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アルパイン断層は、ニュージーランド南島のほぼ全長にわたって走る地質断層で、長さは約600 km (370マイル) [ a ]であり、太平洋プレートとオーストラリアプレートの境界を形成しています。[ 4 ]南アルプスは、過去 1200 万年の間に一連の地震によってこの断層で隆起しました。しかし、断層の動きのほとんどは横ずれ(左右方向) で、タスマン地方と西海岸は北に移動し、カンタベリーとオタゴは南に移動しています。断層中央部の平均滑り速度は年間約38 mm (1.5インチ)で、世界標準からすると非常に速いです。 [ 5 ]この断層で最後に発生した大きな地震は、西暦 1717 年頃に発生したマグニチュード 8 以上 (大地震) のM w 8.1 ± 0.1 でした。 [ 2 ] 2021年時点で、2068年までに再び発生する確率は75パーセントと推定された。[ 6 ] [ 7 ]
太平洋プレートとインド・オーストラリアプレートの境界は、南島の南西端沖のピュイセグール海溝にマッコーリー断層帯を形成し、ミルフォードサウンドのすぐ北でアルパイン断層として陸に現れる。アルパイン断層はその後、南アルプスのすぐ西側を南島を縦断し、島の中央北部にあるルイスパス付近まで続く。この地点で、アルパイン断層はマールボロ断層系として知られる一連の小さな断層に分かれる。ワイラウ断層、ホープ断層、アワテレ断層、クラレンス断層を含むこの一連の断層は、アルパイン断層と北にあるヒクランギ沈み込み帯との間の変位を伝達する。ホープ断層は、アルパイン断層の主要な延長であると考えられている。[ 8 ]
インド・オーストラリアプレートから再び分離しつつあるオーストラリアプレート[ 9 ]は、南島の南で東に向かって沈み込み、太平洋プレートは北に向かって西に向かって沈み込んでいる。中央部では、アルパイン断層がトランスフォーム断層であり、南東側で右横ずれ運動と隆起の両方が見られる[ 2 ] 。隆起はプレート間の収束要素によるものであり、断層の変位には大きな高角度の逆斜交成分があることを意味する[ 4 ] [ 10 ] 。
断層の北部では、マールボロ断層系への移行は、アルパイン断層の主にトランスフォーム型のプレート境界と、ヒクランギ沈み込み帯からケルマデック海溝にかけてさらに北にある主に破壊型の境界との間のトランスファー変位を反映して いる。これにより、複雑な断層の分岐が生じており、[ 11 ]これは、 1929年のマーチソン地震、1968年のイナンガフア地震、 1929年のアーサーズパス地震など、アルパイン断層自体に隣接しているが断層から離れた場所で発生する大きな地震と関連している。[ b ]
アルパイン断層では、中央部のアオラキ/マウントクック付近で太平洋プレートの隆起が最も大きい。ここでは、2つのプレート間の相対運動は平均して 年間37～40mmである。これは、断層面上での年間36～39mm の水平移動と6～ 10mmの上方への移動に分配されている。[ 5 ]
断層の南端では、太平洋プレートの隆起成分は実質的に存在せず[ 12 ]、プレート衝突の結果として他の断層が歪みを共有している[ 13 ] 。これには、フィヨルドランドでは2003年のフィヨルドランド地震と2009年のダスキーサウンド地震に関連する断層、オタゴ断層系、カンタベリーではオストラー断層帯などの断層、および7.1 M Wのダーフィールド地震に関連する断層が含まれる。この南西ランド地域の断層は、約28 mm (1.1 in) / 年で右横ずれ断層速度を持ち、オーストラリアプレート側で隆起しており、約290年ごとにメートル規模の垂直隆起が発生している[ 3 ] 。
2500万年前から1200万年前の間、原アルプス断層の動きは横ずれのみでした。南アルプスはまだ形成されておらず、ニュージーランドの大部分は水で覆われていました。[ 10 ]その後、プレートの動きがアルプス断層の走向に対してわずかに斜めになったため、ゆっくりと隆起が始まりました。過去1200万年の間に、南アルプスは約20 km (12 mi)隆起しましたが、この隆起に伴い、より多くの雨が山に閉じ込められ、侵食が進みました。[ 4 ]これにより、アイソスタシーの制約とともに、南アルプスの高さは4,000 m (13,000 ft)未満に抑えられています。
アルパイン断層の隆起により、南アルプスの断層付近に深部変成岩が露出した。これにはマイロナイトやアルパイン片岩が含まれ、断層に向かって変成度が増す。侵食された物質がカンタベリー平野を形成した。[ 10 ]アルパイン断層は単一の構造ではなく、純粋な横ずれ成分と縦ずれ成分に分かれることが多い。[ 12 ] [ 14 ]地表付近では、断層には複数の破断帯が存在する可能性がある。[ 5 ]
