venerdì 25 febbraio 2011

Considerazioni tettoniche della Nuova Zelanda successivamente agli eventi sismici del 3 settembre 2010 e del 21 febbraio 2011

Paolo Balocchi (1) Giorgio De Luca (2) 


Riassunto: Il terremoto del 21 febbraio 2011 mette in luce un diverso assetto tettonico dell’area di Christchurch, rispetto al quadro globale. Il sisma sembra essere correlato con un evento precedente del 3 settembre 2010, e quindi interpretato come aftershocks. Il meccanismo focale mostra una cinematica da faglia inversa che non può essere correlato al meccanismo focale da faglia trascorrente destra dell’evento sismico precedente. Analizzando i meccanismi focali, e mettendoli in relazione alla principale Faglia Alpina è possibile definire i due sismi come indipendenti, e causati da due strutture cinematicamente differenti ma comunque subordinate alla Faglia Alpina. Tali strutture sono collocate nel quadro tettonico globale della Nuova Zelanda, proponendo un modello tettonico appropriato. Anche il quadro dello stress tettonico non cambia, mostrando un regime di spinta tettonica costante e immutato nel tempo.


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(1) Geologo del GeoResearch Center Italy – GeoBlog (sito internet: www.georcit.blogspot.com; mail: georcit@gmail.com).
(2) Geometra collaboratore del GeoResearch Center Italy – GeoBlog (sito internet: www.ricercasperimentale.blogspot.com).
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GeoResearch Center Italy - GeoBlog, pub. n° 1 (2011), ISSN: 2240-7847.

Introduzione
Nella giornata del 21 febbraio 2011 alle ore 12.51 locale (23.51 UTC), si è verificato un forte evento sismico di M 6.3 (fig. 1), nella città di Christchurch (43.6° S, 172.7° E), Nuova Zelanda (USGS, 2010; 2011; BALOCCHI, 2011; PIOMBINO, 2011). Tale sisma, ad una prima analisi sembra correlarsi all’evento del 3 settembre 2010 (fig. 2)(mainshock), e quindi interpretabile come aftershocks di una sequenza sismica migrante da ovest ad est.


Figura 1: Ubicazione dell'evento sismico
del 21 febbraio 2011 (da: USGS, 2011).

Figura 2: Ubicazione dell'evento sismico
del 3 settembre 2010 (da: USGS, 2010)
Da un’analisi più approfondita dei meccanismi focali, sembra non essere presente una struttura tettonica che possa mettere in relazione i due eventi, e quindi il sisma del 21 febbraio dovrebbe esse considerato come mainshock di una struttura secondaria (USGS, 2011) ma comunque correlata alla Faglia Alpina (BALOCCHI, 2010).

Lo studio condotto dagli autori, vuole focalizzare l’attenzione sull’assetto tettonico e le probabili faglie che hanno generato il sisma del 21 febbraio 2011, visto che nell’area di Christchurch sembra mancare una struttura tettonica attiva (ISTITUTE OF GEOLOGICAL AND NUCLEAR SCIENCES – GNS, 2004; USGS, 2011) che giustifichi un evento sismico. Inoltre si vuole proporre un modello tettonico alla scala globale, che metta in relazione le faglie sismogenetiche e il campo di stress tettonico.

Inquadramento tettonico e sismologico della Nuova Zelanda 

Figura 3: Contesto tettonico della Nuova Zelanda
(da: MINISTRY FOR THE ENVIRONMENT)
Da un punto di vista tettonico, alla scala globale (fig. 3), la Nuova Zelanda si trova in corrispondenza di un margine di placca di tipo trasforme destro con una direzione NE-SW e che mette in contatto la placca Australiana a NW e quella Pacifica a SE. La faglia trasforme viene descritta da diversi autori e denominata Faglia Alpina (WELLS, 1999; ROBINSON, 2003); ZACHARIASEN e al., 2006; UNIVERSITY OF OTAGO).

L’evento del 21 febbraio può essere interpretato come parte di una sequenza inizia con il terremoto del 3 settembre 2010 con M 7,0 (fig. 1 e 2), solo sulla base di numerose scosse di assestamento avvenute secondo una direzione W–E, a partire dall’evento del 3 settembre ed estendendosi verso est (USGS, 2011; PIOMBINO, 2011).

