Введение
Разлом или нарушение сплошности в смещенных горных породах.
В геологии разлом – это плоский разлом или нарушение сплошности в объеме горных пород, по которому произошло значительное смещение в результате движения горных масс. Крупные разломы в земной коре являются результатом действия тектонических сил плит, при этом самые большие образуют границы между плитами, такие как мегаразломы зон субдукции или трансформные разломы. Высвобождение энергии, связанное с быстрым движением по активным разломам, является причиной большинства землетрясений. Разломы также могут смещаться медленно, посредством асейсмического ползучего движения. Плоскость разлома – это плоскость, представляющая собой поверхность разрыва разлома. Линия разлома или след разлома – это место, где разлом можно наблюдать или отобразить на карте на поверхности. Линии разломов также обычно изображаются на геологических картах для обозначения разлома. Зона разлома – это скопление параллельных разломов. Однако этот термин также используется для обозначения зоны дробленой породы вдоль одного разлома. Продолжительное движение вдоль близко расположенных разломов может привести к размытию различий, поскольку горная порода между разломами превращается в линзовидные блоки, ограниченные разломами, а затем постепенно измельчается.
Механизмы дефектации
Из-за трения и жёсткости горных пород, составляющих разлом, две его стороны не всегда могут легко скользить или течь друг относительно друга, поэтому иногда движение полностью прекращается. Участки повышенного трения вдоль плоскости разлома, где происходит его блокировка, называются асперитетами. Когда разлом заблокирован, в нём накапливается напряжение, и при достижении уровня, превышающего предел прочности, происходит разрыв, в результате которого накопленная энергия деформации частично высвобождается в виде сейсмических волн, вызывая землетрясение. Разлом в пластичных породах также может высвобождаться мгновенно при слишком высокой скорости деформации.
Слиз, подъем, бросок
Сдвиг определяется как относительное перемещение геологических структур, расположенных по обе стороны плоскости разлома. Направление сдвига разлома определяется как относительное движение горных пород по обе стороны разлома относительно друг друга. При измерении горизонтального или вертикального смещения, вертикальная составляющая смещения называется броском разлома, а горизонтальная – сдвигом, как в выражении "бросок вверх и сдвиг в сторону". Вектор сдвига может быть качественно оценен путем изучения любого волнообразного изгиба слоев горных пород, который может быть виден с обеих сторон разлома. Волнообразный изгиб – это зона складчатости вблизи разлома, которая, вероятно, возникает из-за сопротивления трению движению по разлому. Направление и величина сдвига и броска могут быть измерены только путем определения общих точек пересечения на обеих сторонах разлома (так называемых проникающих точек). На практике обычно возможно определить только направление сдвига разлома и приблизительное значение вектора сдвига и броска.
Висячая стена и подстень
Две стороны невертикального разлома известны как висячая (верхняя) стенка и лежачая (нижняя) стенка. Висячая стенка располагается над плоскостью разлома, а лежачая стенка – под ней. Эта терминология происходит из горного дела: при разработке пластовых рудных тел шахтер стоял, опираясь ногами на лежачую стенку, а висячая стенка находилась над ним. Эти термины важны для различения различных типов сдвиго-погружных разломов: разломов обратного сдвига и нормальных разломов. При разломе обратного сдвига висячая стенка смещается вверх, а при нормальном разломе – вниз. Различение между этими двумя типами разломов важно для определения напряженно-деформированного состояния при движении по разлому.
Пробелы при скольжении
При сдвиговом разломе (также известном как разлом сдвига, разлом разрыва или трансформный разлом) плоскость разлома обычно близка к вертикальной, а кровля смещается латерально влево или вправо с очень небольшим вертикальным смещением. Сдвиговые разломы с левосторонним смещением также известны как синистральные, а с правосторонним смещением – декстральные. Каждый тип определяется направлением движения земной поверхности, видимым наблюдателю с противоположной стороны разлома. Особым типом сдвигового разлома является трансформный разлом, когда он формирует границу плиты. Этот тип связан со сдвигом в зонах расхождения, таких как срединно-океанические хребты, или, реже, внутри континентальной литосферы, например, Трансформ Мертвого моря на Ближнем Востоке или Альпийский разлом в Новой Зеландии. Трансформные разломы также называют "консервативными" границами плит, поскольку литосфера не создается и не уничтожается.
