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9.5: Verwerfungen - Geowissenschaften


Verwerfungen sind die Stellen in der Kruste, an denen eine spröde Verformung auftritt, wenn sich zwei Gesteinsblöcke relativ zueinander bewegen. Die Dip-Slip-Bewegung besteht aus einer relativen Auf- und Abbewegung entlang einer abfallenden Verwerfung zwischen zwei Blöcken, dem Hangenden und dem Liegenden. In einem Dip-Slip-System liegt das Liegende unterhalb der Verwerfungsebene und das Hangende oberhalb der Verwerfungsebene. Eine gute Möglichkeit, sich daran zu erinnern, ist, sich einen Minentunnel vorzustellen, der entlang einer Verwerfung verläuft; das Hangende wäre dort, wo ein Bergmann eine Laterne aufhängen würde, und das Liegende wäre zu den Füßen des Bergmanns.

Verwerfung als Begriff bezieht sich auf das Aufbrechen von Gesteinen. Solche Brüche treten an Plattengrenzen auf, können aber auch im Platteninneren auftreten. Fehler gleiten entlang der Fehlerebene. Die Verwerfungskante ist der Versatz der erzeugten Oberfläche, wo die Verwerfung die Oberfläche durchbricht. Slickensides sind polierte, oft gerillte Oberflächen entlang der Verwerfungsebene, die durch Reibung während der Bewegung entstehen.

Eine Fuge oder Fraktur ist eine spröde Deformationsebene im Gestein, die durch die Bewegung entsteht, die nicht versetzt oder abgeschert wird. Verbindungen können aus vielen Prozessen resultieren, wie z. B. Kühlen, Druckentlasten oder Falten. Gelenksysteme können regional sein und viele Quadratmeilen betreffen.

Normale Fehler

Normale Verwerfungen bewegen sich durch eine vertikale Bewegung, wobei sich das Hangende relativ zum Liegenden entlang der Neigung der Verwerfung nach unten bewegt. Normale Verwerfungen werden durch Zugkräfte in der Kruste erzeugt. Normale Verwerfungen und Zugkräfte treten häufig an divergenten Plattengrenzen auf, wo die Kruste durch Zugspannungen gedehnt wird (siehe Kapitel 2). Beispiele für normale Verwerfungen in Utah sind die Wasatch-Verwerfung, die Hurricane-Verwerfung und andere Verwerfungen, die die Täler in der Provinz Basin and Range begrenzen.

Grabens, Horsts und Halbgräben sind durch normale Verwerfungen begrenzte Krusten- oder Gesteinsblöcke (siehe Kapitel 2). Grabens fallen relativ zu benachbarten Blöcken ab und bilden Täler. Horsts erheben sich relativ zu angrenzenden heruntergefallenen Blöcken und werden zu Bereichen höherer Topographie. Wenn Horsts und Gräben zusammen auftreten, bilden sie ein symmetrisches Muster von Tälern, die von normalen Verwerfungen auf beiden Seiten und Bergen umgeben sind. Halbgräben sind eine einseitige Version von Horst und Graben, bei der Blöcke durch eine normale Verwerfung auf einer Seite gekippt werden, wodurch eine asymmetrische Tal-Berg-Anordnung entsteht. Die Bergtäler der Provinz Basin and Range in Western Utah und Nevada bestehen aus einer Reihe von Voll- und Halbgräben vom Salt Lake Valley bis zu den Bergen der Sierra Nevada.

Normale Fehler verschwinden nicht weiter in den Mantel. In der Provinz Basin and Range nimmt die Neigung einer normalen Verwerfung tendenziell mit der Tiefe ab, d. h. der Verwerfungswinkel wird mit zunehmender Tiefe flacher und horizontaler. Solche abnehmenden Einbrüche treten auf, wenn große Ausdehnungen entlang normaler Verwerfungen mit sehr kleinem Winkel auftreten, die als bekannt sind Ablösungsfehler. Die normalen Verwerfungen des Beckens und der Range, die durch Spannungen in der Kruste erzeugt werden, scheinen in größeren Tiefen zu Ablösungsverwerfungen zu werden.

