《Physics of the Earth and Planetary Interiors》：Seismic hazard and tectonic stress in Halmahera, Indonesia based on b-value and apparent stress analyses
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Halmahera地区因欧亚、澳洲、太平洋及菲律宾海四大板块汇聚产生强烈构造活动，本研究通过1970-2024年震级3.0-5.9、深度10-50km的地震数据，结合K-Means聚类、贝叶斯b值估计及EMR方法，分析显示西北部存在显著应力积累（b值0.886-1.928，表观应力0.049-0.165MPa），提示大震潜在风险，强调持续监测与减灾的重要性。
Muh. Farid Wajedy | Saaduddin | Muhammad Altin Massinai | Fahruddin Fahruddin | Ahmad Thariq
印度尼西亚马卡萨尔哈萨努丁大学数学与自然科学学院地球物理学系，地球物理学专业。
摘要
哈尔马赫拉岛是印度尼西亚东部的一个地区，由于欧亚板块、澳大利亚板块、太平洋板块和菲律宾海板块的汇聚，该地区经历了强烈的构造活动。鉴于该地区的复杂构造环境和地震潜力，本研究旨在通过b值和表观应力分析来研究哈尔马赫拉岛的应力状况。数据集包含了1970年至2024年间发生的地震事件，这些地震的震级范围为3.0至5.9，震源深度在10至50公里之间。研究结果显示，哈尔马赫拉岛的b值介于0.886至1.928之间，而表观应力值则在0.049至0.165兆帕之间。我们的分析表明，哈尔马赫拉岛的西北部存在显著的应力积累，这可能与正在进行的俯冲过程有关，暗示了发生大地震的潜在风险。这些发现强调了持续监测和有针对性的地震灾害缓解措施的重要性，尤其是在哈尔马赫拉岛的西北部地区。
引言
哈尔马赫拉岛位于一个高度复杂的构造环境中，这里汇聚了菲律宾海板块、太平洋板块、欧亚板块和澳大利亚板块。这种相互作用导致了多种变形机制，包括莫卢卡海的双重俯冲作用以及索龙断层系统的走滑断层作用，从而造成了应力积累和地震行为的显著空间差异（Hatherton和Dickinson，1969；Fitch和Molnar，1970；Moore等人，1981；Hall和Wilson，2000；Hall，2002）。这种构造复杂性导致了异质性的应力条件，这些条件强烈影响了区域地震活动的分布和特征。
地震代表了地壳内部长期应力积累突然释放的结果（Senatorski，2020；Li和Chen，2021；Spiridonov等人，2025；Barani等人，2025）。为了更好地理解地震产生的机制，特别是在构造活跃的地区，已经进行了大量研究来分析这种应力积累的空间分布和时间演变。在应力分析中最常用的参数之一是b值（Schorlemmer等人，2005；Narteau等人，2009；Bora等人，2018；Gui等人，2019；Mousavi，2017；Nanjo和Yoshida，2021）。低b值通常与地震易发区相关联，这些区域被认为是可能发生大地震的地点（Ghosh等人，2008；Tormann等人，2012；Schurr等人，2014；Nanjo，2020；Tiwari和Paudyal，2021），而高b值则常与蠕变区相关联（Mostafanejad等人，2013；Ahmed等人，2021）。除了b值之外，另一个用于评估地壳应力水平的关键参数是表观应力。表观应力定义为剪切模量与辐射地震能量与地震矩之比的乘积（Wyss，1970）。值得注意的是，表观应力值在大地震前后都表现出显著的变化（Picozzi等人，2019；Tiwari等人，2021；Tiwari等人，2023；Shaw等人，2025）。
最近一项使用b值分析的研究是由Ningrum等人（2024）进行的，他们提供了哈尔马赫拉岛地区的b值估计结果。结果显示，平均b值为1.14，完整性震级（Mc）的最小值为4.9。b值是通过最大似然法计算的，而Mc则是通过最大曲率法确定的（Senatorski，2020；Gong等人，2024；Ningrum等人，2024；Lallawmawma等人，2024）。尽管这两种方法在地震学研究中被广泛使用，但它们在地震事件数量有限的地区容易产生偏差（Navarro-Rodríguez等人，2025；Das等人，2025）。此外，基于固定半径的网格单元进行空间分割在b值计算中可能导致相邻网格之间的相互作用，从而可能影响b值估计的准确性。
在本研究中，我们使用K-Means聚类算法对地震事件进行分割，以防止b值计算中的相互影响。此外，我们采用贝叶斯方法进行b值估计，该方法允许将先验信息与观测到的地震数据结合起来，以获得更稳定的参数估计和明确的不确定性量化，特别是在事件数量有限的簇中。我们还应用了“完整震级范围”（EMR）方法来确定完整性震级（Mc），因为这两种方法都旨在减少由于数据有限而产生的偏差（Mignan和Woessner，2012；Yaghmaei-Sabegh和Ostadi-Asl，2022）。为了提高我们的研究结果的可靠性，我们将b值分析与表观应力方法相结合，这与早期研究（例如Li等人，2021；Ma等人，2025）的结果一致，这些研究强调了b值、表观应力与地震潜力之间的关系。本研究的主要目标是通过结合b值和表观应力方法来研究哈尔马赫拉岛的应力状态。
本研究通过使用K-Means算法进行地震数据分割、基于贝叶斯的b值估计、采用“完整震级范围”（EMR）方法确定完整性震级（Mc）以及表观应力分析，为地震构造学领域提供了新的视角。先前的研究表明，将统计地震参数与应力相关指标结合起来可以提供有关构造复杂地区空间应力异质性的宝贵见解（例如Li等人，2021；Ma等人，2025）。基于这一概念基础，这里提出的综合框架是专门为数据有限的地区（如哈尔马赫拉岛）设计的。
方法
结果
研究结果是通过结合b值和表观应力的分析得出的，对地震活动和应力条件的空间变化进行了全面概述。首先展示了b值估计结果，以描述地震规模的分布，随后展示了表观应力结果，以评估区域应力异质性。
讨论
哈尔马赫拉岛位于四个主要构造板块的交汇处：菲律宾海板块、太平洋板块、欧亚板块和澳大利亚板块。这些板块之间的相互作用导致了强烈的变形区和复杂的断层系统，包括哈尔马赫拉岛南部的索龙断层以及西部的莫卢卡海双重俯冲系统，这两个区域都已知具有地震和构造活动性（Hatherton和Dickinson，1969；Fitch和Molnar，1970；Moore等人）。
结论
本研究结合了K-Means聚类、基于贝叶斯的b值估计和表观应力分析，来评估哈尔马赫拉岛地区的构造应力分布。结果显示，与俯冲系统相关的哈尔马赫拉岛西北部区域表现出低b值和高表观应力。这种模式反映了显著的应力积累，表明发生大地震的潜力较高。相比之下，中部区域...
CRediT作者贡献声明
Muh. Farid Wajedy：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。Saaduddin：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。Muhammad Altin Massinai：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。Fahruddin Fahruddin：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。Ahmad Thariq：可视化，软件。
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致谢
作者感谢哈萨努丁大学地球物理学系在研究过程中提供的宝贵支持、设施和机会。
