《Tectonophysics》：Holocene surface-rupturing earthquakes on the Matano fault in the Mahalona basin, Sulawesi, Indonesia
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该研究通过地质地貌观测、地探雷达(GPR)探测和古地震探沟调查，揭示了印尼苏拉威西马塔诺断层Ponsoa段的两次 Holocene地表破裂地震事件（891–1113 CE和1035–1425 CE），结合GPR探测深度达10米的结果，推断该断层东段（约145公里）可能发生Mw 7.6级地震，复发间隔294–444年，强调古地震调查对评估断层地震危险性（如破裂范围、复发周期）的关键作用。
阿迪·帕特里亚（Adi Patria）| 穆罕默德·哈尼夫（Muhammad Hanif）| 安格拉尼·里兹基塔·普吉（Anggraini Rizkita Puji）
印度尼西亚国家研究与创新机构（BRIN）地质灾害研究中心，万隆，印度尼西亚
摘要
印度尼西亚苏拉威西岛的马塔诺断层（Matano fault）承受着太平洋板块和澳大利亚板块之间的左旋运动，因此具有较高的地震危险性。我们通过结合构造地貌观测、地面穿透雷达（GPR）调查和古地震研究，对马塔诺断层庞索阿段（Ponsoa segment）过去的地表破裂地震进行了研究。在古地震剖面挖掘地点附近，庞索阿段特征为年轻河流阶地上存在约0.5–2米高的北向断层陡崖。穿越断层陡崖的GPR剖面显示了地下结构，深度可达约10米。剖面挖掘发现了两次地表破裂事件的证据，时间分别限定在公元891–1113年和1035–1425年。将这些发现与杰雷萨段（Geresa segment）的古地震事件进行对比，表明马塔诺断层东半部分（长约145公里）发生了多次地震破裂，可能的震级（Mw）约为7.6，复发间隔约为294–444年。本研究强调了古地震研究在地震危险性评估中的重要性，特别是在确定大型地表破裂地震的破裂范围和复发间隔方面。
引言
苏拉威西岛的马塔诺断层是印度尼西亚东部快速滑动左旋走滑断层系统中的主要构造，它承受着太平洋板块和澳大利亚板块之间的相对运动（图1a；Bock等人，2003年；Hall，2012年；Hamilton，1979年；Stevens等人，2002年；Watkinson和Hall，2017年）。诸如2018年帕卢科罗断层（Palu Koro fault）发生的7.5级地震（Natawidjaja等人，2021年；Socquet等人，2019年）以及1998年苏拉岛南部断层（South Sula fault）发生的7.7级地震（Vigny等人，2002年）等大型走滑断层地震，都体现了印度尼西亚东部左旋走滑断层系统的高地震危险性（图1a）。
马塔诺断层连接了帕卢-科罗断层（Palu-Koro fault）和苏拉岛南部断层（South Sula fault）（图1a；Beaudouin等人，2003年；Bellier等人，2001年；Patria等人，2023年；Socquet等人，2006年；Villeneuve等人，2002年）。它在苏拉威西岛中部具有明显的西北向地形特征（图1b）。从几何学上看，该断层由不连续性分段组成，马塔诺湖（Lake Matano）占据了断层上的最大台阶部分（国家地震研究中心（PuSGeN），2024年；Daryono，2016年；Daryono等人，2012年；Patria等人，2023年；Watkinson和Hall，2017年）。根据大地测量和地质研究，该断层的滑动速率为约20毫米/年（例如，Khairi等人，2020年；Patria等人，2023年；Walpersdorf等人，1998年），大约占印度尼西亚东部总左旋运动的四分之一（Stevens等人，2002年）。值得注意的是，马塔诺断层具有产生大型（Mw ≥7）地震的能力（国家地震研究中心（PuSGeN），2024年；Cipta等人，2017年；Daryono等人，2021年；Patria等人，2023年；Watkinson和Hall，2017年）。
我们之前的古地震研究（Patria等人，2023年）记录了马塔诺断层杰雷萨段（Geresa segment）乌卢莱雷沟（Ululere trench）中的五次地表破裂地震（见图1b了解沟的位置）。最近的一次地震发生在15至19世纪之间，据推测沿着断层东半部分（约110公里）发生，可能从庞索阿段（在几篇出版物中称为Pamsoa段，例如，国家地震研究中心（PuSGeN）（2017年）和Daryono等人（2021年））延伸到科洛诺段（Kolono segment），估计震级为7.4（图1b）。
此外，Watkinson和Hall（2017年）推断2011年发生的6.1级地震在马塔诺湖以东造成了超过39公里长的地表破裂，很可能发生在庞索阿段（图1b）。对于这样的事件来说，这种地表破裂的长度异常长。根据Wells和Coppersmith（1994年）的经验关系，6.1级地震对应的断层破裂长度约为9.2公里。然而，由于所提出的破裂范围仅基于当地居民报告的破坏情况和卫星图像上观察到的线性构造，因此无法确定这是否确实是2011年地震的地表破裂。