Rückwärtsfehler

Bei umgekehrten Verwerfungen bewirken Druckkräfte, dass sich das Hangende relativ zum Liegenden nach oben bewegt. Eine Schubverwerfung ist eine umgekehrte Verwerfung, bei der die Verwerfungsebene einen geringen Neigungswinkel von weniger als 45° aufweist. Stoßverwerfungen tragen älteres Gestein auf jüngeres Gestein und können sogar zur Wiederholung von Gesteinseinheiten in der stratigraphischen Aufzeichnung führen.

Konvergente Plattengrenzen mit Subduktionszonen erzeugen eine spezielle Art von „umgekehrter“ Verwerfung, die als Megathrust-Verwerfung bezeichnet wird, bei der dichtere ozeanische Kruste unter eine weniger dichte darüber liegende Kruste abdringt. Megathrust-Störungen verursachen die größten bisher gemessenen Erdbeben und verursachen häufig massive Zerstörungen und Tsunamis.

Strike-Slip-Fehler

Strike-Slip-Fehler haben eine seitliche Bewegung. Strike-Slip-Störungen werden am häufigsten mit Transformationsplattengrenzen in Verbindung gebracht und sind in Transformationsbruchzonen entlang mittelozeanischen Rücken weit verbreitet. Bei der reinen Gleitbewegung bewegen sich Verwerfungsblöcke auf beiden Seiten der Verwerfung nicht relativ zueinander nach oben oder nach unten, sondern bewegen sich seitlich, von einer Seite zur anderen. Die Richtung der Strike-Slip-Bewegung wird von einem Beobachter bestimmt, der auf einem Block auf einer Seite der Verwerfung steht. Wenn sich der Block auf der gegenüberliegenden Seite der Verwerfung relativ zum Block des Beobachters nach links bewegt, wird dies als Sinistralbewegung bezeichnet. Wenn sich der gegnerische Block nach rechts bewegt, handelt es sich um eine Rechtsbewegung.

Video, das Bewegung in einem Strike-Slip-Fehler zeigt.

Durch Biegungen entlang von Gleit- und Gleitfehlern entstehen Druck- oder Zugbereiche zwischen den Nutensteinen (siehe Kapitel 2). Spannungsspannungen erzeugen transtensionale Merkmale mit normalen Verwerfungen und Becken, wie der Salton Sea in Kalifornien. Druckspannungen erzeugen Transpressionsmerkmale mit umgekehrten Verwerfungen und verursachen eine kleine Gebirgsbildung, wie zum Beispiel die San Gabriel Mountains in Kalifornien. Die Verwerfungen, die Transpressions- oder Transtensionsmerkmale aufspreizen, werden als Blütenstrukturen bezeichnet.

Ein Beispiel für eine rechtsseitige, rechtsseitige Strike-Slip-Verwerfung ist die San-Andreas-Verwerfung, die eine Transformationsgrenze zwischen der nordamerikanischen und der pazifischen Platte darstellt. Ein Beispiel für eine sinistrale, linksseitige Strike-Slip-Verwerfung ist die Verwerfung am Toten Meer in Jordanien und Israel.

Video zur Klassifizierung von Fehlern:


9.5: Verwerfungen - Geowissenschaften

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Inhalt

Aufgrund der Reibung und der Steifigkeit der einzelnen Gesteine ​​können die beiden Seiten einer Verwerfung nicht immer leicht aneinander vorbeigleiten oder fließen, so dass gelegentlich alle Bewegungen zum Stillstand kommen. Die Bereiche höherer Reibung entlang einer Verwerfungsebene, wo sie blockiert wird, heißen Unebenheiten. Spannung baut sich auf, wenn eine Verwerfung blockiert wird, und wenn sie ein Niveau erreicht, das die Festigkeitsschwelle überschreitet, reißt die Verwerfung und die angesammelte Dehnungsenergie wird teilweise als seismische Wellen freigesetzt, wodurch ein Erdbeben entsteht. [2]

Die Dehnung tritt kumulativ oder augenblicklich auf, je nach dem flüssigen Zustand des Gesteins akkumulieren die duktile untere Kruste und der Mantel allmähliche Verformung durch Scherung, während die spröde obere Kruste mit Bruch – sofortiger Spannungsfreisetzung – reagiert, was zu einer Bewegung entlang der Verwerfung führt. [9] Eine Verwerfung in duktilen Gesteinen kann sich auch sofort lösen, wenn die Dehnungsrate zu groß ist.

