Usterka (geologia) -Fault (geology)

Zdjęcie satelitarne uskoku na pustyni Taklamakan . Dwa kolorowe grzbiety (w lewym dolnym i prawym górnym rogu) tworzyły jedną ciągłą linię, ale zostały rozdzielone przez ruch wzdłuż uskoku.

W geologii uskok to płaskie pęknięcie lub nieciągłość w objętości skały , w której nastąpiło znaczne przemieszczenie w wyniku ruchów górotworu. Duże uskoki w skorupie ziemskiej wynikają z działania sił tektonicznych płyt , przy czym największe tworzą granice między płytami, takie jak uskoki meganasunięcia stref subdukcji lub uskoki transformacyjne . Uwalnianie energii związane z szybkim ruchem po aktywnych zwarciach jest przyczyną większości trzęsień ziemi . Uskoki mogą również przemieszczać się powoli, poprzez pełzanie asejsmiczne .

Płaszczyzna uskoku to płaszczyzna , która reprezentuje powierzchnię pęknięcia uskoku. Ślad uskoku lub linia uskoku to miejsce, w którym uskok można zobaczyć lub odwzorować na powierzchni. Ślad uskoku to również linia, która jest często kreślona na mapach geologicznych w celu przedstawienia uskoku.

Strefa błędów to skupisko równoległych błędów. Jednak termin ten jest również używany dla strefy tłucznia skalnego wzdłuż pojedynczego uskoku. Przedłużony ruch wzdłuż blisko położonych uskoków może zamazać różnicę, ponieważ skała pomiędzy uskokami jest przekształcana w związane z uskokami soczewki skalne, a następnie stopniowo kruszona.

Mechanizmy powstawania błędów

Normalny uskok w formacji La Herradura , Morro Solar , Peru. Lekka warstwa skały pokazuje przemieszczenie. Druga normalna usterka jest po prawej stronie.

Z powodu tarcia i sztywności skał, z których składa się uskok, obie strony uskoku nie zawsze mogą się łatwo ślizgać lub przepływać obok siebie, dlatego czasami wszelki ruch ustaje. Obszary o większym tarciu wzdłuż płaszczyzny uskoku, gdzie zostaje ono zablokowane, nazywane są nierównościami . Naprężenie narasta, gdy zwarcie jest zablokowane, a gdy osiąga poziom przekraczający próg wytrzymałości , zwarcie pęka, a nagromadzona energia odkształcenia jest częściowo uwalniana w postaci fal sejsmicznych , tworząc trzęsienie ziemi .

Odkształcenie następuje narastająco lub natychmiastowo, w zależności od stanu ciekłego skały; ciągliwa dolna skorupa i płaszcz ulegają stopniowej deformacji poprzez ścinanie , podczas gdy krucha górna skorupa reaguje pękaniem – natychmiastowym uwolnieniem naprężeń – powodując ruch wzdłuż uskoku. Uskok w skałach ciągliwych może również uwolnić się natychmiast, gdy szybkość odkształcenia jest zbyt duża.

Ślizgaj się, podnoś, rzucaj

Błąd w Maroku . Płaszczyzna uskoku to stromo opadająca w lewo linia w środku zdjęcia, która jest płaszczyzną, po której warstwy skalne po lewej stronie ześlizgnęły się w dół, w stosunku do warstw po prawej stronie uskoku.
Normalne uskoki i fałdy (wschodnie zbocza gór Bighorn, Wyoming, USA)

Poślizg definiuje się jako względny ruch cech geologicznych występujących po obu stronach płaszczyzny uskoku. Poślizg uskoku definiuje się jako względny ruch skały po każdej stronie uskoku, dotyczący drugiej strony. Przy pomiarze separacji poziomej lub pionowej, zrzut uskoku jest pionową składową separacji, a podnoszenie uskoku jest składową poziomą, jak w „Podrzucaj i podnoś” .

Microfault pokazujący punkt przebicia (średnica monety to 18 mm (0,71 cala))

Wektor poślizgu można ocenić jakościowo, badając dowolne fałdowanie warstw, które może być widoczne po obu stronach uskoku. Fałdowanie oporowe to strefa fałdowania w pobliżu uskoku, która prawdopodobnie wynika z oporu tarcia podczas ruchu na uskoku. Kierunek i wielkość podnoszenia i rzutu można zmierzyć tylko poprzez znalezienie wspólnych punktów przecięcia po obu stronach uskoku (tzw. punkt przebicia ). W praktyce zwykle możliwe jest jedynie wyznaczenie kierunku poślizgu uskoków oraz przybliżenie wektora podnoszenia i rzutu.