尽管全新世马塔诺断层地表破裂地震的空间范围仍不清楚，但这些信息对于评估该断层的地震危险性至关重要。由于该断层靠近索罗瓦科（Sorowako）和巴霍多皮（Bahodopi）等地区的采矿基础设施和社区，对其地震危险性的评估也非常重要。因此，本研究旨在通过古地震研究确定马塔诺断层东段的地表破裂事件范围。我们选择庞索阿段是因为它是Patria等人（2023年）假设的地震破裂范围内最西端的段，并且可能在2011年地震中也发生了破裂（Watkinson和Hall，2017年）。该段部分穿过马哈洛纳盆地（Mahalona basin），这是一个适合记录古地震事件的地点。
本文介绍了我们在马塔诺断层庞索阿段进行的调查结果，包括构造地貌观测、地面穿透雷达（GPR）勘探以及古地震剖面挖掘和建模。基于我们的发现，我们讨论了我们的结果与之前对杰雷萨段（Geresa segment）的研究结果之间的古地震事件相关性（Patria等人，2023年），以更好地确定全新世地表破裂地震的破裂范围、时间和复发间隔。我们还讨论了我们的结果对马塔诺断层地震危险性的影响。
马哈洛纳盆地（Mahalona basin）的地质
马哈洛纳盆地位于马塔诺湖以东的马塔诺断层沿线，其西部部分被马哈洛纳湖占据（图2a）。这个湖泊汇集了来自北部和东部的所有河流。根据Simandjuntak等人（1993年）的地质图，盆地平原由第四纪冲积物（即粘土、沙子和砾石）构成，这些沉积物不整合地覆盖在盆地周围山区出露的白垩纪超基性岩系上（图2a）。
方法论
我们基于遥感和实地考察绘制了活动断层轨迹，遵循了传统的活动断层 delineation 技术（例如，Daryono等人，2019年；Marliyani等人，2019年；Marliyani等人，2019年；Natawidjaja等人，2021年；Patria等人，2023年；Patria等人，2021年）。首先，我们解读了来自德国航空航天中心（DLR）的12米分辨率全球数字高程模型（DEM）TanDEM-X数据（Zink等人，2014年），以识别与活动断层相关的构造特征。
庞索阿段（Ponsoa segment）和剖面挖掘地点的地貌
马塔诺断层以西北向的庞索阿段形式穿过马哈洛纳盆地（图2a）。该段的总长度约为47公里，其中包括位于马塔诺湖下的部分。在陆地上识别的段长度约为30公里。该段由两条断层轨迹组成，这两条轨迹之间被宽约1.4公里、长约12公里的布安金岭（Buangin Ridge）分隔。这条岭被认为是由于两条轨迹之间的限制性台阶作用而形成的压扭抬升。
讨论
我们的古地震研究表明，在马哈洛纳盆地中，至少发生了两次全新世地表破裂地震（E1-M 和 E2-M），它们破裂了马塔诺断层的庞索阿段。两次地震之间的时间间隔大约为280–590年，与Patria等人（2023年）对杰雷萨段计算的200–470年复发间隔相似。然而，由于剖面中单元1的人为起源，我们无法确定1950年之后的任何地表破裂事件。
结论
我们的古地震研究发现了马塔诺断层庞索阿段在马哈洛纳盆地中发生的两次全新世地表破裂地震的证据。古地震剖面的观测揭示了两个不同的断层结构，这些结构切割了不同的地层单元，使我们能够确定地震的时间。较年轻的地震（E1-M）发生在公元1035年至1425年之间，而较老的地震（E2-M）发生在公元891年至1113年之间。
作者贡献声明
阿迪·帕特里亚（Adi Patria）：写作 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，可视化，验证，监督，软件使用，资源获取，项目管理，方法论，调查，资金申请，正式分析，数据管理，概念化。
穆罕默德·哈尼夫（Muhammad Hanif）：写作 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，验证，软件使用，方法论，调查，正式分析，数据管理。
安格拉尼·里兹基塔·普吉（Anggraini Rizkita Puji）：写作 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，验证。
未引用参考文献
Marliyani等人，2016年
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究由印度尼西亚国家研究与创新机构（BRIN）的2023年灾害研究基金（Rumah Program Kebencanaan 2023）资助（资助编号：2/III.4/HK/2023）。我们感谢Mudrik Rahmawan Daryono、Danny Hilman Natawidjaja、Atin Nur Aulia和Panggea Ghiyats Sabrian在研究过程中的宝贵讨论。我们也感谢Amar在野外调查中的协助。
