来自新西兰北阿尔卑斯断层（位于玛布尔山）的多事件古地震记录

《Geomechanics for Energy and the Environment》：A multi-event paleoseismic record from the northern Alpine Fault at Marble Hill, Aotearoa New Zealand

阿尔卑斯断层北西段多事件地震记录及复发间隔研究。通过Marble Hill遗址的3条探沟和4个探坑，利用碳14测年与红外光致发光技术，揭示该区在246-1834年间发生4次古地震，最新事件约1595年，得出413±103年的复发间隔。研究显示该段断层活动与马鲁拉河改道密切相关，且位移量较中央段更复杂（

　　在地震学领域，理解地震活动的历史对于评估地震灾害风险至关重要。传统上，地震灾害模型依赖于对断层的详细结构分析，以确定地震破裂的长度、震级以及地震发生的频率。然而，随着研究的深入，人们逐渐认识到地震活动可能比预期的更加复杂，包括断层的分段破裂、跨断层边界破裂、多断层联合破裂以及由主震引发的其他断层滑动。这些复杂性意味着，仅依赖于单一地震事件（如最近一次地震）的数据，可能无法全面反映断层的长期行为和潜在风险。因此，多事件的古地震记录成为评估断层行为和改进地震灾害模型的关键工具。

在新西兰的奥塔哥地区，阿尔卑斯断层（Alpine Fault）是澳大利亚板块与太平洋板块之间的重要边界结构。该断层自南岛中部向西南延伸，横跨广阔的区域，其地质活动具有显著的时空变化特征。对于阿尔卑斯断层的南部和中部段，已有较为详尽的古地震记录，揭示了这些区域的地震破裂频率和单次地震的滑动量。然而，北部段（AF-NS）的古地震研究仍相对不足，尤其是其与马尔伯勒断层系统（MFS）的相互作用方面。马尔伯勒断层系统是连接阿尔卑斯断层与海库里亚俯冲带的重要构造体系，而AF-NS则位于两者之间，形成了一种复杂的分布式板块边界结构。

近年来，随着对地震模拟器（earthquake simulators）和断层行为的4D建模（即考虑时间、空间、深度和动态变化）技术的发展，对古地震记录的需求也变得更加迫切。这些模型能够模拟断层在更长时间尺度上的行为，包括地震破裂的传播路径、相互作用以及对周围地质结构的影响。然而，模型的有效性依赖于准确的古地震数据，尤其是多事件记录，因为这些数据能够提供更丰富的地震活动模式，从而验证模型的假设和预测。因此，研究者们开始重视在更多地点采集古地震数据，并提高这些数据的精确度。

在本研究中，我们关注的是阿尔卑斯断层北部段（AF-NS）的一个关键地点——大理石山（Marble Hill）。该地点靠近马鲁亚河（Maruia River），是一处著名的断层错动冲积阶地（alluvial terrace）遗址。通过对该地点的三个新挖掘沟槽（trenches）和四个新坑（pits）进行研究，我们获得了关于AF-NS古地震事件的重要信息。这些数据不仅有助于理解该断层的历史地震活动，还能够揭示其与马尔伯勒断层系统之间的相互作用模式。

在研究过程中，我们采用了多种地质年代测定技术，包括放射性碳测年（radiocarbon dating）和红外刺激发光测年（IRSL dating）。这些技术能够帮助我们确定冲积沉积物的年代，从而建立断层活动的时间序列。IRSL测年结果显示，大理石山地区的阶地序列大约形成于过去2000年。这一时间跨度对于研究地震活动的周期性至关重要，因为地震的发生频率通常在百年到千年之间波动。通过分析沟槽和坑中的沉积物层序，我们识别出至少四个近期的古地震事件，其时间范围大致为1595–1834年（最近一次事件，MRE）、952–1406年（E2）、706–933年（E3）以及246–736年（E4）。这些结果表明，AF-NS的地震活动具有一定的周期性，但其破裂间隔和单次地震的滑动量可能与南部和中部段有所不同。

值得注意的是，AF-NS的古地震记录存在一些挑战。首先，由于该区域的地质活动较为复杂，断层的滑动模式可能受到周围断层的影响，例如马尔伯勒断层系统的分段滑动可能会影响AF-NS的地震破裂行为。其次，断层活动可能导致河流改道（avulsion），从而影响沉积物的保存和年代测定的准确性。在本研究中，我们发现马鲁亚河的改道和侵蚀作用对大理石山地区的古地震记录起到了重要的保护作用，使得该区域的沉积物序列能够较好地保存下来。这一现象表明，河流改道可能是断层活动研究中的一个重要因素，因为它们能够提供更清晰的沉积物层序，从而帮助研究人员识别地震事件。

