На востоке Новой Зеландии Тихоокеанская тектоническая плита прорывается под Австралийскую плиту в процессе, известном как субдукция. Крупные цунами, такие как цунами в Индийском океане 2004 года, чаще всего вызваны землетрясениями на границах плит, где имеет место субдукция.
Чтобы определить, существует ли риск возникновения цунами в результате землетрясения на границе плиты Хикуранги (восточное побережье Северного острова) на побережье Новой Зеландии, используется моделирование сдвига плит. Считается, что интерфейс плиты Хикуранги лучше всего можно описать с точки зрения трех сегментов: нижний Северный остров, регион залива Хоук и полуостров Раукумара. Каждый из этих сегментов имеет свои отличительные признаки землетрясения. Поэтому существует потенциальная опасность цунами, связанная с каждым из них.
Принцип моделирования
Исследуется медленная деформация каждого потенциально опасного участка при помощи GPS, и определяются границы тектонической плиты. Особенно точки, где сохраняется упругая энергия для возможного выброса при землетрясениях.
Активная деформация аккреционной призмы в зоне субдукции Нанкай на юго-востоке Японии была недавно выявлена в результате землетрясений с очень низкой частотой надвигов. Аналогичным образом, недавно был выявлен эпизод кратковременного потока жидкости (возможно, связанного с медленным проскальзыванием) на деколементе под этой аккреционной призмой. Эти результаты подтверждают предположение, что самая мелководная часть интерфейса пластины в целом не может поддерживать сейсмическое скольжение. Так было в недавнем землетрясении с субдукционной тягой мощностью 8,7 МВт, Индонезия. Измерения GPS показывают, что разрыв в этом случае, вероятно, не достиг поверхности, а вместо этого вызвал значительную сейсмическую деформацию в мелководной части зоны субдукции после события. Однако изменения шероховатости поверхности входящей субдуцированной пластины могут привести к исключениям из этого правила.
Измерения деформаций
Измерения деформации коры между и во время землетрясений показали, что для первого порядка кора может быть аппроксимирована как упругий материал. Математические выражения были получены с использованием теории упругих дислокаций для прогнозирования горизонтальной и вертикальной деформации грунта вследствие проскальзывания разлома (дислокаций) в упругой среде. Чтобы оценить поверхностное смещение из-за различных сценариев землетрясений, которые определяются для интерфейса субдукции Хикуранги, использовали подход моделирования упругих дислокаций в полупространстве. Интервал повторения, указанный для каждого сценария землетрясения, является подходящим, если никакие другие значительные землетрясения не происходят на границе раздела пластин между последовательными событиями этого типа.
Глинистый пласт, как источник цунами
Глинистые разломы обеспечивают более легкий путь распространения разрыва при сильных межпланетных землетрясениях, чем мелководная часть интерфейса плиты. Поскольку разломы глин встречаются с морским дном под относительно высоким углом, их разлом, вероятно, будет сильно цунамигенным. Однако отсутствие прямых доказательств того, где заканчивается сейсмический разрыв при погружении вверх по вертикали на большинстве границ субдукции, затрудняет испытание теоретических моделей на предмет того, что контролирует этот разрыв. Учитывая эту неопределенность, тестируются различные модели на предел разрыва.
Недавние активные и пассивные сейсмические эксперименты в заливе Хоук-Бэй показали, что разлом в виде капли выходит за пределы границы раздела пластин вблизи сейсмического фронта и освещает пространство к востоку от Лахлана. В верхней части 1-2 км участка разлом тяги под антиклиновым наклоном Лахлана опускается на 55°-70°, а скорость смещения вниз достигает 3,0-6,5 мм/год.
Проскальзывание на этом разломе эффективно трансформируется в вертикальную деформацию на поверхности, и поэтому оно будет сильно цунамигенным. Таким образом, можно использовать сейсмический фронт небольшой сейсмической активности (который четко определен вдоль зоны субдукции Хикуранги) и геометрию разлома глины через верхнюю плиту, соответствующую той, что видна в заливе Хоук, как одну из моделей предела разлома при крупных межпланетных событиях.
Связь с форвардными бассейнами
Сейсмическая связь меняется пространственно вдоль типичной зоны субдукции, однако местоположение сейсмической связи может оставаться относительно устойчивым в течение нескольких циклов землетрясений. Недавние наблюдения связи между форвардными бассейнами и проскальзыванием во время субдукционных осевых землетрясений указывают на возможную связь между процессами управления структурой верхней плиты и сейсмической связью на границе плиты. Максимальное проскальзывание во время некоторых сильных межплитных землетрясений происходит там, где осадочные бассейны стабилизируют верхнюю кору плиты.
Отсутствие деформации в этих стабильных регионах повышает вероятность термического нагнетания давления надвига субдукционного разлома. И позволяет быстрее нагружать разлом, и также быстрее снимать напряжение между разрывами. Это повышает вероятность того, что можно использовать распределение форвардных бассейнов в вышележащей плите в качестве косвенного показателя распределения проскальзывания при сильном землетрясении. Однако к таким упрощенным корреляциям между расположением субдукционных землетрясений и такими параметрами, как наличие бассейна, следует подходить с осторожностью.
Например, землетрясение 2005 г. в Ниас-Симуэле является заметным примером взаимосвязи между форвардным бассейном и сейсмогенной зоной, поскольку оно произошло под отчетливо выраженной форвардной тяжестью. Аккреционная призма активно деформируется. Во время сильного межплитного землетрясения напряжение разлома внезапно увеличивается. Это приводит аккреционную призму в критическое состояние при сжатии, вызывая нарастание, деформацию тяги и даже базальную эрозию.
После таких землетрясений аккреционная призма возвращается в стабильное состояние, при этом базальное напряжение и давление жидкости со временем уменьшаются.
Ровное или неровное дно вызывает цунами
Когда дно океана гладкое, считается, что на сейсмогенной части его границы происходят типичные сильные межпланетные землетрясения, а под аккреционной призмой землетрясений не происходит. Похоже, что в этом случае когерентные метаморфозированные отложения образуют однородную, большую и прочную зону контакта между пластинами на глубине. В противоположность этому, при шероховатом дне океана могут происходить сильные нормальные разломные землетрясения во внешней области входящей плиты, а на мелководной части границы раздела плит вблизи траншеи - сильные "цунами-землетрясения". В этом случае высокие точки (неровности) на субдуцированной плите (либо горбы, либо вершины подводных гор) создают достаточный контакт с вышележащей плитой, чтобы вызвать землетрясения. Кроме того, эти землетрясения могут разорваться через прудовые отложения, окружающие неровности, замедляя разрыв и усиливая тем самым возбуждение цунами.
Структурные особенности при моделировании
Однако такие структурные особенности могут не являться барьерами для разрыва в каждом цикле землетрясений. Хорошим примером этого является мощное Суматра-Андаманское землетрясение 2004 года. Три отдельных участка зоны разлома землетрясения, ранее разорванные в 1881 и 1941 г.
В 2004 г. эти участки снова подверглись сильному проскальзыванию, но в данном случае землетрясение мощностью более 9,0 МВт было достаточно энергичным, чтобы прорваться через барьеры между участками и простираться вдоль толчка более чем на 1500 км. Таким образом, в моделировании цунами надо включить наихудший сценарий развития событий во всей сейсмогенной зоне вдоль зоны субдукции Хикуранги, разрушающейся в результате одного события.