Unterhose ist definiert als die relative Bewegung geologischer Merkmale, die auf beiden Seiten einer Verwerfungsebene vorhanden sind. Ein Fehler rutschgefühl ist definiert als die relative Bewegung des Gesteins auf jeder Seite der Verwerfung gegenüber der anderen Seite. [10] Bei der Messung des horizontalen oder vertikalen Abstands wird der werfen der Verwerfung ist die vertikale Komponente der Trennung und die heben des Fehlers ist die horizontale Komponente, wie in "Hochwerfen und ausheben". [11]

Der Schlupfvektor kann qualitativ bewertet werden, indem man jede Schleppfaltung von Schichten untersucht, die auf beiden Seiten der Verwerfung sichtbar sein kann. [12] Widerstandsfaltung ist eine Faltungszone in der Nähe einer Verwerfung, die wahrscheinlich durch Reibungswiderstand gegen die Bewegung auf der Verwerfung entsteht. [13] Die Richtung und Größe von Hebung und Wurf kann nur gemessen werden, indem man gemeinsame Schnittpunkte auf beiden Seiten der Verwerfung findet (sogenannter Durchstichpunkt). In der Praxis ist es in der Regel nur möglich, die Gleitrichtung von Fehlern und eine Annäherung des Hub- und Wurfvektors zu finden.

Die beiden Seiten einer nicht vertikalen Verwerfung werden als hängenden Wand und Liegende. Das Hangende liegt oberhalb der Verwerfungsebene und das Liegende darunter. [14] Diese Terminologie stammt aus dem Bergbau: Bei der Bearbeitung eines tafelförmigen Erzkörpers stand der Bergmann mit dem Liegenden unter seinen Füßen und mit dem Hangenden über ihm. [15] Diese Begriffe sind wichtig, um verschiedene Fehlerarten von Dip-Slip-Fehlern zu unterscheiden: Umkehrfehler und normale Fehler. Bei einer umgekehrten Verwerfung verschiebt sich das Hangende nach oben, während sich bei einer normalen Verwerfung das Hangende nach unten verschiebt. Die Unterscheidung dieser beiden Fehlertypen ist wichtig, um das Spannungsregime der Fehlerbewegung zu bestimmen.

Ausgehend von der Rutschrichtung können Fehler wie folgt kategorisiert werden:

  • Strike-Slip, wobei der Versatz überwiegend horizontal ist, parallel zur Fehlerspur
  • Dip-Slip, Offset ist überwiegend vertikal und/oder senkrecht zur Fehlerspur oder
  • Schrägrutschen, die Schlag- und Dip-Slip kombiniert.

Streichfehler Bearbeiten

Bei einem Strike-Slip-Fehler (auch bekannt als a Schlüsselfehler, reißen fehler oder transcurrent fehler), [16] die Verwerfungsfläche (Ebene) ist normalerweise fast vertikal, und das Liegende bewegt sich mit sehr geringer vertikaler Bewegung seitlich entweder nach links oder rechts. Strike-Slip-Fehler mit links-lateraler Bewegung werden auch als sinistral Fehler und solche mit rechts-seitlicher Bewegung als dextral Fehler. [17] Jede wird durch die Bewegungsrichtung des Bodens definiert, wie sie von einem Beobachter auf der gegenüberliegenden Seite der Verwerfung gesehen würde.

Eine besondere Klasse von Strike-Slip-Störungen ist die Transformationsstörung, wenn sie eine Plattengrenze bildet. Diese Klasse bezieht sich auf einen Versatz in einem Ausbreitungszentrum, wie etwa einem mittelozeanischen Rücken, oder, weniger verbreitet, innerhalb der kontinentalen Lithosphäre, wie etwa der Toten-Meer-Transformation im Nahen Osten oder der Alpenverwerfung in Neuseeland. Transformationsstörungen werden auch als "konservative" Plattengrenzen bezeichnet, da die Lithosphäre weder erzeugt noch zerstört wird.

