Введение: Тектонический хребет Южной Америки

Фронтальные разломы Анд представляют собой одну из самых активных и значительных тектонических границ Земли. Растянувшись вдоль восточной окраины горного хребта Анд, эти системы разломов служат основным механизмом, с помощью которого деформируется, поднимается и изменяется кора континента. В то время как на западном краю Анд доминирует субдукция плиты Наска под Южноамериканской плитой, фронтальные разломы на восточной стороне отмечают зону, где это сжатие, управляемое субдукцией, передается в континентальную внутреннюю часть. Понимание этих разломов имеет важное значение не только для геологов, стремящихся моделировать горное строительство, но и для миллионов людей, живущих в их тени, поскольку эти разломы ответственны за некоторые из самых разрушительных землетрясений континента и драматических изменений ландшафта.

Геологическая основа: субдукция, сжатие и подъем

Горный хребет Анд является самым длинным континентальным горным поясом в мире и обязан своим происхождением продолжающейся субдукции океанических плит Наска и Антарктики под Южноамериканской континентальной плитой. Этот процесс субдукции был активен более 200 миллионов лет и генерирует интенсивные компрессионные силы, которые передаются на восток через сложный орогенный клин. Фронтальные разломы Анд очерчивают восточную границу этого клина, где сжимающие напряжения улаживаются путем разломов и складок. Эта зона знаменует переход между активно деформирующимся горным поясом и стабильными кататоническими низменностями бассейна Амазонки и Пампасов.

С тектонической точки зрения, фронтальные разломы принадлежат к так называемому ретро-арктическому поясу тяги — системе разломов тяги, которые развиваются на континентальной стороне, противоположной траншеи субдукции и вулканической дуге. По мере того, как плита Наска скользит под Южной Америкой со скоростью примерно 70-80 миллиметров в год, она перетаскивает перекрывающую плиту на восток. Полученные напряжения снимаются вдоль системы фронтального разлома через комбинацию тяги, которая вызывает вертикальное смещение и укорочение коры, и разлом ударного скольжения, который вмещает горизонтальное боковое движение. Эта комбинация стилей разломов отражает косой угол сходимости между плитами Наска и Южной Америки, что приводит к сложным трехмерным деформациям.

Типы разломов в системе фронтального разлома Анд

Фронтальные разломы Анд представляют собой не единую непрерывную линию разломов, а сложную сеть многочисленных сегментов разломов, каждый из которых демонстрирует отчетливое кинематическое поведение. Доминирующим механизмом разломов является разлом тяги, где старые, более жесткие породы выталкиваются над более молодыми, более мягкими отложениями. Этот процесс создает характерную ступенчатую топографию поясов сгиба и тяги и приводит к утолщению коры и подъему гор.

Помимо разломов тяги, разломы скольжения удара играют важную роль в приспособлении бокового смещения вдоль системы разлома. Эти сегменты скольжения удара позволяют блокам коры скользить друг мимо друга горизонтально, часто параллельно горному фронту. Более того, многие из наиболее сейсмически активных разломов проявляют наклонное скольжение, сочетая как тягу, так и движение скольжения удара, что свидетельствует о сложном режиме напряжения, наложенном конвергенцией наклонных плит.

Геофизические исследования, в том числе сейсмические профили отражения и исследования очагового механизма землетрясений, показывают, что основные плоскости разломов обычно демонстрируют списковую геометрию. То есть они круто опускаются вблизи поверхности, но выравниваются с глубиной, сливаясь в региональный горизонт разбиения или отслоения на глубинах от 10 до 20 километров. Этот структурный стиль облегчает эффективную передачу сжимающих напряжений в широких регионах и аналогичен аналогичным системам поясов тяги во всем мире, таким как гималайская фронтальная тяга и пояс тяги Скалистых гор.

