Table of Contents

Линии разломов: поверхностное выражение кристаллических трещин

Линия разлома — это видимая или обнаруживаемая трещина в земной коре, где камни с обеих сторон перемещаются друг мимо друга. Эти трещины могут простираться на метров или тысяч километров и часто являются первой подсказкой, которую геологи используют для идентификации регионов прошлой или потенциальной сейсмической активности. Линии разлома не являются статичными; они развиваются в течение геологического времени, поскольку тектонические силы продолжают действовать на кору.

Движение по линии разлома может быть постепенным, происходящим через процесс, называемый асейсмическим ползучестью, или внезапным, высвобождающим накопленное напряжение в виде землетрясения. Скорость и стиль движения зависят от местного режима напряжения, типа породы и наличия жидкостей в сети разломов. Линии разломов классифицируются в первую очередь по направлению проскальзывания между двумя блоками породы.

Неисправности Strike-Slip

В разломе скольжения удара два блока скользят горизонтально друг мимо друга. Знаменитый разлом Сан-Андреас в Калифорнии является ярким примером разлома скольжения удара. Эти разломы обычно происходят там, где тектонические плиты движутся параллельно друг другу, и они часто связаны с границами плиты преобразования. Горизонтальное движение может со временем смещать дороги, заборы и речные каналы, обеспечивая видимые доказательства продолжающейся деформации.

Нормальные ошибки

Нормальные разломы возникают, когда кора раздвигается под напряжением расширения. Висячая стена движется вниз относительно подножной стенки, создавая характерную ступенчатую топографию. Эти разломы распространены в рифтовых долинах, таких как Восточно-Африканская рифтовая система, и на расходящихся границах плит, где формируется новая кора. Нормальные разломы могут генерировать землетрясения от умеренных до крупных, особенно когда скорость расширения высока.

Обратные и торможные ошибки

Обратные разломы образуются при компрессионном напряжении, когда подвесная стена движется вверх относительно подножной стенки. Когда угол падения обратного разлома неглубокий, как правило, менее 30 градусов, это называется разломом тяги. Эти разломы характерны для конвергентных границ плит, таких как гималайский фронт, где индийская плита сталкивается с евразийской плитой. Разломы толчка способны производить некоторые из крупнейших землетрясений за всю историю наблюдений, потому что они могут вместить значительное количество напряжения на больших площадях.

Неисправности наклонно-скользящего

Многие естественные линии разломов демонстрируют сочетание горизонтального и вертикального движения, известного как наклонно-скользящее. Эти разломы возникают, когда поле напряжения не идеально выровнено с плоскостью разлома, что приводит к смешению ударно-скользящего и опускательного движения. Обрывно-скользящие разломы распространены в регионах, где тектонические плиты сходятся под углом, например, в зоне субдукции Суматры.

Зоны разломов: сложные сети деформации

Зона разлома — это широкая область деформации коры, которая содержит основную линию разлома наряду с многочисленными вспомогательными трещинами, зонами сдвига и разбитой породой.В отличие от одной чистой линии разлома, зона разлома — это трехмерный объем поврежденной породы, который может простираться на километры по ширине и глубине.Сложность зоны разлома отражает историю стрессовых изменений, потока жидкости и эпизодических сейсмических событий, которые сформировали ее за миллионы лет.

Зоны разломов критически важны для науки о землетрясениях, поскольку они контролируют, где происходят небольшие и умеренные землетрясения, как распространяются сейсмические волны и где напряжение распределяется между крупными событиями.Во многих случаях зона разломов действует как диффузная сеть активных трещин, а не одна скользящая поверхность, а это означает, что оценка сейсмической опасности должна учитывать всю зону, а не только основной след.

Внутренняя структура зоны разлома

Хорошо развитая зона разлома обычно содержит три различных структурных домена:

  • Ядро разлома: Узкая зона интенсивной деформации, часто состоящая из мелкоземельной породы, называемой гуге или, на большей глубине, милонит. Ядро — это то место, где большая часть скольжения происходит во время землетрясения.
  • Зона повреждения: Более широкая область, окружающая ядро, которая содержит многочисленные переломы, незначительные разломы и вены. Зона повреждения может быть толщиной от десятков до сотен метров и механически слабее окружающей породы-хозяина.
  • Протолит: Относительно недеформированная порода-хозяин за пределами зоны повреждения.Переход от протолитовой зоны к зоне повреждения к ядру часто постепенный и отражает прогрессирующую концентрацию деформации.

