En geología , una falla es una fractura o discontinuidad plana en un volumen de roca a través del cual se ha producido un desplazamiento significativo como resultado de los movimientos de la masa rocosa. Las fallas grandes dentro de la corteza terrestre son resultado de la acción de las fuerzas tectónicas de placas , y las más grandes forman los límites entre las placas, como las fallas megathrust de las zonas de subducción o las fallas transformantes . [1] La liberación de energía asociada con el movimiento rápido en fallas activas es la causa de la mayoría de los terremotos . Las fallas también pueden desplazarse lentamente, por deslizamiento asísmico . [2]
Un plano de falla es el plano que representa la superficie de fractura de una falla. Un trazo de falla o línea de falla es un lugar donde la falla puede verse o mapearse en la superficie. Un trazo de falla también es la línea que se traza comúnmente en los mapas geológicos para representar una falla. [3] [4]
Una zona de fallas es un conjunto de fallas paralelas. [5] [6] Sin embargo, el término también se utiliza para la zona de roca triturada a lo largo de una sola falla. [7] El movimiento prolongado a lo largo de fallas muy espaciadas puede desdibujar la distinción, ya que la roca entre las fallas se convierte en lentes de roca unidas por fallas y luego se tritura progresivamente. [8]
Debido a la fricción y la rigidez de las rocas constituyentes, los dos lados de una falla no siempre pueden deslizarse o fluir uno sobre el otro con facilidad, por lo que ocasionalmente todo movimiento se detiene. Las regiones de mayor fricción a lo largo de un plano de falla, donde se bloquea, se denominan asperezas . La tensión se acumula cuando una falla se bloquea y, cuando alcanza un nivel que excede el umbral de resistencia , la falla se rompe y la energía de deformación acumulada se libera en parte como ondas sísmicas , formando un terremoto . [2]
La deformación se produce de forma acumulativa o instantánea, dependiendo del estado líquido de la roca; la corteza inferior y el manto dúctiles acumulan deformación gradualmente a través del cizallamiento , mientras que la corteza superior frágil reacciona por fractura (liberación instantánea de la tensión), lo que da como resultado un movimiento a lo largo de la falla. [9] Una falla en rocas dúctiles también puede liberarse instantáneamente cuando la tasa de deformación es demasiado grande.
El deslizamiento se define como el movimiento relativo de las características geológicas presentes en ambos lados de un plano de falla. El sentido de deslizamiento de una falla se define como el movimiento relativo de la roca en cada lado de la falla con respecto al otro lado. [10] Al medir la separación horizontal o vertical, el desplazamiento de la falla es el componente vertical de la separación y el levantamiento de la falla es el componente horizontal, como en "Lanzamiento hacia arriba y levantamiento hacia afuera". [11] El vector de deslizamiento se puede evaluar cualitativamente estudiando cualquier plegamiento por arrastre de los estratos, que puede ser visible en ambos lados de la falla. [12] El plegamiento por arrastre es una zona de plegamiento cerca de una falla que probablemente surge de la resistencia por fricción al movimiento en la falla. [13] La dirección y la magnitud del levantamiento y el desplazamiento se pueden medir solo encontrando puntos de intersección comunes en ambos lados de la falla (llamado punto de perforación ). En la práctica, generalmente solo es posible encontrar la dirección de deslizamiento de las fallas y una aproximación del vector de levantamiento y desplazamiento.
Los dos lados de una falla no vertical se conocen como el muro colgante y el muro de base . El muro colgante se encuentra por encima del plano de falla y el muro de base se encuentra por debajo de él. [14] Esta terminología proviene de la minería: cuando se trabajaba un cuerpo de mineral tabular , el minero se paraba con el muro de base debajo de sus pies y con el muro colgante sobre él. [15] Estos términos son importantes para distinguir diferentes tipos de fallas de deslizamiento por inmersión: fallas inversas y fallas normales. En una falla inversa, el muro colgante se desplaza hacia arriba, mientras que en una falla normal el muro colgante se desplaza hacia abajo. Distinguir entre estos dos tipos de fallas es importante para determinar el régimen de tensión del movimiento de la falla.
Las fallas se clasifican principalmente en términos del ángulo que forma el plano de falla con la superficie de la Tierra, conocido como inclinación , y la dirección de deslizamiento a lo largo del plano de falla. [16] Según la dirección de deslizamiento, las fallas se pueden clasificar como:
En una falla de desgarre (también conocida como falla de torsión , falla de desgarro o falla transcurrente ), [17] la superficie de falla (plano) suele ser casi vertical y el muro de contención se mueve lateralmente, ya sea hacia la izquierda o hacia la derecha, con muy poco movimiento vertical. Las fallas de desgarre con movimiento lateral a la izquierda también se conocen como fallas sinistrales y las de movimiento lateral a la derecha como fallas dextrales . [18] Cada una se define por la dirección del movimiento del terreno como lo vería un observador en el lado opuesto de la falla.