Dip-Slip-Fehler Bearbeiten

Dip-Slip-Fehler können entweder sein normal ("erweitert") oder umkehren.

Bei einer normalen Verwerfung bewegt sich das Hangende relativ zum Liegenden nach unten. Ein nach unten geworfener Block zwischen zwei normalen Verwerfungen, die aufeinander zufallen, ist ein Graben. Ein nach oben geworfener Block zwischen zwei normalen Verwerfungen, die voneinander wegfallen, ist ein Horst. Normale Verwerfungen mit kleinem Winkel mit regionaler tektonischer Bedeutung können als Ablösungsverwerfungen bezeichnet werden.

Eine umgekehrte Verwerfung ist das Gegenteil einer normalen Verwerfung – das Hangende bewegt sich relativ zum Liegenden nach oben. Rückwärtsfehler weisen auf eine kompressive Verkürzung der Kruste hin. Die Neigung einer Rückwärtsverwerfung ist relativ steil, größer als 45°. Die Terminologie "normal" und "reverse" stammt aus dem Kohlebergbau in England, wo normale Verwerfungen am häufigsten vorkommen. [18]

Ein Schubfehler hat den gleichen Bewegungssinn wie ein umgekehrter Fehler, jedoch mit einer Neigung der Fehlerebene von weniger als 45°. [19] [20] Schubverwerfungen bilden typischerweise Rampen, Ebenen und Verwerfungsfalten (hängende Wand und Liegende).

Flache Segmente von Überschiebungsebenen werden als Wohnungen, und geneigte Abschnitte des Schubs sind bekannt als Rampen. Typischerweise bewegen sich Schubfehler innerhalb Formationen durch das Bilden von Ebenen und klettern Abschnitte mit Rampen.

Verwerfungsbiegefalten werden durch die Bewegung des Hangenden über eine nicht ebene Verwerfungsoberfläche gebildet und sind sowohl mit Dehnungs- als auch mit Schubverwerfungen verbunden.

Fehler können zu einem späteren Zeitpunkt mit der Bewegung in die entgegengesetzte Richtung zur ursprünglichen Bewegung reaktiviert werden (Fehlerinversion). Aus einem normalen Fehler kann also ein umgekehrter Fehler werden und umgekehrt.

Schubfehler bilden Decken und Klippen in den großen Schubgurten. Subduktionszonen sind eine besondere Klasse von Überschiebungen, die die größten Verwerfungen auf der Erde bilden und die größten Erdbeben verursachen.

Schrägrutschfehler Bearbeiten

Ein Fehler, der eine Dip-Slip-Komponente und eine Strike-Slip-Komponente hat, wird als an . bezeichnet Schräglauffehler. Fast alle Verwerfungen haben eine Komponente von sowohl Dip-Slip als auch Strike-Slip, daher erfordert die Definition einer Verwerfung als schräg, dass sowohl Dip- als auch Streichkomponenten messbar und signifikant sind. Einige schräge Verwerfungen treten innerhalb transtensionaler und transpressionaler Regime auf, und andere treten auf, wenn sich die Richtung der Ausdehnung oder Verkürzung während der Verformung ändert, aber die früher gebildeten Störungen aktiv bleiben.

Das had Winkel ist definiert als das Komplement des Neigungswinkels ist der Winkel zwischen der Verwerfungsebene und einer vertikalen Ebene, die parallel zur Verwerfung verläuft.

Listenfehler Bearbeiten

Listrische Verwerfungen ähneln normalen Verwerfungen, aber die Verwerfungsebene ist gekrümmt, wobei die Neigung in der Nähe der Oberfläche steiler und dann mit zunehmender Tiefe flacher wird. Die Senke kann sich zu einem subhorizontalen Dekolleté abflachen, was zu einem horizontalen Schlupf auf einer horizontalen Ebene führt. Die Abbildung zeigt das Absinken des Hangenden entlang einer listrischen Verwerfung. Wenn das Hangende fehlt (z. B. auf einer Klippe), kann das Liegende auf eine Weise absacken, die mehrere listrische Verwerfungen erzeugt.

