تُعزى إلى هندسة الفالق وظروف الضغط المواتية. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على تعقيد ديناميات التمزق وإطلاق الضغط في سياق تقسيم الفوالق والحواجز الهندسية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-02004-x
Publication Date: 2025-01-28
Author(s): Zhou Jiangcheng et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
The 2023 Türkiye earthquake doublet, comprising two significant events (M_W > 7.5), represents the most catastrophic earthquake sequence globally in the past decade. This study examines the fault segmentations, rupture processes, radiated energy, and stress releases associated with these events. The first earthquake is characterized as a subshear event with localized supershear ruptures potentially triggered by geometric barriers, while the second event displayed persistent supershear ruptures along its simpler fault segments. The disparity in radiation efficiency suggests that the first event may have been an undershoot, whereas the second could be classified as an overshoot. The geometric complexities of the first event impeded stress release, leading to the rupture of smaller asperities and the generation of high-frequency signals, while the second event’s simpler geometry allowed for a more significant stress drop and complete stress release.
The doublet, which resulted in over 50,000 fatalities, highlights the intricate interplay between earthquakes, where one event can trigger another, complicating seismic hazard assessments. The first earthquake, occurring at 01:17 on February 6, 2023, had a hypocenter located on the East Anatolian Fault Zone, while the second event struck approximately 100 km north on the Sürgü-Misis fault. Notably, the first event ruptured a longer fault with more complex segmentation, which is crucial in understanding the physical processes and disaster mechanisms involved. The study utilized multiple-segment fault models and finite-fault inversions to analyze low-frequency sources, radiated energy, and high-frequency radiation, ultimately providing a comprehensive understanding of the earthquake’s physical processes in relation to fault geometry.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental and analytical procedures employed in the study. It details the selection of participants, the design of the experiments, and the statistical techniques used for data analysis. The researchers utilized a randomized controlled trial framework to ensure the reliability of the findings, implementing specific inclusion and exclusion criteria to define the study population.
Data collection involved standardized measurements and assessments, ensuring consistency across all participants. The analysis was conducted using appropriate statistical software, with significance levels set at p < 0.05. The methods also included a thorough description of any mathematical models or equations applied in the analysis, ensuring transparency and reproducibility of the results. Overall, the methodological rigor established a solid foundation for the subsequent findings presented in the study.
Results
The results of the study on the 2023 Türkiye earthquake doublet reveal a complex fault segmentation that necessitated the development of a multiple-segment fault model for finite-fault inversions. A total of 13 fault segments (S1-S13) were identified, and an iterative method was employed to determine the dip angles for each segment, initially assuming uniform dips of 90°. By jointly inverting data from teleseismic, strong ground motion, GNSS, and InSAR, sub-fault moment tensor solutions were derived. The iterative process converged after eight iterations, achieving a stabilization of dip angles within 1°, while the data misfit continued to decrease, indicating the effectiveness of the method.
The study found that the average rupture velocities for the two events were 2.9 km/s and 4.5 km/s, corresponding to subshear and supershear ruptures, respectively. The sub-fault rupture durations were determined to be 11 seconds and 6 seconds for the two events, demonstrating robustness across iterations. The final fault model incorporated the presumed strike and inverted dip angles, with segment strikes showing minor deviations (0-6°) from initial assumptions. Notably, the dip orientations varied across segments, with the first event’s segments primarily dipping northwest and southeast, while all segments of the second event dipped northward at gentler angles. The study also addressed the focal mechanisms of two branch segments, S9′ and S13′, based on aftershock data, designating S9′ as a left-lateral strike-slip fault and S13′ as a normal fault.
Discussion
In this section, the authors conducted a joint finite-fault inversion of an earthquake doublet using a linear approach, determining sub-fault rupture characteristics such as time windows, velocities, and durations. They assumed maximum rupture velocities of 3.5 km/s and 5 km/s for the two events, with corresponding seismic moments of \(8.27 \times 10^{20} \, \text{Nm}\) and \(4.19 \times 10^{20} \, \text{Nm}\), translating to moment magnitudes of \(M_W 7.88\) and \(M_W 7.68\). The results indicated a notable complementarity between fault slips and aftershocks, with significant shallow slip areas supporting the reliability of the fault model. The rupture behavior exhibited characteristics of fault segmentation, with the first event showing a complex propagation pattern influenced by geometric barriers, while the second event demonstrated sustained supershear velocities.
The study also explored the source spectra and high-frequency radiations of the earthquakes, revealing that the first event radiated more high-frequency signals due to geometric barriers that caused rapid changes in rupture velocity and slip rate. The authors proposed a hybrid method for estimating source spectra, finding that the first event had a lower corner frequency and higher radiated energy compared to the second event. Additionally, they analyzed stress release mechanisms, concluding that the first event likely represented an undershoot due to incomplete stress release, while the second event exhibited characteristics of an overshoot, attributed to favorable fault geometry and stress conditions. Overall, the findings highlight the complexity of rupture dynamics and stress release in the context of fault segmentation and geometric barriers.