此外，AF-NS的地震活动还可能受到断层几何形态变化的影响。例如，断层的倾角、长度以及与其他断层的交汇点，都可能影响地震的破裂模式和能量释放。因此，在研究AF-NS的古地震记录时，必须综合考虑这些地质因素。本研究的结果表明，AF-NS的地震活动具有较长的破裂间隔（约413年），并且单次地震的滑动量存在较大的变化。这与AF-SS和AF-CS段的短破裂间隔和大滑动量形成对比，暗示了AF-NS可能具有不同的地震行为特征。这种差异可能与断层的结构复杂性、滑动速率以及与其他断层的相互作用有关。

为了更全面地理解AF-NS的地震行为，我们还对之前的研究成果进行了回顾和评估。早期的研究主要集中在识别最近一次地震事件（MRE）的时间和影响范围，但往往忽略了更早的地震事件。这种局限性可能导致对AF-NS地震活动的误解，因为单一事件的数据无法反映断层的长期行为。通过本研究的多事件记录，我们发现AF-NS的地震活动不仅包括最近一次事件，还涵盖了更早的几个地震事件，这些事件的滑动量和时间间隔可能与MRE有所不同。因此，本研究的结果对于改进地震灾害模型和评估AF-NS地区的地震风险具有重要意义。

在研究方法上，我们结合了高精度的激光雷达（LiDAR）数据和传统的古地震挖掘技术。LiDAR数据帮助我们更详细地了解阿尔卑斯断层在蓝灰河（Blue Grey River）至达尼尔湖（Lake Daniell）之间的结构特征，而沟槽和坑的挖掘则提供了直接的沉积物层序和地震破裂证据。通过这些方法，我们能够更准确地识别地震事件，并建立其时间序列。此外，我们还利用了“Gigapan”照片拼接技术，对沟槽壁进行了详细的记录和分析，这有助于提高研究的可视化程度和数据的可比性。

在分析结果时，我们发现AF-NS的地震活动与马尔伯勒断层系统的其他断层之间可能存在复杂的相互作用。例如，某些地震事件可能不仅影响AF-NS本身，还可能引发相邻断层的滑动，从而改变整个区域的地震活动模式。这种相互作用可能在一定程度上解释了AF-NS地震活动的周期性和滑动量的变化。然而，由于该区域的古地震记录尚不完整，我们还需要更多的数据来验证这些假设。

本研究的结果还对当前的地震灾害模型提出了新的挑战。例如，传统的模型可能假设AF-NS的地震活动具有与南部和中部段相似的周期性，但我们的研究显示，AF-NS的地震活动可能更加复杂，包括较长的破裂间隔和不同的滑动量分布。这种复杂性意味着，地震灾害模型需要更加灵活的参数设置，以适应不同断层段的地震行为特征。此外，由于AF-NS位于新西兰北部南岛，靠近人口密集区，因此其地震活动对当地居民的安全具有直接影响。因此，提高对该区域地震活动的理解，对于制定有效的地震灾害应对策略至关重要。

在研究过程中，我们也遇到了一些局限性。例如，尽管我们获得了较为精确的年代测定结果，但这些结果仍然受到地质条件和测年技术的限制。此外，由于AF-NS的地震活动可能受到周围断层的影响，因此在分析地震事件时，必须考虑到这些因素。未来的研究需要在更多地点进行类似的古地震调查，并结合更先进的测年技术和地震模拟器，以进一步揭示AF-NS的地震行为特征。

总之，本研究通过对大理石山地区的古地震记录进行详细分析，首次揭示了AF-NS的多事件地震活动模式。这些结果不仅有助于理解阿尔卑斯断层北部段的地震行为，还为改进地震灾害模型提供了重要的数据支持。同时，研究也指出了当前古地震研究在AF-NS地区面临的挑战，包括断层几何形态的复杂性、河流改道的影响以及测年技术的局限性。未来的研究需要在这些方面进行进一步探索，以全面评估AF-NS地区的地震风险，并为地震灾害的预测和应对提供更加科学的依据。