Эта иерархическая структура влияет на то, как разрывы землетрясений зародываются, распространяются и останавливаются. Например, широкая зона повреждения может замедлить или остановить распространяющийся разрыв, в то время как узкое, хорошо консолидированное ядро может способствовать распространению разрыва на большие расстояния.

Физические особенности зон разломов

Зоны разломов оставляют отличительные признаки в ландшафте, которые геологи могут распознать как в поле, так и из данных дистанционного зондирования. Эти физические особенности дают подсказки о деятельности разлома & #8217, скорости проскальзывания и истории землетрясений.

Поверхности и формы рельефа

Повторное проскальзывание по разлому или зоне разлома вытесняет природные и техногенные особенности. Потоковые каналы, гребные линии, аллювиальные вентиляторы и даже дороги и ограждения могут смещаться горизонтально или вертикально. Кумулятивное офсетное смещение на протяжении тысячелетий обеспечивает прямую меру долгосрочной скорости проскальзывания разлома’s. Например, разлом Сан-Андреас накопил сотни километров смещения с момента своего образования, компенсируя целые горные хребты и дренажные сети.

Сети разлома и шрамы разлома

Зона повреждения разлома часто видна как плотная сеть трещин на открытых поверхностях пород. Эти трещины могут быть заполнены минеральными венами, осаждаемыми циркулирующими грунтовыми водами, создавая картину, которая раскрывает историю потока жидкости и химического изменения. В засушливых регионах контраст между разбитой, выветрившейся породой и неповрежденной породой может создавать линейные шрамы или желоба, которые прослеживают зону разлома по всему ландшафту.

Измененные и пульверизованные скалы

Скалы в зоне разлома механически и химически изменяются под воздействием экстремальных напряжений и температур, возникающих при скольжении разлома. Катаклазиты — это породы, разбитые на угловые фрагменты, а милониты — мелкозернистые породы, образованные пластичной деформацией на более глубоких уровнях коры. В некоторых зонах разлома порода настолько основательно измельчается, что напоминает мелкий порошок, текстуру, известную как ультракатаклазит. Эти измененные породы часто более пористые и проницаемые, чем окружающие породы-хозяева, что делает их важными путями для грунтовых вод и гидротермальных жидкостей.

Поверхностные разрывы и скарпы

Во время большого землетрясения разрыв разлома может распространяться вплоть до поверхности, создавая видимый разрыв, называемый разрывом поверхности. Эти разрывы могут смещать землю на несколько метров, создавая обрывы, которые являются крутыми склонами или скалами, образованными вертикальным смещением. Разрывы поверхности обеспечивают наиболее прямое свидетельство косейсмического скольжения и тщательно сопоставляются геологами для характеристики поведения разлома. Землетрясение 1999 года в Измите в Турции произвело разрывы поверхности до 5 метров в смещении вдоль Северо-Анатолийской зоны разлома.

Засоренные пруды и затворные перегоны

В зонах скольжения удара горизонтальное движение может создавать характерные рельефы, такие как провисшие пруды и затворные хребты. Саговые пруды образуются там, где разлом создает углубление, которое заполняет вода, часто выровненную по следу разлома. Затворные хребты представляют собой хребты, которые были смещены поперечно, блокируя или отводя дренаж. Эти особенности являются классическими показателями активного скольжения удара и обычно отображаются в поле.

Основные системы разломов и их зоны

Некоторые из наиболее изученных систем разломов на Земле иллюстрируют масштаб и сложность зон разломов и их роль в сейсмической активности.

Система разломов Сан-Андреас

Разлом Сан-Андреас в Калифорнии — это фактически сеть связанных разломов, образующих широкую зону разломов длиной в сотни километров и шириной в десятки километров. Система включает в себя сам Сан-Андреас, наряду с Хейвордом, Калаверасом, Сан-Джасинто и многими другими разломами. Вся зона вмещает относительное движение между тихоокеанскими и североамериканскими плитами. Поскольку зона разломов настолько широка, землетрясения могут происходить на нескольких нитях, и опасность распределена по региону. Землетрясение в Сан-Франциско 1906 года разорвало 470-километровый участок Сан-Андреаса, но последующие землетрясения произошли на других разломах в пределах зоны, таких как событие Лома-Приета 1989 года на сегменте системы Сан-Андреас и землетрясение Нортриджа 1994 года на слепом разломе тяги в более широкой зоне.

