白话2023年2月6日土耳其M7.8地震成因
陈 立 军
前言
本文对土耳其及其周边地区壳内强震活动成因做出讨论，并对今年2月6日卡黑拉曼马拉什—加济安泰普两个M7+地震的成因做出推论，强调了中强地震地区对壳下地震活动监测能力的特殊需求，对土耳其、地中海乃至中国及全球地震预测的研究或许具有一定的正面意义。
借此文向土耳其地震中不幸的数万罹难者沉痛哀悼！
1. 土耳其及周边地区地震活动简介
土耳其位于地中海与黑海之间，处在欧亚地震带的中心地带，地震灾害频仍，见图1。
图1 土耳其及周边地区M4.0+地震活动
本文所采用的地震资料来自地中海地震台网中心，EMSC地震目录，自2004年10月1日至2023年2月12日共记录到M1.0+地震311,637个。取土耳其及周边地区24.5°—47°E，33°—44°N为研究区，获得地震记录数142,167个。
图1中篮圈白底色为M4.0-5.9，橘红色为M6.0-6.9地震，红色大圆圈为M7.0+地震，均来自地中海EMSC地震目录；天蓝色大圆圈为1963-2004.9.30的M7.0+地震，来自美国ANSS地震目录。
震源深度在35km以内的M6.0+地震统称为壳内强震，但地震预测研究的重点为M7.0+地震。
图1的底图为网络资料拼合，误差约为±0.1°。图中正片叠底的透明小图来自Bogazici University Earthquake Engineering Department [1-2]。
由图1可见，与土耳其强震活动有关的地区大致可划分为4个单元。第一个是沿爱琴海东海岸的中强地震带，走向北西；第二个是大致平行的塞浦路斯-伊斯坦布尔中强地震带；第三个是由塞浦路斯沿东安纳托尼亚断层系统的中强地震带，走向北东[1-3]；第四个是位于东南角凡湖一带的中强地震带。有意思的是，第二、第三个中强地震带虽然分别走向北东和北西，但它们都与近东西向构造的活动紧密关联着。
第二个中强地震带似乎值得怀疑，但这里有一个走向北西的壳下地震（深度大于35km的地震）活动带作为标示，详见图2。
2. 地震成因探讨
本文按照作者本人的地震地热说原理来探讨壳内强震活动的成因。
作者于20世纪末开始研究全球的深部地震活动状态，本世纪初发现地震柱构造，逐渐形成地震地热说的原理与应用方法[4-24]，对全球的壳内强震活动和火山喷发的追踪研究，积累了一些经验[25-42]。
所谓地震柱构造，由震源深度0-750km组成的倒立的圆锥体。全球划分了24个地震柱构造[10-12]。60多年的地震监测资料表明，这些地震柱构造形态稳定，边界清晰，控制着全球95%以上的壳内强震活动与85%以上的火山喷发过程。而且，这些地震柱构造全部位于人类活动密集地区，其研究意义尤为重大。在地震柱构造内部，壳内强震与火山喷发是能量释放的两种不同形式，是一对孪生兄弟。日本熊本地震可以强烈证明。
所谓地震地热说，认为壳内强震与地震柱型火山喷发的能量来源于地震柱构造内深部地震活动为标志的数年至十多年能量的累积。因为地震柱构造内除了地震活动，还存在热的传导、对流、辐射以及相变过程。这些能量目前无法检测，只能以地震活动为标志。
人们知道，壳下地震的能量无法逸散，只能自下而上、逐层驱动、逐层累积，然后通过地表构造运动造成突发性的破坏，如壳内强震与火山喷发等等，达到地震柱构造内的能量平衡。
地震地热说认为，地震柱构造具有长达60年的地震监测历程可以比较研究，结合李四光地质力学的构造体系理论[43]，壳内强震与地震柱型火山喷发是可以预测的。
3. 土耳其及周边地区地震活动的相关讨论
依据上述的理论与方法，得到土耳其及周边地区内壳下地震与M6.0+壳内强震活动的相关图像如图2所示。
图2 土耳其及周边地区壳下地震与壳内强震分布图
由图2可见，土耳其及周边地区内东经34°以东地区壳下地震的监测能力明显低于其西部地区，因而给此次地震的前兆研究带来一些困惑。
利用土耳其及周边地区M1.0+的地震目录，获得该区地震活动的三维图像和时序图分别如图3和图4所示。
图3 土耳其及周边地区地震活动的三维图像
图4 土耳其及周边地区地震活动时序图
由图3、图4可见，壳内强震与上地幔的中深源地震活动显然存在密切关联。换句话说，唯有密集的中深源地震活动，才能为壳内的构造活动积累足够强大的能量。甚么构造应变能量的积累，或者假想的地块错动，都难以想象。
4. 以A区为例讨论土耳其及周边地区地震活动的成因
