本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。
土耳其东部凡省周日发生的7.2级地震的死亡人数现已超过500人,并且随着救援人员继续搜寻数百栋在地震中倒塌的建筑物,死亡人数无疑将继续上升。最终导致地震发生的地质构造力非常容易解释,但与往常一样,当我们仔细观察时,情况变得更加复杂——这一事实对身处这场灾难中的人们产生了影响。
宏观构造背景
土耳其最著名的地震灾害可能是北安纳托利亚断层,这是一条主要的走滑断层,沿着黑海南部和伊斯坦布尔下方延伸,并且有着破坏性地震的悠久历史。东安纳托利亚断层是另一条走滑断层,从土耳其东部向西南延伸至地中海,是另一个众所周知的大型地震源。
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但周日的地震发生在这些构造的东部,在被称为东安纳托利亚高原的高海拔地区,该地区过去也经历过多次大型地震。震源机制显示,最新的破裂是由逆冲断层上的运动引起的,这是对周围地壳在南北方向受到挤压的反应。正如左图所示,该地区位于两个构造截然不同的区域的边界。在东部的伊朗,由于南部的阿拉伯板块向北移动到欧亚板块,因此存在大量的汇聚和造山运动,这是从阿尔卑斯山到喜马拉雅山脉的造山带的一部分。西部是以北安纳托利亚断层和东安纳托利亚断层为中心的走滑断层,令人惊讶的是,这恰好是对同一大陆碰撞的反应。构成土耳其的地壳部分显然足够强大,以至于它没有因阿拉伯板块侵占其领土而在内部变形,而是被向西推开,运动主要发生在北安纳托利亚断层和东安纳托利亚断层上。
凡城地区的地质和地质历史正处于这种地壳变形方式的根本转变之中,因此非常复杂。它不是大型贯穿构造,而是许多较小断层的混合体。
地质证据表明,直到几百万年前,逆冲断层在该地区还很常见,但最近走滑断层已经占据主导地位。该地区最近发生的小地震无疑主要是走滑型的:在下图所示中,大多数沙滩排球状的震源机制都分为四个象限,这告诉我们这些地震发生在走滑断层上。
然而,这张图也告诉我们,地震仪记录到了一些压缩性逆冲断层破裂(震源机制分为三片,中间一片为红色/蓝色),就像周日的事件一样。经历过这些逆冲地震的地区之一是凡湖东岸沿线。似乎该地区结构和局部地壳应力的某些特殊性意味着一些逆冲断层仍然在这里发生。
像这样复杂的地区对于地质学家来说很难解释,并且也使得对地震风险进行详细评估非常困难。为了应对北部和南部的侵入板块以及西部的逃逸微板块,必须发生大量的变形,因此地震危险性很高;但它也是分散的,分布在许多断层上,这些断层可能每隔几十年就会共同产生显著的地震,但单独的断层可能每隔几千年才会破裂一次。相比之下,在土耳其西部,地震风险也很高,但主要集中在北安纳托利亚断层和东安纳托利亚断层上,这两个断层承担了土耳其从大陆碰撞带退出的所需变形的大部分。地质学家可能无法预测“何时”,但至少他们对“何地”有更好的把握。
破坏和建筑规范
当然,与往常一样,当一个人口稠密的地区发生地震时,伤亡人数在很大程度上取决于该地区建筑物的抗震能力以及地震的大小和位置。继1999年7.6级伊兹密特地震(该地震导致北安纳托利亚断层150公里长的断裂带破裂)造成2-3万人死亡之后,土耳其政府加大了执行建筑规范的力度,旨在阻止结构薄弱的多层建筑物发生灾难性倒塌等情况。然而,长期以来,对这些法规的遵守情况一直是一个问题,并且从埃尔吉斯镇的图片中可以清楚地看出,该镇似乎首当其冲地遭受了破坏,许多建筑物倒塌,如果按照规范建造,这些建筑物或许本不会倒塌。
来自地震灾区的评估,例如“……混凝土中掺杂砾石,钢梁和支撑不足,并且为了创造更多空间而被敲掉”,无疑加强了这种印象:在一个引人注目的电视演示中,一名急救人员显然用手将一栋倒塌建筑物的混凝土捏成了粉末。然而,由于这些建筑物中的许多可能早于过去十年,因此这更有希望是过去疏忽的症状,以及在全国都容易发生地震的情况下纠正这种疏忽的挑战,而不是对近期做法的谴责。上面讨论的该地区复杂的构造背景也可能使情况变得复杂,因为它使人们难以识别并优先加强该地区风险最高的城镇和建筑物。
余震和未来的地震风险
全球地震仪网络在过去5天中记录了近50次4级或以上的余震,其中最大的一次是6.0级,发生在周日主震后十小时。
余震已经逐渐减弱——昨天报告的余震只有6次——但这次地震造成的区域应力变化可能会以复杂且难以预测的方式与该地区的其他断层相互作用,并可能导致未来几个月和几年内发生更大地震的可能性增加。不幸的是,我们只能拭目以待。