Северо-Анатолийская зона разлома

Эта зона разлома на севере Турции является одной из самых активных ударно-скольжениях в мире. Североанатолийская зона разлома состоит из многочисленных параллельных и субпараллельных сегментов разломов, каждый со своей собственной историей скольжения. За последнее столетие зона произвела замечательную последовательность крупных землетрясений, которые мигрировали с востока на запад, при этом каждое событие нагружает стресс на соседние сегменты. Такое поведение позволило ученым разработать вероятностные прогнозы будущих землетрясений вдоль зоны. В зоне разлома также имеются обширные зоны повреждений с сильно разбитой породой, которые влияют на поток грунтовых вод и стабильность склона в регионе.

Альпийская зона разломов

Альпийский разлом Новой Зеландии’s — крупный разлом границы плиты, который проходит вдоль западной стороны Южного острова. Зона разлома характеризуется быстрым подъемом, при этом Южные Альпы растут со скоростью до 10 миллиметров в год. Зона также связана с интенсивной эрозией, глубокими речными ущельями и частыми оползнями. Зона Альпийского разлома имеет хорошо документированную историю крупных землетрясений, происходящих каждые 200–400 лет, и считается одной из самых значительных сейсмических опасностей в Новой Зеландии. Физические особенности зоны, включая офсетные террасы и разломы, обеспечивают четкую запись прошлых землетрясений.

Узнайте больше о картировании неисправностей и сейсмических опасностях от USGS.

Как зоны разломов генерируют землетрясения

Землетрясения происходят, когда напряжение на разломе превышает силу трения поверхности разлома, вызывая внезапное скольжение. В зоне разлома процесс более сложный, поскольку многие взаимодействующие трещины могут вместить деформацию. Основное ядро разлома может быть заперто на десятилетия или столетия, создавая эластичный деформатор, в то время как окружающая зона повреждения продолжает ползти или производить небольшие землетрясения. Когда главный разлом окончательно разрывается, зона повреждения может влиять на скорость разрыва, направление и распределение подземных толчков.

Накопление и высвобождение напряжения

В зоне разлома деформация накапливается как в основном разломном ядре, так и в окружающей зоне повреждения. Геодезические измерения, такие как GPS и InSAR, показывают, что деформация часто распределена по всей зоне разлома, не сконцентрирована на одной поверхности. Эта распределенная деформация означает, что сейсмический цикл более сложен, чем предполагает простая модель упругого отскока. Микроземлетрясения, асейсмический ползучесть и медленное скольжение событий способствуют высвобождению деформации в зоне разлома, иногда откладывая или уменьшая размер основного удара.

Роль жидкостей в зонах разломов

Жидкости играют мощную роль в механике зон разломов, особенно на глубинах ниже 5 км. Жидкости высокого давления могут снизить эффективную нормальную нагрузку на разлом, облегчая проскальзывание. Этот механизм, как полагают, объясняет, почему некоторые зоны разломов сейсмически активны на глубинах, где температуры и давления в противном случае тормозили бы хрупкий отказ. И наоборот, циркуляция жидкости в зоне повреждения может цементировать трещины с отложениями минералов, постепенно усиливая зону разлома с течением времени. Взаимодействие между давлением жидкости, химическим изменением и напряжением является основной областью активных исследований.

Исследуйте глоссарий USGS терминов, связанных с ошибками .

Отличия линий разломов от зон разломов

Хотя термины иногда используются взаимозаменяемо в популярных средствах массовой информации, линии разломов и зоны разломов являются различными понятиями, которые служат различным целям в науке о землетрясениях. Линия разлома по существу является одномерным следом на карте, представляющим пересечение поверхности разлома с землей. Это особенность, которую туристы и пилоты могут рассматривать как линейный шрам по ландшафту. Зона разлома, напротив, представляет собой двумерный или трехмерный объем деформированной породы, которая включает в себя линию разлома и окружающую ее сеть повреждений.

При оценке опасности землетрясений инженеры и сейсмологи делают акцент на зонах разломов, поскольку вся зона может генерировать землетрясения, а не только основной след. Например, землетрясение в Нортридже в Калифорнии в 1994 году произошло на разломе в зоне разломов поперечных хребтов, который ранее не был обозначен как основная линия разломов. Землетрясение подчеркнуло необходимость учитывать полную зону разлома при оценке сейсмического риска.