Una clase especial de falla de desgarre es la falla transformante cuando forma un límite de placa . Esta clase está relacionada con un desplazamiento en un centro de expansión , como una dorsal oceánica , o, menos común, dentro de la litosfera continental , como la falla transformante del Mar Muerto en Oriente Medio o la falla alpina en Nueva Zelanda. Las fallas transformantes también se conocen como límites de placa "conservadores", ya que la litosfera no se crea ni se destruye.
Las fallas de deslizamiento pueden ser normales (" extensionales ") o inversas . La terminología de "normal" e "inversa" proviene de la minería de carbón en Inglaterra, donde las fallas normales son las más comunes. [19]
Con el paso del tiempo, puede producirse una inversión regional entre las tensiones de tracción y compresión (o viceversa) y reactivarse las fallas con el movimiento relativo de sus bloques invertido en direcciones opuestas al movimiento original (inversión de falla). De esta manera, una falla normal puede convertirse en una falla inversa y viceversa.
En una falla normal, el muro colgante se mueve hacia abajo, en relación con el muro inferior. La inclinación de la mayoría de las fallas normales es de al menos 60 grados, pero algunas fallas normales tienen una inclinación de menos de 45 grados. [20]
Un bloque hundido entre dos fallas normales que se inclinan una hacia la otra es un graben . Un bloque encallado entre dos grabens, y por lo tanto dos fallas normales que se inclinan una hacia la otra, es un horst . Una secuencia de grabens y horsts en la superficie de la Tierra produce una topografía característica de cuenca y cordillera .
Las fallas normales pueden evolucionar a fallas lístricas, con un plano inclinado más pronunciado cerca de la superficie y luego más superficial a medida que aumenta la profundidad, y el plano de falla se curva hacia la Tierra. También pueden formarse donde no hay pared colgante (como en un acantilado), donde la pared inferior puede hundirse de manera que genere múltiples fallas lístricas.
Los paneles de falla de las fallas lístricas pueden aplanarse aún más y evolucionar hacia un plano horizontal o casi horizontal, donde el deslizamiento progresa horizontalmente a lo largo de un desprendimiento . Los desprendimientos extensionales pueden crecer hasta alcanzar grandes dimensiones y formar fallas de desprendimiento , que son fallas normales de ángulo bajo con importancia tectónica regional .
Debido a la curvatura del plano de falla, el desplazamiento extensional horizontal en una falla lístrica implica un "hueco" geométrico entre los muros colgantes y los muros inferiores de las formas de falla cuando se produce el movimiento de deslizamiento. Para acomodarse en el hueco geométrico, y dependiendo de su reología , el muro colgante puede plegarse y deslizarse hacia abajo en el hueco y producir un plegamiento por vuelco , o romperse en otras fallas y bloques que llenan el hueco. Si se forman fallas, pueden formarse abanicos de imbricación o fallas en dominó .
Una falla inversa es lo opuesto a una falla normal: el muro superior se mueve hacia arriba en relación con el muro inferior.
Las fallas inversas indican un acortamiento por compresión de la corteza.
Una falla inversa tiene el mismo sentido de movimiento que una falla inversa, pero con la inclinación del plano de falla a menos de 45°. [21] [22] Las fallas inversas generalmente forman rampas, planos y pliegues de falla curva (muros colgantes y muros inferiores).
Una sección de un muro colgante o de un muro de base donde se formó una falla de empuje a lo largo de un plano de estratificación relativamente débil se conoce como un plano y una sección donde la falla de empuje cortó hacia arriba a través de la secuencia estratigráfica se conoce como una rampa . [23] Por lo general, las fallas de empuje se mueven dentro de las formaciones formando planos y subiendo secciones con rampas. Esto da como resultado que el plano del muro colgante (o una parte del mismo) se encuentre sobre la rampa del muro de base como se muestra en el diagrama de pliegue de falla-curva.
Las fallas inversas forman mantos y klippen en los grandes cinturones de empuje. Las zonas de subducción son una clase especial de fallas inversas que forman las fallas más grandes de la Tierra y dan lugar a los terremotos más grandes.
Una falla que tiene un componente de deslizamiento y buzamiento y un componente de deslizamiento de rumbo se denomina falla de deslizamiento oblicuo . Casi todas las fallas tienen algún componente tanto de deslizamiento y buzamiento como de deslizamiento de rumbo; por lo tanto, definir una falla como oblicua requiere que tanto los componentes de buzamiento como de rumbo sean medibles y significativos. Algunas fallas oblicuas ocurren dentro de regímenes transtensionales y transpresionales , y otras ocurren donde la dirección de extensión o acortamiento cambia durante la deformación pero las fallas formadas anteriormente permanecen activas.
El ángulo de inclinación se define como el complemento del ángulo de inclinación; es el ángulo entre el plano de falla y un plano vertical que corre paralelo a la falla.