Wisząca ściana i podnóżek

Dwie strony niepionowego uskoku są znane jako wisząca ściana i spąg . Ściana wisząca znajduje się powyżej płaszczyzny uskoku, a spąg poniżej. Ta terminologia wywodzi się z górnictwa: podczas pracy z tabelarycznym korpusem rudy górnik stał z podnóżkiem pod stopami i wiszącą ścianą nad sobą. Terminy te są ważne dla rozróżnienia różnych typów zwarć upadowych: zwarć odwróconych i zwarć normalnych. W uskoku odwróconym wisząca ściana przemieszcza się w górę, podczas gdy w normalnym uskoku wisząca ściana przemieszcza się w dół. Rozróżnienie pomiędzy tymi dwoma rodzajami uskoków jest ważne dla określenia reżimu naprężeń ruchu uskoku.

Rodzaje błędów

Uskoki są klasyfikowane głównie pod względem kąta, jaki tworzy płaszczyzna uskoku z powierzchnią ziemi, zwanego upadem , oraz kierunku poślizgu wzdłuż płaszczyzny uskoku. Na podstawie kierunku poślizgu błędy można podzielić na:

  • uderzenie , gdzie odsunięcie jest przeważnie poziome, równoległe do śladu uskoku;
  • poślizg , przesunięcie jest przeważnie pionowe i/lub prostopadłe do śladu uskoku; lub
  • skośny poślizg , łączący poślizg i poślizg.

Wady poślizgu

Schematyczna ilustracja dwóch typów błędów uderzenia-poślizgu

W przypadku uskoku uderzeniowego (znanego również jako błąd kluczowy , uskok rozerwania lub uskok transprądowy ), powierzchnia uskoku (płaszczyzna) jest zwykle zbliżona do pionu, a spąg porusza się bocznie w lewo lub w prawo z bardzo niewielkim ruchem pionowym. Wady poślizgu z ruchem lewostronnym są również znane jako wady sinistralne , a te z ruchem prawostronnym jako wady prawostronne . Każdy jest określony przez kierunek ruchu gruntu, jaki byłby widziany przez obserwatora po przeciwnej stronie uskoku.

Specjalną klasą błędu poślizgu uderzeniowego jest błąd transformacji , gdy tworzy granicę płyty . Ta klasa jest związana z przesunięciem w centrum rozprzestrzeniania się , takim jak grzbiet śródoceaniczny , lub, rzadziej, w obrębie litosfery kontynentalnej , jak na przykład transformacja Morza Martwego na Bliskim Wschodzie lub uskok alpejski w Nowej Zelandii. Błędy transformacji są również określane jako „konserwatywne” granice płyt, ponieważ litosfera nie jest ani tworzona, ani niszczona.

Wady zanurzeniowe

Normalne uskoki w Hiszpanii, pomiędzy którymi warstwy skalne osunęły się w dół (w centrum zdjęcia)

Wady zanurzeniowe mogą być normalne („ wydłużone ”) lub odwrócone .

Ilustracja przekrojowa normalnych i odwróconych uskoków upadu

W normalnym uskoku wisząca ściana przesuwa się w dół w stosunku do spągu. Zwalony blok pomiędzy dwoma normalnymi błędami opadającymi ku sobie to graben . Przewrócony blok pomiędzy dwoma normalnymi błędami oddalającymi się od siebie to horst . Zapad większości normalnych uskoków wynosi co najmniej 60 stopni, ale niektóre normalne uskoki spadają poniżej 45 stopni. Uskoki normalne niskiego kąta o regionalnym znaczeniu tektonicznym można określić jako uskoki oderwania .

Uskok odwrócony jest przeciwieństwem normalnego uskoku — wisząca ściana przesuwa się w górę względem spągu. Uskoki odwrócone wskazują na ściskające skrócenie skorupy. Terminologia „normalna” i „odwrócona” pochodzi z górnictwa węgla kamiennego w Anglii, gdzie najczęściej występują normalne usterki.

Usterka ciągu ma takie samo poczucie ruchu jak usterka odwrotna, ale z upadem płaszczyzny uskoku pod kątem mniejszym niż 45°. Uskoki oporowe tworzą zazwyczaj pochylnie, spłaszczenia i zagięcia uskoków (ściany wiszące i spągniki).

Pchnięcie z wadą zgięcia fold.svg

Płaskie segmenty płaszczyzn uskoków ciągu są znane jako płaskie , a nachylone sekcje ciągu są znane jako rampy . Zazwyczaj uskoki ciągu przemieszczają się w formacjach, tworząc spłaszczenia i wspinając się po odcinkach z rampami.

Fałdy uskokowo-gięciowe są tworzone przez ruch wiszącej ściany nad niepłaską powierzchnią uskoku i są powiązane zarówno z uskokami rozciągającymi, jak i naporowymi.

Błędy mogą być reaktywowane w późniejszym czasie ruchem w kierunku przeciwnym do pierwotnego (odwrócenie błędu). Usterka normalna może zatem stać się usterką odwrotną i na odwrót.

