background image
 
 
 
 
 
PRELIMINARY ANALYSIS OF THE EARTHQUAKE (MW 8.1) AND TSUNAMI OF APRIL 
1, 2007, IN THE SOLOMON ISLANDS, SOUTHWESTERN PACIFIC OCEAN 
 
 
Michael A. Fisher, Eric L. Geist, Ray Sliter, Florence L. Wong, Carol Reiss, and Dennis M. Mann 
 
U.S. Geological Survey,  
345 Middlefield Rd., MS 999, Menlo Park, California, USA 
 
 
ABSTRACT 
 
On  April  1,  2007,  a  destructive  earthquake  (Mw  8.1)  and  tsunami  struck  the  central  Solomon 
Islands arc in the southwestern Pacific Ocean. The earthquake had a thrust-fault focal mechanism and 
occurred at shallow depth (between 15 km and 25 km) beneath the island arc. The combined effects of 
the  earthquake  and  tsunami  caused  dozens  of  fatalities  and  thousands  remain  without  shelter.  We 
present a preliminary analysis of the Mw-8.1 earthquake and resulting tsunami. Multichannel seismic-
reflection data collected during 1984 show the geologic structure of the arc’s frontal prism within the 
earthquake’s rupture zone. Modeling tsunami-wave propagation indicates that some of the islands are 
so close to the earthquake epicenter that they were hard hit by tsunami waves as soon as 5 min. after 
shaking began, allowing people scant time to react. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 3 (2007) 
background image
1.  INTRODUCTION 
 
The  M-8.1  earthquake  in  the  Solomon  Islands  that  occurred  at  20:40  on  April  1,  2007  (UTC), 
struck along a complicated plate boundary in the southwestern Pacific Ocean (Figure 1). Earthquake 
shaking  and  a  tsunami  caused  as  many  as  52  fatalities  and  left  thousands  homeless  (Reliefweb, 
2007a). These figures remain unconfirmed because the affected area is impoverished and remote from 
government  resources.  Clearly,  however,  this  earthquake’s  aftermath  includes  considerable  human 
suffering. 
 
Figure 1. Index map of the part of the southwest Pacific Ocean that includes the Solomon Islands arc 
and the epicenter of the 2007 Mw-8.1 subduction-zone earthquake. The crosshatched area shows the 
rupture zone of the 2007 earthquake. The dotted outline shows the part of the island arc that has been 
characterized by a reduced level of historical seismicity (Cooper and Taylor, 1987).  The box shows 
the area included in Figure 2a. Plate-convergence rates and directions are from Mann et al. (1998). 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 4 (2007) 
background image
 
Figure 2a. Location of main shock (red circle) and aftershocks of the 2007 Mw-8.1 earthquake. Plate-
convergence rates and directions are from Mann et al. (1998). Black squares and numbers like “1975a 
(7.6) ” give year, sequence and magnitude of doublet earthquakes that occurred in the rupture zone of 
the 2007 earthquake. Figure area given in Figure 1. GI: Ghizo Island. KI: Kolombangara Island. NBT: 
New Britain Trench. NGI: New Georgia Island. RI: Ranongga Island. SCT: San Cristobol Trench. SI: 
Simbo Island. VI: Vangunu Island: VLI: Vela Lavella Island. 
 
The Solomon Islands arc lies along the southwestern boundary of the Pacific plate, and the Mw-
8.1 earthquake was a subduction-zone thrust event. Several aspects of geography and geology make 
this earthquake and tsunami unique. First, although young oceanic crust is being subducted eastward 
at the New Britain Trench, the down going plate bends sharply downward and dips  steeply (30˚ to 
45˚) into the mantle, and the earthquake’s epicenter is located almost beneath the trench axis (Figure 
2a). Second, in the past 30 years, numerous earthquake doublets have struck this island arc (e.g. Lay 
and  Kanamori,  1980),  and  the  rupture  zone  of  the  2007  earthquake  includes  the  locations  of  two 
doublets, having magnitudes of about M 7 (Figure 2a). To date (9/1/2007), however, the 2007 event 
has  produced  aftershocks  as  large  as  Mb  6.6,  but  no  second  M-8  earthquake  and  tsunami  have 
occurred.  
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 5 (2007) 
background image
 
Third,  where  the  earthquake  struck,  complex  bathymetric  and  tectonic  elements,  including  an 
active  spreading  ridge  and  transform  fault,  are  being  subducted.  The  effect  of  ridge  subduction  on 
seismogenesis  is  evident  from  the  fact that  earthquake  slip  began  southeast  of  where  the  spreading 
ridge enters the subduction zone; slip was reduced directly over the ridge; and northwest of the ridge, 
slip resumed with increased amplitude. 
 