Глубокие проломы
Разломы с вертикальным смещением могут быть нормальными ("экстенсиональными") или обратными. При нормальном разломе висячий блок смещается вниз относительно лежачего блока. Опущенный блок между двумя нормальными разломами, имеющими взаимное направление падения, называется грабеном. Приподнятый блок между двумя нормальными разломами, расходящимися в направлении падения, называется хорстом. Угол падения большинства нормальных разломов составляет не менее 60 градусов, но некоторые нормальные разломы имеют угол падения менее 45 градусов. Нормальные разломы с небольшим углом падения и имеющие региональное тектоническое значение могут быть классифицированы как разломы отслоения. Обратный разлом противоположен нормальному – висячий блок смещается вверх относительно лежачего блока. Обратные разломы указывают на компрессионное сокращение земной коры. Терминология "нормальный" и "обратный" происходит из угольной промышленности в Англии, где нормальные разломы наиболее распространены. Разлом надвижения имеет такое же направление смещения, как и обратный разлом, но с углом падения плоскости разлома менее 45°. Разломы надвижения обычно формируют рампы, плоские участки и складки изгиба разлома (складки висячего и лежачего блоков). Участок висячего или лежачего блока, где разлом надвижения образовался вдоль относительно слабого слоя пород, называется плоским участком, а участок, где разлом надвижения прорезает вверх по стратиграфической последовательности, называется рампой. Обычно разломы надвижения перемещаются внутри формаций, формируя плоские участки и поднимаясь по участкам с рампой. В результате висячий блок (или его часть) лежит поверх лежачего блока, как показано на диаграмме складки изгиба разлома. Складки изгиба разлома образуются в результате движения висячего блока по неровной поверхности разлома и связаны как с экстенсиональными, так и с разломами надвижения. Разломы могут быть реактивированы позже с движением в направлении, противоположном первоначальному (инверсия разлома). Таким образом, нормальный разлом может стать обратным и наоборот. Разломы надвижения формируют чешуи и кулисы в крупных зонах надвигов. Зоны субдукции являются особым типом разломов надвижения, которые формируют самые большие разломы на Земле и вызывают самые сильные землетрясения.
Обликтивные проломы
Разлом, который имеет компоненту смещения по падению и компоненту смещения по простиранию, называется косопролетным разломом. Почти все разломы имеют некоторую компоненту как смещения по падению, так и смещения по простиранию; следовательно, для определения разлома как косопролетного необходимо, чтобы компоненты смещения по падению и простиранию были измеримыми и значительными. Некоторые косопролетные разломы формируются в транстенсиональных и транспрессионных режимах, а другие возникают там, где направление растяжения или сжатия меняется в процессе деформации, но ранее образовавшиеся разломы остаются активными. Угол падения определяется как дополнение до угла наклона; это угол между плоскостью разлома и вертикальной плоскостью, простирающейся параллельно разлому.
Листрическая ошибка
Листрические разломы подобны нормальным разломам, но плоскость разлома изогнута, угол наклона которой становится круче к поверхности, а затем уменьшается с увеличением глубины. Угол наклона может выполаживаться до субгоризонтального декольмана, что приводит к горизонтальному смещению по горизонтальной плоскости. На иллюстрации показано обрушение висячей стенки вдоль листрического разлома. Если висячая стенка отсутствует (например, на обрыве), лежачая стенка может обрушаться таким образом, что образуются множественные листрические разломы.
Влияние на структуры и людей
В геотехнической инженерии разлом часто формирует разрыв, который может существенно влиять на механическое поведение (прочность, деформацию и т.д.) почвенных и скальных массивов, например, при строительстве тоннелей, фундаментов или склонов. Уровень активности разлома может быть критически важен для (1) определения местоположения зданий, резервуаров и трубопроводов и (2) оценки сейсмической тряски и опасности цунами для инфраструктуры и населения в окрестностях. Например, в Калифорнии строительство новых зданий запрещено непосредственно на или вблизи разломов, которые проявляли активность в эпоху голоцена (последние 11 700 лет) геологической истории Земли. Также может рассматриваться активность разломов, демонстрировавших смещения в эпоху голоцена и плейстоцена (последние 2,6 миллиона лет), особенно для критически важных объектов, таких как электростанции, плотины, больницы и школы. Геологи определяют возраст разлома, изучая особенности почв, наблюдаемые при неглубоких раскопках, и геоморфологию, видимую на аэрофотоснимках. Подземные признаки включают сдвиги и их взаимосвязь с карбонатными конкрециями, вымытой глиной и минерализацией оксида железа в старых почвах, и отсутствие этих признаков в молодых почвах. Радиоуглеродный анализ органических материалов, погребенных рядом с разломом или над ним, часто имеет решающее значение для разграничения активных и неактивных разломов. На основе этих данных палеосейсмологи могут оценить магнитуду прошлых землетрясений за последние несколько сотен лет и разработать приблизительные прогнозы будущей активности разломов.
Разломы и месторождения руды
Многие рудные месторождения залегают на разломах или ассоциированы с ними. Это обусловлено тем, что трещиноватые породы в зонах разломов обеспечивают восхождение магмы или циркуляцию минерализованных флюидов. Пересечения почти вертикальных разломов часто являются местами крупных рудных месторождений. Примером разлома, вмещающего ценные месторождения порфировой меди, является разлом Домейко на севере Чили, с месторождениями Чукикамата, Коллауаси, Эль-Абра, Эль-Сальвадор, Ла-Эскондида и Потрерильос. Южнее, в Чили, порфировые месторождения меди Лос-Бронсес и Эль-Тениенте расположены на пересечении двух систем разломов. В определенный момент времени дифференцированная магма с силой извергалась из ловушек, создаваемых разломами, и поднималась в более верхние слои земной коры, где формировались порфировые месторождения меди. Зоны разломов функционируют как водоупорные горизонты и способствуют транспортировке грунтовых вод.