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

Mohamed Abdelmeguid, Chunhui Zhao+4 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2023

Earthquake Detection and Analysis参考文献 57被引用 8

一句话总结

该论文将近场地震记录与基于物理的动态破裂模型相结合，显示空间非均匀的破裂速度，包括沿 Narli 分支断层和东安纳托利亚断层的阶段性超冲击传播，并解释几何复杂性与摩擦如何驱动这些动力学。

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.

研究动机与目标

• 理解 2023 年 Mw7.8 Kahramanmaraş/Pazarcik 地震超越运动学反演的原因与机理。
• 利用近场记录与力学建模约束破裂速度历史与摩擦特性。
• 解释几何复杂性与断层连接点如何影响破裂传播及危害意义。

提出的方法

• 分析近场地震动记录以识别超冲击传播的 Mach 圈征兆。
• 建立一个受站数据和 USGS 断层几何约束的非平面分叉断层网络的二维动态破裂模型。
• 对 Narli 分支与东安纳托利亚断层段实施线性滑移-弱化摩擦律，指定 μs、μd 与 Dc 以模拟破裂。
• 使用无量纲 eG = Bc/Ac 在断层连接处进行连接阶段的参数化研究，以评估传播可能性。
• 通过拟合模型参数（S、eG、Dc、μs、μd）再现观测到的双向传播与速度跃迁。
• 通过将合成到达时间和速度跃迁与近场记录进行对比来验证模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些摩擦与几何条件促成 Narli 至 EAF 的转变以及随后的双向破裂传播？
• RQ2 摩擦强度、断裂能与应力状态的变化如何控制沿多条断层段的从亚震源速到超震源速的跃迁？
• RQ3 一个基于物理的动态破裂模型是否能调和事件期间对 EAF 断层速度的相互矛盾的运动学反演？
• RQ4 断层连接几何如何影响延迟反向传播与分支破裂的行为？

主要发现

• 近场记录在 Narli 断层和东安纳托利亚断层 SW 端地区显示出超冲击破裂征兆区域。
• 一个二维动态破裂模型再现 Narli 断层的成核、在约 19.5 公里处的超冲击转变，以及带有混合速度的 EAF 双向传播。
• Narli–EAF 连接处的传播抑制或增强取决于强度参数 S 与能量比 eG，持续超冲击需要特定参数区间。
• 模型预测向西南方向的延迟反向传播以及支线上的复杂超冲击爆发，与 Hatay 附近的台站数据一致。
• 超冲击传播为强近场地动和探测器捕捉到的异常波场模式提供了机制。
• 结果强调几何复杂性和异质摩擦在决定破裂速度、分支和危害方面的作用。