2.  GEOLOGIC SETTING OF THE EPICENTRAL REGION 
 
     
Since the middle Miocene, the Ontong Java Plateau (Figure 1) has been colliding with the trench 
along the east side of the Solomon Islands arc (Kroenke, 1972; Mann and Taira, 2004; Phinney et al., 
1999). This collision caused eastward subduction of oceanic crust to commence along the west side of 
the  arc,  forming  an  exemplar  of  subduction-polarity  reversal  (e.g.  Karig  and  Mammerickx,  1972). 
Earthquake hypocenters indicate that oceanic crust on both the east and the west sides of the island arc 
is  being  subducted  (e.g.  Cooper  and  Taylor,  1985,  1987;  Shinohara  et  al.,  2003;  Yoneshima  et  al., 
2005). 
The 2007 Mw-8.1 earthquake occurred along the west side of the arc, where the New Britain and 
San  Cristobal  Trenches  mark  the  northeastward  subduction  of  the  oceanic  plates  on  the  west.  This 
crust  includes  the  Solomon  Sea  plate  to  the  north  and  the  Australia  plate  to  the  south  across  the 
Woodlark spreading ridge (Figure 1). Plate convergence between the Solomon Sea and Pacific plates, 
is rapid, amounting to about 100 mm/yr (Bird, 2003; Tregoning et al., 1998). 
The  Woodlark  spreading  ridge  extends  discontinuously  eastward  across  the  Woodlark  Basin  to 
where the ridge is being underthrust at the New Britain Trench, along the west side of the Solomon 
Islands  arc  (Goodliffe,  et  al.,  1999;  Martinez,  et  al.,  1999;  Taylor,  1999;  Taylor  and  Exon,  1987; 
Weissel  et  al.,  1982)(Figure  1).  The  spreading  ridge  figures  prominently  in  this  study  because  the 
ridge enters the trench only about 50 km northwest of the epicenter for the 2007 earthquake (Figure 
2b). North of the Woodlark spreading ridge, the  New Britain Trench deepens northwestward, from 
about 5 km near the ridge to as deep as 8 km west of Bougainville Island (Figure 1 and 2a).  Across 
the spreading ridge to the southeast, the San Cristobal trench is not well expressed bathymetrically, at 
depths of 4 km to 5 km. 
The Woodlark spreading ridge became active about 6 Ma ago (Taylor et al., 1999), and modeling 
geodetic  data  indicates  that  the  current  half-spreading  rate  across  the  ridge  increases  progressively 
eastward  toward  the  New  Britain  Trench,  where  the  half-rate  may  be  as  much  as  40  mm/yr 
(Tregoning et al., 1998).  
This spreading ridge is segmented by several transform faults (e.g. Martinez et al., 1999; Taylor et 
al., 1999). In particular, near the New  Britain Trench the Simbo transform fault extends northward 
from a spreading-ridge segment (Figure 2b) to obliquely underthrust the arc’s frontal prism. Swath-
bathymetric data indicate that the transform fault widens northeastward, which has been interpreted as 
evidence for crustal spreading along this transform fault since about 80 ka (Martinez et al., 1999). 
Ghizo Ridge, possibly an extinct segment of the spreading-ridge, is surmounted by seamounts and 
extends southeastward along the axis of the San Cristobal Trench (Figure 2b). The epicenter of the 
2007 earthquake is located just northeast of Ghizo Ridge and within a re-entrant in the forearc slope. 
The Simbo bathymetric ridge, distinct from the transform fault, extends northward across the 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 6 (2007) 
background image
forearc slope and supports Simbo and Ranongga Islands (Figure 2b). These islands are near the trench 
axis  and  were  among  the  areas  hardest  hit  by  the  2007  tsunami.  Simbo  Ridge  and  its  surmounting 
islands  apparently  formed  owing  to  subduction  of  the  Woodlark  spreading  ridge.  In  this  area, 
spreading-ridge subduction mainly controls the location and intensity of near-trench volcanism (e.g. 
Johnson et al., 1987; Taylor and Exon, 1987). Near the epicenter of the 2007 earthquake, volcanism is 
restricted in occurrence to the area of New Georgia Island, east of where the spreading ridge is being 
subducted. Near-trench volcanoes that formed Simbo Island actually lie west of the projected location 
of the trench axis, and other volcanoes lie within just 30 km of this axis. 
 
Figure 2b. The areas most severely affected by the tsunami include the near-trench islands of Simbo, 
Ghizo and Ranongga and the southwest coast of Choiseul Island. Red circle shows the epicenter of the 
2007 Mw-8.1 earthquake. The main fault-slip zones during the 2007 earthquake are separated by the 
subducted Simbo transform fault. Figure area given in Figure 2a. Location of MCS section 401 in 
Figures 3a and 3b is shown by the heavy part of the black line labeled “401”. The line of section 
showing locally recorded hypocenters used in Figures 3b and 3c is shown by the black line labeled 
“Y05”. Abbreviations as in Figure 2a except for: BI: Bougainville Island. CI: Choiseul Island. GR: 
Ghizo ridge. REI: Rendova Island. TI: Tetepare Island. SLI: Shortland Island. SR: Simbo ridge. TRI: 
Treasury Island. 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 7 (2007) 
background image
 
Another  geologic  consequence  of  ridge  subduction  is  vertical  tectonic  motion  of  local  forearc 
areas. For example, Mann et al. (1998) and Taylor et al. (2005) described a high spatial variation in 
uplift rates, near New Georgia Island, that the authors attribute to subduction of the irregular lower-
plate bathymetry. The 2007 epicenter is located within a re-entrant in the lower arc slope (Figure 2b). 
Similar forearc re-entrants are scars caused by the subduction of high standing bathymetric features 
(e.g. Fisher et al., 1991; Geist et al., 1993). How tectonic processes associated with ridge subduction 
affected earthquake and tsunami generation are topics for further research. 
  
