В геологии разлом — это плоский разлом или разрыв в объеме горной породы , через который произошло значительное смещение в результате движения горных масс. Крупные разломы в земной коре возникают в результате действия сил тектоники плит , причем самые крупные из них образуют границы между плитами, такие как мегавзбросы зон субдукции или трансформные разломы . [1] Выделение энергии, связанное с быстрым движением по активным разломам, является причиной большинства землетрясений . Разломы также могут смещаться медленно, путем асейсмической ползучести . [2]
Плоскость разлома — это плоскость , которая представляет собой поверхность разлома разлома. След разлома или линия разлома — это место, где разлом можно увидеть или отобразить на поверхности. След разлома — это также линия, которая обычно наносится на геологические карты для представления разлома. [3] [4]
Зона разлома представляет собой кластер параллельных разломов. [5] [6] Однако этот термин также используется для зоны раздробленной породы вдоль одного разлома. [7] Длительное движение вдоль близко расположенных разломов может стереть различие, поскольку порода между разломами преобразуется в ограниченные разломами линзы породы, а затем постепенно раздавливается. [8]
Из-за трения и жесткости составляющих пород две стороны разлома не всегда могут легко скользить или течь мимо друг друга, и поэтому иногда все движение останавливается. Области более высокого трения вдоль плоскости разлома, где он становится заблокированным, называются неровностями . Напряжение накапливается, когда разлом заблокирован, и когда оно достигает уровня, превышающего порог прочности , разлом разрывается, и накопленная энергия деформации частично высвобождается в виде сейсмических волн , образуя землетрясение . [2]
Деформация происходит кумулятивно или мгновенно, в зависимости от жидкого состояния породы; пластичная нижняя кора и мантия накапливают деформацию постепенно посредством сдвига , тогда как хрупкая верхняя кора реагирует трещиной – мгновенным снятием напряжения – что приводит к движению вдоль разлома. [9] Разлом в пластичных породах также может мгновенно снять напряжение, если скорость деформации слишком велика.
Сдвиг определяется как относительное движение геологических объектов, присутствующих по обе стороны от плоскости разлома. Чувство скольжения разлома определяется как относительное движение породы по обе стороны разлома относительно другой стороны. [10] При измерении горизонтального или вертикального разделения бросок разлома является вертикальной составляющей разделения, а подъем разлома является горизонтальной составляющей, как в «Подброс и подъем». [11] Вектор скольжения можно качественно оценить, изучив любую складчатость перетаскивания слоев, которая может быть видна по обе стороны разлома. [12] Складчатость перетаскивания представляет собой зону складчатости вблизи разлома, которая, вероятно, возникает из-за сопротивления трения движению по разлому. [13] Направление и величину подъема и сброса можно измерить, только найдя общие точки пересечения по обе стороны разлома (называемые точкой прокалывания ). На практике обычно можно найти только направление скольжения разломов и приближение вектора подъема и сброса.
Две стороны невертикального разлома известны как висячий бок и лежачий бок . Висячий бок находится выше плоскости разлома, а лежачий бок — ниже нее. [14] Эта терминология пришла из горного дела: при разработке пластового рудного тела шахтер стоял с лежачим боком под ногами и с висячим боком над собой. [15] Эти термины важны для различения различных типов сбросов со смещением: обратных сбросов и нормальных сбросов. В обратном сбросе висячий бок смещается вверх, в то время как в нормальном сбросе висячий бок смещается вниз. Различение этих двух типов сбросов важно для определения режима напряжений движения сброса.
Разломы в основном классифицируются по углу, который плоскость разлома образует с поверхностью Земли, известному как падение , и направлению скольжения вдоль плоскости разлома. [16] В зависимости от направления скольжения разломы можно классифицировать следующим образом:
В сдвиговом сбросе (также известном как сброс срыва , сброс разрыва или транстекущий сброс ) [17] поверхность сброса (плоскость) обычно близка к вертикальной, а лежачая стенка сдвигается вбок либо влево, либо вправо с очень небольшим вертикальным движением. Сдвиговые сбросы с левосторонним движением также известны как левосторонние сбросы, а сбросы с правосторонним движением — как правосторонние сбросы. [18] Каждый из них определяется направлением движения земли, которое будет видно наблюдателю с противоположной стороны сброса.
