Kinematics of the Kahramanmaraş triple junction and of Cyprus: evidence of shear partitioning

¹ Istanbul Technical University, Department of Geomatics Engineering, 34469 Maslak, Istanbul, Turkey
² Aix-Marseille Universite, CNRS, IRD, INRA, Coll France, CEREGE, Aix-en-Provence, France
³ Istanbul Technical University, Department of Geology, 34469 Maslak, Istanbul, Turkey
⁴ Center for Global Tectonics, School of Earth Sciences, State Key Lab for Geological Processes and Mineral Resources, Badong National Observatory and Research Station for Geohazards, China University of Geosciences, Wuhan, China
⁵ Istanbul Technical University, Eurasia Institute of Earth Sciences, 34469 Maslak, Istanbul, Turkey
⁶ GNS Science, Institute of Geological and Nuclear Sciences Ltd, Lower Hutt, New Zealand
⁷ FM Global, Research Division, Norwood, MA, USA
⁸ Institute of Geodynamics, National Observatory of Athens, Lofos Nymfon, Athens, Greece
⁹ Yıldız Technical University, Department of Geomatics Engineering, 34349 İstanbul, Turkey

^a Now at Center for Marine Sciences, University of Algarve, Faro, Portugal
^∗ e-mail: ozbeyv@itu.edu.tr

Received: 9 January 2024
Accepted: 30 May 2024

Abstract

Triple junctions involving convergent plate boundaries extend beyond local implications, which is crucial for studying the geology of convergent plate boundary zones. However, kinematic models overlook Cyprus-Anatolia motion due to limited geodetic constraints. Our study area comprises Cyprus, southern Turkey, and the Levant coast, focusing on the Kahramanmaraş triple junction, where a destructive earthquake sequence occurred on February 6, 2023. We present precise positioning data merged with published velocities, constructing an up-to-date velocity field for the interseismic period. Employing two kinematic approaches, we analyze its tectonic implications. In Cyprus, we find the relative motion of Africa (Sinai Plate) and Anatolia is partitioned between convergence in the Cyprus subduction, with a rate of 3.5–6.2 mm/yr, progressively decreasing from west to east and left-lateral transpressive Kyrenia fault, situated along the northern coast of Cyprus, with rate 3.3–4.2 mm/yr. The relative strike-slip motion between Arabia and Anatolia is partitioned between the East Anatolian Fault (slip rates 5.2–6.2 mm/yr) and some secondary faults such as Çardak and Malatya faults (slip rates 2.0–1.7 mm/yr respectively) and causes distributed deformation for a 50–60 km wide region. The largest second invariant strain rate tensors from the continuum kinematic model also coincide with the same region, the East Anatolian shear zone. A shear partitioning system exists around the Kahramanmaraş triple junction, from Cyprus to southeast Turkey. The Levant Fault has a 3.5–4.7 mm/yr left-lateral slip rate, decreasing northward as part of it is transferred to offshore faults. Strain rates appear relatively small in the Taurus range and Adana/Cilicia basin, transitioning from extensional/transtensional to compressional from east to west.

Résumé

La déformation associée aux jonctions triples impliquant des plaques convergentes s’étend régionalement et influe sur l’activité sismique et l’évolution tectonique des frontières de plaque. Notre étude de la jonction triple de Kahramanmaraş—où une séquence de tremblements de terre destructeurs s’est produite le 6 février 2023—englobe Chypre, le sud de la Turquie et la côte du Levant. Nous fusionnons de nouvelles données de positionnement GNSS avec les champs de vitesses publiées, construisant ainsi un champ de vitesse intersismique incluant Chypre—où les données disponibles étaient jusqu’à présent très limitées. Ce champ de vitesse est analysé d’une part avec un modèle de blocs élastiques et d’autre part avec une méthode d’interpolation continue. Nous montrons que le mouvement relatif de l’Afrique (plaque Sinaï) et de l’Anatolie est partitionné entre la subduction de Chypre, avec un taux de convergence de 3,5 à 6,2 mm/an diminuant progressivement d’ouest en est, et la faille transpressive de Kyrenia, situé le long de la côte nord de Chypre, avec une vitesse de décrochement senestre 3,3 à 4,2 mm/an. Ce système de partitionnement se prolonge à terre où le mouvement de décrochement entre l’Arabie et l’Anatolie est réparti dans une zone de cisaillement de 50 à 60 km de large. Dans la zone des séismes du 6 février ce mouvement est distribué entre la Faille Est Anatolienne (taux de glissement 5,2–6,2 mm/an) et certaines failles secondaires telles que les failles Çardak et Malatya (taux de glissement 2,0–1,7 mm/an). Entre les plaques Arabie et Sinaï, la faille du Levant a un taux de glissement senestre de 3,5 à 4,7 mm/an, diminuant vers le nord ou une partie de la déformation est transférée en mer. Il apparait ainsi que le mouvement sur chacune des frontières de plaques formant la jonction triple de Kahramanmaraş est réparti sur plusieurs failles. En revanche, les taux de déformation sont relativement faibles dans la chaîne du Taurus et dans le bassin d’Adana/Cilicie où le style de déformation change progressivement d’extensif/transtensif à l’est à transpressif à l’ouest.