Falla (geología)

En geología , una falla es una fractura o discontinuidad planar en un volumen de roca a través de la cual ha habido un desplazamiento significativo como resultado de movimientos de la masa rocosa. Las grandes fallas dentro de la corteza terrestre son resultado de la acción de las fuerzas tectónicas de placas , y las más grandes forman los límites entre las placas, como las fallas de megacabalgamiento 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 deslizamiento asísmico . ^{[ 2 ]}

Un plano de falla es el plano que representa la superficie de fractura de una falla. Una traza de falla o línea de falla es el lugar donde la falla puede verse o cartografiarse en la superficie. Una traza de falla es también la línea que se suele trazar en los mapas geológicos para representar una falla. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Una zona de falla es un conjunto de fallas paralelas. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Sin embargo, el término también se usa para la zona de roca triturada a lo largo de una sola falla. ^{[ 7 ]} El movimiento prolongado a lo largo de fallas muy próximas puede desdibujar la distinción, ya que la roca entre las fallas se convierte en lentes de roca delimitadas por fallas y luego se tritura progresivamente. ^{[ 8 ]}

Debido a la fricción y la rigidez de las rocas que la componen, los dos lados de una falla no siempre pueden deslizarse o fluir fácilmente uno sobre el otro, 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 . La tensión se acumula cuando una falla se bloquea, y cuando alcanza un nivel que supera el umbral de resistencia , la falla se rompe y la energía de deformación acumulada se libera en parte en forma de 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 mediante fractura (liberación instantánea de la tensión), lo que produce 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.

El deslizamiento es el movimiento relativo de las características geológicas presentes a ambos lados de un plano de falla, que generalmente se cuantifica en términos de separación o desplazamiento (una magnitud vectorial ). 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 las componentes vertical y horizontal, el desplazamiento vertical de la falla es el desplazamiento vertical y el desplazamiento horizontal de la falla es la componente horizontal de la separación, como en "elevación y elevación". ^{[ 11 ]}

El vector de deslizamiento puede evaluarse cualitativamente estudiando cualquier pliegue de arrastre de los estratos, que puede ser visible a ambos lados de la falla. ^{[ 12 ]} El pliegue de arrastre es una zona de plegamiento cerca de una falla que probablemente surge de la resistencia friccional al movimiento en la falla. ^{[ 13 ]} La dirección y magnitud del levantamiento y desplazamiento pueden medirse solo encontrando puntos de intersección comunes a ambos lados 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 desplazamiento.

Los dos lados de una falla no vertical se conocen como bloque colgante y bloque de piso . El bloque colgante se encuentra por encima del plano de falla y el bloque de piso por debajo. ^{[ 14 ]} Esta terminología proviene de la minería: al trabajar un cuerpo de mineral tabular , el minero se colocaba con el bloque de piso bajo sus pies y con el bloque colgante por encima de él. ^{[ 15 ]} Estos términos son importantes para distinguir los diferentes tipos de fallas de deslizamiento vertical: fallas inversas y fallas normales. En una falla inversa, el bloque colgante se desplaza hacia arriba, mientras que en una falla normal se desplaza hacia abajo. Distinguir entre estos dos tipos de fallas es importante para determinar el régimen de esfuerzos del movimiento de la falla.

El problema del muro colgante puede provocar tensiones severas y estallidos de roca , por ejemplo en la mina Frood . ^{[ 16 ]}

Las fallas se clasifican principalmente en función del ángulo que forma el plano de falla con la superficie terrestre, conocido como buzamiento , y la dirección del deslizamiento a lo largo del plano de falla. ^{[ 17 ]} Según la dirección del deslizamiento, las fallas se pueden clasificar como:

• de deslizamiento horizontal , donde el desplazamiento es predominantemente horizontal, paralelo al trazado de la falla;
• deslizamiento vertical , el desplazamiento es predominantemente vertical y/o perpendicular a la traza de la falla; o
• Deslizamiento oblicuo , que combina deslizamiento horizontal y deslizamiento vertical.

En una falla de desgarre (también conocida como falla de cizallamiento , falla de desgarro o falla transcurrente ), ^{[ 18 ]} la superficie (plano) de la falla suele ser casi vertical, y el bloque inferior se mueve lateralmente hacia la izquierda o hacia la derecha con muy poco movimiento vertical. Las fallas de desgarre con movimiento lateral izquierdo también se conocen como fallas sinistrales y aquellas con movimiento lateral derecho como fallas dextrales . ^{[ 19 ]} Cada una se define por la dirección del movimiento del terreno tal como lo vería un observador en el lado opuesto de la falla.