Analizzando i meccanismi focali dei due eventi sismici precedentemente descritti (USGS, 2010, 2011), si nota come l'evento del 3 settembre (fig. 4) mostra un asse principale di massima compressione (asse P) a direzione NW–SE e un asse principale di massima estensione (asse T) a direzione NE–SW. Tale assetto dell’ellissoide degli sforzi è compatibile con un piano di faglia principale con direzione W–E a cinematica trascorrente destra e un piano di faglia ausiliario e coniugato al precedente, con direzione N-S a cinematica trascorrente sinistra.

Figura 4: Meccanismo focale dell'evento
sismico del 3 settembre 2010:
P = asse principale di massima compressione;
T = asse principale di massima estensione;
(da: USGS, 2010)
L'evento del 21 febbraio (fig. 5), invece, mostra un asse principale di massima compressione (asse P) a direzione NW–SE e un asse principale di massima estensione (asse T) a direzione N 19° e inclinazione 45°. Tale assetto dell’ellissoide degli sforzi è compatibile con un piano di faglia principale con direzione ENE–WSW a cinematica obliqua–inversa e un piano di faglia ausiliario e coniugato al precedente, con direzione NNW–SSE e anch’esso a cinematica obliqua–inversa.
Entrambe gli eventi mostrano la medesima direzione dell’asse principale di massima compressione (asse P), ma differente direzione per quanto riguarda l’asse principale di massima estensione (asse T). Inoltre i due meccanismi focali rappresentano due tipologie di faglie cinematicamente differenti, il sisma del 3 settembre mostra un movimento da faglia trascorrente, mentre l’evento del 21 febbraio mostra un movimento da faglia inversa.
Figura 5: Meccanismo focale dell'evento
sismico del 21 febbraio 2011:
P = asse principale di massima compressione;
T = asse principale di massima estensione;
(da: USGS, 2011)

Conclusioni

Figura 6: Carta delle soluzioni dei meccanismi focali
(da: USGS, 2011).
Dallo studio dei due meccanismi focali (fig. 4 e 5) si può notare come i due eventi sismici presentano una compatibilità nella direzione dell’asse principale di massima compressione (asse P, massimo stress tettonico di compressione) mentre non presentano compatibilità sia per quello che riguarda l’asse principale di massima estensione (asse T, massimo stress tettonico di estensione), sia dal punto di vista cinematico. Infatti, mentre l’evento del 3 settembre è caratterizzato da una cinematica dovuta ad una faglia trascorrente, l’evento del 21 febbraio è caratterizzato da una cinematica da faglia inversa. I due eventi devono essere perciò imputati a due mainshock distinti e legati a due strutture geologiche differenti.

Dal confronto tra i due meccanismi focali con quelli storici (fig. 6)(CMT, 2006) è possibile definire una corrispondenza con la Faglia Alpina per il primo evento sismico. Il meccanismo focale mostra il piano di faglia principale con una direzione W–E e inclinato ad alto angolo. Tale assetto strutturale può essere descritto come faglia secondaria trascorrente destra (sintetica) di tipo R (fig. 7a), orientata a basso angolo (intorno ai 15/20°)(DAVIS, REYNOLDS, 1996) rispetto alla direzione della Faglia Alpina (fig. 8).

Figura 7: Modello delle strutture tettoniche secondarie
associate a faglie trasformi destre: a) faglie trascorrenti
secondarie tipo R, R', P; b) Faglie inverse secondarie.
Per l’evento del 21 febbraio 2011, il quadro strutturale cambia. Il meccanismo focale mostra un tipo di faglia cinematicamente differente rispetto all’evento sismico precedente (fig. 4 e 5). Pertanto è possibile affermare che la struttura geologica che ha causato i due eventi sismici non sia la stessa, ma per il sisma del 21 febbraio si deve trattare di una struttura compressiva. Anche questa struttura può essere messa comunque in relazione alla Faglia Alpina. Infatti in corrispondenza di zone di taglio (fig. 7b) si possono generare delle faglie di thrust o faglie inverse, con un angolo di 45° circa rispetto alla direzione del taglio principale (Davis, Reynolds, 1996). L’assetto del piano di faglia principale a direzione ENE–WSW può essere, appunto, descritta come faglia secondaria a cinematica inversa e orientata secondo la Faglia Alpina (taglio principale) di un angolo corrispondente a circa 45° e il piano di faglia immerge verso SE con inclinazione di circa 63° (fig. 5 e 8). Quindi le due strutture tettoniche minori sono associate alla struttura principale della Faglia Alpina, rappresentando una struttura traspressiva destra.

