印度尼西亚北苏门答腊岛亚齐断层的活动断层图及古地震学研究结果:揭示大苏门答腊断层系统中的断层活动机制

《Technovation》:Active fault map and paleoseismology results from the aceh fault in North Sumatra, Indonesia: Unravelling faulting dynamics along the great sumatran fault system

【字体: 时间:2025年11月11日 来源:Technovation 10.9

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  Aceh断层研究通过遥感与古地震学方法揭示其活动性及历史地震事件,结合8米和15厘米分辨率DEM、LiDAR及实地调查,确认该断层存在至少三次地表破裂地震(1767-年前),为区域地震风险评估提供新数据。

  
作者名单:Gayatri Indah Marliyani、Yann Klinger、Aulia Kurnia Hady、Agung Setianto、Wenqian Yao、Hurien Helmi、Telly Kurniawan、Retno Agung Prasetyo Kambali、Zulham Sugito、Abdi Jihad、Yosi Setiawan、Andi Azhar Rusdin、Jimmi Nugraha、Supriyanto Rohadi、Rahmat Triyono、Dwikorita Karnawati
印度尼西亚日惹Gadjah Mada大学地质工程系,Grafika街2号

摘要

亚齐断层是构成大苏门答腊断层最北段的主要走滑断层,其250公里长的路径上分布着明显的断层陡崖,显示出近期发生的断层活动。该断层呈西北-东南走向,从Tripa延伸至班达亚齐市(人口超过26.8万),这座城市因2004年的海啸而闻名,同时也正好位于这一活跃的断层带上。了解地震破裂历史(包括仪器记录之前的事件)对于揭示长期地震模式和评估相关风险至关重要。我们使用了8米分辨率的DEM数据(DEMNAS)来研究整个断层带,选定区域采用了15厘米分辨率的激光雷达DEM数据,并结合了野外测绘和古地震学研究方法。在Geumpang地区挖掘的两个古地震沟揭示了过去约1000年间至少发生过三次地表破裂地震的证据。通过碎屑木炭的放射性碳测年确定了这些地震的时间,其中两次地震的时间较为精确,而另一次地震的时间精度较低。这些结果证实了亚齐断层的活跃性,明确了其地表走向,并提供了该断层上史前地震的首次详细记录。这些信息有助于改进地震危险性评估,并更清晰地了解班达亚齐地区的构造风险。

引言

亚齐断层位于印度尼西亚西部,属于大苏门答腊断层系统(GSF)的最北端(见图1)。地形特征明显显示了近期断层活动的痕迹,沿250公里长的断层分布着显著的断层陡崖(Hady, 2020; Hady and Marliyani, 2020; Sieh and Natawidjaja, 2000)。尽管2020年发生过几次震级为4至5级的较小地震(BMKG地震目录:https://repogempa.bmkg.go.id/),但迄今为止尚未记录到其他重大地震。该断层呈西北-东南走向,贯穿苏门答腊岛的西北部,从Tripa地区延伸至班达亚齐市。班达亚齐是Nanggaroe Aceh Darussalam省的首府,拥有超过26.8万居民。2004年印度洋海啸对该城市造成了毁灭性打击,这表明该地区同时面临地震和海啸的双重风险(见表1)。
从构造学角度来看,亚齐断层是一个重要的右旋走滑断层系统,负责调节安达曼-苏门答腊俯冲带上的大部分地壳运动,长期滑动速率约为每年数十毫米。这种位移沿断层走向分布不均,既有缓慢滑动的部分也有锁定段,这些因素共同影响了应变积累和释放的机制(详见第2节)。自仪器监测开始以来,该250公里长的断层段未发生显著地震,这表明该地区可能存在地震风险增加的潜在威胁(Bellier et al., 1997; Sieh and Natawidjaja, 2000)。然而,由于人们更多关注邻近俯冲带的灾害(如2004年亚齐海啸),这一潜在风险常常被忽视。
构建完整的地震破裂历史对于理解特定断层系统的地震活动模式(包括时间和空间分布)至关重要。但由于地震复发间隔较长,仪器记录往往不够全面,尤其是对于大地震事件。因此,古地震学通过研究断层痕迹和确定地震年代来揭示过去的地震活动,对于了解断层的长期地震活动具有重要意义(McCalpin et al., 2023; Marliyani and Grant, 2016; Pinzon et al., 2024)。
在本研究中,我们结合遥感数据和野外观测结果绘制了亚齐断层的地图,并进行了古地震学调查以确定最近几次地震的时间。这项研究不仅将提升苏门答腊岛活跃断层地图的精度,还能为GSF北部地区的地震历史提供宝贵见解,从而有助于制定更精确的地震危险性评估。

亚齐断层的构造与地质背景

苏门答腊岛的构造活动主要受印度-澳大利亚海洋板块相对于欧亚大陆板块的斜向俯冲作用控制。苏门答腊俯冲带上的板块汇聚速率从南部地区的每年约50-60毫米逐渐减少到北部安达曼地区附近的每年不到30毫米,反映了板块运动和板块几何形态的变化(Kreemer et al., 2003; Bock et al., 2003; McCaffrey, 2009)。

活跃断层测绘

我们使用了三种不同分辨率的数字高程模型(DEM)数据进行构造地貌分析:首先是来自DEMNAS的全国范围内8米分辨率的DEM数据(网址:http://tides.big.go.id/DEMNAS/),覆盖整个研究区域;其次是基于无人机航拍照片生成的15厘米分辨率DEM数据;第三是仅覆盖部分选定区域的10厘米分辨率激光雷达DEM数据(见图2)。研究的主要目标是检测地表断层痕迹。

活跃断层地图

由于植被茂密,尤其是在山区,识别苏门答腊岛上的活跃断层痕迹十分困难。此外,被砍伐的土地通常被用于农业、水稻种植或放牧,因此人类活动对其地形造成了显著改变。通过DEMNAS提供的8米分辨率DEM数据,我们能够识别出主要的地形特征和断层线。

讨论

我们的沟槽勘探结果显示,自公元前1767年至17,528年间至少发生过三次地表破裂地震,这一结论基于重复出现的断层终止面和切割多个地层的地震层位。然而,由于下部地层中适合放射性碳测年的有机材料较少,最古老地震(E3)的年龄信息较为有限。相比之下,较年轻的两次地震(E1和E2)的年龄数据较为可靠。

结论

本研究通过活跃断层测绘和古地震学调查获得了新的研究成果。通过详细的地貌分析和野外观察,我们更精确地描绘了亚齐断层的地表走向和几何形态,并提供了包含断层地图的KML文件作为论文的电子补充材料。此外,我们对海底地形数据的解读也为本研究提供了重要支持。

作者贡献声明

Gayatri Indah Marliyani:负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目监督、软件使用、资源协调、方法论制定、调查实施、资金申请、数据分析、概念构思。Yann Klinger:负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、方法论制定、数据分析、概念构思。Aulia Kurnia Hady:负责数据可视化、验证和方法论制定。Agung Setianto:
未引用参考文献
Reimer, 2020
Walker, 2005a
Walker, 2005b
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了印度尼西亚气象、气候与地球物理局(BMKG)、PHC Nusantara基金(属于可持续发展研究资助计划——国际合作项目,PPRPB-KLN)的支持,该计划由印度尼西亚教育捐赠基金(LPDP)和法国国家科学研究中心(CNRS)共同资助。研究的早期阶段还得到了其他机构的支持。
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