3. THE 2007 EARTHQUAKE (MW 8.1) 
 
Cooper and Taylor (1987) noted that epicenters of shallow (<70 km) and intermediate (70 km to 
130 km) focal-depth earthquakes are uncommon  in the central part of the island arc, as outlined in 
Figure 1. This central area coincides with the locus of subduction of the Woodlark spreading center 
(Cooper and Taylor, 1987). The epicenter for the 2007 earthquake occurred within the central zone of 
reduced seismicity (Figure 1), thus filling at least the northwestern half of the seismic gap. 
Global CMT Catalog data (CMT, 2007) indicate that the main shock was located at 7.96˚ S and 
156.40˚ E at a depth of 23 km, and the nodal plane showing thrust-fault motion strikes 331˚ and dips 
northeast at 38˚. Two other estimates of the attitude of the nodal plane yielded broadly similar values. 
According to Yagi (2007), the strike is 300˚ and the dip 19˚, whereas Ji (2007) estimated the strike to 
be 305˚ and dip 25˚. Fault rupture propagated northwestward from the epicenter at a mean velocity of 
1.95 km/s (Yagi, 2007). The rupture zone of the 2007 earthquake extended at least 250 km along the 
Solomon  Islands  arc.  Within  the  two-month  period  following  the  main  shock,  as  many  as  10 
aftershocks with Mb between 6 and 7 had occurred. 
The  Solomon  Islands  subduction  zone  is  noted  for  producing  earthquake  doublets--two 
earthquakes having similar magnitude that occur closely in space and time (Kagan and Jackson, 1999; 
Lay  and  Kanamori,  1980;  Schwartz,  1999;  Xu  and  Schwartz,  1993).  The  mechanism  causing 
earthquake doublets remains controversial, although stress triggering of the second earthquake by the 
first one in the doublet is likely to be a significant factor. Kagan and Jackson (1999) discuss the period 
between doublet earthquakes.  
The  largest  historic  doublet  to  strike  this  island  arc  occurred  12  days  apart  during  1971  and 
involved a pair of M-8.0 and -8.1 earthquakes north of Bougainville Island (Schwartz et al., 1989). 
After  the  2007  Mw-8.1  earthquake,  despite  deep  concerns  among  disaster  workers,  a  follow-on 
earthquake and tsunami have not struck.
 
Most earthquake doublets in the Solomon Islands have occurred north of the 2007 epicenter, in the 
vicinity of Bougainville Island and along the northwest-striking part of the New Britain Trench. Two 
doublets during 1974 and 1975 were located within the northwestern part of the 2007 rupture zone 
(Xu and Schwartz, 1993) (Figure 2a). The four events making up these doublets ranged in Mw from 
7.3  to  7.6,  and  their  focal  mechanisms  were  compatible  with  underthrusting  and  subduction  of  the 
western oceanic plate. Xu and Schwartz (1993) proposed that the 1974 and 1975 doublets originated 
owing to the roughness of the oceanic plate that is being subducted because the Woodlark Rise enters 
the New Britain Trench west of the epicenters. 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 8 (2007) 
background image
Subduction of high standing bathymetric features has demonstrably affected fault slip during the 
2007 earthquake. According to two finite fault models (Ji, 2007; Yagi, 2007), fault rupture bridged 
across the subducted part of the active Woodlark spreading ridge (Figure 2b). The finite fault models 
differ in detail, but they agree to the extent that they show two main slip zones and a third small zone 
near Vella Lavella Island. However, the slip zones by Yagi (2007) are shifted southwest from, and 
indicate  a  slip  magnitude  nearly  twice  as  great  as,  the  slip  zones  and  magnitude  presented  by  Ji 
(2007).  Both  models  indicate  that  one  of  the  two  main  slip  zones  surrounded  the  earthquake’s 
epicenter  and  that  the  zones  are  separated  by  an  area  of  slip  deficit  located  where  the  Woodlark 
spreading  ridge  and  the  Simbo  transform  fault  are  being  subducted.  In  both  models,  the  second  or 
northwestern main slip zone does not extend northwest of where the Woodlark Rise enters the trench 
(Figure 2b), hence this bathymetric feature may have formed a barrier to earthquake rupture. 
 
4. SEISMIC-REFLECTION SECTION THROUGH THE EARTHQUAKE RUPTURE ZONE 
 
During 1984, the U.S. Geological Survey collected multichannel seismic-reflection (MCS) data in 
the Solomon Islands arc (e.g. Bruns et al., 1989b). Seismic line 401 (Figs. 3a and 3b) from this survey 
crosses the rupture zone of the 2007 earthquake (Figure 2b). Another version of this seismic section is 
shown  and  interpreted  in  Bruns  et  al.  (1989a).  For  this  report,  we  reprocessed  the  seismic  section, 
migrating  these  data  after  stack  and  using  sonobuoy-refraction  velocities  obtained  over  the  lower 
slope and Shortland basin (Cooper et al., 1986a,b, 1989) to produce a depth section without vertical 
exaggeration (Figure 3b). 
MCS section 401 reveals flat reflections from the interplate decollement that can be followed for 
more  than  40  km  east  of  the  trench  (Figure  3a).  These  events  separate  discontinuous  and  weak 
reflections  from  within  the  superjacent  frontal  prism  of  the  island  arc  from  more  continuous 
reflections from lower-plate rocks. The time and the depth-converted MCS sections (Figs. 3a and 3b) 
reveal  rocks  under  the  decollement  that  dip  consistently  southeastward  and  terminate  against  the 
abrupt seafloor rise that borders the New Britain Trench on the southeast. This rise is located along 
the  Simbo  transform  fault.  Swath  bathymetry  shows  that  this  transform  fault  strikes  north,  nearly 
perpendicular to the seismic section, and the fault widens toward the New Britain Trench (Martinez et 
al., 1998) (Figure 2b). Lower-plate rocks that dip southeast and abut the transform fault appear to fill 
a half graben (Figs. 3a and 3b). This half graben may have resulted from the crustal spreading along 
this transform fault that occurred since about 80 ka (Martinez et al., 1999), but the graben fill may be 
too  thick  (~2  km)  to  have  resulted  solely  from  such  a  short  period  of  extension.  Alternatively,  the 
velocity used in the depth conversion is wrong and exaggerates the thickness. 
 To  estimate  the  location  of  the  interplate  boundary  northwest  of  where  reflections  from  the 
decollement  end  on  MCS  section  401,  we  plotted  locally  recorded  hypocenters,  instead  of 
teleseismically located ones, on the depth section (Figure 3b) and on a regional cross section (Figure 
3c). The local hypocenters were determined from data obtained during a deployment of ocean-bottom 
seismometers  in  1998  (Yoneshima  et  al.  2005). Yoneshima  et  al.  (2005)  used  these  hypocenters  to 
show that the seismic front underlies the upper slope, consistently below the 1000 m isobath, and that 
the down going plate dips ~30˚ northeast through the zone of highest seismic activity, which is deeper 
than about 20 km. The water bottom multiple on MCS section 401 becomes a wide band of persistent  
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 9 (2007) 
 
