新西兰的吸引力:拖曳火山区的重力异常

新西兰的拖曳火山区（TVZ）的特点是断层，沉降，庞大的火山，以及地热活动。这项活动产生的重力异常已经映射了70多年。通过新的集合和分析这些数据，Vaughan Stagpoole博士，GNS Science博士博士的博士米勒及其同事揭示了比以往任何时候都更详细的已知崩溃卡尔德拉斯，并确定了以前的未被识别的沉降功能。这种对TVZ演变的新了解具有对模型形成和管理相关危害的影响。

新西兰北岛的拖曳火山区（TVZ）是一个复杂和动态的地质环境，这归功于其在悬浮太平洋板上的澳大利亚板块上的位置。TVZ标志着2,800公里长的Tonga-Kermadec背弧（毗邻俯冲区域的复杂地质区域）。在过去的一百万年里，该地区经历了延伸构造 - 拉开的力量 - 已经形成了拖延裂缝。Taupōrift的特点是正常断层（其中岩石上方的岩石相对于故障低于岩石的岩石），沉降，庞大的火山和地热活动。

TVZ由地下室岩石（变质岩石）下划线，浅薄，“现代”，沉积和火山存款，并形成了内科宫沉积物的大陆地壳的主要基础。TVZ本身举办了众多的Calderas。当大量的材料从地下爆发时，这些巨大的折叠陨石坑形成在非常大的火山喷发期间。由于地下岩浆贮存器排出的上覆岩层和坍落度塌陷留下大地形凹陷几十公里的直径随后与火山沉积物和沉积物填充。

活跃的、形成破火山口的火山活动虽然不常见，但却是新西兰最大的地质灾害之一。了解破火山口火山的大小、位置和构造背景，以及裂谷作用造成的长期变形，对于准确解释监测数据和提供风险评估信息是很重要的。

在过去的两百万年里，羽绒出现故障的槽和卡尔德拉斯充满了低密度，通常是未叠加的火山沉积物，大部分沉积在大型爆炸性的高二氧化硅岩浆后沉积。这些火山材料和元沉积地下室岩石之间的密度对比显着，使得该区域是使用重力数据来映射子表面结构的理想自然实验室。在GNS Science，新西兰国家地质学研究所，地球物理和核科学研究所，克雷格·米勒博士和同事博士博士使用了70年的重力数据，以在TVZ开发Caldera演变的高分辨率地图。他们透露的新细节提供了有关扭伤和卡尔德拉形成的演变的信息，这些信息对TVZ中的相关地质灾害产生了影响。

积极的火山口形成火山主义是新西兰最大的地质灾害之一。

重力异常和它们告诉我们的
“重力”是在两个物体或质量中心之间产生的力，它彼此吸引这些物体。对于具有unform密度的完美球体，其表面的重力等于其表面。然而，地球既不是一个完美的球体（它在杆上平坦），也不是具有均匀密度的主体，因此重力可以根据仰角（质量中心高于质量高于高度）或纬度的不同点而变化。另外，低密度面积形成质量的缺点（导致负重异常），而高密度面积形成质量过量（导致正重力异常）。

在给定区域内，重力变化的空间分布可以通过观察重力加速度(g)来揭示，重力加速度是一个衡量自由落体物体向地面加速速度的指标。在地球上，g约为9.8 m/s2;然而，如上所述，这在不同地方略有不同。一些重力仪(或重力仪)通过测量物体下落的实际速度来测量g的绝对值，通常使用激光束技术。然而，大多数采用的是相对系统，在绝对重力已知的情况下，弹簧相对于附近的观测站拉伸不同的量:拉伸越多，重力就越大。这样的观测站网络遍布世界各地。Stagpoole博士和Miller博士分析的数据来自新西兰重力参考站的“相对”测量。

今天，重力异常通常被称为布格重力异常，以18世纪法国地球物理学家皮埃尔·布格命名。布格异常更容易解释，因为它们已根据测量站与海平面(重力测量的参考点)之间的高度差和当地地形的影响进行了校正;构成观测站之上或之下直至海平面的地形(如山和谷)的岩石的质量，也会对g值产生微妙的变化。

新西兰的第一重力测量由詹姆斯队队伍队伍中的1769年制成，使用摆型装置（摆锤的振荡随着给定位置处的重力的变化而变化）。直到20世纪40年代，随后的测量，也大多采用钟摆做，主要是投机和不协调。然而，在20世纪50年代，建立了新西兰初级重力网络的437重力站点。自网络创建以来，该网站已经历了许多重新传达，许多移动，丢失或添加。截至2020年，重力参考站网络包含近1,200站，形成新西兰的现代重力监测系统的骨干，斯塔普利，米勒和同事们用于将其在TVZ中系上的重力。

新西兰的第一次重力测量是在1769年由詹姆斯·库克船长用钟摆仪完成的。

新西兰的引力
TVZ的重力测量可以追溯到20世纪50年代，当时它们被用于为地热勘探提供信息。Stagpoole和Miller正带头对该地区所有可用数据进行汇编和再处理。连同新的数据，他们已经收集了超过10,000个观察数据，这些数据来自政府数据库和调查、大学论文和已发表的科学论文。

他们对数据的分析是一个三阶段的过程。首先，他们编制了整个TVZ及其边距的全面的重力异常数据库。接下来，他们删除了统治数据的大，区域级信号，主要由北岛下方的太平板的俯冲产生的信号。区域规模的重力场是北岛上的相对光滑和可预测的梯度，从后弧区域的高度落到了太平洋板块的海洋地壳在大陆地壳下方垂下的点下方的低点澳大利亚板块。

这个梯度隐藏了描述浅地壳结构特征的详细的重力变化(即20公里或更小尺度的重力变化)。最后，在从数据中减去区域信号后，剩余的信号——剩余重力——被用来解释较小尺度的线性(如断层)和圆形(如火山破火山口)特征。破火山口充填低密度火山物质，与低重力异常吻合;在致密、胶结的火山或基底单元中发现较高的重力值。

从多个研究中收集到如此丰富的数据，极大地改善了重力数据的空间覆盖范围，通过去除区域重力信号，研究小组比以往任何时候都更详细地揭示了以前识别的坍塌破火山口的轮廓和内部结构。在某些情况下，重力异常的梯度揭示了多次崩塌。Stagpoole和Miller也能够识别之前未被识别的下沉特征，这可能代表了额外的破火山口。这项工作的一个关键部分是将海上测量数据整合到数据集中;这使得我们能够更好地理解TVZ的水下部分与陆地的连接方式，并更好地理解构造和火山活动的时空相互作用。

对灾害管理的启示
在他们成功的基础上，Stagpoole和Miller现在计划开始新一轮的数据收集，重点是提高关键区域重力异常圈定的分辨率。例如，他们计划进一步完善我们对Okataina破火山口结构的认识，它似乎显示出了多个坍塌阶段的证据，如破火山口内重力梯度的台阶所示。通过识别破火山口内的负重力异常，他们将能够识别出最大塌陷的区域，这可能与一次大型喷发或多次喷发的累积作用有关。由于破火山口的形成在全球很少被直接观察到，在TVZ从来没有，他们的研究将有助于提供更清晰的破火山口形成和结构的图像。更好地了解这些过程对于评估危险和管理下一次喷发所带来的风险至关重要。