断層帯は西海岸沿いの多くの場所で露出しており、[ 15 ]通常は幅 10 ～ 50 m の断層ガウジ帯[ 2 ]と広範囲にわたる熱水変質から構成されています。これは、断層に関連する高温の岩石を水が最大6 km (3.7 mi)まで浸透するためです。その後、水は断層谷で50 °C (122 °F)を超える温度の温泉として湧き出ることがありますが、 [ 16 ]深部の水温ははるかに極端です。[ 17 ]断層に沿った動きのほとんどはこのゾーンで発生します。[ 5 ]露頭では、断層帯は深部で形成され、断層によって隆起したマイロナイトに覆われています。 [ 18 ]
フィヨルドランド南西のアルパイン断層の一部を対象とした構造研究[ 19 ]では、水深3,000m （9,800フィート）の沖合堆積盆地であるダッグ盆地を調査した。盆地の堆積物は主に更新世の氷河作用によるもので、その内部の構造は、盆地には現在存在しない過去の複雑さを示している。現在の構造は、アルパイン断層の解放屈曲部に沿ったプルアパート盆地であり、南縁に沿って横圧縮による反転盆地の一部が存在する。この研究では、解放屈曲部の短命性（10⁵ ～ 10⁶年のオーダー）について議論し、その間に450～1650mの右横ずれ変位があったことを明らかにした。この変位の性質は、成熟した横ずれ断層系に沿って発達する可能性のある一時的な構造の一例となった。[ 19 ]
アルパイン断層では、歴史的に大きな地震は発生していません。そのため、20世紀半ばには、アルパイン断層は大きな地震を起こさずにクリープしているのではないかと推測されていました。[ 20 ]しかし、現在では、複数の証拠から、アルパイン断層は数百年に一度程度、大地震を引き起こす断層破断を起こしていると推測されています。断層全体が最後に破断したのは1717年で、現在ではマグニチュード8.1 ± 0.1の巨大地震（ Mw ≥8）であったことが分かっています。[ 2 ]また、 1717年以降に、断層のノースウェストランド部分に限定された地震が発生したという確かな証拠もありますが、日付は不明です。[ 2 ]大地震の挙動には、大地震（Mw 7～8）または巨大地震の2つのモードがあり、 これらのモードは、断層に沿った形状の違いに応じて複数の地震サイクルにわたって進化するように見えるため、次のモードを予測することは困難です。[ 21 ]
マオリ族は1300年頃にニュージーランドに到着したが、寒冷な南島では人口密度が高くならなかった。[ 22 ]そのため、地震はマオリ族の口承伝承の重要な部分ではあるが、南島の地震に関する話は伝承されていない。過去1000年の間に、マグニチュード8程度の地震を引き起こしたアルパイン断層沿いの大きな断裂は、少なくとも4回発生したことが以前に判明している。[ 23 ]これらの断裂の間隔は100年から350年であった。[ 23 ] 1717年の地震は、断層の南側3分の2の約400キロメートル（250マイル）にわたる断裂を伴ったようである。科学者たちは、1717年以降の間隔はそれ以前の地震の間隔よりも長いため、同様の地震はいつでも起こり得ると述べている。[ 24 ]オタゴ大学、オーストラリア原子力科学技術機構などが実施した最新の研究では、地震の日付と性質が修正され、地震の数についての理解が深まりました。断層の中心付近のハーストでの研究では、過去 1000 年間に 3 つの大きな断層破壊イベントしか特定されていません。 [ 25 ]最南端での研究では、過去 2000 年間に 7 つのイベントが特定され、断層の最南端20 km (12マイル) では紀元前 6000 年以降 27 回のイベントが発生しています。[ 3 ] この情報は、より優れた年代測定技術で更新され、断層のさまざまなセクションについて次のタイムラインにまとめられています。[ 2 ]
この研究は、1717年、1400年頃、1100年頃、390年頃に大規模な断層破壊が発生したことを示唆している。[ 2 ]
2012年、GNSサイエンスの研究者らは、フィヨルドランド北部のマッケロー湖近くのホクリクリークの堆積物から、断層（南端）で発生した24の大きな地震の8000年のタイムラインを発表した。地震の観点から見ると、最大800キロメートル（500マイル）[ a ]の長さ[ 25 ]の断層は驚くほど一貫しており、平均して330年ごとに、140年から510年の間隔で破壊していた[ 26 ] 。 2017年、GNSの研究者らは、更新されたホクリサイトの記録と、20km離れたジョン・オ・グローツ川の別のサイトの1000年の記録を組み合わせて、8000年間に27の大きな地震イベントの記録を作成したため、数値を改訂した。[ 3 ]これにより、平均再発率は 291 年 ± 23 年となり、[ 3 ]以前の推定値である 329 年 ± 26 年と比較されました。新しい研究では、地震の間隔は 160 年から 350 年の範囲であり、2017 年以降の 50 年以内に地震が発生する確率は、この断層の南部セクターだけで 29 パーセントと推定されました。[ 27 ] [ 2 ] 2021 年の研究では、2068 年より前に地震が発生する確率は 75 パーセントと推定されました。[ 6 ] [ 7 ]