background image
 
Figure 3a. Migrated time section of U.S. Geological Survey seismic line. Section location shown in 
Figure 2b by the black line annotated “401”. 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 10 (2007) 
background image
 
noise  when  migrated  (Figure  3a),  and  it  prevents  us  from  making  a  direct  connection  between  the 
decollement indicated by reflections and the interplate boundary indicated by hypocenters. 
Three seafloor discontinuities over the frontal prism may signify active thrust faults (Figs. 3a and 
3b). The  two  discontinuities  closer  to  the  trench occur  where  reflections  from  within  the  prism  are 
poor,  so  the  faults  are  speculative.  However,  reflections  from  near  the  shallowest  seafloor 
discontinuity  yield  better  evidence  for  a  thrust  fault  in  that  rocks  at  shallow  depth  on  the  fault’s 
upslope side are more reflective and thicker than are rocks on the down slope side. Recent research 
interest has focused on the role in tsunamigenesis played by splay thrust faults that deform a frontal 
prism, especially in studies conducted off the Nankai Trough (e.g. Bangs et al., 2004; Kondo et al., 
2005; Park et al., 2000, 2002). Concerning the 2007 earthquake in the Solomon Islands, we currently 
lack sufficient information to determine whether thrust faults interpreted from MCS section 401 (Figs. 
3a and 3b) were active during the earthquake, but their potential role is a topic for future research. 
The shallowest interpreted thrust fault coincides with an abrupt change in the critical taper of the 
wedge  (Figs.  3a  and  3b).  Over  the  lowermost  slope,  the  wedge  critical  taper  is  6˚  whereas  at  the 
shallowest fault, the taper increases to 30˚, and the taper maintains this value eastward to beyond the 
shelf break (Figure 3b). At other subduction zones, variations in the critical taper of the frontal prism 
provide  clues  to  how  and  where  major  earthquakes  might  nucleate  along  an  interplate  decollement 
(Wang  and  Hu,  2006;  Kimura  et  al.,  2007).  Furthermore,  Kimura  et  al.  (2007)  discuss  the  Nankai 
accretionary prism and link variations in critical wedge taper to specific structural styles within the  
wedge and to mechanical properties along the decollement. In the analysis by Wang and Hu (2006) 
the  break  in  slope  between  a  forearc  basin  and  the  outboard  accretionary  prism  coincides  with  the 
outward-directed  change  in  frictional  properties  along  the  decollement  from  velocity-weakening  to 
velocity-strengthening. Hence, in this analysis the slope break is proposed to overlie the updip end of 
the seismogenic zone. 
These findings are difficult to apply straightforwardly to the case of the Solomon Islands arc near 
MCS  line  401  because  the  nearby  subduction  of  the  Woodlark  spreading  ridge,  with  its  irregular 
bathymetry and probable high heat flow, injects a strongly three-dimensional aspect into the analysis. 
However, the half graben associated with the Simbo transform fault thins northeastward and appears 
to die out altogether below the increase in critical taper (Figure 3a). Thus the critical-taper increase 
from 6˚ to 30˚ may coincide with a change in frictional properties across the decollement: presumably 
northwest of where the graben ends, lower-plate rocks just under the decollement are igneous oceanic 
crust  instead  of  sedimentary  graben  fill.  This  lithologic  change  might  form  the  updip  limit  of  the 
seismogenic zone. 
The seismic section shows what may be pinnacle reefs under shallow water near the shelf break 
(Figure 3a). If they are reefs, then their flat upper surfaces indicate previous sea levels and the present 
depth of the pinnacles indicates submergence and southeastward tilting of the shelf edge. This may be 
evidence  for  subduction  erosion  of  the  upper  plate  by  high  standing  bathymetric  features  thrust 
beneath the island arc. 
 
 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 11 (2007) 
 
