近日，国重室孙和平院士团队与中国地质大学（武汉）以及土耳其伊斯坦布尔工业大学合作，采用有限断层反演方法和区域性慢度校正反投影方法，综合利用大地测量和地震数据，揭示了2023年土耳其双震发震断层系统的几何特性对断层运动学的控制作用，相关研究成果发表在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）上。

　　断层几何如何控制地震的破裂行为是地震学的国际前沿热点问题。岩石物理学实验、破裂动力学数值模拟与理论研究表明断层性质控制着地震破裂的起始、传播和停止，而断层的几何形态是断层性质最直观的表征。因此，联合大地测量与地震观测认识断层几何复杂性和破裂运动学的相互作用，对于理解地震破裂模式和评估地震灾害潜在风险具有重要的科学与现实意义。

　　2023年2月6日，在土耳其中南部卡赫拉曼马拉什省发生两次强震，首先，一个Mw 7.8地震破裂了东安纳托利亚走滑断裂系统南部；9个多小时后，距其东北方向约97公里处，一个Mw 7.6地震事件发生在东安纳托利亚走滑断裂北段分支上。这两次地震被称为“卡赫拉曼马拉什双震”，共造成了5.9万余人死亡，11万余人受伤。断层几何在地震不规则多尺度破裂行为中的作用是强震研究的关键问题之一。

　　研究团队发现断层几何复杂性是影响同震滑移分布、激发高频辐射以及促进超剪切破裂的关键因素，具体体现在两个方面：

　　第一，发现了断层弯曲和分支交界处对同震滑移分布以及高频能量辐射的影响。土耳其双震的主要滑移凹凸体被断层弯曲分开，而强烈的高频（~1 Hz）地震波辐射发生在断层分支交界处附近（图1）。这表明，断层弯曲可能作为几何障碍体减慢破裂的传播，从而将高滑移区分开；而断层分支交界处则容易激发强烈的高频（~1 Hz）辐射，可能是因为交界处破裂波长的异质性相对较短。

　　第二，发现了超剪切破裂现象并讨论了其潜在机制。地震的破裂传播速度是一个关键的运动学参数，对于理解震源物理和地震灾害具有重要意义，特别是当破裂速度超过了剪切波波速（Vs）时，为超剪切破裂。超剪切破裂较为稀少但通常会导致更大的破坏，因此研究地震破裂速度对于地震灾害评估至关重要。我们的研究发现在Mw 7.8地震的西南段断层和Mw 7.6地震的西部断层上存在超剪切破裂行为（图1的蓝色虚线椭圆），这些断层段平直、光滑且余震相对较少，说明几何结构简单的断层段有利于超剪切破裂的传播。此外，由于断层两侧材料的差异，超剪切破裂更倾向于向P波速度较高材料的运动方向传播。

　　

　　断层几何特征与地震破裂运动学之间的空间关系

　　相关研究结果以“Geometric controls on cascading rupture of the 2023 Kahramanmara earthquake doublet”为标题于2023年10月12日在《Nature》子刊《Nature Geoscience》发表。精密测量院为该项研究的第一单位；通讯作者为精密测量院副研究员郭汝梦；精密测量院博士后张一君、博士研究生汤雄伟和中国地质大学（武汉）博士研究生刘德川为共同第一作者；共同作者包括精密测量院孙和平院士和博士研究生王靖淇，中国地质大学（武汉）郑勇教授以及土耳其伊斯坦布尔工业大学Tuncay Taymaz教授和Tuna Eken教授。

　　该工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委面上项目、大地测量学与地球动力学国家重点实验室和武汉引力与固体地球潮汐国家观测研究站开放基金的联合资助。

　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-023-01283-3