Uskoki naciągu tworzą płaszcze i skałki w dużych pasach nasunięcia. Strefy subdukcji to specjalna klasa napór, które tworzą największe uskoki na Ziemi i powodują największe trzęsienia ziemi.

Wady skośno-poślizgowe

Błąd ukośnego poślizgu

Usterka, która ma składową upadu i składową strajku, nazywana jest uskokiem ukośnym . Prawie wszystkie błędy mają jakiś składnik zarówno poślizgu zanurzeniowego, jak i poślizgu uderzeniowego; stąd zdefiniowanie uskoku jako ukośnego wymaga, aby zarówno składniki upadu, jak i uderzenia były mierzalne i znaczące. Niektóre uskoki skośne występują w reżimach transtensyjnych i transpresyjnych , a inne występują tam, gdzie podczas deformacji zmienia się kierunek wydłużania lub skracania, ale wcześniej powstałe uskoki pozostają aktywne.

Kąt hade jest zdefiniowany jako uzupełnienie kąta upadu; jest to kąt pomiędzy płaszczyzną uskoku a płaszczyzną pionową, która uderza równolegle do uskoku.

Błąd listryczny

Błąd listryczny (czerwona linia)

Uskoki listryczne są podobne do normalnych uskoków, ale płaszczyzna uskoku zakrzywia się, upad jest bardziej stromy przy powierzchni, a następnie płytszy wraz ze wzrostem głębokości. Zanurzenie może spłaszczyć się do subpoziomego odskoku , powodując poziomy poślizg na płaszczyźnie poziomej. Ilustracja przedstawia opadnięcie wiszącej ściany wzdłuż uskoku listrycznego. Tam, gdzie nie ma wiszącej ściany (np. na klifie), spąg może opaść w sposób, który tworzy wiele uskoków listrycznych.

Błąd dzwonka

Uskoki pierścieniowe , znane również jako uskoki kalderowe , to uskoki występujące w obrębie zapadniętych kalder wulkanicznych oraz miejsca uderzeń bolidów , takie jak krater uderzeniowy w zatoce Chesapeake . Uskoki pierścieniowe są wynikiem serii nakładających się uskoków normalnych, tworzących okrągły zarys. Szczeliny powstałe w wyniku uskoków pierścieniowych mogą być wypełniane przez wały pierścieniowe .

Wady syntetyczne i antytetyczne

Syntetyczny i antytetyczny to terminy używane do opisania drobnych wad związanych z poważnymi wadami. Uskoki syntetyczne zapadają w tym samym kierunku, co uskok główny, podczas gdy uskoki antytetyczne zapadają w kierunku przeciwnym. Uskokom tym mogą towarzyszyć antykliny dachowania (np.styl strukturalny delty Nigru ).

Usterka skały

Żłobienie uskoków w kolorze łososiowym i związane z nimi uskoki oddzielają dwa różne typy skał po lewej (ciemnoszara) i po prawej (jasnoszara). Od Gobi z Mongolii .
Nieaktywna usterka z Sudbury do Sault Ste. Marie , Północne Ontario, Kanada

Wszystkie uskoki mają mierzalną miąższość, na którą składają się skały zdeformowane charakterystyczne dla poziomu w skorupie, w którym wystąpiło uskok, rodzajów skał objętych uskokiem oraz obecności i charakteru wszelkich płynów mineralizujących . Skały uskokowe są klasyfikowane według ich tekstury i implikowanego mechanizmu deformacji. Uskok, który przechodzi przez różne poziomy litosfery , będzie miał na swojej powierzchni wiele różnych rodzajów skał uskokowych. Kontynuacja przemieszczenia zanurzeniowego ma tendencję do zestawiania uskokowych skał charakterystycznych dla różnych poziomów skorupy ziemskiej, z różnym stopniem nadruku. Efekt ten jest szczególnie wyraźny w przypadku błędów oderwania i głównych błędów ciągu .

Główne rodzaje uskoków skalnych to:

  • Kataklazyt – skała uskokowa zwarta ze słabo rozwiniętą lub nieobecną tkaniną planarną lub niespójna, charakteryzująca się na ogół uskokami i fragmentami skał w drobnoziarnistej osnowie o podobnym składzie.
    • Brekcja tektoniczna lub uskokowa – średnio- do gruboziarnisty kataklazyt zawierający >30% widocznych fragmentów.
    • Żłobienie uskokowe – niespójny, bogaty w glinę kataklazyt drobno lub ultradrobnoziarnisty, który może posiadać płaską tkaninę i zawierać <30% widocznych fragmentów. Mogą występować uderzenia skalne
      • Rozmaz gliniasty - żłobienie uskokowe bogate w glinę powstałe w sekwencjach osadowych zawierających warstwy zasobne w glinę, które są silnie zdeformowane i ścinane w żłobienie uskokowe.
  • Mylonit – skała uskokowa, która jest zwarta i charakteryzuje się dobrze rozwiniętą płaską tkaniną powstałą w wyniku tektonicznego zmniejszenia uziarnienia i często zawiera zaokrąglone porfiroklasty i fragmenty skał o składzie zbliżonym do minerałów w osnowie
  • Pseudotachylyte – ultradrobnoziarnisty, szklisty materiał, zwykle czarny i krzemienny , występujący w postaci cienkich płaskich żył , żył iniekcyjnych lub jako matryca do pseudozlepień lub brekcji , która wypełnia szczeliny dylatacyjne w skale macierzystej. Pseudotachylit prawdopodobnie powstaje tylko w wyniku poślizgów sejsmicznych i może działać jako wskaźnik awaryjności w przypadku nieaktywnych zwarć.

