Альпийский разлом — геологический разлом , который проходит почти по всей длине Южного острова Новой Зеландии , его длина составляет около 600 км (370 миль). [a] и образует границу между Тихоокеанской и Австралийской плитами . [4] Южные Альпы были подняты на разломе за последние 12 миллионов лет в результате серии землетрясений. Однако большая часть движения на разломе — сдвиговое (из стороны в сторону), при этом округ Тасмана и Западное побережье движутся на север, а Кентербери и Отаго движутся на юг. Средняя скорость скольжения в центральной области разлома составляет около 38 мм (1,5 дюйма) в год, что очень быстро по мировым стандартам. [5] Последнее крупное землетрясение на Альпийском разломе произошло примерно в 1717 году нашей эры с большой магнитудой землетрясения M w 8,1 ± 0,1. [2] Вероятность того, что еще одно землетрясение произойдет до 2068 года, оценивается в 75 процентов в 2021 году. [6] [7]
Граница Тихоокеанской плиты и Индо-Австралийской плиты образует зону разлома Маккуори в желобе Пюисегур у юго-западного угла Южного острова и выходит на сушу как Альпийский разлом к северу от пролива Милфорд-Саунд. Альпийский разлом затем проходит по всей длине Южного острова к западу от Южных Альп до перевала Льюис в центральной северной части острова. В этой точке он разделяется на ряд более мелких разломов, известных как система разломов Мальборо . Этот ряд разломов, включающий разлом Вайрау , разлом Хоуп , разлом Ауотере и разлом Кларенс , переносит смещение между Альпийским разломом и зоной субдукции Хикуранги на север. Считается, что разлом Хоуп представляет собой первичное продолжение Альпийского разлома. [8]
Австралийская плита, которая находится в процессе повторного отделения от индо-австралийской плиты , [9] погружается в направлении востока к югу от Южного острова, а Тихоокеанская плита погружается в направлении запада к северу. В середине Альпийский разлом является трансформной границей и имеет как правостороннее (правостороннее) сдвиговое движение, так и подъем на юго-восточной стороне. [2] Подъем обусловлен элементом конвергенции между плитами, что означает, что разлом имеет значительный высокоугловой обратный косой компонент смещения. [4] [10]
В северной части разлома переход к системе разломов Мальборо отражает перемещение смещения между в основном трансформной границей плиты Альпийского разлома и в основном деструктивной границей далее на север от зоны субдукции Хикуранги до желоба Кермадек . Это привело к сложному распластыванию разломов, [11] что связано с крупными землетрясениями, произошедшими рядом с Альпийским разломом, но за его пределами, такими как землетрясение в Мерчисоне 1929 года , землетрясение в Инангауа 1968 года и землетрясение в Артурс-Пасс 1929 года . [b]
Альпийский разлом имеет наибольшее поднятие Тихоокеанской плиты около Аораки/Маунт-Кук в ее центральной части. Здесь относительное движение между двумя плитами в среднем составляет 37–40 мм в год. Это распределяется как 36–39 мм горизонтального и 6–10 мм восходящего движения на плоскости разлома в год. [5]
На южном конце разлома фактически нет компонента подъема Тихоокеанской плиты [12] , а другие разломы разделяют напряжение в результате столкновения плит. [13] К ним относятся разломы Фьордленда , связанные с землетрясением Фьордленда 2003 года и землетрясением Даски-Саунд 2009 года , система разломов Отаго , разломы Кентербери, такие как зона разлома Остлер , и те, которые связаны с землетрясением Дарфилд магнитудой 7,1 МВт . Подъем в этом регионе разлома в Юго-Уэстленде, который имеет скорость правостороннего сдвига около 28 мм (1,1 дюйма)/год, находится на стороне Австралийской плиты с вертикальным подъемом в метровом масштабе каждые 290 лет с лишним. [3]
Между 25 и 12 миллионами лет назад движение по прото-Альпийскому разлому было исключительно сдвиговым. Южные Альпы еще не сформировались, и большая часть Новой Зеландии была покрыта водой. [10] Затем медленно начался подъем, поскольку движение плиты стало слегка косым по отношению к простиранию Альпийского разлома. За последние 12 миллионов лет Южные Альпы поднялись примерно на 20 км (12 миль), однако, поскольку это произошло, больше осадков было захвачено горами, что привело к большей эрозии. [4] Это, наряду с изостатическими ограничениями, удерживало Южные Альпы на высоте менее 4000 м (13000 футов).
