板块的致命之舞：阿拉伯板块北进与安纳托利亚板块西行

孟建南，王璐，蒂姆·科斯基

中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室和全球大地构造中心

中国地质大学（武汉）湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站

2023年2月9日

北京时间2023年2月6日9时17分（当地时间2月6日4时17分）在土耳其发生7.8级地震，震源深度17.5千米，震中300公里范围内有涉及土耳其和叙利亚的33座大中城市，其中许多城市陷入瘫痪。地震发生在一个复杂的构造区域（图1，2），是三个板块（分别为安纳托利亚、非洲和阿拉伯板块）连接的地方，称之为构造三联点。地壳浅层发生破裂，长度约190km，垂直方向破裂约25km。主震发生11分钟后发生了6.7级余震，9个小时之后，2月6日18时24分在土耳其东南部（北纬38.00度，东经37.15度）再次发生7.5级地震（图2），震源深度10千米（美国地质调查局，中国地震台网）。这次余震使一段长约120公里、垂直长度为18公里的地壳发生破裂。两次大地震都发生在地壳浅部，与安纳托利亚左行走滑断层和相关断层之间的复杂作用有关，这些断层也是构成阿拉伯板块和安纳托利亚板块之间的板块构造边界。靠近震中区的构造环境更加复杂，阿拉伯板块沿着死海转换断层系统与非洲板块的板块边界向北滑动，非洲板块在塞浦路斯海沟中向安纳托利亚板块下方俯冲（图1和2）。第一个7.8级事件发生在死海转换断层带的Oli Deniz部分，距离东安纳托利亚断层相交的地方只有几十公里，使该次地震成为一个构造三联点事件。

本次地震释放的能量相当于130颗原子弹，造成了大量的人员和财产的损失，截至发稿前，土耳其以及叙利亚死亡人数已达16000人，受伤人数达到3.7万人，受影响的人达到百万人，并且这一数字还在不断地上升（中国新闻网）。

图1. 土耳其安纳托利亚板块7级以上地震分布（数据来源于美国地质调查局）图。2023年2月在土耳其东部发生的大地震发生在走滑断层系统的挤压过程中，并沿着阿拉伯板块和安纳托利亚板块之间的构造边界界定了一系列复杂的构造。而此前2020年发生在土耳其西部的7级地震沿安纳托利亚板块内的伸展型正断层发生，这表明安纳托利亚东西部的构造变形机制完全不同（Meng et al., 2021）。

图2. 土耳其大地构造纲要图。NAFZ:北安纳托利亚断层带；EAFZ:东安纳托利亚断层带；NEAF：东北安纳托利亚断层带; DSFZ：死海断层带；BZCZ:比特里斯-札格罗斯碰撞带；K：Karliova构造三联点（改自Meng et al., 2021）。东安纳托利亚和北安纳托利亚断层在Karliova (K)附近三个板块交汇的位置收敛，称为Karliova三联点。东安纳托利亚断层、死海断层和塞浦路斯海沟则在本次地震群附近另一个不明位置的三联点相遇。

土耳其所在的安纳托利亚板块大地构造背景十分特殊，新构造运动非常活跃，历史上多次有大量灾难级别的地震发生。图1展示了该板块所在的大地构造位置，阿拉伯板块沿着死海断层带（转换型板块边界，分隔阿拉伯板块和非洲板块）向北与欧亚板块碰撞，形成比特里斯-札格罗斯碰撞带。

土耳其东部受到阿拉伯板块与欧亚板块的碰撞挤压作用，板块向西沿北、东安纳托利亚两条大型走滑断层侧向移动，向远离碰撞带的方向逃逸并释放应力。本次的群发地震主要集中在东安纳托利亚断层带及其相关的断层系统，包括死海断层。最南部余震长驱直入抵达以色列境内，位于塞浦路斯海沟附近（非洲板块北向俯冲的汇聚板块边界）。地震发生的位置正是这些板块边界的交汇区，是世界上最复杂的板块交汇位置之一。这些地震一定程度上指示着这些板块相互作用的方式和状态。图3（Sengor et al., 2020）显示了该系统的一部分运作机理，其中B板块（黄色）是阿拉伯板块，与A板块（粉红色）碰撞，形成了一个中间有许多断层的变形区域。安纳托利亚板块（板块C，蓝色）脱离该区域并沿着北安纳托利亚断层和东安纳托利亚断层向西逃逸，在期间打开的盆地（白色区域）迅速充满湖泊沉积物。但是在这个复杂的系统中，由于断层破裂相对于板块运动方向的不同，其中的断层既有可能是走滑型，也有可能是伸展性和逆冲型，甚至有可能是混合型。此外，由于该模型为简化模型，非洲板块和死海断层带并未考虑在内。

图3. Karliova (土耳其)型三联点模型（Şengör, AM et al., 2020，大陆转换断层章节，大地构造和构造地质学卷，地质学百科全书，Elsevier出版）。

上图清晰地解释了为什么我们在安纳托利亚板块的北部和东南部会存在大型走滑断层，但是与此同时，板块的西部也位于正在俯冲的非洲板块之上。当板块俯冲到地幔深度，由于重力作用，板块也在向后和向下沉，上部的板块因此在这种回撤作用下被拖曳形成区域性的拉伸背景。因此，在安纳托利亚板块的西部，经历了像2020年M7（图1）这样的伸展型大地震（Meng et al., 2021）。板块北部的构造体制则受到大型走滑断层北安纳托利亚断层的控制，中部属于构造体制过渡带，相对比较稳定（图2）。挤压、走滑和伸展三种构造体制在同一时间作用于安纳托利亚板块的不同位置，导致该国家常年饱受不同类型的地震、滑坡等各类地质灾害的影响。

