Как узнать на местности геологический разлом

Многие из вас-даже те, кто только изредка видит горные карьеры, дорожные выемки или утесы на берегу моря,-замечали резкие изменения структуры горных пород. В некоторых местах видно, как породы одного типа упираются в породы совершенно иного типа, отделяясь от них узкой линией контакта. В других местах пласты одной и той же породы несомненно испытали смещения, вертикальные или горизонтальные. Такие резкие изменения геологической структуры называются разломами. На рис. 1 отчетливо различается вертикальное смещение слоев горных пород по разлому, обнаженному в стенке Коринфского канала в Греции.

Рис. 1. Сброс, по которому произошло смещение почти горизонтальных слоев молодых осадочных пород на северном берегу Коринфского канала в Греции. Высота обнажения-около 70 м, общее смещение по разлому составляет более 10 м. (С разрешения Л. Уайсса.)

Длина разломов может колебаться от нескольких метров до многих километров. Работая в поле, геологи находят в структуре горных пород много тектонических границ, которые они интерпретируют как разломы и наносят на геологические карты сплошными или прерывистыми линиями. Наличие таких разломов указывает на то, что когда-то в прошлом вдоль них происходили те или иные движения.

Мы знаем теперь, что такие движения могут быть либо медленным проскальзыванием, которое не производит никаких колебаний грунта, либо резким вспарыванием, вызывающим ощутимые вибрации - землетрясения. В предыдущей главе мы рассмотрели один из самых известных примеров резкой подвижки по разлому - вспарывание разлома Сан-Андреас в апреле 1906 г.

Однако наблюдаемый при большинстве мелкофокусных землетрясений след разрыва на поверхности имеет гораздо меньшие размеры, и гораздо меньшим бывает смещение. При большинстве землетрясений возникающий разрыв не достигает дневной поверхности и поэтому его нельзя непосредственно увидеть.

Разломы, обнаруживаемые на поверхности, иногда уходят на значительную глубину внутрь внешней оболочки Земли; эту оболочку называют земной корой. Она представляет собой каменную скорлупу толщиной от 5 до 40 км и составляет верхнюю часть литосферы.

Необходимо подчеркнуть, что по большинству разломов, нанесенных на геологические карты, подвижки уже не происходят). Последнее смещение по типичному такому разлому могло произойти десятки тысяч или даже миллионы лет назад. Локальные напряжения, вызвавшие разрушение горных пород в данном месте Земли, возможно, давно уже ослабли, а химические процессы, включая циркуляцию воды, могли залечить образовавшиеся разрывы, особенно на глубине. Такие неактивные разломы не становятся источниками землетрясений и, возможно, не станут ими никогда.

Главное наше внимание привлекают, конечно, активные разломы, по которым могут возникать смещения блоков земной коры. Многие из этих разломов располагаются в довольно отчетливо выраженных тектонически активных зонах Земли, таких как срединно-океанические хребты и молодые горные цепи. Однако внезапное оживление разломов может произойти и вдали от районов с хорошо заметной в настоящее время тектонической активностью).

Методами геологического анализа можно определить некоторые свойства разломов. Например, эпизодические подвижки по разломам, происходившие в последние тысячелетия, оставляют в рельефе такие следы, как депрессионные озера, линии родников, свежие сбросовые уступы. Многие топографические особенности зоны разлома Сан-Андреас можно увидеть на рис. 1 гл. 2.

Но точно установить последовательность и время таких движений бывает гораздо труднее. Некоторые сведения хронологического характера можно получить из таких фактов, как смещение вышележащих грунтов и молодых осадочных отложений. Проходка траншей глубиной в несколько метров поперек разломов также оказалась эффективным средством изучения смещений. Даже самые мелкие подвижки в слоях по обе стороны траншеи можно закартировать, а промежутки времени между смещениями по разломам можно установить по возрасту и свойствам пород, которые были смещены (рис. 2).

Рис. 2. Зарисовка стенки траншеи, пройденной поперек разлома, по которому произошла подвижка во время землетрясения Боррего-Маунтин в Калифорнии в 1968 г. С образованием каждой новой трещины связано новое смещение слоев грунта, которые раньше были ненарушенными. (М. М. Clark, Н Grantz, М. Robin. USGS Professional Paper 787, 1972.)