Figura 8: Modello tettonica:
Rosso: Faglia Alpina;
Verde: faglia secondaria sintetica di tipo R;
Blue: faglia inversa ipotetica;
Frecce: Asse principale di massima compressione
(Asse P). 
La struttura individuata sulla base dell’analisi del meccanismo focale inerente all’evento sismico del 21 febbraio, non mostra evidenze di tipo geomorfologico, se non quelle successive al terremoto e quindi deve considerarsi sepolta al di sotto dei depositi alluvionali.
Nell’area di Christchurch non vengono, però cartografate strutture tettoniche sepolte e attive (ISTITUTE OF GEOLOGICAL AND NUCLEAR SCIENCES – GNS, 2004), e pertanto tale struttura sismogenetica (attualmente attiva) potrebbe essersi formata e avere prodotto il forte evento sismico del 21 febbraio, e numerose fenditure nel terreno tagliando i depositi superficiali, oppure si tratta di una faglia antica e sepolta sotto i depositi alluvionali, che riattivata ha prodotto la scossa sismica (LE SCIENZE, 2011), giustificando l'elevata inclinazione del piano di faglia.

Entrambe le strutture descritte sono compatibili con il medesimo asse principale di massima compressione (asse P) a direzione NW–SE. Tale assetto dello stress tettonico in entrambe i casi con la stessa direzione è comunque concorde con il paleostress tettonico alla scala globale (fig. 6). Tale situazione mostra come il regime di spinta tettonica tra le due placche non è cambiato nel tempo, mantenendo la medesima direzione di spostamento relativo delle due placche.



Bibliografia


editor del GeoBlog: Paolo Balocchi
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3 commenti:

  1. Anonimo17 marzo 2011 alle ore 09:35

    Thank you very much for that analysis. It is incredibly difficult to get good information back here in Christchurch, NZ, as the geologists here keep treating it & telling us the Feb 22nd shock was an aftershock of Sept 4th. They also spend a lot of time telling us that the size and frequency of the aftershocks are decreasing, but as you can see from data on this website, both frequency and intensity are relatively level, interrupted by larger, damaging spikes. http://quake2.crowe.co.nz/QuakeWeekly/

    What do you believe are the chances of a further rupture of surrounding faults. Again, local geologists are trying to focus on keeping people calm and are playing down further events (as they did post-Sept). This is a failing strategy as people become complacent and believe that it only takes a couple of weeks of relative quietness to indicate that it is all over. They then get a fright when a big one seems to come from nowhere. I would appreciate your insight on this. Here is what geologists are currently thinking:

    http://www.stuff.co.nz/the-press/news/christchurch-earthquake-2011/4760812/Whats-Next

    Thank you again for your analysis.

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  2. Paolo Balocchi22 marzo 2011 alle ore 03:20

    The analysis is a hypothesis of tectonic model. I explain the genesis of the earthquake with a tectonic structure that there isn't in the active fault database (ISTITUTE OF GEOLOGICAL AND NUCLEAR SCIENCES, 2004).
    I know that New Zealand is undoubtedly a very seismic, as you can see from the historical seismicity of the area.

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  3. Paolo Balocchi15 giugno 2011 alle ore 12:58

    Riguardando con attenzione alla storia tensionale e delle rotture della Nuova Zelanda, è interessante la disposizione dei meccanismi focali a partire da settembre 2010 fino all'ultimo evento.
    I meccanismi focali mostrano una rottura da faglia trascorrente destra per l'evenoto del settembre 2010 mentre per febbraio 2011 la rottura è da faglia obliqua (componente da faglia inversa e trascorrente destra. Gli ultimi due eventi mostrano una rottura molto simile alla precedente, con una componente trascorrente associata a faglia inversa (http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2011/usc000466f/neic_c000466f_gcmt.php).

    Diciamo che mentre l'evento di settembre ricalca molto la cinematica della faglia Alpina, gli altri eventi presentano una componente inversa. Tali faglie possono rappresentare delle rampe laterali.

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