Falla, Deformacion, Esfuerzos Y Ciclo Del Terremoto

Cuando las fallas rompen la superficie de la tierra, ya sea en un solo terremoto o durante muchos eventos sísmicos, crean características geomorfológicas que pueden asociarse con un tipo particular de falla. A veces estos eventos sísmicos no rompen la superficie de la tierra, solo la deforman en pliegues que pueden también revelar información sobre la falla.

ESFUERZOS

Generalmente se identifican dos tipos de fuerzas a las cuales están sometidas todas las rocas en la corteza: las fuerzas debidas a los cuerpos y las fuerzas de la superficie. Las fuerzas debidas a los cuerpos actúan por igual en todos los elementos a lo largo del volumen y su magnitud es proporcional a la masa del elemento sobre el que está actuando. Un ejemplo de esta fuerza es el peso, que es la masa del objeto por la aceleración de la gravedad. Las fuerzas de superficie son las fuerzas que actúan a través o a lo largo de las superficies, incluyen las fuerzas como la fricción o presión. Estrictamente hablando, estos se denominan esfuerzos, que se define como la fuerza por unidad de área que actúa sobre una superficie.

Un esfuerzo que actúa en un plano con cualquier orientación se puede dividir en dos componentes: un esfuerzo normal que actúa perpendicular a la superficie y una esfuerzo de cizalla que actúa paralelo a la superficie. La unidad del esfuerzo en mks son pascales. 1 Pascal (Pa) representa el estrés producido por un newton que actúa a través o a lo largo de una superficie de un metro cuadrado ((kg m • sec-2) • m-2.

Cada uno de los esfuerzos que actúa sobre la superficie de una roca pueden ser representados como un vector que es la suma de todos estos esfuerzos. Este vector a su vez puede subdividirse en tres componentes ortogonales, que generalmente son llamados σ1, σ2 y σ3 para el máximo, intermedio y mínimo, esfuerzo respectivamente. .

El esfuerzo vertical o litostatico resulta por tensión de sobrecarga en la roca a cierta profundidad Z, y σzz = pg z, donde p es la densidad media de la roca suprayacente y g es la aceleración de la gravedad. Cuando los esfuerzos ortogonales horizontales son iguales a el vertical o litostático, es decir σ1= σ2= σ3 esto se denomina un estado de esfuerzo litostático. Los esfuerzos que difieren de esta condición litostática, se denominan esfuerzos desviadores. En la mayor parte de las situaciones que implican fallamiento, los esfuerzos desviadores resultan de la contribución tectónica.

Deformación y fallas

La presencia de esfuerzos desviadores puede causar en las rocas una deformación: las deformaciones que implica un cambio en tamaño (dilatación) y / o un cambio en la forma (distorsión).

La deformación de las rocas puede ser observada y cuantificada, mientras que los esfuerzos desviadores que causan la deformación sólo pueden ser inferidos. Varios componentes de la deformación, tales como la cantidad de rotación, magnitud, la orientación de la extensión, la contracción o dilatación, se pueden definir a través de la observación directa.

No toda deformación en las rocas es permanente. Por debajo de un cierto umbral, denominado límite elástico, la deformación es retornable. Una vez que se excede el límite del comportamiento elástico de una roca, esta se deformará plásticamente o habrá ruptura; ambos casos provocan un cambio permanente en la forma de la roca. Cuando la roca es deformada por una ruptura, se forman fallas y estas rocas se moverán paralelas a la superficie de la falla.

Considerando los esfuerzos que son responsables por las fallas normales. El componente vertical del esfuerzo es el esfuerzo litostático σzz = pg z, y hay un esfuerzo desviador Δσxx que es extensivo y excede la resistencia o fuerza de la roca (FIG. 4.1A). así Δσxx< 0, el esfuerzo horizontal es menor que el esfuerzo vertical, σxx= ρ g z + Δσxx y σxx < σzz. Si asumimos que no hay deformación en la dirección y, entonces el esfuerzo desviador en la dirección y es cero o puede ser extensivo, pero es cierta proporción (p) del esfuerzo desviador en la dirección x. Así Δσyy= pσxx donde p es menor que 1. El esfuerzo total en la dirección y es σyy= ρ g z + pΔσxx, es menor que σzz pero mayor que σxx. Finalmente para fallas normales, σzz > σyy> σxx. En teoría el plano de falla debe formar un ángulo de 45-θ/2 con el esfuerzo principal compresivo, donde θ es igual al ángulo de la fricción interna del material de la falla. Por lo tanto, las fallas normales se forman en una roca relativamente fuerte como una roca de granito, debe estar inclinada alrededor de 30º de σzz y el plano de falla debe estar orientado perpendicular a σxx (FIG. 4.1 A). Dos planos de falla diferentes, cada uno en profundidades opuestas 60 ° respecto a la horizontal, satisfacen estas condiciones y por lo tanto representan planos de falla conjugadas. Dados estos esfuerzos y esta orientación de falla, el bloque techo (el bloque que se encuentra por encima del plano de falla) se mueve hacia abajo a través del bloque piso o inferior que esta debajo del plano de falla.

Para fallas inversas, hay un esfuerzo compresivo desviador en la dirección x, comúnmente resultado de las fuerzas tectónicas. Por lo tanto, Δσxx> 0, y σxx> σzz. Una vez más, el esfuerzo desviador en la dirección y puede ser considerado intermedio, así σxx> σyy>σzz, para un esfuerzo compresivo máxima orientado horizontalmente, los planos de falla conjugado deben estar inclinadas a 45 º - θ/2 de la horizontal y también en 45 °- θ/2 de σxx (FIG. 4.1 B). Finalmente el bloque techo se mueve hacia arriba con respecto al bloque piso.

Las Fallas Strike-Slip (rumbo-deslizantes) se caracterizan por tener esfuerzos desviadores de signo contrario en las direcciones x e y. para ejemplo, si σyy es extensivo entonces Δσyy <O. por lo tanto, σxx debe ser compresivo, de tal manera que Δσxx> O. Por lo tanto, en estas fallas σyy> σzz> σxx o σxx> σzz> σyy. Para cualquier régimen de esfuerzos en los que el esfuerzo litostática es el intermedio, hay dos conjugados planos de falla verticales orientados a 45 ° - θ/2, el máximo esfuerzo de compresión determinará el movimiento de la falla Strike-Slip (Fig.4.1C).

Claramente, las fallas se generan en respuesta a los esfuerzos. Pero, ¿por qué nos preocupamos por la orientación y la magnitud de los esfuerzos locales? Tal vez la razón más importante es que hay grandes lagunas en nuestra comprensión de las fallas dentro de las rocas heterogéneas de la corteza. Gran parte de nuestro conocimiento actual de la mecánica de fallas deriva de estudios de laboratorio, que suelen implicar rocas homogéneas de tamaño handspecimen.

En el mundo real, tenemos

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