En geología , una falla es una fractura plana o discontinuidad en un volumen de roca a través de la cual ha habido un desplazamiento significativo como resultado de movimientos del macizo rocoso. Las grandes fallas dentro de la corteza terrestre son el resultado de la acción de las fuerzas tectónicas de placas , y las más grandes forman los límites entre las placas, como las mega fallas 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 fluencia sísmica . [2]
Un plano de falla es el plano que representa la superficie de fractura de una falla. Un rastro de falla o línea de falla es un lugar donde la falla se puede ver o mapear en la superficie. Un rastro de falla es también la línea comúnmente trazada en mapas geológicos para representar una falla. [3] [4]
Una zona de falla es un grupo 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 estrechamente espaciadas puede desdibujar la distinción, ya que la roca entre las fallas se convierte en lentes de roca unidas a la falla y luego se aplasta progresivamente. [8]
Debido a la fricción y la rigidez de las rocas que las componen, 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 éste queda bloqueado, se llaman 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 dúctil y el manto acumulan deformación gradualmente mediante cizallamiento , mientras que la corteza superior frágil reacciona por fractura (liberación instantánea de tensiones), lo que resulta en 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.
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El deslizamiento se define como el movimiento relativo de las características geológicas presentes a ambos lados de un plano de falla. El sentido de deslizamiento de una falla se define como el movimiento relativo de la roca a cada lado de la falla con respecto al otro lado. [10] Al medir la separación horizontal o vertical, el lanzamiento de la falla es el componente vertical de la separación y el levantamiento de la falla es el componente horizontal, como en "Lanzar hacia arriba y lanzar hacia afuera". [11]
El vector de deslizamiento puede evaluarse cualitativamente estudiando cualquier plegamiento de los estratos por arrastre, que puede ser visible a 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 lanzamiento solo se pueden medir encontrando puntos de intersección comunes a ambos lados de la falla (llamados puntos de perforación ). En la práctica, normalmente sólo es posible encontrar la dirección de deslizamiento de las fallas y una aproximación del vector de elevación y proyección.
Los dos lados de una falla no vertical se conocen como muro colgante y muro de pie . El muro colgante se produce por encima del plano de falla y el muro de pie se produce por debajo de él. [14] Esta terminología proviene de la minería: cuando se trabajaba en un yacimiento tabular , el minero se paraba con la pared de pie debajo de sus pies y con la pared colgante encima de 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 tensiones del movimiento de la falla.
Las fallas se clasifican principalmente en términos del ángulo que forma el plano de falla con la superficie terrestre, conocido como buzamiento , y la dirección de deslizamiento a lo largo del plano de falla. [16] Según la dirección del deslizamiento, las fallas se pueden clasificar como:
En una falla de deslizamiento (también conocida como falla de llave , falla de desgarro o falla transcurrente ), [17] la superficie de la falla (plano) generalmente está cerca de la vertical y la pared del pie se mueve lateralmente hacia la izquierda o hacia la derecha con muy poco movimiento vertical. Las fallas de rumbo con movimiento lateral izquierdo también se conocen como fallas sinistrales y aquellas con movimiento lateral derecho como fallas dextrales . [18] Cada uno está definido por la dirección del movimiento del suelo como lo vería un observador en el lado opuesto de la falla.
Una clase especial de falla de rumbo 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 en medio del océano , o, menos común, dentro de la litosfera continental , como la Transformada del Mar Muerto en Medio Oriente o la Falla Alpina en Nueva Zelanda. Las fallas transformantes también se conocen como límites de placas "conservadores", ya que la litosfera no se crea ni se destruye.
Las fallas por deslizamiento por inmersión pueden ser normales (" extensionales ") o inversas .
En una falla normal , la pared colgante se mueve hacia abajo, en relación con la pared inferior. Un bloque derribado entre dos fallas normales que se inclinan una hacia la otra es un graben . Un bloque derribado entre dos fallas normales que se alejan una de otra es un horst . El buzamiento de la mayoría de las fallas normales es de al menos 60 grados, pero algunas fallas normales tienen un buzamiento de menos de 45 grados. [19] Las fallas normales de ángulo bajo con importancia tectónica regional pueden denominarse fallas de desprendimiento .
Una falla inversa es lo opuesto a una falla normal: la pared colgante se mueve hacia arriba en relación con la pared inferior. Las fallas inversas indican un acortamiento por compresión de la corteza. La terminología de "normal" e "inversa" proviene de la minería del carbón en Inglaterra, donde las fallas normales son las más comunes. [20]
Una falla de cabalgamiento tiene la misma sensación de movimiento que una falla inversa, pero con un buzamiento del plano de falla de menos de 45°. [21] [22] Las fallas de cabalgamiento generalmente forman rampas, pisos y pliegues de falla (pared colgante y pared inferior).
Una sección de un muro colgante o muro de pie donde se formó una falla de empuje a lo largo de un plano de estratificación relativamente débil se conoce como plano y una sección donde la falla de empuje corta hacia arriba a través de la secuencia estratigráfica se conoce como rampa . [23] Por lo general, las fallas de cabalgamiento se mueven dentro de las formaciones formando planos y subiendo secciones con rampas. Esto da como resultado que la pared colgante plana (o una parte de la misma) quede encima de la rampa de la pared del pie, como se muestra en el diagrama de pliegue por falla-flexión.