Региональные вариации вдоль системы фронтального разлома

Фронтальные разломы Анд простираются на 5000 километров от северной Венесуэлы до южной Патагонии в Аргентине и Чили. На этом обширном участке характеристики и поведение системы разломов существенно различаются. На эти изменения влияют такие факторы, как возраст и геометрия субдукционной океанической плиты, толщина и реология пересеченной континентальной коры и наличие унаследованных цокольных структур, которые контролируют сегментацию и распространение разломов.

Северный Анд: Восточно-Андская система фронтального разлома (EAFS)

В Колумбии и Эквадоре система фронтальных разломов известна как Восточно-Андская система фронтальных разломов (EAFS). Эта система пересекает Восточную Кордильеру и образует видную тектоническую границу, отделяющую возвышенные горные хребты от низменного бассейна Амазонки. Ключевые сегменты разломов в этой зоне включают разломы Гуаикарамо и Сервита, которые были ответственны за значительные сейсмические события, такие как землетрясение Нейвы 1967 года (магнитуда 6,8), которое нанесло широкий ущерб в регионе.

EAFS играет решающую роль в топографической эволюции северных Анд, поднимая Восточную Кордильеру и изолируя бассейн Амазонки от тихоокеанского дренажа.Это поднятие оказало глубокое влияние на региональный климат, модели эрозии и биоразнообразие, способствуя богатой эндемичной флоре и фауне, найденной в Андско-Амазонской переходной зоне.

Центральные Анды: Субандинский пояс ржавчины

Далее на юг, через Боливию и север Аргентины, фронтальные разломы проявляются как Субандинский пояс ржавчины — классический пример тонкокожной системы пояса сгиба и тяги. Этот пояс состоит из ряда разломов с восточной тягой, которые распространяют деформацию в переднюю часть равнины Чако. Субандинский пояс является одним из наиболее сейсмически активных участков системы фронтального разлома Анд, с многочисленными сегментами разломов, генерирующих землетрясения, превышающие магнитуду 7,0.

Видные разломы в этом регионе включают разломы Мандеяпекуа и Эль-Пескадо. Эти структуры демонстрируют высокие скорости скольжения и имеют историю создания крупных разрушительных землетрясений. Изменение скорости укорочения по субандийскому поясу - от около 10 мм / год в северных сегментах до примерно 5 мм / год на юге - связано с изменением угла падения субдукционной плиты Наска и наличием субдукции плоской плиты под плато Пуна, которая локально ингибирует деформацию.

Южные Анды: Прекордильера и Сан-Рафаэль Блок

В южных Андах, особенно в Аргентине и Чили, система лобных разломов включает в себя тяги, включающие подвал, которые поднимают Прекордильеры и блок Сан-Рафаэль.В отличие от тонкокожих поясов тяги на севере, эти разломы прорезают старые палеозойские и мезозойские породы, что приводит к более сложной структурной геометрии и более высоким скоростям скольжения в определенных сегментах.

Заметным событием, связанным с этим регионом, является землетрясение в Коуцете 1977 года (магнитуда 7,4) в провинции Сан-Хуан, вызванное движением тяги по разлому Лас-Чакрас — основной компонент системы Андского фронтального разлома. В дополнение к сейсмическим опасностям эти южные разломы влияют на региональную гидрологию, действуя как барьеры и каналы для потока подземных вод, влияя на подпитку водоносного горизонта и распределение поверхностных вод.

Сейсмическая опасность и исторические землетрясения

Фронтальные разломы Анд представляют значительную сейсмическую опасность из-за их близости к густонаселенным городским центрам, таким как Богота, Кито, Ла-Пас, Мендоса и Сантьяго, исторические и инструментальные записи документируют многочисленные разрушительные землетрясения, происходящие из этих разломов, подчеркивая их потенциал, чтобы вызвать широко распространенный ущерб и потерю жизни.

Например, землетрясение в Эквадоре в 1949 году (магнитуда 6,8) привело к гибели более 6000 человек и было связано с движением по лобовому разлому. Аналогичным образом землетрясение в Армении в Колумбии в 1999 году (магнитуда 6,1) произошло на участке системы фронтального разлома Восточного Андского моря, что привело к значительным жертвам и повреждениям. Эти события подчеркивают постоянную угрозу, создаваемую активностью лобного разлома.

