Новая Зеландия в течение 1000-летнего периода времени столкнется с масштабной сейсмической активностью, которая способна нанести серьезный ущерб городским районам на восточном побережье.
Подвод Тихоокеанской плиты под восточным северным островом, Новая Зеландия, происходит на прогибе Хикуранги. Сейсмологические и геодезические данные (Reyners, 1998; Wallace et al., 2004) указывают на то, что зоны раздела сдвига Хикуранги "застревают", что приводит к накоплению упругой энергии, которая в итоге будет высвобождена в будущем в виде мощных подземных толчков.
Хотя данные о палеосоциальных землетрясениях и связанных с ними цунами редки, Cochran et al. (2006) и Hayward et al. (2006) нашли убедительные доказательства повторяющихся оседаний. Они могут быть связаны с крупными землетрясениями зоны субдукции под заливом Хоукс-Бей, расположенными непосредственно под ним. Разрыв интерфейса Хикуранги может быть одним из наиболее важных источников разрушительных волн, которые обрушились на Новую Зеландию. В проекте используются последние геодезические и сейсмологические данные для связи межсейсмического интерфейса Хикуранги с моделированием вертикальной деформации, связанной с различными сценариями разрыва зоны субдукции, а затем используем моделирование волнового поля для определения природы разрушительных волн, вызванных этими разрывами.
Разрушительные волны, вызванные сейсмической активностью на линии раздела плиты Хикуранги, с которым Новая Зеландия столкнется в скором времени. Оно способно нанести серьезный ущерб городским районам на восточном побережье. Однако мало что известно о потенциальных масштабах цунами, вызванного интерфейсом Хикуранги.
Считается, что граница раздела пластин под нижним Северным островом прочно соединена в зоне шириной >100 км и в настоящее время накапливает деформацию, которая может высвободиться в результате одного или нескольких сильных землетрясений. Предел подъема такого разрыва и интервал повторяемости на границе раздела пластин в настоящее время не достигает таких глубин, как в нижней части Северного острова, и эта тенденция, если она будет постоянной в течение всего цикла землетрясений, указывает на то, что наибольшие землетрясения в зоне субдукции на этом участке, вероятно, будут иметь меньшие магнитуды, чем сильные землетрясения на нижнем сегменте Северного острова. Однако разлом разлома надвига Лахлана сам по себе является значительным источником цунами.
Было проведено исследование, чтобы использовать самые современные знания о вероятных характеристиках подземных толчков в зоне сдвига Хикуранги, а также оценить их возможные последствия для формирования разрушительных волн.
Моделирование будущих катастроф
Моделирование местных источников цунами в волновом поле с целью оценки опасности и краткосрочного прогнозирования успешно развивается в Японии (Nishide, 2003), где для этой цели было предварительно рассчитано большое число сценариев, включая сценарии для зон сдвига землетрясений. Аналогичная база данных о заранее рассчитанных моделях цунами разрабатывается НОАА в США для целей прогнозирования (Titov et al., 2001). Этот проект предоставляет набор моделей подземных толчков с сильным субдукционным интерфейсом, которые являются одним из наиболее важных источников гигантских волн в Новой Зеландии.
Ранее не публиковалось систематических исследований волновых полей цунами от сейсмической активности на линии раздела Хикуранги, но были исследованы два отдельных сценария, связанных с разрывом зоны сдвига. Рой Уолтерс построил для Национального аквариума в Напье модель потенциального цунами, вызванного подземными толчками на разломе Лахлана, разломе плоскости раздела пластин, проходящего через залив Хоукс-Бэй.
Моделирование гигантских волн, вызванных землетрясением 1855 г. в Вайрарарапа, было выполнено Гилмором и Стэнтоном (1990 г.) и Барнетом и др. (1991 г.). Разрыв в 1855 г. на разломе в Вайрарарапа мог сопровождаться проскальзыванием на части границы раздела плит, хотя и на глубине, где он вряд ли мог внести значительный вклад в цунами (Beavan and Darby, 2005).
Распределение дефицита движения на границе сдвигов Хикуранги, рассчитанное на основе скорости участка Глобальной системы позиционирования (GPS) за 12 лет проведения кампании (Wallace et al., 2004). Одни участки имеют дефицит скольжения ~30 мм/год, что означает, что это количество скольжения хранится в виде упругой энергии деформации для последующего выделения, как скольжение на линии раздела субдукции, вероятно, при сильном землетрясении. На других участках движение происходит устойчиво без образования упругих деформаций. Распределение упругих деформаций в открытом море в восточной части Северного острова не совсем точно определено, поскольку измерения GPS ограничиваются сушей.
GPS помогает изучать сейсмическую активность
Технология Глобальной системы позиционирования (GPS) значительно улучшила наши знания о том, какие части субдукционного интерфейса Хикуранги формируются при сильных, потенциально цунамигенных подземных толчков. Wallace et al. (2004) одновременно инвертировали GPS для определения дефицита движения на границе зоны сдвига под Северным островом (рис. 1.1) и тектонического вращения восточного Северного острова. Этот дефицит скольжения, представляющий собой скорость, с которой интерфейс "застрял" в межсейсмический период, может быть в конечном счете высвобожден как скольжение при сейсмической активности на линии раздела субдукции. Самая большая область повышенного дефицита движения (или "межсейсмическая связь") расположена под нижней частью Северного острова.
Полученные с помощью GPS модели интерсейсмических дефицитов скольжения на границе раздела пластин могут быть использованы для разработки прямых моделей сейсмического подъема, когда эти дефициты "высвобождаются" при субдукционном землетрясении. Мы использовали эти повышающие оценки для моделирования гигантских волн потенциального взаимодействия от подвижения пластов в Хикуранги. Этот подход может также применяться в других пограничных районах плит, таких как Каскадия, где дефицит межсейсмического проскальзывания был оценен с помощью GPS.
При исследовании были использовали последние результаты сейсмологических, геодезических и геологических исследований зоны субдукции для формирования моделей относительно таких факторов, как протяженность пролетной сегментации и пределы подъема/опускания разрывов на линии раздела сдвига, а также влияние разломов при распаде сплава. Представленные нами сценарии являются лишь подмножеством многих возможных событий, которые не могут быть исключены современными знаниями, хотя мы попытались отразить весь спектр возможных событий при распространении различных сценариев.
Эта работа обеспечивает необходимый вклад в будущие модели с использованием вложенных батиметрических сеток более высокого разрешения для более точной оценки распространения волн в местах, представляющих особый интерес, таких как городские центры и палеоцунами.