Klingelfehler Bearbeiten

Ringverwerfungen, auch als Caldera-Verwerfungen bekannt, sind Verwerfungen, die innerhalb kollabierter vulkanischer Calderen [21] und an Orten von Bolidenstreichungen, wie dem Einschlagskrater der Chesapeake Bay, auftreten. Ringfehler sind das Ergebnis einer Reihe von überlappenden normalen Fehlern, die einen kreisförmigen Umriss bilden. Durch Ringverwerfungen entstandene Brüche können durch Ringdeiche aufgefüllt werden. [21]

Synthetische und antithetische Fehler Bearbeiten

Synthetische und antithetische Fehler sind Begriffe, die verwendet werden, um kleinere Fehler zu beschreiben, die mit einem größeren Fehler verbunden sind. Synthetische Störungen fallen in die gleiche Richtung wie die Hauptstörung, während die antithetischen Störungen in die entgegengesetzte Richtung einfallen. Diese Fehler können von Überroll-Antiklinalen begleitet sein (z. B. Niger Delta Structural Style).

Alle Verwerfungen haben eine messbare Mächtigkeit, die aus verformtem Gestein besteht, das für die Ebene der Kruste, in der die Verwerfung aufgetreten ist, für die von der Verwerfung betroffenen Gesteinsarten und für das Vorhandensein und die Art von mineralisierenden Flüssigkeiten charakteristisch ist. Verwerfungsgesteine ​​werden nach ihrer Textur und dem implizierten Deformationsmechanismus klassifiziert. Eine Verwerfung, die verschiedene Ebenen der Lithosphäre durchquert, wird viele verschiedene Arten von Verwerfungsgestein entlang ihrer Oberfläche aufweisen. Die fortgesetzte Dip-Slip-Verdrängung neigt dazu, Verwerfungsgesteine, die für verschiedene Krustenstufen charakteristisch sind, mit unterschiedlichem Überdruckgrad gegenüberzustellen. Besonders deutlich wird dieser Effekt bei Ablösefehlern und großen Schubfehlern.

Zu den wichtigsten Arten von Verwerfungsgestein gehören:

    – ein kohäsives Verwerfungsgestein mit einem schlecht entwickelten oder fehlenden ebenen Gefüge oder das nicht kohäsiv ist und durch allgemein kantige Klasten und Gesteinsfragmente in einer feinkörnigeren Matrix ähnlicher Zusammensetzung gekennzeichnet ist.
      Tektonische oder Bruchbrekzie – ein mittel- bis grobkörniger Kataklasit mit >30% sichtbaren Fragmenten. – ein inkohäsiver, tonreicher fein- bis ultrafeinkörniger Kataklasit, der ein ebenes Gewebe aufweisen kann und <30% sichtbare Fragmente enthält. Gesteinsbrocken können vorhanden sein
        - tonreiche Verwerfungsfuge, die in Sedimentabfolgen gebildet wurde und tonreiche Schichten enthält, die stark verformt und in die Verwerfungsfuge geschert sind.

      In der Geotechnik bildet eine Verwerfung oft eine Diskontinuität, die einen großen Einfluss auf das mechanische Verhalten (Festigkeit, Verformung etc.) von Boden- und Gebirgsmassen beispielsweise im Tunnel-, Fundament- oder Hangbau haben kann.

      Das Ausmaß der Aktivität einer Störung kann entscheidend sein für (1) die Lokalisierung von Gebäuden, Tanks und Pipelines und (2) die Bewertung der seismischen Erschütterungen und der Tsunami-Gefahr für die Infrastruktur und die Menschen in der Umgebung. In Kalifornien zum Beispiel wurde der Neubau von Gebäuden direkt auf oder in der Nähe von Verwerfungen verboten, die sich innerhalb der Holozän-Epoche (der letzten 11.700 Jahre) der Erdgeschichte bewegt haben. [23] Auch Verwerfungen, die während des Holozäns und des Pleistozäns (den letzten 2,6 Millionen Jahren) Bewegungen gezeigt haben, können in Betracht gezogen werden, insbesondere für kritische Strukturen wie Kraftwerke, Dämme, Krankenhäuser und Schulen. Geologen beurteilen das Alter einer Verwerfung, indem sie Bodenmerkmale untersuchen, die in flachen Ausgrabungen und Geomorphologie in Luftbildern zu sehen sind. Hinweise unter der Oberfläche umfassen Scheren und ihre Beziehungen zu Karbonatknollen, erodierten Ton- und Eisenoxidmineralisierungen bei älteren Böden und das Fehlen solcher Anzeichen bei jüngeren Böden. Die Radiokohlenstoff-Datierung von organischem Material, das neben oder über einer Verwerfungsscherung vergraben ist, ist oft entscheidend, um aktive von inaktiven Verwerfungen zu unterscheiden. Aus solchen Beziehungen können Paläoseismologen die Größe vergangener Erdbeben in den letzten mehreren hundert Jahren abschätzen und grobe Projektionen der zukünftigen Verwerfungsaktivität entwickeln.