Совсем недавно землетрясение Кокимбо в Чили в 2015 году (магнитуда 8,2) было в основном событием субдукционной мегатрузии. Однако оно вызвало подземные толчки на внутренних лобных разломах, продемонстрировав механическую связь между интерфейсом субдукции и ретро-дуговой тяговой пояс. Этот процесс, известный как передача напряжения, может ускорить время разрывов землетрясений на лобных разломах, что приводит к каскадам сейсмической активности. Эти идеи были включены в вероятностные модели сейсмической опасности, которые явно рассматривают источники лобных разломов для улучшения оценки риска землетрясений.

Скорость скольжения и интервалы повторения землетрясений

Современные геодезические методы, особенно измерения Глобальной системы позиционирования (GPS), предоставляют точные данные о современных скоростях деформации по фронтальным разломам Анд. В центральных Андах скорости сходимости от 10 до 15 миллиметров в год распределяются по поясу тяги, при этом отдельные сегменты разломов скольжения со скоростью от 1 до 5 миллиметров в год.

Палеосейсмологические исследования, в том числе исследования траншей, показывают, что крупные землетрясения (магнитуда от 7,0 до 7,5) на этих разломах повторяются в масштабе времени от 500 до 2000 лет. В северных Андах, где скорость скольжения ниже (2-5 миллиметров в год), разломы, как правило, испытывают более частые умеренные землетрясения, а не редкие крупные события. Эти данные имеют решающее значение для сейсмического зонирования, городского планирования и разработки строительного кодекса в таких странах, как Перу, Колумбия и Аргентина, где смягчение сейсмических рисков является приоритетом.

Влияние на ландшафтную эволюцию и дренажные модели

Устойчивая активность фронтальных разломов Анд глубоко повлияла на ландшафт вдоль восточного склона Анд. Разломы ржавчины подняли горный фронт, создав крутые откосы, которые часто поднимаются на 2000-3000 метров над прилегающими равнинами пересеченной местности. Эти откосы обычно состоят из устойчивых палеозойских и мезозойских пород, тянущихся по более молодым кайнозойским отложениям, производя прочную топографию и значительный рельеф.

Этот градиент возвышения приводит к сильным орографическим осадкам, с влажными воздушными массами, поднимающимися над горами и откладывающими сильные осадки на наветренных склонах. Следовательно, регион испытывает пышную растительность и разнообразные экосистемы на восточных склонах, в то время как подветренные стороны часто лежат в дождевых тенях, что приводит к более сухим условиям. Эти климатические градиенты непосредственно влияют на региональную экологию и сельское хозяйство.

Речные системы в Андах динамически реагируют на тектонический подъем. Несколько крупных рек, включая Мараньон и Укаяли в Перу и Бермехо в Аргентине, являются предшествующими реками - это означает, что они сохранили свои курсы даже при подъеме гор, вырубая глубокие ущелья и каньоны через поднимающуюся местность. Другие реки демонстрируют дренажные структуры, контролируемые разломами, что приводит к прямоугольным сетям, выровненным со следами разломов.

Активное разломы также вызывают частые оползни и потоки мусора, особенно во время сильных осадков или сейсмических событий.Эти процессы массового выпадения доставляют большие объемы грубых осадков в бассейны пересеченной местности, способствуя росту обширных аллювиальных вентиляторов и влияя на осадочные структуры в прилегающих низменностях.Взаимодействие между тектоническими процессами, эрозией и осадочными процессами формирует эволюционирующий ландшафт восточных Анд.