 
background image
5. THE TSUNAMI 
 
According  to  news  reports,  the  areas  most  severely  affected  by  tsunami  inundation  include  the 
near-trench  islands  of  Simbo,  Ranongga,  and  especially  Ghizo  (e.g.  Unosat,  2007)  as  well  as  the 
southwest coast of Choiseul Island, which lies east of the Shortland Basin (Figure 2b). Reportedly, the 
tsunami waves were between two and ten meters high and swept inland for almost half a kilometer 
(Alertnet, 2007). Thirty-three of the 52 tsunami victims died on the most severely impacted island of 
Ghizo,  and  21  victims  on  this  island  were  children  (Alertnet,  2007;  Reliefweb,  2007b).  The 
government of the Solomon Islands estimated that 30,000 people were affected by the earthquake and 
tsunami. After the tsunami, many villages lacked suitable housing. Homes were swept away because 
of the primitive construction techniques traditionally employed on the islands. Most houses have roofs 
thatched with Sago palm leaves and supported by wooden poles. Many people remain in makeshift 
hilltop  camps,  too  frightened  to  return to  coastal  villages.  Mental  health  issues  among  the  affected 
populace are of greater concern than is rebuilding, according to a team from the Asian Development 
Bank,  which  is  working  with  the  government  on  an  emergency  assistance  project  (Disasternews, 
2007). The humanitarian disaster attending the earthquake and tsunami led to a convention of many 
government  agencies  to  determine  what  lessons  were  learned  that  would  aid  recovery  in  case  of  a 
future disaster (Reliefweb, 2007c). 
The 2007 Solomon Islands seism does not appear to have been a "tsunami earthquake," defined as 
one that produces a tsunami of far greater intensity than would be expected from the considering the 
earthquake's magnitude alone (Kanamori, 1972; Kanamori and Kikuchi, 1993; Polet and Kanamori, 
2000). The teleseismically determined location for the epicenter of the 2007 earthquake is close to the 
axis of the San Cristobal trench, and a near-trench epicenter characterizes tsunami earthquakes. 
 However,  observations  concerning  the  2007  earthquake  do  not  accord  with  the  other 
characteristics of tsunami earthquakes listed in Polet and Kanamori (2000). Perhaps most significant 
is the observed rupture velocity of 1.95 km/s (Yagi, 2007), which is higher than the low (as low as 1 
km/s) rupture velocity typical of tsunami earthquakes (e.g., Ihmlé, 1996; López and Okal, 2006). 
A more likely cause for the near-trench epicenter is the warm slab, including an active spreading 
center, that is being subducted. A warm slab is thought to shift the seismogenic zone up dip along the 
plate  interface  and  to  widen  this  zone,  relative  to  the  cold-slab  case  (Kirby,  2000;  Peacock  and 
Hyndman, 1999; Peacock et al., 1999). 
An exceptional tsunami could be caused by an earthquake rupturing inside a sedimentary wedge 
made up of weak material, which conceptually could lead to enhanced seafloor motion (Fukao, 1979; 
Okal, 1988). However, MCS data from the Solomon Island arc (Figure 3b) indicate that at least in the 
northwest  part  of  the  rupture  area  of  the  2007  earthquake,  the  frontal  prism  is  narrow,  measured 
horizontally and perpendicular to the trench, and thin. 
Although  the  2007  tsunami  had  dire  consequences  for  the  Solomon  Islands,  the  transoceanic 
tsunami  generated  by  this  earthquake  had  only  low  amplitude  (NGDC,  2007;  NOAA,  2007).  For 
example, along the northeast coast of Australia, about 1600 km away from the epicenter, the wave 
amplitude was about 0.1 m. 
To create a preliminary numerical simulation of the April 2007 tsunami, we started with the fault 
mechanism determined by the Global CMT Project (CMT 2007). The length of the fault that ruptured  
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 12 (2007) 
background image
was  determined  from  the  distribution  of  aftershocks  and  from  seismic  inversions  (Ji,  2007;  Yagi, 
2007).The tsunami-source and -propagation model is based on the method in an earlier study (Geist 
and  Parsons,  2005)  that  investigated  tsunamis  from  the  November  2000  New  Ireland  earthquake 
sequence. Animations showing the propagation of the 2007 Solomon Islands tsunami are available on 
the internet (
http://soundwaves.usgs.gov/2007/04/
). 
 
 
Figure 4. Numerical propagation model of the 2007 tsunami, based on the method in Geist and 
Parsons (2005). The geographic area depicted here is the same as in Figure 2a. Colors show the 
distribution of maximum calculated tsunami amplitude that occurred during the first 73 min. of 
tsunami propagation. Red circle locates the epicenter of the Mw-8.1 earthquake. Dashed red and white 
lines show trench axes. Red crosses show the locations of the marigrams in Figure 5. Red letters near 
these crosses refer to specific marigrams. B: Bougainville. C1: Choiseul1. C2: Choiseul2. G1:Ghizo1. 
G2: Ghizo2. Other abbreviations are as in Figures 2a and 2b. 
 
Coarse-grid propagation modeling is useful for determining the open-ocean beaming pattern for 
the tsunami. This modeling indicates that the highest offshore amplitudes occurred near the islands of 
Simbo, Ghizo and Ranungga (Figure 4a), which accords with news reports. It is important to note,  
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 13 (2007) 
background image
however, that this modeling does not account for propagation near shore, where water is less than 100 
m  deep.  Modeling  shallow-water  propagation  requires  high-resolution  bathymetry  (Titov  and 
Synolakis, 1998). We await field measurements of tsunami inundation to better constrain the tsunami 
modeling. Also, tsunami modeling can be further refined using the specific slip distribution for this 
earthquake derived from seismic-waveform analysis (Ji, 2007; Yagi, 2007). 
Offshore synthetic marigrams derived from our tsunami modeling indicate that the first tsunami 
wave arrived at hard-hit Ghizo Island within just 5 min. after the earthquake, and contrary to common 
expectation,  the  ocean  apparently  did  not  withdraw  prior  to  the  tsunami's  arrival  (Figure  5A).  The 
brief  period  between  the  onset  of  the  earthquake  and  the  tsunami's  arrival  denied  people  time  to 
realize the imminent danger and react accordingly. In contrast, at islands like Choiseul that are farther 
away from the trench significant wave heights arrived as much as 20 min. after the earthquake (Figure 
5B). Local areas along the coast of Bougainville Island that face the New Britain Trench may have 
experienced some inundation (Figure 5C). 
 
Figure 5A. Synthetic offshore marigrams from the numerical tsunami model showing the calculated 
wave height for at locations near Ghizo Island, which suffered the worst inundation, for 73 min. after 
the earthquake. Marigram locations are shown in Figure 4.  Water depths at Ghizo1 and Ghizo2 are 
142 m and 104 m, respectively. 
Figure 5B. Synthetic offshore marigrams near the west coast of Choiseul Island. Marigram locations 
are shown in Figure 4. Water depths at Choiseul1 and Choiseul2 are 114 m and 114 m, respectively. 
Figure 5C. Synthetic offshore marigrams near the west and southwest coasts of Bougainville Island. 
Marigram locations are shown in Figure 4. Water depths at Bougainville and Alu are 155m and 134 
m, respectively. 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 14 (2007) 
background image
 