      Viele Erzvorkommen liegen auf Verwerfungen oder sind mit diesen verbunden. Dies liegt daran, dass das zerklüftete Gestein, das mit Störungszonen verbunden ist, den Aufstieg von Magma [24] oder die Zirkulation von mineralhaltigen Flüssigkeiten ermöglicht. Schnittpunkte von nahezu vertikalen Verwerfungen sind oft Orte bedeutender Erzvorkommen. [25]

      Ein Beispiel für eine Verwerfung mit wertvollen Porphyr-Kupfer-Lagerstätten ist die Domeyko-Verwerfung im Norden Chiles mit Lagerstätten bei Chuquicamata, Collahuasi, El Abra, El Salvador, La Escondida und Potrerillos. [26] Weiter südlich in Chile liegen die Porphyr-Kupferlagerstätten Los Bronces und El Teniente jeweils am Schnittpunkt zweier Verwerfungssysteme. [25]


      Verwerfungen im Gebiet von Asquempont, Südbrabant-Massiv, Belgien

      Die Literatur legt nahe, dass die Asquempont-Verwerfung, eine angeblich wichtige Rückverwerfung, die die Grenze zwischen dem Unteren und Unteren Mittelkambrium und dem Ordovizium im Sennette-Tal bildet, wenig verstanden ist. Trotzdem wird diese Verwerfung im Allgemeinen mit einem ausgeprägten NW-SE-trendigen aeromagnetischen Lineament, dem Asquempont-Lineament, gleichgesetzt, und sowohl die Geometrie des Asquempont-Lineaments als auch die angebliche umgekehrte Bewegung der Asquempont-Verwerfung werden verwendet, um großmaßstäbliche tektonische Modelle der Brabanter Massiv. Neue Aufschlussbeobachtungen im Asquempont-Gebiet, der „Typlokalität“ der Asquempont-Verwerfung, in Kombination mit Aufschluss- und Bohrlochdaten aus den umliegenden Gebieten zeigen, dass die Asquempont-Verwerfung keine wichtige Umkehrstörung ist, sondern eine Vorspaltung darstellt, niedrig -Winkelextensionsablösung. Diese Ablösung bildete sich zwischen dem Caradoc und dem Zeitpunkt der Faltungs- und Spaltungsentwicklung und hat nichts mit dem aeromagnetischen Asquempont-Lineament zu tun. Das Gebiet von Asquempont enthält auch mehrere relativ wichtige, steile, normale Verwerfungen nach der Spaltung. Offenbar treten diese in einer WNW-OSO-Trendzone zwischen Asquempont und Fauquez auf, die sich westwärts über Quenast in Richtung Bierghes erstreckt. Diese Zone fällt mit dem östlichen Teil der WNW-OSO verlaufenden Nieuwpoort-Asquempont-Verwerfungszone zusammen, für die aufgrund indirekter Beobachtungen zuvor eine Streichbewegung vorgeschlagen wurde. Unsere Beobachtungen des Aufschlusses stellen diese vermutete Streichbewegung in Frage. Die Asquempont-Verwerfung kann mit der fortschreitenden Entdachung des Kerns des Brabanter Massivs ab dem Silur zusammenhängen. Möglicherweise treten in anderen Teilen des Massivs andere Dehnungsablösungen mit geringem Winkel ähnlich der Asquempont-Verwerfung auf. Mögliche Kandidaten sind die parakonformitätsähnlichen Kontakte, die auf der neuesten geologischen Karte des Brabanter Massivs abgebildet sind.


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