Особым классом сдвиговых разломов является трансформный разлом , когда он образует границу плиты . Этот класс связан со смещением в центре спрединга , например, срединно-океаническом хребте , или, реже, в континентальной литосфере , например, трансформный разлом Мертвого моря на Ближнем Востоке или Альпийский разлом в Новой Зеландии. Трансформные разломы также называются «консервативными» границами плит, поскольку литосфера не создается и не разрушается.
Сдвиги по падению могут быть как нормальными (« расширенными »), так и обратными . Терминология «нормальных» и «обратных» пришла из угольной промышленности в Англии, где нормальные сбросы являются наиболее распространенными. [19]
С течением времени может произойти региональная инверсия между растягивающими и сжимающими напряжениями (или наоборот), и разломы могут быть реактивированы с их относительным движением блока, инвертированным в противоположных направлениях по отношению к первоначальному движению (инверсия разлома). Таким образом, нормальный разлом может стать обратным разломом и наоборот.
В нормальном разломе висячий бок движется вниз относительно лежачего бока. Падение большинства нормальных разломов составляет не менее 60 градусов, но некоторые нормальные разломы падают менее чем на 45 градусов. [20]
Опущенный блок между двумя нормальными разломами, падающими друг на друга, называется грабеном . Блок, зажатый между двумя грабенами, и, следовательно, двумя нормальными разломами, падающими друг от друга, называется горстом . Последовательность грабенов и горстов на поверхности Земли создает характерный рельеф в виде бассейна и хребта .
Нормальные разломы могут перерасти в листрические разломы, при этом их плоскость падения становится круче вблизи поверхности, а затем полого с увеличением глубины, при этом плоскость разлома изгибается вглубь Земли. Они также могут образовываться там, где отсутствует висячая стенка (например, на скале), где лежачая стенка может опускаться таким образом, что создает несколько листрических разломов.
Панели разломов листрических разломов могут далее сглаживаться и превращаться в горизонтальную или почти горизонтальную плоскость, где скольжение происходит горизонтально вдоль деколлемента . Экстенсиональные деколлементы могут достигать больших размеров и образовывать сбросы отрыва , которые представляют собой пологие нормальные разломы с региональным тектоническим значением.
Из-за кривизны плоскости разлома горизонтальное смещение растяжения на листрическом разломе подразумевает геометрический «зазор» между висячим и лежачим боками разлома, когда происходит скольжение. Чтобы разместиться в геометрическом зазоре, и в зависимости от его реологии , висячий бок может сложиться и сползти вниз в зазор и произвести опрокидывающуюся складчатость или разломиться на дополнительные разломы и блоки, которые заполняют зазор. Если образуются разломы, могут образоваться конусы выноса или домино-разломы .
Обратный сброс является противоположностью нормального сброса — висячий бок движется вверх относительно лежачего.
Обратные сбросы указывают на компрессионное сокращение земной коры.
Надвиг имеет то же направление движения, что и взброс, но с падением плоскости сброса менее 45°. [21] [22] Надвиги обычно образуют скаты, равнины и складки сбросо - изгиба (висячие и лежачие бока).
Участок висячего или лежачего бока, где сброс надвига образовался вдоль относительно слабой плоскости напластования, называется плоскостью , а участок, где сброс надвига прорезает стратиграфическую последовательность, называется пандусом . [ 23] Обычно сбросы надвига перемещаются внутри формаций, образуя плоскости и поднимаясь по секциям с пандусами. Это приводит к тому, что плоскость висячего бока (или ее часть) лежит поверх пандуса лежачего бока, как показано на диаграмме изгиба сброса.
Надвиговые разломы формируют покровы и обрывы в крупных надвиговых поясах. Зоны субдукции — это особый класс надвигов, которые формируют крупнейшие разломы на Земле и вызывают крупнейшие землетрясения.
Разлом, имеющий компонент падения-сдвига и компонент сдвига-сдвига, называется косо-сдвиговым разломом . Почти все разломы имеют некоторый компонент как падения-сдвига, так и сдвига-сдвига; следовательно, определение разлома как косого требует, чтобы компоненты падения и простирания были измеримыми и значимыми. Некоторые косые разломы возникают в транстенсиональных и транспрессионных режимах, а другие возникают там, где направление растяжения или укорочения изменяется во время деформации, но ранее сформированные разломы остаются активными.
Угол падения определяется как дополнение к углу падения; это угол между плоскостью разлома и вертикальной плоскостью, которая простирается параллельно разлому.