Las fallas anulares , también conocidas como fallas de caldera , son fallas que se producen dentro de calderas volcánicas colapsadas [24] y en los sitios de impactos de bólidos , como el cráter de impacto de la bahía de Chesapeake . Las fallas anulares son el resultado de una serie de fallas normales superpuestas, que forman un contorno circular. Las fracturas creadas por fallas anulares pueden rellenarse con diques anulares . [24]
Sintética y antitética son términos que se utilizan para describir fallas menores asociadas con una falla mayor. Las fallas sintéticas se inclinan en la misma dirección que la falla mayor, mientras que las fallas antitéticas se inclinan en la dirección opuesta. Estas fallas pueden estar acompañadas por anticlinales de vuelco (por ejemplo, el estilo estructural del delta del Níger ).
Todas las fallas tienen un espesor medible, formado por rocas deformadas características del nivel de la corteza donde se produjo la falla, de los tipos de rocas afectadas por la falla y de la presencia y naturaleza de cualquier fluido mineralizante . Las rocas de falla se clasifican por sus texturas y el mecanismo implícito de deformación. Una falla que pasa por diferentes niveles de la litosfera tendrá muchos tipos diferentes de rocas de falla desarrolladas a lo largo de su superficie. El desplazamiento continuo por deslizamiento tiende a yuxtaponer rocas de falla características de diferentes niveles de la corteza, con diversos grados de sobreimpresión. Este efecto es particularmente claro en el caso de fallas de desprendimiento y fallas de empuje importantes .
Los principales tipos de rocas de falla incluyen:
En ingeniería geotécnica , una falla a menudo forma una discontinuidad que puede tener una gran influencia en el comportamiento mecánico (resistencia, deformación, etc.) de masas de suelo y roca en, por ejemplo, la construcción de túneles , cimientos o taludes .
El nivel de actividad de una falla puede ser crítico para (1) localizar edificios, tanques y tuberías y (2) evaluar el peligro de temblores sísmicos y tsunamis para la infraestructura y las personas en las cercanías. En California, por ejemplo, se ha prohibido la construcción de nuevos edificios directamente sobre o cerca de fallas que se han movido dentro de la Época del Holoceno (los últimos 11.700 años) de la historia geológica de la Tierra. [27] Además, las fallas que han mostrado movimiento durante las épocas del Holoceno más el Pleistoceno (los últimos 2,6 millones de años) pueden recibir consideración, especialmente para estructuras críticas como plantas de energía, represas, hospitales y escuelas. Los geólogos evalúan la edad de una falla estudiando las características del suelo observadas en excavaciones superficiales y la geomorfología vista en fotografías aéreas. Las pistas del subsuelo incluyen cizallas y sus relaciones con nódulos de carbonato , arcilla erosionada y mineralización de óxido de hierro , en el caso de suelo más antiguo, y la falta de tales signos en el caso de suelo más joven. La datación por radiocarbono del material orgánico enterrado junto a una falla o sobre ella suele ser fundamental para distinguir las fallas activas de las inactivas. A partir de estas relaciones, los paleosismólogos pueden estimar la magnitud de los terremotos ocurridos en los últimos cientos de años y elaborar proyecciones aproximadas de la actividad futura de las fallas.
Muchos depósitos minerales se encuentran sobre fallas o asociados a ellas. Esto se debe a que la roca fracturada asociada a las zonas de fallas permite el ascenso del magma [28] o la circulación de fluidos portadores de minerales. Las intersecciones de fallas casi verticales suelen ser lugares de importantes depósitos minerales. [29]
Un ejemplo de una falla que alberga valiosos depósitos de pórfido de cobre es la falla Domeyko en el norte de Chile con depósitos en Chuquicamata , Collahuasi, El Abra, El Salvador , La Escondida y Potrerillos. [30] Más al sur en Chile, los depósitos de pórfido de cobre Los Bronces y El Teniente se encuentran cada uno en la intersección de dos sistemas de fallas. [29]
Las fallas no siempre actúan como conductos hacia la superficie. Se ha propuesto que las fallas profundas "mal orientadas" pueden ser, en cambio, zonas donde los magmas que forman pórfidos de cobre se estancan y alcanzan el momento y el tipo adecuados para la diferenciación ígnea . [31] En un momento dado, los magmas diferenciados estallarían violentamente fuera de las trampas de fallas y se dirigirían a lugares menos profundos en la corteza donde se formarían depósitos de pórfidos de cobre. [31]
Como las fallas son zonas de debilidad, facilitan la interacción del agua con la roca circundante y mejoran la erosión química . La erosión química mejorada aumenta el tamaño de la zona erosionada y, por lo tanto, crea más espacio para el agua subterránea . [32] Las zonas de falla actúan como acuíferos y también ayudan al transporte de agua subterránea.
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