Falla (geología)

En geología, una falla es una fractura plana o discontinuidad en un volumen de roca a través del cual ha habido un desplazamiento significativo como resultado de los movimientos de la masa rocosa. 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 zonas de subducción o fallas transformantes. La liberación de energía asociada con el movimiento rápido de fallas activas es la causa de la mayoría de los terremotos. Las fallas también pueden desplazarse lentamente, por fluencia sísmica.

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. Una traza de falla es también la línea comúnmente trazada en mapas geológicos para representar una falla.

Una zona de falla es un grupo de fallas paralelas. Sin embargo, el término también se usa para la zona de roca triturada a lo largo de una sola falla. 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 unidos por fallas y luego se tritura progresivamente.

Mecanismos de falla

Debido a la fricción y la rigidez de las rocas constituyentes, los dos lados de una falla no siempre pueden deslizarse o fluir entre sí 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. El estrés se acumula cuando se bloquea una falla, y cuando alcanza un nivel que excede el umbral de fuerza, la falla se rompe y la energía de tensión acumulada se libera en parte como ondas sísmicas, formando un terremoto.

La deformación se produce de forma acumulativa o instantánea, según el estado líquido de la roca; la corteza inferior dúctil y el manto 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. Una falla en rocas dúctiles también puede liberarse instantáneamente cuando la velocidad de deformación es demasiado grande.

Resbalar, tirar, lanzar

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. Al medir la separación horizontal o vertical, el alcance de la falla es el componente vertical de la separación y el levantamiento de la falla es el componente horizontal, como en "Empujar y levantar".

El vector de deslizamiento se puede evaluar cualitativamente estudiando cualquier plegamiento de arrastre de los estratos, que puede ser visible a ambos lados de la falla. El plegamiento por arrastre es una zona de plegamiento cerca de una falla que probablemente surge de la resistencia friccional al movimiento en la falla. La dirección y la magnitud del levantamiento y el lanzamiento solo se pueden medir encontrando puntos de intersección comunes a cada lado 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 lanzamiento.

Muro colgante y pie de pared

Los dos lados de una falla no vertical se conocen como pared superior y pared inferior. La pared superior se encuentra por encima del plano de falla y la pared inferior se encuentra debajo de él. Esta terminología proviene de la minería: cuando se trabajaba en un cuerpo de mineral tabular, el minero se paraba con la pared de piso debajo de sus pies y con la pared colgante encima de él. Estos términos son importantes para distinguir diferentes tipos de fallas de deslizamiento por inmersión: fallas inversas y fallas normales. En una falla inversa, la pared colgante se desplaza hacia arriba, mientras que en una falla normal la pared colgante se desplaza hacia abajo. Distinguir entre estos dos tipos de fallas es importante para determinar el régimen de esfuerzos del movimiento de la falla.

Tipos de fallas

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. Según la dirección del deslizamiento, las fallas se pueden clasificar como:

• deslizamiento de rumbo, donde el desplazamiento es predominantemente horizontal, paralelo a la traza de la falla;
• dip-slip, el desplazamiento es predominantemente vertical y/o perpendicular a la traza de la falla; o
• deslizamiento oblicuo, combinando strike-slip y dip-slip.

Fallas de rumbo

En una falla de rumbo (también conocida como falla de llave, falla de desgarro o falla transcurrente), la superficie de la falla (plano) generalmente está cerca de la vertical y la pared del piso se mueve lateralmente hacia la izquierda o hacia la derecha con muy poco movimiento vertical. Las fallas de rumbo-deslizamiento con movimiento lateral izquierdo también se conocen como fallas sinistrales y aquellas con movimiento lateral derecho como fallas dextrales. 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 Transformación del Mar Muerto en el Medio Oriente 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.

Fallas de deslizamiento por inmersión

Las fallas dip-slip pueden ser normales ("extensionales") o inversas.

En una falla normal, la pared superior se mueve hacia abajo, en relación con la pared inferior. Un bloque derrumbado entre dos fallas normales que se sumergen una hacia la otra es un graben. Un bloque lanzado hacia arriba entre dos fallas normales que se alejan una de la 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. Las fallas normales de ángulo bajo con importancia tectónica regional pueden designarse 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.

Una falla inversa tiene el mismo sentido de movimiento que una falla inversa, pero con un buzamiento del plano de falla de menos de 45°. Las fallas de cabalgamiento típicamente forman rampas, planos y pliegues de curvatura de falla (pared colgante y pared inferior).

Los segmentos planos de los planos de falla de cabalgamiento se conocen como planos, y las secciones inclinadas del cabalgamiento se conocen como rampas. Por lo general, las fallas de cabalgamiento se mueven dentro de las formaciones formando pisos y trepando por secciones con rampas.

Los pliegues de flexión de falla se forman por el movimiento de la pared colgante sobre una superficie de falla no plana y se encuentran asociados con fallas tanto de extensión como de cabalgamiento.

Las fallas pueden reactivarse en un momento posterior con el movimiento en sentido contrario al movimiento original (inversión de fallas). Por lo tanto, una falla normal puede convertirse en una falla inversa y viceversa.

Las fallas de cabalgamiento forman napas y klippen en los grandes cinturones de cabalgamiento. Las zonas de subducción son una clase especial de cabalgamientos que forman las fallas más grandes de la Tierra y dan lugar a los terremotos más grandes.