6. CONCLUSION 
 
The  Mw-8.1  earthquake  and  tsunami  that  struck  the  Solomon  Islands  on  April  1,  2007,  had 
substantial  long-term  impact  on  local  population  centers.  This  earthquake-driven  tsunami  revealed 
particular challenges for government agencies in trying to warn local population centers, because only 
a short time passed between the onset of shaking and arrival of tsunami waves. 
The geologic complexity of the plate boundary where the 2007 earthquake struck provides fertile 
ground for future research. Reprocessing MCS data from other parts of the earthquake’s rupture zone 
will  promote  better  understanding  about  the  origin  of  this  and  other  tsunamis  that  originate  in 
subduction zones. Other research topics include the influence of ridge subduction on seismogenesis 
and the role of splay thrust faults deforming the frontal prism in the generation of tsunamis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 15 (2007) 
background image
REFERENCES 
Alertnet (2007).                             
http://www.alertnet.org/thenews/fromthefield/219478/117984356860.htm
 
CMT (2007).                           
http://neic.usgs.gov/neis/eq_depot/2007/eq_070401_aqbk/neic_aqbk_hrv.html
 
Bangs, N. L. B., Shipley, T. H., Gulick, S., Moore, G. F., Kuromoto, S., and Nakamura, Y. (2004).      
Evolution of the Nankai Trough decollement from the trench into the seismogenic zone: Inferences 
from three-dimensional seismic reflection imaging: Geology, v. 32, p. 273-276. 
Bird, P. (2003). An updated digital model of plate boundaries: G3, v. 4, doi:10.1029/2001GC000252, 
p. 52 p. 
Bruns, T. R., Vedder, J. G., and Cooper, A. K. (1989a). Geology of the Shortland basin region, central 
Solomons  Trough,  Solomon  Islands--review  and  new  findings,  in  Vedder,  J.  G.,  and  Bruns,  T.  R., 
eds., Geology and offshore resources of Pacific island arcs--Solomon Islands and Bougainville, Papua 
New  Guinea  regions,  v.  12:  Houston,  Texas,  Circum-Pacific  Council  for  Energy  and  Minearal 
Resources, p. 125-144. 
Bruns, T. R., Vedder, J. G., Hart, P. E., and Mann, D. M. (1989b). Multichannel seismic-reflection 
profiles  across  the  Solomon  Islands  arc:  Guadalcanal-Malaita,  Vella  Lavella-Choiseul  and 
Bougainville-Buka regions, in Vedder, J. G., and Bruns, T. R., eds., Geology and offshore resources 
of Pacific island arcs--Solomon Islands and Bougainville, Papua New Guinea regions, v. 12: Houston, 
Texas, Circum-Pacific Council for Energy and Minearal Resources, p. 323-328. 
Cooper,  A.  K.,  Bruns,  T.  R.,  and  Wood,  R.  A.  (1986).  Shallow  crustal  structure  of  the  Solomon 
Islands intra-arc basins from sonobuoy seismic studies, in Vedder, J. G., Pound, K. S., and Boundy, S. 
Q., eds., Geology and offshore resources of Pacific island arcs--central and western Solomon Islands, 
v. 4: Houston, Texas, Circum-Pacific Council for Energy and Minearal Resources, p. 135-156. 
Cooper,  A.  K.,  Cochrane,  G.  R.,  and  Bruns,  T.  R.  (1989).  Velocity-structure  of  the  upper  crust 
beneath  the  Solomon  Islands-Bougainville  island  arc,  in  Vedder,  J.  G.,  and  Bruns,  T.  R.,  eds., 
Geology and offshore resources of Pacific island arcs--Solomon Islands and Bougainville, Papua New 
Guinea regions, v. 12: Houston, Texas, Circum-Pacific Council for Energy and Minearal Resources, 
p. 23-46. 
Cooper, A. K., Marlow, M. S., and Bruns, T. R. (1986). Deep structure of the central and southern 
Solomon Islnads region: Implications for tectonic origin, in Vedder, J. G., Pound, K. S., and Boundy, 
S.  Q.,  eds.,  Geology  and  offshore  resources  of  Pacific  island  arcs--central  and  western  Solomon 
Islands,  v.  4:  Houston, Texas,  Circum-Pacific  Council  for  Energy  and  Minearal  Resources,  p.  157-
175. 
Cooper, P. A., and Taylor, B. (1985). Polarity reversal in the Solomon Islands arc: Nature, v. 314, p. 
428-430. 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 16 (2007) 
background image
Cooper,  P.  A.,  and  Taylor,  B.  (1987).  A  geophysical  survey  of  the  Woodlark-Solomons  region,  in 
Taylor, B., and Exon, N. F., eds., Marine Geology Geophysics, and Geochemistry of the Woodlark 
Basin-Solomon  Islands,  Earth  Sci.  Ser.,  v  7:  Houston,  Texas,  Circum-Pac.  Counc.  Energy  Mineral 
Resour, p. 67-88. 
Disasternews, 2007,                                         
http://www.disasternews.net/news/article.php?articleid=3213
 
Fisher,  M.  A.,  Collot,  J.  Y.,  and  Geist,  E.  L.  (1991).  Structure  of  the  collision  zone  between 
Bougainville  guyot  and  the  accretionary  wedge  of  the  New  Hebrides  Island  arc,  southwest  Pacific: 
Tectonics, v. 10, p. 887-903. 
Fukao, Y. (1979). Tsunami earthquake and subduction processes near deep sea trenches: J. Geophys. 
Res, v. 84, p. 2303-2314. 
Geist, E. L., Fisher, M. A., and Scholl, D. W. (1993). Large-scale deformation associated with ridge 
subduction: Geophys. J. Inter., v. 115, p. 344-366. 
Geist,  E.  L.,  and  Parsons,  T.  (2005).  Triggering  of  tsunamigenic  aftershocks  from  large  strike-slip 
earthquake:  Analysis  of  the  November  2000  New  Ireland  earthquake  sequence:  G3, 
doi:10.1029/2005GC000935, v. 6, p. 1-18. 
Goodliffe, A. M., Taylor, B., and Martinez, F. (1999). Data report: Marine geophysical surveys of the 
Woodlark Basin region, in Taylor, B., Huchon, P., and Klaus, A., eds., Proc. ODP, Init. Repts., 180, 
1-134 [CD-ROM]: College Station, TX 77845-9547, U.S.A., Ocean Drilling Program, Texas A&M 
University. 
Ihmlé,  P.F.  (1996).  Frequency-dependent  relocation  of  the  1992  Nicaragua  slow  earthquake:    an 
empirical Green's function approach. Geophys. J. Internat., v. 127, p. 75-85. 
Ji,  C.  (2007).  Rupture  process  of  the  2007  April  1,  Magnitude  8.1,  Solomon  Islands  Earthquake: 
http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews/2007/us2007aqbk/finite_fault.php.
 