图3、图4所表现的壳内强震与壳下地震活动的关联，不能笼统而论，必须根据图3中不同圆锥体，也就是地震柱的子柱构造，即强震活动的震源区分而论之。因此，按照第一节所述，将四个中强地震带大致可以划分为A、B、C、D四大研究区域，如表1和图5所示。
表1之所以罗列2004年10月以前的历史M7+强震，是为了展示壳内强震活动的区域一致性。
表1 土耳其地震活动分区统计
为保证资料的完整性，A区在图外向西扩展了1.5°的范围（虚线所示）。B、C两区共用了塞浦路斯的地震资料，或许可行，因为这两区在构造上似乎存在着共轭关系。塞浦路斯恰似其共轭节点。
图5 土耳其及周边地区地震活动分区
由图5可见，A区地震活动条带明显，壳下地震密集，壳内强震多发，可选为代表型区域。B区近20 年没有M7+地震活动，C、D两区因34°以东地区壳下地震监测能力偏低，地震资料不够充分。
A区地震活动的三维图像与深部地震活动时序图分别如图6、图7所示。由图可见，壳内强震活动与壳下地震活动呈现明显的关联。图6壳下地震活动呈现扁圆柱体的形态，是少见的地震子柱构造形态之一，其原因是其地表选区呈条带状。
图6 A区地震活动的三维图像（2004.10.1-2023.2.12，M1.0+）
图7 A区深部地震活动时序图（2004.10.1-2023.2.12，M1.0+）
图7的壳下地震很活跃，至于如何用该图寻找强震活动的前兆信息，本文从略。作者2016年曾经对2014年爱琴海北部的M6.9地震做过较为详细的研究[33,34]，并由此揭示了临震前5年内壳下地震活动的三维前兆应力波动画，可参见文献[35]。
以下斜体字摘自文献[35]。
自2009年爱琴海地震柱柱体的深源地震活动之后，于2010年、2011年前后、2013年之前和2014年之前在220km深度以内出现若干次的上下扰动（岩石圈内的波动）。这就如同在深达600多千米的柱体内进行了一次搅动，然后在近地表（220km深度以内）引起一连串的涟漪，以便累积能量并寻找释放的突破口，最终选择了北安纳托利亚断裂的薄弱部位。期间内也曾在希腊弧地块中壳下地震较为密集的地区发生过4次6级多一点的强震，但是未能释放掉火山弧地块内的能量（图8）。倒过图像来看，这个过程就如同一场龙卷风一般，一场来自地幔深部投射到地表的地下风暴。
图8 2014年5月24日爱琴海北部海域6.9级地震的孕震过程（2008.1.1-2014.5.24，M≥1.7）
将2009年1月1日至2014年5月24日在6.9级地震之前的全部地震集合分解为0.1a为一帧的动画，使得5年多的地震孕育过程浓缩到十几秒钟之内，其情形更为精彩：2009-2010年600多千米的深震柱子形成之后，便在220km深度出现多次的波动跳跃，直至强震发生（图9，图9b，gif）。
图9 2014年5月24日爱琴海北部海域6.9级地震前爱琴海地震柱的前兆地震活动（gif）（2009.1.1—2014.4.25，M2.0+）
图9b 2014年5月24日爱琴海北部海域6.9级地震前爱琴海地震柱的前兆地震活动（gif）（2009.1.1—2014.4.25，M1.5+）
5. 卡黑拉曼马拉什—加济安泰普M7.8地震活动及其构造背景
5.1 卡黑拉曼马拉什—加济安泰普M7.8地震活动
卡黑拉曼马拉什—加济安泰普两个M7+地震发生在图5的C区。C区地震活动的三维图像与深部地震活动时序图分别如图10、图11所示。本区记录到的壳下地震并不活跃，比起A区的图6、图7荪色多了，似乎与地震监测能力有关。2017年深度750km的地震活动是否2月6日强震的起因，因深部后续地震活动资料匮乏而难以置信。但是，综观全区，其壳内强震活动的成因与A区应该基本相同。由此可见，中强地震区对壳下地震活动的监测能力比起强震区要求要高得多。
图10 C区地震活动的三维图像
图11 C区深部地震活动时序图
5.2 卡黑拉曼马拉什—加济安泰普M7.8构造背景
卡黑拉曼马拉什—加济安泰普两个M7+地震的构造背景与周边地区的历史地震活动状态如图12所示。由图可见，这两次M7+地震发生在由塞浦路斯呈北东走向的东安纳托尼亚断层系统之中。该构造系统历史上从未发生过如此强烈的地震。
研究经验表明，地震柱构造内部的火山喷发多发生在深源地震到地表的投影点及其周边地区，而壳内强震则多发生在与地震柱构造相关的地表活动构造体系之内，震中可能远离投影点。
