基于重力异常揭示多巴火山口附近Renun段基底结构特征及其对地震破裂屏障的潜在影响

本研究通过383个重力测量站点数据，采用Complete Bouguer异常分析和边缘增强技术，揭示了苏门答腊断裂带(SFZ) Renun段基底构造特征。发现NW-SE向高异常体与Medial Sumatra构造带(MSTZ)延伸相关，该结构可能成为地震破裂传播屏障，为理解断裂分段机制和地震灾害评估提供新见解。

　　

在印度洋板块与欧亚板块的斜向俯冲作用下，苏门答腊岛发育了著名的走滑断裂系统——苏门答腊断裂带(SFZ)。这个长达1900公里的断裂带被划分为19个段落，其中Renun段作为最长段落（220公里）却表现出反常的地震平静现象：历史记录显示该段从未发生M>7级地震，而相邻的Toru段在近十年就发生了两次破坏性地震。这种地震活动性的空间差异引发重要科学问题：是什么控制了断裂带不同段落的地震破裂行为？

多巴火山口周边区域的地质条件更为特殊。这个超级火山喷发形成的厚层火山沉积物（如74ka的Youngest Toba Tuff）完全掩盖了基底构造，而该区域又处于Investigator断裂带(IFZ)俯冲延伸区、Medial Sumatra构造带(MSTZ)交汇处。传统地质填图难以揭示被覆盖的构造特征，使得地震危险性评估缺乏关键的地下结构约束。

针对这一科学难题，研究人员开展了系统的重力测量研究。团队在Toba湖南部布设383个重力测站（间距约1km），使用LaCoste Romberg G-804重力仪（精度0.01 mGal）获取高精度数据。通过Complete Bouguer异常分析、剩余-区域异常分离以及多种边缘增强技术（水平导数、垂向导数、倾斜角导数等），成功"透视"了火山沉积层下的基底构造特征。

关键技术方法包括：1) 基于DEMNAS和SRTM DEM的8-30米分辨率地形校正；2) 采用三阶多项式拟合和向上延拓进行异常分离；3) 运用水平导数(HD)、垂向二阶导数(SVD)、倾斜角导数(TDR)等边缘检测算法识别构造边界；4) 通过Oasis Montaj软件进行数据处理和成像。

研究结果揭示出三个重要发现：

1. 东西差异结构：区域异常图显示研究区北部存在明显的东-西分异，西部呈现低异常闭合（-70至-60 mGal），东部为高异常（-50至-40 mGal）。这种差异可能与俯冲的IFZ造成岩石圈撕裂有关，东部较老的俯冲板块具有更高密度。

2. NW-SE向高异常体：在SFZ东北侧3-5公里处，发现一个与断裂带近平行的NW-SE向延伸的高异常体（H3-H4）。该特征在剩余异常图和所有边缘增强结果中均清晰可见，被解释为MSTZ的隐伏延伸部分。MSTZ作为分隔Sibumasu与西苏门答腊地块的重要构造带，其岩石组成以片麻岩、片岩等变质岩为主，具有较低的摩擦系数。

3. 潜在破裂屏障：通过对比地震层析成像结果，发现该高异常体恰好对应P波和S波速度异常的过渡带。 Coulomb应力变化图也显示此处是正负应力转换边界，表明该构造可能影响地震破裂传播。这解释了为何Renun段历史上缺乏大震记录——MSTZ的高密度变质岩体可能作为"结构障碍"阻止了破裂扩展。

讨论部分强调了三个重要观点：

1. 基底构造对地震破裂的控制作用不仅体现在地表可见的阶步或弯曲，深部隐伏构造（如MSTZ）同样能形成有效的破裂屏障；
2. 虽然SFZ的分段性传统上被认为由阶步控制，但2007年Sumani-Sianok段的"双破裂"事件表明，破裂可能穿越地表不连续体。本研究提出的隐伏MSTZ则提供了另一种分段机制；
3. 在火山沉积覆盖区，重力勘探能有效揭示控震构造，这对完善地震危险性模型具有重要价值。

该研究发表在《Geodesy and Geodynamics》期刊，首次通过高分辨率重力数据揭示了Toba地区隐伏构造与地震活动性的关联。Lina Handayani等作者提出的"MSTZ作为破裂屏障"模型，不仅解释了Renun段的地震平静现象，更为理解走滑断裂系统的分段机制提供了新视角。这些发现对完善苏门答腊岛的地震灾害评估模型具有直接指导意义，特别是在隐伏构造识别和潜在震源区划分方面提供了关键科学依据。