Johnson,  R.  W.,  Jaques,  A.  L.,  Langmuir,  C.  H.,  Perfit,  M.  R.,  Staudigel,  H.,  Dunkley,  P.  N., 
Chappell, B. W., Taylor, S. R., and Baekisapa, M. (1987). Ridge subduction and forearc volcanism: 
petrology  and  geochemistry  of  rocks  dredged  from  the  western  Solomon  island  arc  and  Woodlark 
Basin  (no copy), in Taylor, B., and Exon, N. F., eds., Marine Geology Geophysics, and Geochemistry 
of the Woodlark Basin-Solomon Islands, Earth Sci. Ser., v 7: Houston, Texas, Circum-Pac. Counc. 
Energy Mineral Resour, p. 155-226. 
Kagan,  Y.  Y.,  and  Jackson,  D.  D.  (1999).  Worldwide  doublets  of  large  shallow  earthquakes:  J. 
Geophys. Res, v. 89, p. 1147-1155. 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 17 (2007) 
background image
Kanamori, H. (1972). Mechanism of tsunami earthquakes: Physics Earth Planetary Interiors, v. 6, p. 
346-359. 
Kanamori, H. and Kikuchi, M. (1993). The 1992 Nicaragua earthquake:  a slow earthquake associated 
with subducted sediments. Nature, 361: 714-716. 
Karig,  D.  E.,  and  Mammerickx,  J.  (1972).  Tectonic  framework  of  the  New  Hebrides  Island  arc: 
Marine Geology, v. 12, p. 187-205. 
Kimura,  G.,  Kitamura,  Y.,  Hashimoto,  Y.,  Yamaguchi,  A.,  Shibata,  T.,  Ujie,  K.,  and  Okamoto,  S. 
(2007).  Transition  of  accretionary  wedge  structures  around  the  up-dip  limit  of  the  seismogenic 
subduction zone: Earth and Planetary Science Letters, v. 255, p. 471-484. 
Kirby, S. H. (2000). Taking the temperature of slabs: Nature, v. 403, p. 31-34. 
Kondo, H., Kimura, G., Masago, H., Ohmori-Ikehara, K., Kitamura, Y., Ikesawa, E., Sakaguchi, A., 
Yamaguchi,  A.,  and  Okamoto,  S.  (2005).  Deformation  and  fluid  flow  of  a  major  out-of-sequence 
thrust located at seismogenic depth in an accretionary complex: Nobeoka thrust in the Shimanto belt, 
Kyushu, Japan: Tectonics, v. 24, doi 10.1029/2004TC001655, 16 p. 
Kroenke, L. W. (1972). Geology of the Ontong Java Plateau: Hawaii Institute of Geophysics report 
HIG-72-5, 119 p. 
Lay,  T.,  and  Kanamori,  H.  (1980).  Earthquake  doublets  in  the  Solomon  Islands:  Physics  Earth 
Planetary Interiors, v. 21, p. 283-304. 
López, A.M. and Okal, E.A. (2006). A seismological reassessment of the source of the 1946 Aleutian 
"tsunami" earthquake. Geophysical Journal International, 165: 835-849. 
Mann, P., Taylor, F. W., Lagoe, M. B., Quarles, A., and Burr, G. (1998). Accelerating late Quaternary 
uplift of the New Georgia Island group (Solomon Island arc) in response to subduction of the recently 
active Woodlark spreading center and Coleman seamount: Tectonophysics, v. 295, p. 259-306. 
Mann, P., and Taira, A. (2004). Global tectonic significance of the Solomon Islands and Ontong Java 
Plateau convergent zone: Tectonophysics, v. 389, p. 191-220. 
Martinez, F., Taylor, B., and Goodliffe, A. M. (1999). Contrasting styles of seafloor spreading in the 
Woodlark Basin; indications of rift-induced secondary mantle convection: J. Geophys. Res., v. 104, p. 
12,909-12,926. 
 
NGDC (2007). 
http://www.ngdc.noaa.gov/nndc/struts/results?EQ_0=3037&t=101650&s=9&d=100,91,95,93&nd=display
 
 
NOAA (2007). 
http://www.prh.noaa.gov/ptwc/messages/pacific/2007/pacific.2007.04.02.040500_obs.txt
 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 18 (2007) 
background image
 
