[논문 리뷰] Dynamics of episodic supershear in the 2023 M7.8 Kahramanmaraş/Pazarcik earthquake, revealed by near-field records and computational modeling

Mohamed Abdelmeguid, Chunhui Zhao외 4명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 02.

Earthquake Detection and Analysis참고 문헌 57인용 수 8

한 줄 요약

논문은 near-field 기록과 물리 기반 동적 파열 모델을 결합하여 Narli splay fault 및 East Anatolian Fault에서 공간적으로 비균일한 파열 속도와 Narli splay fault와 East Anatolian Fault를 따라 나타나는 episodic supershear 전파를 포함하고 기하학적 복잡성과 마찰이 이러한 역학을 구동하는 방식을 설명한다.

ABSTRACT

The 2023 M7.8 Kahramanmaraş/Pazarcik earthquake was larger and more destructive than what had been expected. Here we analyzed near-field seismic records and developed a dynamic rupture model that reconciles different currently conflicting inversion results and reveals spatially non-uniform propagation speeds in this earthquake, with predominantly supershear speeds observed along the Narli fault and at the southwest (SW) end of the East Anatolian Fault (EAF). The model highlights the critical role of geometric complexity and heterogeneous frictional conditions in facilitating continued propagation and influencing rupture speed. We also constrained the conditions that allowed for the rupture to jump from the Narli fault to EAF and to generate the delayed backpropagating rupture towards the SW. Our findings have important implications for understanding earthquake hazard and guiding future response efforts and demonstrates the value of physics-based dynamic modeling fused with near-field data in enhancing our understanding of earthquake mechanisms and improving risk assessment.

연구 동기 및 목표

• 2023 Mw7.8 Kahramanmaraş/Pazarcik 지진에 대한 해석을 운동학적 역추정 너머로 이해하도록 동기 부여한다.
• 근접 현장 기록과 기계적 모델링을 이용하여 파열 속도 이력과 마찰 특성을 제약한다.
• 기하학적 복잡성 및 단층 교차점이 파열 전파와 위험 시사점에 미치는 영향을 설명한다.

제안 방법

• Mach Cone 서명을 통해 supershear 전파의 근방 현장 지진 기록을 분석한다.
• 관측소 데이터와 USGS 단층 기하학에 의해 제약된 비평면 분지 분기 단층 네트워크의 2D 동적 파열 모델을 개발한다.
• Narli splay 및 East Anatolian Fault 구간에서 파열을 시뮬레이션하기 위해 μs, μd, Dc를 지정한 선형 슬립-약화 마찰 법칙을 구현한다.
• 차단-단계 매개변수 연구를 통해 eG = Bc/Ac의 무차원 값을 사용하여 단층 교차에서의 전파 가능성을 평가한다.
• 관측된 양방향 전파와 속도 전이를 재현하기 위해 모델 매개변수(S, eG, Dc, μs, μd)를 보정한다.
• 근지장 기록과의 합성 도착 시간 및 속도 점프를 비교하여 모델을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Narli-로 EAF 전이 및 그 이후의 양방향 파열 전파를 가능하게 하는 마찰적/기하학적 조건은 무엇인가?
• RQ2 다양한 마찰 강도, 파쇄 에너지, 응력 상태의 변화가 다중 단층 구간에서의 부분-Rayleigh 및 supershear 속도 전이를 어떻게 제어하는가?
• RQ3 물리 기반 동적 파열 모델이 사건 중 EAF의 파열 속도에 대한 상충되는 운동학적 역추정을 조화시킬 수 있는가?
• RQ4 단층 교차로의 기하학이 지연된 역전파 및 분지 파열 거동에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 근지장 기록은 Narli fault와 East Anatolian Fault의 남서쪽 끝에서 supershear 파열 서명을 보이는 영역을 나타낸다.
• 2D 동적 파열 모델은 Narli fault에서의 핵생, 약 19.5 km에서의 supershear 전환, 그리고 혼합 속도로의 양방향 EAF 전파를 재현한다.
• Narli–EAF 교차에서의 전파 억제 또는 증강은 강도 매개변수 S와 에너지 비율 eG에 의존하며, 지속적인 supershear를 위해서는 특정 매개변수 영역이 필요하다.
• Hatay 근처의 단서와 일치하는 남서쪽으로의 지연된 역전파와 분지별로 나타나는 supershear의 복잡한 폭발이 관측소 데이터와 일치한다.
• Supershear 전파는 강한 근접 현장 지면 진동 및 검출기가 포착한 비정상적인 파장장을 제공한다.
• 결과는 파열 속도, 분지, 위험에 영향을 주는 기하학적 복잡성과 이질적 마찰의 역할을 강조한다.