演化断层带的生长：2023 年帕扎尔吉克 Mw 7.8 级地震（东安纳托利亚断层）的同震变形、断层带结构与断层岩

《Journal of Structural Geology》：Growth of an evolving fault zone: coseismic deformation, fault zone structure, and fault rocks of the 2023 Mw 7.8 Pazarcik earthquake (East Anatolian Fault)

　　

摘要

大型断层通过重复的地震事件增长至巨大规模，但其单次事件期间的生长情况仍不清楚。将最新的变形与继承的断裂带架构进行直接比较可以揭示这一问题。在这里，我们关注 2023 年矩震级 7.8 级地震的同震变形以及东安纳托利亚断层厄尔切内克段的出露断裂带。现场调查和卫星影像解释表明，该地震产生了一个约 70 公里长的、以左旋为主的地表破裂带，水平和垂直滑动分别为 1.3–4.3 米和 < 1.0 米。地表破裂被几何障碍物分为五个段，包括分支断层和活跃生长的马尾状分支。在剖面上，断裂带宽度超过 300 米，包含多个断层核部，分隔了碎屑岩、大理岩和基性火山岩。在紧邻地表破裂的断层核内，断层泥区显示出从石英长石质到蛇纹石丰富的带状矿物分布，其特征为碎裂流动，剪切方向与 2023 年同震运动学相容。重要的是，局部破裂分支与容纳了大部分过去地震相关应变的最近 0.7 米厚的断层泥区错开约 15 米，表明应变 localize 化发生了横向迁移。平面上缺乏贯通断层以及剖面上稳定、局部化的核部表明，厄尔切内克段仍在成熟中，这可能反映了安纳托利亚板块边界复杂构造背景下东安纳托利亚断层的持续演化。

引言

断层生长是一个渐进的、多尺度的过程，主要由反复的断层重新活动驱动。横向而言，断层通过初始离散断段的连接和合并而延长，将滑动 localize 化到贯通的滑动带上（Segall and Pollard, 1983; Peacock, 1991; Ferrill et al., 1999; Walsh et al., 2003; Manighetti et al., 2007, 2021; Perrin et al., 2016）。同时，在剖面上，断裂带可能随着累积滑动而变宽，而断层核部和损伤区的演化可能是变化的（Robertson, 1983; Childs et al., 2009; Mitchell and Faulkner, 2009; Faulkner et al., 2011; Savage and Brodsky, 2011; Fossen, 2016）。断层核部通常由断层岩组成，大部分变形在此 localize 化，而损伤区则以密集的破裂和次级断层为特征（Caine et al., 1996; Wibberley et al., 2008; Faulkner et al., 2010）。每次破裂事件动态地传播断层，剪切和改造断层核部材料，并促进断段连接，建立了滑动 localize 化与地震破坏之间的动态反馈。反过来，由此产生的断层尺度、断裂带架构以及断裂带材料的物理性质深刻影响地震的起始、传播和停止（Rice, 2006; Collettini et al., 2009, 2019; Thakur and Huang, 2021; Curzi et al., 2023, 2024a）。

对于具有长期活动历史的断层，断裂带厚度通常为几十到几百米（Perincek and Cemen, 1990; Li et al., 2013; Tarling et al., 2018）；并且可能包含许多脆性构造相（BSF），定义为具有不同岩石类型、构造、颜色、成分和形成年龄的体积（Viola et al., 2022; Curzi et al., 2023）。实验室研究和现场观测表明，断裂带变宽是由于磨蚀（例如，Power et al., 1988）、应变硬化（例如，Faulkner et al., 2003）、局部断裂带几何形状（例如，Childs et al., 2009）。但对于它们在单次地震中实际如何生长，或者最新滑动面与古老断层核部之间的切割关系，知之甚少。将最新破裂与继承的断裂带架构进行直接比较，可能为大型走滑断层的长期生长历史提供独特的窗口，最终揭示它们如何达到其巨大的尺度。在罕见情况下，针对大地震（M>7.5）的快速响应科学钻探和断层出露分析表明，同震主滑动带（PSZ）通常处于毫米到厘米尺度（Ma et al., 2006; Li et al., 2013; Curzi et al., 2026a）。例如，2008 年矩震级 7.9 级汶川地震产生的新鲜断层泥在深处测量约为 1.0 厘米，而整体断层岩厚度超过 100 米（Li et al., 2013），表明应变 localize 化发生在上盘火山岩与下盘沉积岩之间的岩性边界上。尽管有这些观测，由于记录非常有限，最新变形与继承断裂带结构之间的空间关系仍然难以捉摸。除了目标钻孔钻探外，同时观察最新变形和断裂带全貌的机会很少。大多数大地震引起的地表变形发生在年轻地貌单元上，缺乏在同一出露处对断裂带和同震变形的全面观察。