Подъем на Альпийском разломе привел к обнажению глубоких метаморфических пород вблизи разлома в Южных Альпах. Сюда входят милониты и альпийский сланец , степень метаморфизма которого увеличивается по направлению к разлому. Эродированный материал сформировал Кентерберийские равнины . [10] Альпийский разлом не является единой структурой, а часто разделяется на чистые сдвиговые и скользящие компоненты. [12] [14] Вблизи поверхности разлом может иметь несколько зон разрыва. [5]
Зона разлома обнажена во многих местах вдоль Западного побережья [15] и обычно состоит из зоны разлома шириной от 10 до 50 м [2] с повсеместным гидротермальным изменением. Последнее происходит потому, что вода проникает на глубину до 6 км (3,7 мили) через горячую породу, связанную с разломом. Затем вода может возникнуть в горячих источниках с температурой более 50 °C (122 °F) в долине разлома [16] , хотя температура воды на глубине гораздо более экстремальна. [17] Большая часть движения вдоль разлома происходит в этой зоне. [5] В обнажении зона разлома перекрыта милонитами , которые образовались на глубине и были подняты разломом. [18]
Структурное исследование [19] сегмента Альпийского разлома к юго-западу от Фьордленда изучало бассейн Дагг, морской осадочный бассейн на глубине 3000 м (9800 футов). Осадки бассейна в основном относятся к плейстоценовому оледенению , а структуры внутри них показывают прошлую сложность, которая больше не присутствует в бассейне. Текущая структура представляет собой бассейн растяжения вдоль изгиба освобождения в Альпийском разломе с сегментом перевернутого бассейна вдоль южного края из-за транспрессии . Исследование обсуждало кратковременный характер изгиба освобождения (порядка 10 5 до 10 6 лет), в течение которого было 450–1650 м правостороннего смещения. Характер смещения служил примером видов эфемерных структур, которые могут развиваться вдоль зрелой системы сдвиговых разломов. [19]
На Альпийском разломе не было крупных исторических землетрясений. Из-за этого в середине 20-го века предполагалось, что Альпийский разлом ползет, не вызывая крупных землетрясений. [20] Однако теперь на основе многочисленных доказательств предполагается, что Альпийский разлом разрывается, создавая крупные землетрясения примерно каждые несколько сотен лет. Последнее событие полного разрыва разлома произошло в 1717 году, и теперь известно, что это было сильное землетрясение магнитудой M w 8,1 ± 0,1. [2] Также имеются веские доказательства события после 1717 года, ограниченного северо-западной частью разлома, но дата неясна. [2] Существует два режима поведения крупных землетрясений с крупными (M W 7–8) или большими (M W > 8) землетрясениями, и прогнозирование следующего режима является сложной задачей, поскольку они, по-видимому, развиваются в течение нескольких сейсмических циклов в ответ на различия в геометрии вдоль простирания. [21]
Маори прибыли в Новую Зеландию около 1300 года, но так и не достигли высокой плотности населения на более холодном Южном острове. [22] Поэтому, хотя землетрясения являются важной частью устной традиции маори , никаких историй о землетрясениях на Южном острове не передавалось. Ранее было установлено, что за последнюю тысячу лет крупные разрывы вдоль Альпийского разлома, вызывающие землетрясения магнитудой около 8, происходили по крайней мере четыре раза. [23] Они имели разделение от 100 до 350 лет. [23] Землетрясение 1717 года, по-видимому, включало разрыв вдоль почти 400 километров (250 миль) южных двух третей разлома. Ученые говорят, что подобное землетрясение может произойти в любое время, так как интервал с 1717 года длиннее интервалов между более ранними событиями. [24] Новые исследования, проведенные Университетом Отаго , Австралийской организацией по ядерной науке и технологиям и другими, пересмотрели даты и характер землетрясений и дали более глубокое понимание их количества. Исследования в Хаасте по направлению к центру разлома выявили только три крупных разрыва за последние 1000 лет. [25] Исследования на дальнем южном конце выявили семь событий за последние 2000 лет, а в самых южных 20 км (12 миль) разлома произошло 27 событий с 6000 г. до н. э. [3] Эта информация была обновлена с использованием лучших методов датирования и обобщена в следующей временной шкале для различных участков разлома. [2]
В этой работе предполагается, что крупные разломы произошли в 1717 г., около 1400 г., около 1100 г. и около 390 г. н.э. [2]
В 2012 году исследователи GNS Science опубликовали 8000-летнюю хронологию 24 крупных землетрясений на (южном конце) разлома из отложений в ручье Хокури, недалеко от озера МакКерроу на севере Фьордленда. С точки зрения землетрясений, разлом длиной до 800 километров (500 миль) [ 25] был на удивление последовательным, разрываясь в среднем каждые 330 лет, с интервалами от 140 до 510 лет. [26] В 2017 году исследователи GNS пересмотрели цифры после того, как они объединили обновленные записи участка Хокури с тысячелетней записью с другого участка, в 20 км от реки Джон О'Гроутс, чтобы получить запись о 27 крупных землетрясениях за 8000-летний период. [3] Это дало среднюю частоту повторения 291 год, плюс-минус 23 года, [3] по сравнению с ранее оцененной частотой 329 лет, плюс-минус 26 лет. В новом исследовании интервал между землетрясениями варьировался от 160 до 350 лет, а вероятность землетрясения в течение 50 лет после 2017 года была оценена в 29 процентов только для этого южного сектора разлома. [27] [2] Исследование 2021 года оценило вероятность землетрясения до 2068 года в 75 процентов. [6] [7]