土耳其地处地中海—喜马拉雅纬向构造带的中心。纬向构造带是这里的主控构造带[23,43]。因此，当出现地震柱构造活动异常时，要对活动构造体系追踪研究。对本区来说，首先要关注的是纬向构造带，其次是走向北东或北西的活动断层带。此次两个M7+地震几乎同时发生在北东向和近东西向断层带上。1999年的伊斯坦布尔M7.7地震发生在纬向构造带上，3个月后在同一构造带上相距100多公里的地方又发生M7.2地震（见图5）。
图12 土耳其2月6日两个M7+地震的构造背景与周边地区历史地震活动（底图来自参考文献[2]）
6. 讨论与结论
6.1 关于震源深度的讨论
本文研究方法涉及一定震级下限以上地震的震源深度。土耳其有部分地区壳下地震监测能力偏低，中国同样存在部分地区壳下地震监测能力偏低的情形，作者曾多次呼吁过[13][37][41]。
人们对震源深度普遍存在一种误解，认为看不见、摸不着，无法验证。可是，人们对震源深度为几公里、十几公里和600多公里的深源地震却深信不疑。不同深度地震记录的震相肯定存在差异，只要有适当的方法能将0-700km的震源深度离散开来，就是地震预测研究可以使用的。从地震预测研究的角度来说，其实也可以把目前的震源深度测定值看作一种相对深度，不求其与实际深度值完全吻合与否。现在全球有很多地方已经做得很认真，比如日本、美国、地中海以及中国的台湾、新疆，等等。
6.2 土耳其地震成因讨论的主要结果
土耳其处于全球划分的第19号地震柱构造之内，没有M8+壳内强震活动，属于中强地震活动区。其地震活动大致可以划分出4个地震子柱构造。地震监测能力较高的A、B两个区域壳下地震活动较为活跃，与壳内强震活动关系明确。当然，这里的地震子柱构造形态不是十分完美，没有像强震区那么典型与规范[10][19][24][30-31][40]。因此，中强地震活动区的壳下地震监测能力要求更高，似乎要完整监控M2.0+地震，甚至M1.5+地震。
地震地热说认为，壳内强震的活动与壳下地震活动呈密切相关的关系。换句话说，壳内强震活动的能量可能来自地震柱构造内部壳下地震活动自下而上、逐层驱动、逐层累积的结果。本文A区的情形完全符合这个观念，推测土耳其全境的情形皆如此。
当地震柱构造内出现较强活动异常时，应加强相关活动构造体系的追踪研究。当壳下地震活动能量积累达到极限时，必然寻找地表构造薄弱部位释放。一种释放方式是火山喷发[20,21]，比如意大利埃特纳火山[30,31]，一种是沿着地表活动构造体系突发壳内强震，或者两种释放方式并发。显然，土耳其的全国都属于第二种释放模式。这些释放模式都是突发的，目前最具有前兆意义的就是壳下地震活动时序图、壳下地震的地表投影分布图及其解释办法。
作者对于利用壳下地震活动时序图研究强震活动前兆的方法做过多次总结[39-41]。但是，2月6日强震活动地区由于地震资料不够充分，未能获得更多的地震前兆信息，始料未及，深感遗憾。如果土耳其全国都能达到A区同样的监测能力，情况或许就是另外的样子了。
6.3 结论
本文对土耳其及其周边地区壳内强震活动成因做出讨论，并对今年2月6日卡黑拉曼马拉什—加济安泰普两个M7+地震的成因做出推论，强调了中强地震地区对壳下地震活动监测能力的特殊需求，对土耳其、地中海乃至中国及全球地震预测的研究或许具有一定的正面意义。
致谢
本文感谢地中海地震数据中心（European-Mediterranean Seismological Centre）网页上提供的EMSC地震目录（https://www.emsc-csem.org/Earthquake/?filter=yes），同时感谢湖南省地震局领导对本文的关注。
参考文献：
[1] Bogazici University Earthquake Engineering Department. Kahramanmaras-Gaziantep_Earthquake_06-02-2023_(04.17)-Bogazici_University_Earthquake_Engineering_Department.pdf. https://www.emsc-csem.org/Doc/Additional_Earthquake_Report/1218444/Kahramanmaras-Gaziantep_Earthquake_06-02-2023_(04.17)-Bogazici_University_Earthquake_Engineering_Department.pdf