此外，断层表现出的复合滑动机制使断裂带生长的理解复杂化。例如，大型走滑断层在不同断段上表现出竞争的滑动行为（de Michele et al., 2011; Jolivet et al., 2015; Higgins et al., 2021; Cakir et al., 2023），且给定断段的滑动机制也可能随时间演变。例如，在红河断层糜棱岩内发育了假玄武玻屑和碎裂岩（Duan et al., 2024），表明蠕滑和脆性破坏的糜棱岩和碎裂岩也在东安纳托利亚断层西南部分（Curzi et al., 2026b）和北亚平宁山脉祖卡莱断层（Viola et al., 2022）共存。非地震蠕滑引起的变形倾向于分布广泛，并且通常与弱矿物富集有关（Zoback et al., 2010; Kaduri et al., 2017; Collettini et al., 2019; Wu et al., 2023），而黏滑运动则以强矿物主导材料中的局部脆性破坏为特征。这些不同的变形机制在围岩中产生根本不同的破坏过程，最终影响断裂带如何生长。因此，叠加在古老断裂带上的最新破裂，其中典型的断层岩出露也允许测试历史滑动机制，为解决这一问题提供了独特机会。在这里，我们关注 2023 年矩震级 7.8 级帕扎尔奇克地震破裂后东安纳托利亚断层（EAF）的厄尔切内克段。通过综合现场调查和卫星影像解释同震地表破裂带，并分析断层带结构、断层岩的微观结构和化学成分，我们旨在阐明 2023 年同震变形与继承断裂带架构之间的空间关系，并探讨在东地中海构造背景下主要走滑断层生长的意义。

章节摘要

构造背景与 2023 年矩震级 7.8 级帕扎尔奇克地震

安纳托利亚、阿拉伯和非洲之间的板块汇聚控制了东地中海的构造（McKenzie, 1970; Sengor et al., 1985; Lyberis et al., 1992; Taymaz et al., 2004）。相对运动由塞浦路斯弧、左旋东安纳托利亚断层和死海断层（DSF）调节（图 1a）。与右旋北安纳托利亚断层（NAF）一起，东安纳托利亚断层促进了安纳托利亚的向西挤出（相对于欧亚板块>20 毫米/年；Reilinger et al., 2006），并覆盖了早期

数据与方法

为了刻画厄尔切内克段的同震地表破裂，我们在主震后不久（2023 年 3 月 22-31 日）进行了现场调查，以记录其几何形状、运动学、滑动分布和断裂带架构。使用事件前（2022 年 9 月 6 日）和事件后（2023 年 3 月 21 日，2024 年 7 月 22 日，2025 年 8 月 22 日）的高分辨率卫星影像（0.3 米 Maxar 和 0.65 米 GF-7），在地理配准和正射校正后绘制破裂的平面分布。

同震地表变形带特征

厄尔切内克段由 2-15 公里长的断层分支组成，分支之间由约 0.5 公里宽的转换挤压或转换张拉台阶隔开（Duman and Emre, 2013）。它分别通过戈尔巴希释放台阶（GRS）和亚普祖卢双重约束弯（YRB）连接到附近的帕扎尔奇克段和普图尔格段（图 2a）。这种复杂的地表几何形状反映了沿其长度方向多样的局部应力状态，这与测定的同震地表空间模式大致一致

厄尔切内克段的历史滑动机制

涉及层理、破裂、旋转和卷曲的碎裂流动是主导的变形机制（图 S4）。正如 Rutter（1986）所指出的，当接触颗粒倾向于达到分布剪切时，就会发生这种情况，这导致颗粒尺寸减小和棱角状颗粒形状的形成。该过程与滑动速率无关，意味着在蠕滑期间也会形成类似的构造（Stunitz et al., 2010）。因此，虽然广泛的碎裂流动表明颗粒剪切是

结论

对 2023 年矩震级 7.8 级帕扎尔奇克地震同震变形、东安纳托利亚断层厄尔切内克段继承断裂带架构和断层岩的综合分析揭示了一个演化的断层系统。该地震产生了一个以左旋为主的地表破裂（水平和垂直滑动分别为 1.3–4.3 米和<1.0 米），并被几何障碍物分段，包括生长中的张性马尾状分支。断裂带宽度超过 300 米，对接了古生代 - 中生代变质

CRediT 作者贡献声明

Chenglong Li：软件。Shiguang Wang：调查。Fangtou Tang：项目管理。Haibing Li：监督。Zheng Gong：写作 – 原稿，软件，资源，方法学，调查，正式分析，概念化

未引用参考文献

Barka and Kadinsky-Cade, 1988; Di et al., 2011; Guvercin, 2024.

利益冲突声明

我们声明，我们与其他个人或组织没有财务或个人关系，这些关系可能会不恰当地影响我们的工作，我们没有任何产品、服务和/或公司的职业或其他个人利益，这些利益可被解释为影响题为" 演化断裂带的生长：2023 年矩震级 7.8 级帕扎尔奇克地震的同震变形、断裂带结构和断层岩"的稿件中提出的观点或对该稿件的审查

致谢

本工作由深地探测和矿产资源勘探 -国家科技重大专项（2024ZD1000500）、国家自然科学基金委员会（41702203）以及地震研究所、中国地震局专项基金（DQJB20B21，JY2024Z05）提供资金支持。作者感谢 Huiping Zhang、Kerem Kuterdem 和其他团队成员的野外工作，感谢 Jinchuan Wei 的野外助理和薄片制备，以及

Zheng Gong|Haibing Li|Fangtou Tang|Shiguang Wang|Chenglong Li

中国地震局地震研究所，北京，100081，中国