Крупные разрывы также могут спровоцировать землетрясения на разломах, продолжающихся на север от Альпийского разлома. Существуют палеоцунами- свидетельства почти одновременных разрывов Альпийского разлома и Веллингтона (и/или других крупных) разломов на севере, которые произошли по крайней мере дважды за последние 1000 лет. [28] Исследование 2018 года говорит, что значительный разрыв в Альпийском разломе может привести к тому, что дороги (особенно на Западном побережье или к нему) будут заблокированы на месяцы, как это было с землетрясением в Кайкоуре в 2016 году , с проблемами снабжения городов и эвакуации туристов. [29] [30] [31] Окружные советы вдоль Западного побережья и в Кентербери заказали исследования и начали подготовку к ожидаемому крупному землетрясению на Альпийском разломе. [32] [33]
В 1940 году Гарольд Уэллман обнаружил, что Южные Альпы связаны с линией разлома длиной около 650 км (400 миль) [a] . [34] Разлом был официально назван Альпийским разломом в 1942 году как расширение ранее нанесенной на карту структуры. [5] В то же время Гарольд Уэллман предположил 480-километровое (300 миль) боковое смещение на Альпийском разломе. Это смещение было выведено Уэллманом отчасти из-за сходства пород в Саутленде и Нельсоне по обе стороны от Альпийского разлома. Боковые смещения такой величины не могли быть объяснены геологией доплитной тектоники, и его идеи изначально не были широко приняты до 1956 года. [35] Уэллман также предположил в 1964 году, что Альпийский разлом был кайнозойской структурой, что противоречило более древнему мезозойскому возрасту, принятому в то время. Эта идея в сочетании со смещением по разлому предполагала, что поверхность Земли находится в относительно быстром постоянном движении, и помогла опровергнуть старую геосинклинальную гипотезу в пользу тектоники плит. [34]
В 1964 году через разлом была построена 25-метровая бетонная стена, чтобы измерить движения разлома и выяснить, движется ли он медленно с течением времени или внезапно во время крупных землетрясений. Стена не двигалась с момента ее постройки, что указывает на то, что накопленная энергия высвобождается внезапно во время крупных землетрясений. [36] [37]
Ричард Норрис и Алан Купер с кафедры геологии Университета Отаго провели обширные исследования структуры и петрологии Альпийского разлома соответственно в конце 20-го и начале 21-го веков. Именно в это время были обнаружены и уточнены цикличность землетрясений Альпийского разлома и значение увеличения метаморфической степени по направлению к разлому. [38] Первоначально предполагалось, что это региональное увеличение степени происходит из-за фрикционного нагрева вдоль разлома, а не подъема более глубоких геологических последовательностей. Ричард Х. Сибсон из того же университета также использовал Альпийский разлом для уточнения своей номенклатуры разломных пород, которая получила международное признание. [39]
Кабели Chorus из темного волокна , проходящие через Альпийский разлом с севера и юга от Хааста, используются для распределенного акустического зондирования , которое обнаруживает движение кабеля, вызванное землетрясениями. Измерения производятся с использованием 7250 точек «запроса», расположенных на расстоянии четырех метров друг от друга, которые излучают и обнаруживают импульсы света, генерируя около гигабайта данных в минуту. [40] [41]
Проект глубокого бурения разломов (DFDP) был попыткой в 2014 году извлечь образцы горных пород и жидкости и провести геофизические измерения внутри зоны Альпийского разлома на глубине. [42] [43] Это был международный исследовательский проект стоимостью 2,5 миллиона долларов, разработанный для бурения 1,3 км до плана разлома за два месяца. [43] DFDP был вторым проектом, попытавшимся пробурить активную зону разлома и вернуть образцы после обсерватории разлома Сан-Андреас на глубине . [43] [44] Одной из целей проекта было использование деформированных пород из зоны разлома для определения их устойчивости к напряжению. [43] Исследователи также планировали установить долгосрочное оборудование для измерения давления, температуры и сейсмической активности вблизи зоны разлома. [43] Им руководили новозеландские геологи Руперт Сазерленд , Джон Таунсенд и Вирджиния Той , и в нем участвовала международная команда из Новой Зеландии, Канады, Франции, Германии, Японии, Великобритании и Соединенных Штатов. [45]
В 2017 году они сообщили, что обнаружили под Уатароа , небольшим городком на Альпийском разломе, «экстремальную» гидротермальную активность, которая «может иметь коммерчески очень большое значение». [17] [46] Один из ведущих исследователей сказал, что это, вероятно, будет уникальным в глобальном масштабе. [47]