Сети мониторинга и исследовательские инициативы

Учитывая значительную сейсмическую опасность и геологическую сложность фронтальных разломов Анд, было создано несколько программ мониторинга и исследований для улучшения понимания и снижения рисков. Андская геофизическая обсерватория (ОГА) в Перу и Национальный сейсмологический центр в Чили работают с плотными сейсмическими сетями, которые обеспечивают обнаружение землетрясений в реальном времени и точное местоположение гипоцентра. Эти сети позволяют ученым картировать сейсмичность вдоль фронтальных разломов и идентифицировать активные сегменты.

В дополнение к сейсмическому мониторингу, непрерывные GPS-станции, распределенные по зонам разломов, измеряют деформацию коры и накопление интерсейсмического деформации, выявляя области потенциального зарождения землетрясений. В таких регионах, как Субандинский пояс, спутниковая технология межферометрического синтетического радара с апертурой (InSAR) используется для обнаружения деформации земли с точностью миллиметрового масштаба над широкими областями, что позволяет детально отображать события ползучести разлома и медленного скольжения.

Международное сотрудничество, в том числе проект Центральные Анды - партнерство между Геологической службой США и южноамериканскими учреждениями - продвинуло исследования, пробурив активные плоскости разломов для извлечения каменных ядер и установки инструментов скважины. Эти исследования направлены на характеристику физических свойств зон разломов, таких как проницаемость, прочность на трение и давление поровой жидкости, которые контролируют инициирование и распространение землетрясений.

Недавние термохронологические исследования с использованием таких методов, как датирование апатитовой трещины, количественно оценили длительные темпы эксгумации, указывая на то, что некоторые лобные разломы оставались активными в течение по крайней мере 10 миллионов лет. Эта длительная активность подчеркивает устойчивое влияние этих структур на строительство гор Анд и эволюцию ландшафта.

Сравнение с другими крупными системами горных разломов

Фронтальные разломы Анд имеют несколько характеристик с другими известными зонами разломов горного строительства во всем мире, особенно с Гималайской фронтальной струей (HFT) в Азии. Обе системы отмечают контакт между активно деформирующимся орогеном и стабильным кратоном, включают в себя тонкокожие тяготения над горизонтом развала и генерируют большие, потенциально катастрофические землетрясения, которые представляют значительную опасность для близлежащих популяций.

Однако существуют важные различия. В гималайской фронтальной тяге преобладают в первую очередь чистые разломы тяги с минимальным движением удара-скольжения, отражающие почти лобовое столкновение между индийской и евразийской плитами. Напротив, фронтальные разломы Анд придают значительную наклонную конвергенцию, в результате чего происходит комбинированная тяга и разлом удара-скольжения. Кроме того, на Анды влияет близлежащая зона океанической субдукции, которая накладывает уникальные условия тектонической нагрузки и влияет на геометрию и сегментацию фронтальных разломов. Гималаи, напротив, возникают от континентального столкновения без смежной океанической субдукции, что делает Анды естественной лабораторией для изучения взаимодействия субдукции и внутриконтинентальной деформации.

Вывод: Динамическая граница, формирующая континент

Фронтальные разломы Анд представляют собой гораздо больше, чем простую геологическую границу; они представляют собой динамичную и развивающуюся зону, где непрерывно изменяется южноамериканский континент.От обширного Субандинского пояса ржавчины в центральных Андах до крутых откосов Прекордильеры на юге эти разломы контролируют сейсмику, топографию, гидрологию и природные ресурсы в обширном регионе.

По мере роста населенных пунктов и расширения инфраструктуры на восток от Анд понимание поведения и опасностей этих разломов становится общественным императивом. Продолжающиеся научные исследования, расширенные сети мониторинга и интеграция моделей сейсмической опасности в государственную политику имеют важное значение для снижения рисков от будущих землетрясений и связанных с ними геоопасностей. Таким образом, фронтальные разломы Анд остаются ключевым фокусом как для геоученых, так и для политиков, воплощая мощные геологические силы, которые формируют континенты и влияют на жизнь людей.

Для дальнейшего чтения изучите оценку сейсмической опасности USGS для Анд , подробный структурный анализ в этом обзоре ScienceDirect и последние обновления исследований от Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS) .