Un tipo especial de falla de desgarre es la falla transformante, que forma un límite de placa . Esta falla se asocia con un desplazamiento en una dorsal oceánica , como una dorsal , o, con menos frecuencia, dentro de la litosfera continental , como la falla transformante del Mar Muerto en Oriente Medio o la falla alpina en Nueva Zelanda. Las fallas transformantes también se denominan límites de placa «conservativos», ya que la litosfera no se crea ni se destruye.

Las fallas de deslizamiento vertical pueden ser normales (" extensionales ") o inversas . La terminología de "normal" e "inversa" proviene de la minería del carbón en Inglaterra, donde las fallas normales son las más comunes. ^{[ 20 ]}

Con el paso del tiempo, puede producirse una inversión regional entre esfuerzos tensionales y compresivos (o viceversa), y las fallas pueden reactivarse con un movimiento de bloques relativo invertido en direcciones opuestas al movimiento original (inversión de falla). De este modo, una falla normal puede convertirse en una falla inversa y viceversa.

En una falla normal, el bloque colgante se mueve hacia abajo con respecto al bloque yacente. La inclinación de la mayoría de las fallas normales es de al menos 60 grados, pero algunas fallas normales tienen una inclinación menor a 45 grados. ^{[ 21 ]}

Un bloque hundido entre dos fallas normales que se inclinan una hacia la otra es un graben . Un bloque aislado entre dos grabens, y por lo tanto entre dos fallas normales que se inclinan en direcciones opuestas, es un horst . Una secuencia de grabens y horsts en la superficie terrestre produce una topografía característica de cuencas y cordilleras .

Una falla lístrica es un tipo de falla normal con forma cóncava hacia arriba, donde la sección superior cercana a la superficie terrestre es más empinada y se vuelve más horizontal con la profundidad. Las fallas normales pueden transformarse en fallas lístricas, curvándose el plano de falla hacia el interior de la Tierra. También pueden formarse donde no existe el bloque colgante (como en un acantilado), donde el bloque inferior puede deslizarse de tal manera que genere múltiples fallas lístricas.

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  Diagrama de sección transversal de una falla lístrica
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  Diagrama de sección transversal de múltiples fallas lístricas en la pared de un acantilado.

Los planos de falla de las fallas lístricas pueden aplanarse aún más y evolucionar hacia un plano horizontal o casi horizontal, donde el deslizamiento progresa horizontalmente a lo largo de un despegue . Los despegues extensionales pueden alcanzar grandes dimensiones y formar fallas de desprendimiento , que son fallas normales de bajo ángulo con importancia tectónica regional.

Debido a la curvatura del plano de falla, el desplazamiento extensional horizontal en una falla lístrica implica la formación de una brecha geométrica entre los bloques colgante y yacente durante el deslizamiento. Para acomodarse en esta brecha, y dependiendo de su reología , el bloque colgante puede plegarse y deslizarse hacia abajo, produciendo un plegamiento por vuelco , o bien fragmentarse en fallas y bloques adicionales que la rellenan. Si se forman fallas, pueden generarse abanicos de imbricación o fallas en cadena .

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  Diagrama de sección transversal de una falla lístrica (línea roja), con un pliegue de vuelco resultante.
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  Diagrama de sección transversal que muestra cómo se forma un abanico de imbricación.

Una falla inversa es lo opuesto a una falla normal: el bloque colgante se eleva con respecto al bloque yacente. Las fallas inversas indican un acortamiento compresivo de la corteza.

Una falla inversa tiene el mismo sentido de movimiento que una falla inversa, pero con una inclinación del plano de falla menor a 45°. ^{[ 22 ] [ 23 ]} Las fallas inversas suelen formar rampas, planos y pliegues de flexión de falla (bloque colgante y bloque yacente).

Una sección de un bloque colgante o bloque de pie donde se formó una falla de cabalgamiento a lo largo de un plano de estratificación relativamente débil se conoce como plano , y una sección donde la falla de cabalgamiento corta hacia arriba a través de la secuencia estratigráfica se conoce como rampa . ^{[ 24 ]} Típicamente, las fallas de cabalgamiento se mueven dentro de las formaciones formando planos y ascendiendo por secciones con rampas. Esto da como resultado que el plano del bloque colgante (o una porción del mismo) se encuentre sobre la rampa del bloque de pie, como se muestra en el diagrama de pliegues de flexión de falla.

Las fallas de cabalgamiento forman mantos de corrimiento y klippen en los grandes cinturones de cabalgamiento. Las zonas de subducción son un tipo especial de fallas de cabalgamiento que forman las fallas más grandes de la Tierra y dan lugar a los terremotos más grandes.