Oddziaływania na struktury i ludzi

W inżynierii geotechnicznej uskok często tworzy nieciągłość , która może mieć duży wpływ na zachowanie mechaniczne (wytrzymałość, odkształcenie itp.) mas gruntowych i skalnych, na przykład w konstrukcji tunelu , fundamentu lub skarpy .

Poziom aktywności uskoku może być krytyczny dla (1) lokalizacji budynków, zbiorników i rurociągów oraz (2) oceny zagrożenia wstrząsami sejsmicznymi i tsunami dla infrastruktury i ludzi w pobliżu. Na przykład w Kalifornii zakazano budowy nowych budynków bezpośrednio na lub w pobliżu uskoków, które przeniosły się w epoce holocenu (ostatnie 11 700 lat) historii geologicznej Ziemi. Również uskoki, które wykazały ruch w epokach holocenu i plejstocenu (ostatnie 2,6 miliona lat), mogą zostać wzięte pod uwagę, szczególnie w przypadku krytycznych struktur, takich jak elektrownie, zapory, szpitale i szkoły. Geolodzy oceniają wiek uskoku, badając cechy gleby widoczne w płytkich wykopach oraz geomorfologię obserwowaną na zdjęciach lotniczych. Podpowierzchniowe wskazówki obejmują ścinanie i ich związek z guzkami węglanowymi , erozją gliny i mineralizacją tlenku żelaza w przypadku starszych gleb oraz brak takich oznak w przypadku młodszych gleb. Datowanie radiowęglowe materiału organicznego zakopanego obok lub nad uskokiem uskokowym jest często kluczowe w odróżnianiu uskoków aktywnych od nieaktywnych. Na podstawie takich zależności paleosejsmolodzy mogą oszacować rozmiary wcześniejszych trzęsień ziemi w ciągu ostatnich kilkuset lat i opracować przybliżone prognozy przyszłej aktywności uskoków.

Uskoki i złoża rudy

Wiele złóż rud jest zalegających lub związanych z uskokami. Dzieje się tak, ponieważ spękana skała związana ze strefami uskokowymi umożliwia wynurzanie się magmy lub cyrkulację płynów mineralonośnych. Skrzyżowania uskoków zbliżonych do pionowych są często miejscami występowania znacznych złóż rudy.

Przykładem uskoku, w którym znajdują się cenne złoża miedzi porfirowej, jest uskok Domeyko w północnym Chile ze złożami w Chuquicamata , Collahuasi , El Abra , Salwador , La Escondida i Potrerillos . Dalej na południe w Chile złoża miedzi porfirowej Los Bronces i El Teniente leżą na przecięciu dwóch systemów uskokowych.

Usterki nie zawsze mogą działać jako kanały prowadzące na powierzchnię. Zaproponowano, że głęboko osadzone uskoki „niewłaściwie zorientowane” mogą zamiast tego być strefami, w których magma tworząca miedź porfirowa zatrzymuje się, osiągając właściwy czas i rodzaj magmowego zróżnicowania . W pewnym momencie zróżnicowane magmy gwałtownie wyskakiwały z uskoków i kierowały się w płytsze miejsca w skorupie, gdzie powstawałyby porfirowe złoża miedzi.

Zobacz też

Bibliografia

Inne czytanie

  • Hart, EW; Bryant, Waszyngton (1997). Zagrożenie pęknięciem zwarciowym w Kalifornii: Ustawa o strefach uskoków trzęsienia ziemi Alquist-Priolo ze wskaźnikiem map stref uskoków trzęsienia ziemi (raport). Tom. Publikacja specjalna 42. Kalifornijski Oddział Górnictwa i Geologii.
  • markiz, Jan; Hafnera, Katrin; Hauksson, Egill, „The Properties of Fault Slip” , Badanie trzęsień ziemi za pomocą Regional Seismicity , Southern California Earthquake Center, zarchiwizowane z oryginału w dniu 25 czerwca 2010 r. , pobrane 19 marca 2010 r.

Zewnętrzne linki