[2] http://www.koeri.boun.edu.tr/sismo/2/wp-content/uploads/2023/02/20230206_1024_KAHRAMANMARAS.pdf
[3] 刘艳阳. 陆地探测双星为土耳其震后救援提供数据支撑. https://mp.weixin.qq.com/s/SuFf4t91nyfaQo6CXC-QuQ，上海航天
[4] 陈立军. 中国地震震源深度与强震活动状态研究[J]. 地震地质，2000，22(4)：360-370.
[5] 陈立军, 陈晓逢, 黎品忠. 中国强震活动的时空特征研究[J]. 华南地震, 2007. 27(2): 40-48.
[6] 陈立军. 全球地震、火山和地幔柱的比较研究（摘编），中国地震局老专家科研基金课题论文摘编(2007-2009年度)，2010，p. 140-144.
[7] 陈立军. 全球地震、火山、地幔柱的比较研究[EB/OL]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_41478bf40100ng0w.html, 2010-12-31.
[8] 陈立军. 试论地震预测与火山预测的同一性. 地震预报与历史地震专业委员会联合学术交流会摘要集(2011年)，p.83.
[9] 陈立军. 全球地震震源深度与地震柱的研究. 湖南地震2011年总第33期，1-8.
[10] 陈立军. 地震地热说原理与应用[J]. 内陆地震，2012，26 (2)：108-122.
[11] 陈立军. 地震柱的概念及其基本特征[J]. 华南地震，2013，33 (1)：1-14.
[12] 陈立军, 胡奉湘, 陈晓逢. 全球地震柱的地震层析成像证据[J]. 华南地震，2013，33(4): 1-10.
[13] 陈立军. 青藏高原的地震构造与地震活动[J]. 地震研究，2013，36(1): 123-131.
[14] 陈立军. 全球壳下地震活动研究. 湖南地震2013年总第35期，5-12.
[15] 陈立军 (2013) 壳下地震活动的研究(6) 拉马德雷现象: 地幔的年代际振荡和年际振荡(MDO) [EB/OL]. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-664926.html.
[16] Chen, L.J. (2013) Mantle Decadal Oscillation (MDO) [EB/OL]. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-665664.html.
[17] 陈立军. 有关地震地热说的基本概念和术语. 湖南地震，2014年总第35期，1-6.
[18] Chen, L.J., Chen, X.F., Wan, F.F., Li, P.Z. and Shao, L. (2015) Comparative Study of Global Seismicity on the Hot Engine Belt and the Cooling Seismic Belt—Improvement on Research Ideas of Earthquake Prediction. International Journal of Geosciences, 6(7): 741-749. http://dx.doi.org/10.4236/ijg.2015.67060.
[19] 陈立军. 西北太平洋滨海地区的地震活动与地震柱构造[J]. 地球科学前沿, 2016, 6(3): 214-238. http://dx.doi.org/10.12677/ag.2016.63024.
[20] 陈立军.全球火山活动成因及其分类研究. 汉斯预印本, 2016. http://dx.doi.org/10.12677/HANS PrePrints.2016.11020.
[21] 陈立军. 地震柱型火山喷发特征[EB/OL]. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-983911.html, 2016-06-11.