Fallas de deslizamiento oblicuo

Una falla que tiene un componente de deslizamiento de inmersión y un componente de deslizamiento de rumbo se denomina falla de deslizamiento oblicuo. Casi todas las fallas tienen algún componente tanto de deslizamiento de inmersión como de deslizamiento de rumbo; por lo tanto, definir una falla como oblicua requiere que los componentes de buzamiento y 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 hade se define como el complemento del ángulo de buzamiento; es el ángulo entre el plano de falla y un plano vertical que incide paralelo a la falla.

Falla lístrica

Las fallas lístricas son similares a las fallas normales, pero el plano de falla se curva, el buzamiento es más pronunciado cerca de la superficie y luego menos profundo a medida que aumenta la profundidad. La inmersión puede aplanarse en un escote subhorizontal, lo que resulta en un deslizamiento horizontal en un plano horizontal. La ilustración muestra el hundimiento del muro colgante a lo largo de una falla lístrica. Cuando la pared colgante está ausente (como en un acantilado), la pared inferior puede desplomarse de una manera que crea múltiples fallas lístricas.

Falla de anillo

Las fallas anulares, también conocidas como fallas de caldera, son fallas que ocurren dentro de calderas volcánicas colapsadas y 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.

Defectos sintéticos y antitéticos

Las fallas sintéticas y antitéticas son términos usados ​​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).

Roca de falla

Todas las fallas tienen un espesor medible, compuesto 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 implícito. 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 por inmersión y 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 cabalgamiento mayores.

Los principales tipos de rocas de falla incluyen:

• Cataclasita: una roca de falla que es cohesiva con un tejido plano pobremente desarrollado o ausente, o que no es cohesiva, caracterizada por clastos generalmente angulares y fragmentos de roca en una matriz de grano más fino de composición similar.
  • Brecha tectónica o de falla: una cataclasita de grano medio a grueso que contiene >30% de fragmentos visibles.
  • Gubia de falla: una cataclasita incohesiva, rica en arcilla, de grano fino a ultrafino, que puede poseer una estructura plana y contener <30% de fragmentos visibles. Los clastos de roca pueden estar presentes
    • Mancha de arcilla: gubia de falla rica en arcilla formada en secuencias sedimentarias que contienen capas ricas en arcilla que están fuertemente deformadas y cortadas en la gubia de falla.
• Milonita: una roca de falla que es cohesiva y se caracteriza por un tejido plano bien desarrollado que resulta de la reducción tectónica del tamaño del grano y que comúnmente contiene porfiroclastos redondeados y fragmentos de roca de composición similar a los minerales en la matriz.
• Pseudotaquilito: material de aspecto vítreo de grano ultrafino, generalmente negro y de aspecto pedregoso, que se presenta como finas vetas planas, vetas de inyección o como matriz de pseudoconglomerados o brechas, que rellena las fracturas de dilatación en la roca huésped. Es probable que el pseudotaquilito solo se forme como resultado de las tasas de deslizamiento sísmico y puede actuar como un indicador de tasa de falla en fallas inactivas.

Impactos en estructuras y personas

En ingeniería geotécnica, una falla a menudo forma una discontinuidad que puede tener una gran influencia en el comportamiento mecánico (resistencia, deformación, etc.) del suelo y las masas rocosas, por ejemplo, en la construcción de túneles, cimientos o taludes.

El nivel de actividad de una falla puede ser crítico para (1) ubicar edificios, tanques y tuberías y (2) evaluar el peligro de terremoto y tsunami 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 hayan movido dentro de la época del Holoceno (los últimos 11.700 años) de la historia geológica de la Tierra.Además, las fallas que han mostrado movimiento durante las épocas del Holoceno y el Pleistoceno (los últimos 2,6 millones de años) pueden recibir consideración, especialmente para estructuras críticas como centrales eléctricas, represas, 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 los nódulos de carbonato, la arcilla erosionada y la 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 del material orgánico enterrado al lado o sobre una falla cortante suele ser fundamental para distinguir las fallas activas de las inactivas. A partir de tales relaciones, los paleosismólogos pueden estimar el tamaño de los terremotos pasados ​​en los últimos cientos de años,

Fallas y yacimientos de mineral

Muchos depósitos de mineral yacen o están asociados con fallas. Esto se debe a que la roca fracturada asociada con las zonas de falla permite el ascenso del magma o la circulación de fluidos que contienen minerales. Las intersecciones de fallas casi verticales son a menudo ubicaciones de depósitos de minerales significativos.

Un ejemplo de una falla que alberga valiosos depósitos de pórfidos de cobre es la falla Domeyko del norte de Chile con depósitos en Chuquicamata, Collahuasi, El Abra, El Salvador, La Escondida y Potrerillos. 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.

Es posible que las fallas no siempre actúen como conductos hacia la superficie. Se ha propuesto que las fallas profundas "desorientadas" pueden ser zonas donde los magmas que forman pórfidos de cobre se estancan y logran el momento adecuado para la diferenciación ígnea y el tipo de diferenciación. En un momento dado, magmas diferenciados brotarían violentamente de las trampas de falla y se dirigirían a lugares menos profundos de la corteza donde se formarían depósitos de pórfido de cobre.