Los pliegues de falla se forman por el movimiento de la pared colgante sobre una superficie de falla no plana y se encuentran asociados tanto con fallas de extensión como de cabalgamiento.
Las fallas pueden reactivarse posteriormente con el movimiento en dirección opuesta al movimiento original (inversión de falla). Por tanto, una avería normal puede convertirse en una avería inversa y viceversa.
Las fallas de empuje forman nappes y klippen en los grandes cinturones de empuje. Las zonas de subducción son una clase especial de empujes 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 por inmersión y un componente de deslizamiento por declinación se denomina falla de deslizamiento oblicuo . Casi todas las fallas tienen algún componente tanto de deslizamiento por inmersión como de deslizamiento hacia la dirección; por lo tanto, definir una falla como oblicua requiere que tanto los componentes de buzamiento como de rumbo sean mensurables 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 hade se define como el complemento del ángulo de buzamiento; es el ángulo entre el plano de la falla y un plano vertical que incide paralelo a la falla.
Las fallas lístricas son similares a las fallas normales, pero el plano de la falla se curva, siendo el buzamiento más pronunciado cerca de la superficie y luego menos profundo a medida que aumenta la profundidad. La caída puede aplanarse en un escote subhorizontal , lo que resulta en un deslizamiento horizontal en un plano horizontal. La ilustración muestra el desplome del muro colgante a lo largo de una falla lístrica. Cuando la pared colgante está ausente (como en un acantilado), la pared inferior puede hundirse de una manera que crea múltiples fallas lístricas.
Las fallas de anillo , también conocidas como fallas de caldera , son fallas que ocurren 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, formando un contorno circular. Las fracturas creadas por fallas anulares pueden rellenarse con diques anulares . [24]
Sintético y antitético son términos utilizados para describir fallas menores asociadas con una falla mayor. Las fallas sintéticas buzan en la misma dirección que la falla principal, mientras que las fallas antitéticas buzan en la dirección opuesta. Estas fallas pueden ir acompañadas de anticlinales de vuelco (por ejemplo, el estilo estructural del delta del Níger ).
Todas las fallas tienen un espesor mensurable, formado por roca deformada característica del nivel de la corteza donde ocurrió la falla, de los tipos de roca afectados 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 de deformación implicado. Una falla que pasa a través de diferentes niveles de la litosfera tendrá muchos tipos diferentes de rocas de falla desarrolladas a lo largo de su superficie. El desplazamiento continuo de deslizamiento tiende a yuxtaponer rocas de falla características de diferentes niveles de la corteza terrestre, con diversos grados de sobreimpresión. Este efecto es particularmente claro en el caso de fallas de desprendimiento y fallas de cabalgamiento mayores .
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, 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 riesgo de temblores sísmicos y tsunamis para la infraestructura y las personas en los alrededores. 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. [26] Además, las fallas que han mostrado movimiento durante las épocas del Holoceno y Pleistoceno (los últimos 2,6 millones de años) pueden recibir consideración, especialmente para estructuras críticas como plantas de energía, presas, hospitales y escuelas. Los geólogos evalúan la edad de una falla estudiando las características del suelo observadas en excavaciones poco profundas y la geomorfología observada 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 suelos más antiguos, y la falta de tales signos en el caso de suelos más jóvenes. La datación por radiocarbono de material orgánico enterrado junto a una falla de corte o sobre ella es a menudo fundamental para distinguir fallas activas de inactivas. A partir de estas relaciones, los paleosismólogos pueden estimar los tamaños de los terremotos pasados durante los últimos cientos de años y desarrollar proyecciones aproximadas de la actividad futura de las fallas.
Muchos depósitos de mineral se encuentran en fallas o están asociados con ellas. Esto se debe a que la roca fracturada asociada con las zonas de falla permite el ascenso del magma [27] o la circulación de fluidos que contienen minerales. Las intersecciones de fallas casi verticales son a menudo ubicaciones de importantes depósitos de mineral. [28]
Un ejemplo de 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. [29] Más al sur de Chile, Los Bronces y el depósito de pórfido de cobre El Teniente se encuentran cada uno en la intersección de dos sistemas de fallas. [28]
Es posible que las fallas no siempre actúen como conductos hacia la superficie. Se ha propuesto que las fallas "desorientadas" profundamente arraigadas pueden ser zonas donde los magmas que forman pórfidos de cobre se estancan logrando el momento adecuado y el tipo de diferenciación ígnea . [30] En un momento dado, los magmas diferenciados saldrían violentamente de las trampas de fallas y se dirigirían a lugares menos profundos de la corteza donde se formarían depósitos de pórfido de cobre. [30]
Como las fallas son zonas de debilidad, facilitan la interacción del agua con la roca circundante y mejoran la meteorización química . La erosión química mejorada aumenta el tamaño de la zona erosionada y por lo tanto crea más espacio para el agua subterránea . [31] Las zonas de falla actúan como acuíferos y también ayudan al transporte de aguas subterráneas.
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