本次地震的成因没有太大争议，是东部挤压作用相关大型浅层走滑断层的破裂引起的。阿拉伯板块向欧亚板块碰撞过程中，由于隆升需要的重力势能远大于侧向逃逸需要的能量，土耳其安纳托利亚板块沿着两条大型走滑断层被向西挤出，本次地震发生的位置的，就在东安纳托利亚断层带上，并且十分接近东安纳托利亚断层、死海断层带以及爱琴海海沟形成的构造三联点（图1，2）。主震发生后，由于地震期间释放的应力沿着断层传播（与汶川地震类似，kusky et al., 2010）整个区域都“活跃”了起来。更重要的是，在主震发生滑动的区域边缘，应力增加，滑动的区域会沿着断层逐渐扩大，这种断层滑动向外的扩散会导致应力在断层终止的地方持续积累，直到遇到另外一个断层，尤其在构造三联点的位置断层必须向不同的方向运动以适应这种应力的聚集，进而导致十分复杂的构造模式。早期地震波是沿死海转换断层北北东方向的那段传播（震中位于该断层控制的山谷，与东安纳托利亚断层平行，并与之相距20公里），随后的7.5级地震及其余震激活了东安纳托利亚断层的Cardak左行分支断层，解释了整个地震群的“7”字型地表分布特征。主震之后余震的分布情况，基本勾勒出了东安纳托利亚断层带和死海断层带以及相关逆冲断层和正断层系统的几何学形迹（图4）。

中国地质大学（武汉）全球大地构造中心Timothy Kusky和王璐教授率领的科研团队，于2019年曾在国家自然科学基金委特提斯地球动力系统重大研究计划重点项目“大陆碰撞侧向逃逸和初始板块边界的形成“的资助下，前往该断层进行地质考察（图5,6,7）。该地区植被覆盖度高，断层面几乎没有出露，主要以构造地貌表现为主，例如在沿断层系统走向延伸的区域中，与走滑断层中局部伸展作用相关的拉分盆地和局部挤压作用相关的压力脊。值得一提的是，”拉分盆地“这一概念，最早就是以东安纳托利亚断裂带的Hazar湖命名的(Mann et al., 1983)（图1，5，6，7）。

图4. (a)土耳其活动断层图，图上标注了2023年2月7.8级和7.5级地震的分布（活动断层数据来自土耳其安卡拉矿产研究和勘探总局）(b) 4.5级以上余震的分布（美国地质调查局数据）。

北安纳托利亚断层带和地震带，构成了安纳托利亚板块构造逃逸的北部边界，也是极其危险的地区。历史上曾多次发生过7级以上的地震，并且地震发生的时序清晰展示出由东向西传递的规律，目前已经传导到土耳其最大的城市伊斯坦布尔附近（图1），几乎所有的地震学者都预测在未来，伊斯坦布尔附近一定会有7级以上的大地震发生。伊斯坦布尔作为土耳其最大的城市，同时也是连接欧亚大陆的重要枢纽，一旦受到地震的破坏，造成的损失是难以估量的。从本次地震的情况来看，造成大量人员伤亡的原因主要是倒塌的建筑物，这提醒城市规划人员需要提前对面临强震风险的城市及周边的建筑进行加固，以确保居民的安全。

图5. 中国地质大学（武汉）Timothy Kusky团队在东安纳托利亚断层进行考察，从左至右依次为博士生孟建南，王璐教授，Timothy Kusky教授，Osman Parlak教授，王军鹏副教授。

图6. Hazar湖卫星影像（位置见图1白色方框）

图7. Hazar湖近景，东安纳托利亚断层带上的拉分盆地

天灾无情，人有情，我国在内的各个国家已经行动起来，中国政府第一时间启动紧急人道主义援助机制，决定向土耳其和叙利亚提供紧急援助。首批将向土耳其提供4000万元人民币紧急援助，包括派遣重型城市救援队、医疗队，并提供土方急需的救灾物资(图8)。希望土耳其人民能够得到及时的救助，早日重建家园。

图8  中国救援队赶赴土耳其

主要参考文献：

Kusky, T. M., Ghulam, A., Wang, L., Liu, J., Li, Z., & Chen, X. (2010). Focusing seismic energy along faults through time-variable rupture modes: Wenchuan earthquake, China.Journal of Earth Science, 21(6), 910-922.

Mann, P., Hempton, M. R., Bradley, D. C., & Burke, K. (1983). Development of pull-apart basins. The Journal of Geology, 91(5), 529-554.

Meng, J., Sinoplu, O., Zhou, Z., Tokay, B., Kusky, T., Bozkurt, E., & Wang, L. (2021). Greece and Turkey Shaken by African tectonic retreat.Scientific Reports, 11(1), 1-10.

Şengör, A.M.C., Zabci, C., and Natal’in, B.A.（2020）. Continental Transform Faults, Tectonics and structural geology, Encyclopedia of Geology,Elsevier.,913-930.