Una falla que presenta un componente de deslizamiento vertical y otro de deslizamiento horizontal se denomina falla de deslizamiento oblicuo . Casi todas las fallas poseen algún componente de ambos tipos; por lo tanto, para definir una falla como oblicua, es necesario que ambos componentes, vertical y horizontal, sean medibles y significativos. Algunas fallas oblicuas se producen en regímenes transtensionales y transpresivos , y otras se dan donde la dirección de extensión o acortamiento cambia durante la deformación, pero las fallas formadas previamente permanecen activas.

El ángulo de inclinación se define como el complemento del ángulo de buzamiento; es el ángulo entre el plano de falla y un plano vertical paralelo a la falla.

Las fallas anulares , también conocidas como fallas de caldera , son fallas que se producen dentro de calderas volcánicas colapsadas ^{[ 25 ]} y en los lugares de impacto 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, que forman un contorno circular. Las fracturas creadas por las fallas anulares pueden rellenarse con diques anulares . ^{[ 25 ]}

Los términos sintético y antitético se utilizan para describir fallas menores asociadas a una falla mayor. Las fallas sintéticas se inclinan en la misma dirección que la falla mayor, mientras que las fallas antitéticas se inclinan 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 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 atraviesa diferentes niveles de la litosfera tendrá muchos tipos diferentes de roca de falla desarrollados a lo largo de su superficie. El desplazamiento continuo de deslizamiento vertical tiende a yuxtaponer rocas de falla características de diferentes niveles corticales, con distintos grados de superposición. Este efecto es particularmente claro en el caso de fallas de despegue y fallas de cabalgamiento importantes .

Los principales tipos de roca de falla incluyen:

• Cataclasita : roca de falla cohesiva con una fábrica planar poco desarrollada o ausente , o incohesiva, caracterizada por clastos y fragmentos de roca generalmente angulares en una matriz de grano más fino de composición similar.
  • Brecha tectónica o de falla : una cataclasita de grano medio a grueso que contiene más del 30 % de fragmentos visibles.
  • Garra de falla : una cataclasita incohesiva, rica en arcilla , de grano fino a ultrafino , que puede poseer una fábrica planar y contener <30% de fragmentos visibles. Pueden estar presentes clastos de roca.
    • Mancha de arcilla : brecha de falla rica en arcilla formada en secuencias sedimentarias que contienen capas ricas en arcilla que están fuertemente deformadas y cizalladas hasta convertirse en la brecha de falla.
• Milonita : una roca de falla cohesiva que se caracteriza por una fábrica planar bien desarrollada resultante de la reducción tectónica del tamaño de grano, y que comúnmente contiene porfiroclastos redondeados y fragmentos de roca de composición similar a los minerales en la matriz.
• Pseudotaquilita : material de aspecto vítreo de grano ultrafino, generalmente negro y de apariencia silícea , que se presenta como finas vetas planares , vetas de inyección o como matriz de pseudoconglomerados o brechas , rellenando fracturas de dilatación en la roca huésped. Es probable que la pseudotaquilita se forme únicamente como resultado de las tasas de deslizamiento sísmico y puede actuar como un indicador de la tasa de falla en fallas inactivas. ^{[ 27 ]}

En ingeniería geotécnica , una falla suele formar una discontinuidad que puede influir considerablemente en el comportamiento mecánico (resistencia, deformación, etc.) de las masas de suelo y roca, por ejemplo, en la construcción de túneles , cimentaciones o taludes .

El nivel de actividad de una falla puede ser crítico para (1) ubicar edificios, tanques y tuberías y (2) evaluar el riesgo de sacudidas sísmicas y tsunamis para la infraestructura y las personas en las cercanías. En California, por ejemplo, se ha prohibido la construcción de nuevos edificios directamente sobre o cerca de fallas que se movieron dentro de la Época del Holoceno (los últimos 11 700 años) de la historia geológica de la Tierra. ^{[ 28 ]} Además, las fallas que mostraron movimiento durante las Épocas del Holoceno y el Pleistoceno (los últimos 2,6 millones de años) pueden ser consideradas, 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 superficiales y la geomorfología observada en fotografías aéreas. Las pistas del subsuelo incluyen cizallamientos y su relación con nódulos de carbonato , arcilla erosionada y mineralización de óxido de hierro , en el caso de suelos más antiguos, y la ausencia de tales signos en el caso de suelos más jóvenes. La datación por radiocarbono de material orgánico enterrado junto a una falla o sobre ella suele ser crucial para distinguir entre fallas activas e inactivas. A partir de estas relaciones, los paleosismólogos pueden estimar la magnitud de terremotos ocurridos en los últimos siglos y elaborar proyecciones aproximadas de la actividad futura de la falla.

