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Geomorphology of faulting: The Wairarapa Fault, New Zealand

Grapes, Rodney

Zeitschrift für Geomorphologie Supplement Volumes Band 115 (1999), p. 191 - 217

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published: Jul 1, 1999

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ArtNo. ESP023011500012, Price: 29.00 €

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Abstract

The Wairarapa Fault is the most active fault of the North Island Dextral Fault belt in southern North Island, New Zealand, with a late Quaternary slip rate of between c. 6.0 ± 0.5 - 11.5 + 0.8/-1.1 m/ ka. This accounts for a almost one third to half the 21 mm/yr strike-slip component of the Pacific -Australian plate convergence at 37 mm/yr. During the M8 + 1855 earthquake surface rupturing occurred along the Wairarapa Fault for a distance of at least 148 km. Geomorphic evidence indicates that faulting was accompanied by dextral slip of 12 ± 1 m, maximum uplift of 6.5 m near the SW end of the fault (Turakirae Head) that decreased inland NE along the fault to about 0.5 m, and regional uplift and northwest tilting of some 5000 km2 of the southern part of the North Island. Geomorphic evidence of Holocene displacements are indicated from deformation of the Last Glacial aggradation surface, progressive displacement of a flight of younger degradation terraces (Waiohine River), uplifted beach ridges (Turakirae Head) and regional uplift pattern of the 6.5 ka shoreline across the Wellington peninsula. The pattern of Holocene vertical displacement is similar to that which occurred in 1855, i. e. an increase in the dextral/ vertical ratio NE along the fault and NW decrease in the amount of regional uplift. Individual dextral displacements on the Wairarapa Fault can be described as seven seismic events with average slip values of between 10 and 12 m although at least three, possibly four, displacements are considered to be missing from the Holocene paleoseismic record. Maximum cumulative dextral displacement of 127 ± 3 m for the Last Glacial aggradation surface could have been the result of 10 or 11 large earthquakes with magnitudes similar to that in 1855. Ages of three seismic events prior to 1855 at 1.85, 4.1, and 5.7 ka have been estimated from the uplifted beach ridges at Turakirae Head and conform to a slip predictable pattern based on a 6. 5 ka age for the highest stranded beach ridge, uniform uplift rate of 3.8 mm/yr and the date of the last uplift in 1855. Correlation of beach ridge uplifts with the four youngest dextral displacements on the Wairarapa Fault indicates a 6 ± 0.5 m/ka slip rate. Except for the beach ridges preserved at Turakirae Head, only a minor part of late Quaternary uplift of the Rimutaka Range west of the Wairarapa Fault can be attributed to vertical movement on the fault. The main cause can probably be attributed to crustal shortening and folding in combination with crustal flexuring to form the Wanganui Basin west of the Dextral Fault Belt in southern North Island.

Kurzfassung

Die Wairarapa Verwerfung ist mit einer spätquartären Bewegungsrate von ca. 6,0 ± 0,5 bis 11,54 - 0,8/-1, 1 m/ka die aktivste Verwerfung des Dextralen Verwerfungsgürtels im Süden der neuseeländischen Nordinsel. Diese Bewegung steht für annähernd ein Drittel bis zu einer Hälfte des 21 mm/Jahr Transversalverschiebungsanteils der Pazifisch-Australischen Plattenkonvergenz von 37 mm/Jahr. Während des M8 -I- Erdbebens von 1855 kam es zu Bruchbildung in der Erdoberfläche entlang der Wairarapa Verwerfung auf einer Länge von mindestens 148 km. Geomorphologische Indizien zeigen, daß die Bruchbildung mit einer dextralen Verwerfung von 12 ± 1 m, einer maximalen Erhebung von 6,5 m in der Nähe des südlichen Endes der Verwerfung (Turakirea Head), die nordöstlich ins Innere des Landes entlang der Verwerfung auf ca. 0,5 m abnimmt, und einer regionalen Hebung mit nordwestlich gerichteten Schrägstellung von ca. 5000 km2 des nördlichen Teils der Nordinsel begleitet war. Geomorphologische Indizien von holozänen Verschiebungen sind die Deformation der letzten glazialen Ablagerungsoberfläche, die progressiven Verschiebungen jüngerer Denudationsterrassen (Waiohine River), gehobene Strandwälle (Turakirea Head) und das regionale Hebungsmuster der 6,5 ka Küstenlinie über der Wellington Halbinsel. Das Muster der holozänen vertikalen Verschiebungen ist ähnlich dem von 1855, d. h. es gibt eine Steigerung im dextral/vertikalen Verhältnis der Bewegungen entlang der Verwerfung und eine nordwestliche Abnahme des regionalen Hebungsbetrags. Einzelne dextrale Verschiebungen der Wairarapa Verwerfung können als sieben seismische Ereignisse mit durchschnittlichen Bewegungsraten von 10-12 m beschrieben werden, obwohl angenommen wird, daß mindestens drei, wahrscheinlich vier Ereignisse in den holozänen paläoseismischen Aufzeichnungen fehlen. Der maximale kumulative dextrale Verschiebungsbetrag von 127 ± 3 m für die letzte glaziale Ablagerungsoberfläche könnte das Ergebnis von 10 oder 11 großen Erdbeben mit einer Stärke vergleichbar mit dem von 1855 gewesen sein. Die Alter von drei seismischen Ereignissen vor 1855 wurden ausgehend von den gehobenen Strandwällen bei Turakirae Head auf 1,85; 4,1 und 5,7 ka geschätzt. Damit entsprechen sie einem Vorhersagemuster der Bewegungen, das auf einem Alter von 6,5 ka fur den höchsten Strandwall, einer gleichförmigen Hebungsrate von 3,8 mm/Jahr und dem Jahr 1855 mit dem letztem Hebungsereignis basiert. Korrelationen von Strandwallhebungen mit den vier jüngsten dextralen Verschiebungen auf der Wairarapa Verwerfung lassen auf eine Bewegungsgeschwindigkeit von 6 ± 0,5 m/ka schließen. Außer bei den Strandwällen, die bei Turakirae Head erhalten sind, kann nur ein geringer Teil der spätquartären Hebung des Rimutaka Höhenzugs westlich der Wairarapa Verwerfung den vertikalen Bewegungen an der Verwerfung zugeschrieben werden. Die Hauptursache liegt wahrscheinlich in einer Krusteneinengung und -faltung zusammen mit Krustenverbiegung, die das Wanganui Becken westlich des Dextralverwerfungsgürtels im Süden der Nordinsel geformt haben.

Keywords

wairapara faultslip ratenew zealand