Мониторинг и изучение зон разломов

Современная наука о землетрясениях использует широкий спектр инструментов для изучения зон разломов и оценки их активности. Сейсмические сети фиксируют местоположение и величину землетрясений в зоне разлома, раскрывая, какие цепи активны и как зона деформируется. Геодезические измерения отслеживают деформацию поверхности, предоставляя картину того, как деформация поверхности накапливается по всей зоне. Геологическое картирование и траншеи обнажают структуру разлома и позволяют ученым датировать прошлые землетрясения, создавая историю поведения зоны разлома’s.

Дистанционное зондирование и геофизическая визуализация

Такие методы, как LiDAR (светодетекция и дальность) и спутниковая радиолокационная интерферометрия (InSAR), могут с точностью до сантиметра отображать топографию зоны разлома и деформацию поверхности. Эти методы особенно ценны для изучения зон разломов в удаленной или труднодоступной местности. Геофизическая визуализация, включая сейсмическое отражение и томографию, раскрывает подземную структуру зон разломов, показывая, как зона повреждения распространяется в кору. Такие исследования показали, что зоны разломов часто имеют отчетливый низкоскоростной сигнал, вызванный наличием трещин и заполненной жидкостью породы, которую можно обнаружить сейсмическими волнами, проходящими через зону.

палеосейсмология

Палеосейсмология — исследование доисторических землетрясений с использованием геологических данных, сохранившихся в зоне разлома. Путем рытья траншей по разлому учёные могут идентифицировать смещенные слои осадка, зарытые почвы и коллювиальные клинья, фиксирующие прошлые землетрясения. Радиоуглеродное датирование органического материала в этих слоях обеспечивает возраст для каждого события, позволяя исследователям реконструировать историю землетрясений за тысячи лет. Эта информация используется для оценки интервала повторения и потенциальной величины будущих землетрясений на зоне разлома.

Посещение ИРИС для образовательных ресурсов по разломам и землетрясениям.

Риск землетрясений и готовность к ним в зонах разломов

Понимание разницы между линиями разломов и зонами разломов имеет практические последствия для управления рисками землетрясений. Сообщество, расположенное вблизи нанесенной на карту линии разлома, может предположить, что она безопасна, поскольку разлом считается неактивным или не разрывался в последнее время. Однако, если сообщество находится в пределах более крупной зоны разлома, оно все еще может испытывать сильное потрясение от землетрясений на других участках зоны. Строительные кодексы, планирование землепользования и планы реагирования на чрезвычайные ситуации должны учитывать полную степень и сложность зон разломов.

Вероятностная оценка сейсмической опасности

Вероятностная оценка сейсмической опасности (PSHA) является стандартным методом, используемым для оценки вероятности различных уровней тряски земли на данном участке. В регионах с четко определенными зонами разломов модели PSHA включают геометрию, скорость проскальзывания и повторение землетрясений всех активных разломов в зоне. Опасность часто выше вблизи основного следа разлома, но может оставаться повышенной по всей зоне повреждения из-за возможности сильного движения земли от близлежащих событий.

Поверхностный разрыв опасен

Для критически важной инфраструктуры, такой как трубопроводы, мосты и электростанции, риск разрыва поверхности является серьезной проблемой. В зоне разлома точное местоположение разрыва поверхности во время будущего землетрясения неопределенно, потому что это может произойти на любой из активных нитей. Для смягчения этого риска инженеры часто проектируют конструкции для размещения некоторого смещения или избегания строительства непосредственно на известных активных следах. Регулирующие органы в сейсмически активных регионах, таких как Калифорния, требуют геологических исследований для выявления активных зон разлома перед новым строительством.

Читайте рекомендации по рискам линии разлома от Калифорнийского управления по землетрясениям .

Заключение

Линии разломов и зоны разломов имеют основополагающее значение для понимания сейсмической активности Земли’. Линии разломов представляют собой первичные трещины, вдоль которых происходит скольжение, в то время как зоны разломов охватывают более широкую сеть деформаций, которая окружает эти разломы. Физические особенности зон разломов, включая офсетные поверхности, сети разломов, измененные породы и разрывы поверхности, дают важные подсказки об истории и поведении сейсмической активности в регионе. Изучая эти особенности с помощью современных геологических, геодезических и геофизических инструментов, ученые могут лучше оценить опасности землетрясений и помочь сообществам подготовиться к будущим событиям.

Признание того, что зоны разломов являются динамичными, трехмерные объемы деформации коры являются ключом к улучшению как нашего научного понимания механики землетрясений, так и нашего практического подхода к снижению риска.По мере продолжения исследований детальная характеристика зон разломов останется приоритетом для снижения социальных последствий землетрясений во всем мире.

Посетить Британнику для всестороннего обзора геологии разломов.