Кольцевые разломы , также известные как кальдерные разломы , являются разломами, которые возникают в обрушившихся вулканических кальдерах [24] и местах падения болидов , таких как ударный кратер Чесапикского залива . Кольцевые разломы являются результатом серии перекрывающихся нормальных разломов, образующих круговой контур. Трещины, созданные кольцевыми разломами, могут быть заполнены кольцевыми дайками . [24]
Синтетический и антитетический — термины, используемые для описания второстепенных разломов, связанных с крупным разломом. Синтетические разломы падают в том же направлении, что и крупный разлом, в то время как антитетические разломы падают в противоположном направлении. Эти разломы могут сопровождаться опрокидывающимися антиклиналями (например, структурный стиль дельты Нигера ).
Все разломы имеют измеримую толщину, состоящую из деформированной породы, характерной для уровня в земной коре, где произошел разлом, типов пород, затронутых разломом, а также наличия и природы любых минерализующих жидкостей . Разломные породы классифицируются по их текстурам и предполагаемому механизму деформации. Разлом, который проходит через различные уровни литосферы , будет иметь много различных типов разломных пород, развитых вдоль его поверхности. Продолжающееся смещение падения-сдвига имеет тенденцию сопоставлять разломные породы, характерные для различных уровней земной коры, с различной степенью наложения. Этот эффект особенно очевиден в случае разломов отрыва и крупных надвиговых разломов .
К основным типам разломных пород относятся:
В геотехнической инженерии разлом часто образует разрыв , который может оказывать большое влияние на механическое поведение (прочность, деформация и т. д.) грунта и скальных массивов, например, при строительстве туннелей , фундаментов или склонов .
Уровень активности разлома может иметь решающее значение для (1) определения местоположения зданий, резервуаров и трубопроводов и (2) оценки сейсмической тряски и опасности цунами для инфраструктуры и людей поблизости. Например, в Калифорнии запрещено строительство новых зданий непосредственно на разломах или вблизи них, которые сместились в эпоху голоцена (последние 11 700 лет) геологической истории Земли. [27] Кроме того, разломы, которые показали движение в эпоху голоцена и плейстоцена (последние 2,6 миллиона лет), могут быть рассмотрены, особенно для критически важных сооружений, таких как электростанции, плотины, больницы и школы. Геологи оценивают возраст разлома, изучая особенности почвы, наблюдаемые при неглубоких раскопках, и геоморфологию, наблюдаемую на аэрофотоснимках. Подземные подсказки включают сдвиги и их связь с карбонатными конкрециями , эродированной глиной и минерализацией оксида железа в случае старой почвы и отсутствие таких признаков в случае молодой почвы. Радиоуглеродное датирование органического материала , захороненного рядом со сдвигом разлома или над ним, часто имеет решающее значение для различения активных и неактивных разломов. Из таких соотношений палеосейсмологи могут оценить масштабы прошлых землетрясений за последние несколько сотен лет и разработать приблизительные прогнозы будущей активности разлома.
Многие рудные месторождения лежат на разломах или связаны с ними. Это происходит потому, что трещиноватая порода, связанная с зонами разломов, допускает подъем магмы [28] или циркуляцию минералосодержащих жидкостей. Пересечения почти вертикальных разломов часто являются местами расположения значительных рудных месторождений. [29]
Примером разлома, содержащего ценные месторождения порфировой меди, является разлом Домейко на севере Чили с месторождениями в Чукикамата , Кольяуаси, Эль-Абра, Эль-Сальвадор , Ла-Эскондида и Потрерильос. [30] Далее на юге в Чили месторождения порфировой меди Лос-Бронесес и Эль-Теньенте лежат каждое на пересечении двух систем разломов. [29]
Разломы не всегда могут выступать в качестве каналов на поверхность. Было высказано предположение, что глубоко расположенные «неправильно ориентированные» разломы могут быть зонами, где магмы, образующие порфировую медь, застаиваются, достигая нужного времени и типа магматической дифференциации . [31] В определенное время дифференцированные магмы будут бурно вырываться из ловушек разломов и направляться в более мелкие места в земной коре, где будут формироваться месторождения порфировой меди. [31]
Поскольку разломы являются зонами слабости, они облегчают взаимодействие воды с окружающей породой и усиливают химическое выветривание . Усиленное химическое выветривание увеличивает размер выветренной зоны и, следовательно, создает больше места для грунтовых вод . [32] Зоны разломов действуют как водоносные горизонты и также способствуют транспортировке грунтовых вод.