[22] 陈立军. 地幔柱型火山喷发特征[EB/OL]. http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-982026.html, 2016-06-02.
[23] 陈立军. 北半球表面露出的主要构造带及上地幔的地震柱构造简化图——地震地热说编图说明[EB/OL]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_41478bf40102yv1b.html，2019-11-18.
[24] 陈立军. 1963—2022年间全球地震与火山活动状态研究——地震地热说的解释[EB/OL]. http://www.360doc.com/content/22/0411/15/3572959_1026004505.shtml
[25] 陈立军、陈晓逢. 美国西海岸地震预测方法初探. 湖南地震2012年总第34期，1-6.
[27] Chen, L.J., Chen, X.F., Wan, F.F., and Ouyang C.X. (2013) The Earthquake Prediction Method Research in the West Coast of the United States. 湖南地震2013年总第35期，90-98.
[28] 陈立军. 2013年巴基斯坦7.7级地震与兴都库什的地震构造[J]. 内陆地震, 2015, 29(1): 15-27. http://dx.doi.org/10.16256/j.issn.101-8956.2015.01.002.
[29] 陈立军. 2012年0419预测卡片(3年期)的试验总结—地震地热说的壳内强震与火山预测方法介绍[J]. 自然科学, 2015, 3(4): 147-164. http://dx.doi.org/10.12677/OJNS.2015.34019.
[30] Chen, L.J., Chen, X.F. and Shao, L. (2015) Method Research of Earthquake Prediction and Volcano Prediction in Italy. International Journal of Geosciences, 6(9): 963-971. http://dx.doi.org/10.4236/ijg.2015.69076.
[31] 陈立军, 陈晓逢, 邵磊. 意大利地震与火山预测方法的研究（中文版）[EB/OL].
http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-920796.html, 2015-9-14.
[32] 陈立军 (2015) 全球热机带和冷机带火山活动的比较研究——兼论对热机带火山预测研究思路的改进[J]. 地球科学前沿, 2015, 5, 334-357. http://dx.doi.org/10.12677/AG. 2015.55034.
[33] Chen, L.J. (2016) Study on the Seismogenic Mechanism of the Earthquake Mw6.9 in 2014 in the Aegean Sea Seismic Cone. International Journal of Geosciences, 7(5): 669-684. http://dx.doi.org/10.4236/ijg.2016.75052.
[34] 陈立军. 爱琴海地震柱2014年6.9地震的孕震机理研究(中文版) [EB/OL]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_41478bf40102wgwq.html, 2016-05-24.
[35] 陈立军. 爱琴海地震柱2014年6.9级地震的孕震过程[EB/OL]. http://www.360doc.com/content/20/0712/23/3572959_923809635.shtml
[36] 陈立军. 厄瓜多尔地震柱的构造与地震和火山的预测研究[J]. 自然科学, 2016, 4 (3) ：292-306. http://dx.doi.org/10.12677/ojns.2016.43035.
[37] 陈立军. 吉林松原地震活动与珲春地震柱构造[J]. 自然科学, 2019, 7(5): 429-438. http://dx.doi.org/10.12677/OJNS.2019.75052.
[38] 陈立军. 伊朗地区的地震活动与地震柱构造[J]. 自然科学, 2019, 7(6): 494-514.
https://doi.org/10.12677/OJNS.2019.76060.
[39] Chen, L.J. (2019) Seismic Activity and Seismic Cone Tectonics on the West Coast of the United States[J]. Journal of Geoscience and Environment Protection, 7(11), 92-112. https://doi.org/10.4236/gep.2019.711007.
[40] 陈立军. 美国西海岸的地震活动与地震柱构造（中文版）[EB/OL]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_41478bf40102yv2k.html. 2019-11-25.
[41] 陈立军. 粤桂琼地区地震活动环境与北流5.2级地震——地震地热说的解释[J]. 自然科学, 2020, 8(3): 112-135. https://dx.doi.org/ 10.12677/OJNS.2020.83018
[42] 陈立军. 西班牙拉帕尔玛岛火山喷发的成因及其预测的可能性——地震地热说的解释[EB/OL]. http://www.360doc.com/showweb/0/0/1026790914.aspx
[43] 李四光. 地质力学概论（第二版）[M]. 北京：地质出版社，1999.
联系客服