Okal,  E.  A.  (1988).  Seismic  parameters  controlling  far-field  tsunami  amplitudes:  a  review:  Natural 
Hazards, v. 1, p. 67-96. 
Park, J. O., Tsuru, T., Kodaira, S., Nakanishi, A., Mirua, S., Kaneda, Y., and Kono, Y. (2000). Out-of-
sequence thrust faults developed in the coseismic slip zone of the 1946 Nankai earthquake (Mw=8.2) 
off Shikoku, southwest Japan: Geophysical Research Letters, v. 27, p. 1033-1036. 
Park,  J.  O., Tsuru, T.,  Kodaira,  S.,  Cummins, P.  R.,  and  Kaneda,  Y.  (2002).  Splay fault  branching 
along the Nankai subduction zone: Science, v. 297, p. 1157-1160. 
Peacock, S., and Hyndman, R. D. (1999). Hydrous minerals in the mantle wedge and the maximum 
depth of subduction thrust earthquakes: Geophys. Res. Lett., v. 26, p. 2517-2520. 
Peacock,  S.,  Wang,  K.,  and  McMahon,  A.  M.  (1999).  Seismic  consequences  of  warm  versus  cool 
subduction metamorphism: Science, v. 286, p. 937-939. 
Phinney,  E.  J.,  Mann,  W.  P.,  Coffin,  M.  P.,  and  Shipley,  T.  H.  (1999).  Sequence  stratigraphy, 
structure, and tectonic history of the southwestern Ontong Java Plateau adjacent to the North Solomon 
trench and Solomon Islands arc: J. Geophys. Res, v. 104, p. 20,449-20,466. 
Polet,  J.,  and  Kanamori,  H.  (2000).  Shallow  subduction  zone  earthquakes  and  their  tsunamigenic 
potential: Geophys. J. Inter., v. 142, p. 684-702. 
Radio New Zealand (2007). 
http://www.radionz.co.nz/news/latest/200706041508/6000_homes_destroyed_in_solomons_tsunami
 
Reliefweb (2007a).          
http://www.reliefweb.int/rw/RWB.NSF/db900SID/TBRL73EMT6?OpenDocument
 
Reliefweb (2007b).           
http://www.reliefweb.int/rw/RWB.NSF/db900SID/EKOI73G7KZ?OpenDocument
 
Reliefweb (2007c).          
http://www.reliefweb.int/rw/RWB.NSF/db900SID/LSGZ74CBTA?OpenDocument
 
Schwartz, S. Y., Lay, T., and Ruff, L. J. (1989). Source process of the great 1971 Solomon Islands 
doublet: Physics Earth Planetary Interiors, v. 56, p. 294-310. 
Schwartz, S. Y. (1999). Noncharacteristic behavior and complex recurrence of large subduction zone 
earthquakes: J. Geophys. Res, v. 104, p. 23, 111-23,125. 
 
Shinohara,  M.,  Suyehiro,  K.,  and  Murayama,  T.  (2003).  Microearthquake  seismicity  in  relation  to 
double  convergence  around  the  Solomon  Islands  arc  by  ocean-bottom  seismometer  observation: 
Geophys. J. Internat., v. 153, p. 691-698. 
 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 19 (2007) 
background image
Taylor, B. (1999). Background and regional setting, in Taylor, B., Huchon, P., Klaus, A., and al., e., 
eds.,  Proc.  ODP,  Init.  Repts.,  180,  1-134  [CD-ROM].  Available  from:  Ocean  Drilling  Program,  : 
College Station, TX 77845-9547, U.S.A., Texas A&M University. 
Taylor, B., and Exon, N. F. (1987). An investigation of ridge subduction in the Woodlark-Solomons 
region: introduction and overview, in Taylor, B., and Exon, N. F., eds., Marine Geology Geophysics, 
and  Geochemistry  of  the  Woodlark  Basin-Solomon  Islands,  Earth  Sci.  Ser.,  v  7:  Houston,  Texas, 
Circum-Pac. Counc. Energy Mineral Resources, p. 1-24. 
Taylor, B., Goodlife, A. M., and Martinez, F. (1999). How continents break up: Insights from Papua 
New Guinea: J. Geophys. Res, v. 104, p. 7497-7512. 
Taylor, F. W., Mann, P., Bevis, M. G., Edwards, R. L., Cheng, H., Cutler, K. B., Gray, S. C., Burr, G. 
S., Beck, J. W., Phillips, D. A., Cabioch, G., and Recy, J. (2005). Rapid forearc uplift and subsidence 
caused  by  impinging  bathymetric  features:  Examples  from  the  New  Hebrides  and  Solomon  arcs: 
Tectonics, v. 24, doi:10.1029/2004TC001650, p. 23 p. 
Titov, V.V. and Synolakis, C.E. (1998). Numerical modeling of tidal wave runup: J. Waterway, Port, 
Coastal, and Ocean Engineering, 124: 157-171. 
Tregoning, P., Lambeck, K., Stolz, A., Morgan, P., McClusky, S. C., van der Beek, P., McQueen, H., 
Jackson, R. J., Little, R. P., Laing, A., and Murphy, B. (1998). Estimation of current plate motions in 
Papua New Guinea from Global Positioning System observations: J. Geophys. Res, v. 103, p. 12,181-
12,203. 
Unosat (2007).                                                       
http://unosat.web.cern.ch/unosat/asp/prod_free.asp?id=81
 
Wang,  K.,  and  Hu,  Y.  (2006).  Accretionary  prisms  in  subduction  earthquake  cycles:  the  theory  of 
dynamic Coulomb wedge: J. Geophys. Res, v. 111, doi:10.1029/2005JB004094, 16 pp. 
Weissel, J. K., Taylor, B., and Karner, G. D. (1982). The opening of the Woodlark basin, subduction 
of the Woodlark spreading system, and the evolution of northern Melanesia since mid-Pliocene time: 
Tectonophysics, v. 87, p. 253-277. 
Xu, Z., and Schwartz, S. Y. (1993). Large earthquake doublets and fault plane heterogeniety in the 
northern Solomon Islands subduction zone: PAGEOPH, v. 140, p. 365-391. 
Yagi, Y. (2007).                                                 
http://www.geo.tsukuba.ac.jp/press_HP/yagi/EQ/20070401/
 
Yoneshima,  S.,  Mochizuki,  K.,  Araki,  E.,  Hino,  R.,  Shinohara,  M.,  and  Suyehiro,  K.  (2005). 
Subduction  of  the  Woodlark  Basin  at  the  New  Britain  Trench,  Solomon  Islands  region: 
Tectonophysics, v. 397, p. 225-239. 
 
Science of Tsunami Hazards, Vol. 26, No. 1, page 20 (2007)