大規模な断層破壊は、アルパイン断層から北に続く断層で地震を引き起こすこともあります。過去 1,000 年間で少なくとも 2 回、アルパイン断層と北にあるウェリントン断層 (および/または他の主要な) 断層がほぼ同時に破壊したことを示す古津波の証拠があります。 [ 28 ] 2018 年の研究では、アルパイン断層で大規模な断層破壊が発生すると、 2016 年のカイコウラ地震のように、道路 (特に西海岸内または西海岸へ向かう道路) が数か月間遮断され、町への物資供給や観光客の避難に問題が生じる可能性があると述べています。[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]西海岸沿いとカンタベリーの地方議会は、アルパイン断層で予想される大規模地震に備えて調査を委託し、準備を開始しました。[ 32 ] [ 33 ]
1940年、ハロルド・ウェルマンは、南アルプスが長さ約650km （ 400マイル ）の断層線と関連していることを発見した。[ 34 ]この断層は、以前に地図に記載されていた構造の延長として、1942年に正式にアルパイン断層と命名された。[ 5 ]同時に、ハロルド・ウェルマンは、アルパイン断層に480キロメートル（300マイル）の横方向の変位があると提唱した。この変位は、アルパイン断層の両側のサウスランドとネルソンの岩石の類似性から、ウェルマンによって推測された。この規模の横方向の変位は、プレートテクトニクス以前の地質学では説明できず、彼の考えは1956年まで広く受け入れられなかった。[ 35 ]ウェルマンはまた、1964年にアルパイン断層は新生代の構造であると提唱したが、これは当時受け入れられていた中生代の古い年代と矛盾していた。この考えは断層上の変位と相まって、地球の表面が比較的速く絶えず動いていることを示唆し、古い地向斜仮説を覆してプレートテクトニクスを支持するのに役立った。[ 34 ]
1964年に、断層の動きを測定し、断層が時間の経過とともにゆっくりと動くのか、それとも大地震の際に突然動くのかを調べるために、断層を横断する長さ25メートルのコンクリートの壁が建設されました。壁は建設以来動いておらず、これはエネルギーの蓄積が大地震の際に突然放出されることを示しています。[ 36 ] [ 37 ]
オタゴ大学地質学科のリチャード・ノリスとアラン・クーパーは、20世紀後半から21世紀初頭にかけて、それぞれアルパイン断層の構造と岩石学について広範な研究を行った。この時期に、アルパイン断層の地震の周期性と、断層に向かって変成度が上昇することの意味が発見され、より精緻化された。[ 38 ]当初、この地域的な変成度上昇は、より深い地質層の隆起ではなく、断層に沿った摩擦熱によるものと推測されていた。同じ大学のリチャード・H・シブソンも、アルパイン断層を用いて断層岩の命名法を精緻化し、国際的に受け入れられた。[ 39 ]
コーラス社のダークファイバーケーブルは、ハーストの北と南からアルプス断層を通っており、地震によって発生するケーブルの動きを検出する分散型音響センシングに使用されています。測定は、4メートル間隔で配置された7,250個の「インターロゲーター」を使用して行われ、光パルスを発信および検出することで、1分あたり約1ギガバイトのデータが生成されます。[ 40 ] [ 41 ]
深部断層掘削プロジェクト (DFDP) は、2014 年にアルプス断層帯の深部で岩石と流体のサンプルを採取し、地球物理学的測定を行う試みでした。[ 42 ] [ 43 ] これは、2 か月で断層面まで1.3 km 掘削するように設計された 250 万ドルの国際研究プロジェクトでした。 [ 43 ] DFDP は、サンアンドレアス断層深部観測所に続いて、活断層帯を掘削してサンプルを持ち帰ろうとした 2 番目のプロジェクトでした。[ 43 ] [ 44 ]このプロジェクトの目標の 1 つは、断層帯の変形した岩石を使用して、その応力に対する抵抗を決定することでした。[ 43 ]研究者たちはまた、断層帯付近の圧力、温度、地震活動を測定するための長期装置を設置することも計画していました。[ 43 ]この研究はニュージーランドの地質学者ルパート・サザーランド、ジョン・タウンゼント、バージニア・トイが主導し、ニュージーランド、カナダ、フランス、ドイツ、日本、イギリス、アメリカ合衆国からの国際チームが参加した。[ 45 ]
2017年、彼らはアルパイン断層上の小さな町ワタロアの下で「極めて」活発な熱水活動を発見したと報告した。これは「商業的に非常に重要なものになる可能性がある」という。 [ 17 ] [ 46 ]主任研究者の1人は、これは世界的にも他に類を見ないものになる可能性が高いと述べた。[ 47 ]