Muchos yacimientos minerales se encuentran sobre fallas o están asociados a ellas. Esto se debe a que la roca fracturada asociada a las zonas de falla permite el ascenso del magma ^{[ 29 ]} o la circulación de fluidos portadores de minerales. Las intersecciones de fallas casi verticales suelen ser lugares donde se encuentran importantes yacimientos minerales. ^{[ 30 ]}

Un ejemplo de falla que alberga valiosos depósitos de pórfido de cobre es la falla de Domeyko en el norte de Chile, con depósitos en Chuquicamata , Collahuasi , El Abra , El Salvador , La Escondida y Potrerillos . ^{[ 31 ]} Más al sur de Chile, los depósitos de pórfido de cobre de Los Bronces y El Teniente se encuentran cada uno en la intersección de dos sistemas de fallas. ^{[ 30 ]}

Las fallas no siempre actúan como conductos hacia la superficie. Se ha propuesto que las fallas profundas "desorientadas" podrían ser zonas donde los magmas que forman pórfidos de cobre se estancan, alcanzando el momento y el tipo adecuados para la diferenciación ígnea . ^{[ 32 ]} En un momento dado, los 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. ^{[ 32 ]}

Dado que las fallas son zonas de debilidad, facilitan la interacción del agua con la roca circundante y potencian la meteorización química . Esta mayor meteorización química aumenta el tamaño de la zona meteorizada y, por lo tanto, crea más espacio para el agua subterránea . ^{[ 33 ]} Las zonas de falla actúan como acuíferos y también facilitan el transporte de agua subterránea.

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  Microdefecto que muestra un punto de perforación (el diámetro de la moneda es de 18 mm (0,71 pulgadas)).
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  Una falla normal en Marruecos . El plano de falla es la línea con fuerte inclinación hacia la izquierda en el centro de la foto, que es el plano a lo largo del cual las capas de roca de la izquierda se han deslizado hacia abajo, en relación con las capas a la derecha de la falla.
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  Falla normal con movimiento de desplazamiento de arriba a la izquierda a abajo a la derecha. Formación La Herradura , Morro Solar , Perú .
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  Brecha de falla de España

• Lista de zonas de falla
• La teoría de Anderson sobre las fallas
• Deslizamiento asísmico
• Bloque de falla  : grandes bloques de roca creados por esfuerzos tectónicos y localizados en la corteza terrestre.
• Escarpa de falla  : pequeño desplazamiento vertical en la superficie del terreno.
• Junta  – Tipo de fractura en la roca
• Mitigación del movimiento sísmico
• Formación de montañas  : procesos geológicos que subyacen a la formación de montañas.
• Orogenia  – Formación de cadenas montañosas
• Inversión del paleoestrés
• Falla poligonal
• Riesgo sísmico  : probabilidad de terremoto en un área y tiempo específicos.
• Estriación  : Surco, creado por un proceso geológico, en la superficie de una roca o un mineral.
• Desplazamiento vertical : movimiento vertical de la corteza terrestre.

• Davis, George H.; Reynolds, Stephen J. (1996). «Pliegues» . Geología estructural de rocas y regiones (2.ª ed.). John Wiley & Sons. págs.  372–424 . ISBN 0-471-52621-5.

• Fichter, Lynn S.; Baedke, Steve J. (13 de septiembre de 2000). "Introducción a la geología estructural de los Apalaches" . Universidad James Madison. Archivado del original el 12 de enero de 2010. Recuperado el 19 de marzo de 2010 .

• Hart, EW; Bryant, WA (1997). Riesgo de ruptura de fallas en California: Ley de zonificación de fallas sísmicas Alquist-Priolo con índice de mapas de zonas de fallas sísmicas (Informe). Publicación especial 42. División de Minas y Geología de California.

• Marquis, John; Hafner, Katrin; Hauksson, Egill, "Las propiedades del deslizamiento de fallas" , Investigación de terremotos a través de la sismicidad regional , Centro de Terremotos del Sur de California, archivado del original el 25 de junio de 2010 , recuperado el 19 de marzo de 2010.

• McKnight, Tom L.; Hess, Darrel (2000). «Los procesos internos: tipos de fallas» . Geografía física: una apreciación del paisaje . Prentice Hall. págs.  416-417 . ISBN 0-13-020263-0.

• Animaciones de detección de fallos en el consorcio IRIS (archivado el 17 de febrero de 2005)
• Vista aérea de la falla de San Andrés en la llanura de Carrizo, California central, de "Cómo ocurren los terremotos" en el USGS.
• Imagen LANDSAT de la falla de San Andrés en el sur de California, procedente de "¿Qué es una falla?" del USGS (archivada el 4 de abril de 2008).