1-трещина, заполненная глинистым, алевритовым и песчаным материалом; 2-слой А: тонкая дресва известняков-ракушечников-самые молодые отложения озера Кауилья; 3-массивные светло-коричневые глины и алевриты, содержащие редкие остатки моллюсков и тонкие сильно карбонатизированные прослои;

4-светлые серо-зеленые карбонатные алевриты с многочисленными моллюсками; 5-листоватые косослоистые и массивные глины, алевриты, пески, местами с линзами галек, повсюду редкие остатки моллюсков; 6-геологические границы (штрихами показаны участки, проведенные приблизительно); 7-трещины (штрихами показано предполагаемое положение)

Иногда фактическое время подвижки можно оценить по известному возрасту захороненного органического материала,-скажем листьев или веток. Даже на морском дне с помощью современных геофизических методов можно картировать разломы довольно точно. На исследовательских судах в море регистрируют звуковые волны, отраженные от слоев ила, и ка полученных записях видны смещения этих слоев, которые можно считать разломами.

Как на суше, так и под водами океана смещения по разломам можно разделить на три типа, как показано на рис. 3. Плоскость разрыва пересекает горизонтальную поверхность грунта по линии, идущей под каким-то углом к направлению на север. Этот угол называется углом простирания разлома.

Рис. 3. Схема трех основных типов смещения по разлому

Сама плоскость разлома обычно не вертикальна и уходит в глубь Земли под некоторым углом. Если породы на той стороне разлома, которая нависает над трещиной (говорят: на висячем боку разлома), смещаются вниз и оказываются ниже, чем на противоположной стороне, то перед нами сброс. Угол падения сброса изменяется от 0 до 90°. Если же висячий бок разлома смещен вверх относительно нижнего, лежачего, бока, то такой разлом называется взбросом.

Взбросы с малым углом падения называются надвигами. Разломы, возникающие в очагах землетрясений в области океанических хребтов,-это преимущественно сбросы, а в глубоководных желобах возникает много землетрясений, связанных с подвижками типа надвига.

И сбросы, и взбросы характеризуются вертикальными смещениями, которые на поверхности имеют вид структурных уступов; движение в обоих случаях происходит по падению (или по восстанию) плоскости разлома. Если же, напротив, с разломом связаны только горизонтальные смещения по простиранию, то такие разломы называются сдвигами. Полезно договориться о каких-то простых терминах, которые говорили бы о направлении смещений. Например, на рис. 3 стрелками на схеме сдвига показано, что движение было направлено в левую сторону. Определить был ли сдвиг лево- или правосторонним, нетрудно.

Вообразите, что вы стоите на одной стороне разлома и смотрите на другую его сторону. Если противоположная сторона смещена справа налево, это левосторонний (левый) сдвиг, если же слева направо - правосторонний (правый) сдвиг. Конечно, смещение по разлому может иметь обе составляющие: и по падению, и по простиранию (такие разломы носят названия сбросо-сдвиг или взбрососдвиг - Перев.)

При землетрясении серьезные разрушения могут возникнуть не только в результате колебаний грунта, но и вследствие самого смещения по разлому, хотя этот особый вид сейсмической опасности имеет очень ограниченное площадное распространение. Обычно этой опасности можно избежать, получив своевременную (перед началом строительства) геологическую консультацию о расположении активных разломов. Площади по обе стороны активного разлома часто оставляют незастроенными и используют для общественного отдыха, площадок для гольфа, для автостоянок, дорог и т. д.

При планировании землепользования необходимо учитывать также, что на площадях, примыкающих к вскрывшемуся разлому, характер разрушений, обусловленных сползанием и обрушением грунта, зависит от типа разлома. Если смещение происходит по падению разлома, то с возникновением уступа бывают связаны разрушения (вследствие локальных явлений оползания, растрескивания и обрушения грунта) в довольно широкой полосе, идущей вдоль самого разлома. Если же происходит смещение по простиранию разлома, то зона нарушений в грунте обычно оказывается гораздо менее широкой, и здания, расположенные всего в нескольких местах от разрыва, могут совсем не испытать повреждений.