Разлом Сан-Андреас
Разлом Сан-Андреас — трансформный разлом между тихоокеанской и североамериканской плитами длиной 1300 км, проходящий вдоль побережья по территории штата Калифорния (США), большей частью по суше. Образовался после исчезновения плиты Фараллон. Параллельно разлому Сан-Андреас проходят разломы Сан-Габриель и Сан-Хасинто, тоже правосторонние. С разломом связаны землетрясения, достигающие магнитуды 9 и вызывающие поверхностные смещения до 7 м. Наиболее известными являются Землетрясение в Сан-Франциско (1906) и Землетрясение Лома-Приета (1989).
Разлом Сан-Андреас впервые привлек внимание калифорнийских геологов в 1890 г. Высказывается мнение, что название «разлом Сан-Андреас» было введено в 1895 г. (статья Лоусона; Кроуэлл, 1962). Это произошло примерно через 10 лет после открытия продольного разлома Медиана в Японии.
Однако только после землетрясения 1906 г. в Сан-Франциско разлом быстро приобрел широкую известность. Вдоль линии разлома, проходящей через западные окраины города, на расстоянии примерно 430 км проявились смещения, достигавшие 7 м. Появление этого сейсмического разлома впервые доказало, что сдвиг продолжается севернее Сан-Франциско. До этого он был прослежен лишь к югу от города, на расстояние около 600 км.
Учитывая тот факт, что движение было внезапным, существовало широко распространенное мнение, что землетрясение 1906 г. было вызвано подвижками по разлому. Однако, в 1911 г. Рейд на основании точных измерений, предпринятых в зоне разлома, предложил теорию упругой отдачи для объяснения механизма зарождения землетрясения и подвижек по разлому. В качестве механизма очага была принята предложенная им модель пары сил, которая сменилась в 60-х годах моделью двойной пары сил. Тем не менее, теория упругой отдачи Рейда до сих пор используется для объяснения механизма образования сейсмических разломов.
Сейсмическое событие 1906 г., при котором по обычному разлому произошли подвижки, обусловило возникновение понятия и термина «активный разлом» (active fault). Геоморфологи до сих пор приезжают осматривать отчетливые топографические признаки, наблюдаемые вдоль разлома с целью изучения рельефа, образованного активным сдвигом.
Внимание геологов привлек тот факт, что смещения по разлому во время землетрясения были горизонтальными. Дальнейшие исследования показали, что на протяжении геологического времени по обе стороны от разлома по нему произошли горизонтальные смещения на несколько километров. В 1953 г. Хилл и Диббли установили, что за время, прошедшее начиная с мелового периода, величина этого смещения превысила 500 км. Почти одновременно была выдвинута гипотеза, утверждавшая, что породы по обе стороны от Альпийского разлома в Новой Зеландии испытали горизонтальное смещение на расстояние около 450 км. В 50-е годы геологи повсюду стали обращать внимание на такие крупные разломы со смещением по простиранию (strike-slip faults) или сдвиги (lateral faults). Статья Муди, в которой утверждается, что сдвиги лежат в основе всех известных в мире геологических структур, типична для этого времени. В 60-е годы разлом Сан-Андреас стали рассматривать как пример трансформных разломов (Уилсон, 1965). Он стал пробным камнем для концепции тектоники плит.
Название «активный», данное разлому Сан-Андреас, не означало, что по нему ежедневно происходили незначительные подвижки. Скорее, оно означает вероятность, что однажды по нему может произойти движение, как это случилось в 1906 г. Однако, впоследствии в южной части г. Сан-Франциско был обнаружен район, в котором разлом активен в буквальном смысле слова, и движение по нему непрерывно. На полу и в стенах винного завода, расположенного непосредственно над разломом, трещины появлялись даже тогда, когда никакой особой сейсмической активности не наблюдалось. В 1960 г. было установлено, что эти необычные явления отражают движение по разлому, о чем было сделано сообщение в академических кругах. Именно на примере разлома Сан-Андреас геологи узнали, что непрерывное движение может реально существовать как один из типов активности разлома. Это явление было названо «тектоническим оползанием» (tectonic creep). Позже оно наблюдалось и в Североанатолийской зоне разломов в Турции.
Таким образом, разлом Сан-Андреас и его активность оказали существенное влияние на развитие наук о Земле. В этой главе мы собираемся остановиться главным образом на его геологических особенностях.
От Пойнт-Арена, в 160 км севернее г. Сан-Франциско, он тянется почти по прямой линии на юго-восток, мимо Сан-Франциско. Далее он прорезает Береговые хребты и, пересекая Поперечные хребты, достигает впадины, в которой расположено оз. Солтон-Си. На севере, у Пойнт-Арена он уходит в море, и в районе Шелтер Ков, южнее мыса Мендосино, меняет направление на субширотное, переходя в крупную зону дробления (зона трещиноватости Мендосино) на дне Тихого океана. Южное окончание разлома уходит в Мексику, где он соединяется с Восточным поднятием Тихого океана в южной части Калифорнийского залива. Протяженность разлома только по суше (от Шелтер Ков до северных берегов Калифорнийского залива) около 1300 км. Его направление по карте в основном с северо-запада на юго-восток, но на севере Поперечных хребтов, севернее Лос-Анджелеса, оно становится почти точно широтным, и линия разлома образует заметный изгиб. В этой области, кроме того, обнаружено несколько других крупных разломов, которые простираются в направлении северо-восток — юго-запад. Геологическое строение и топография основного разлома здесь усложняются. Этот отрезок называется Биг-Бенд (Большой изгиб). К северу и к югу от него не только различно общее простирание разлома, но к югу он разветвляется на несколько крупных разломов. Величина смещения геологических комплексов вдоль разлома на юге определенно меньше, чем на севере.
Непосредственно к северо-западу от Биг-Бенда лежит известная равнина Карризо — полупустынный межгорный бассейн. Вдоль северной ее окраины было обнаружено несколько прекрасных примеров форм рельефа, связанных с разломом. Еще севернее разлом проявляется на низменности, расположенной, вокруг залива Сан-Франциско, протягиваясь по равнинам между хребтами Диабло и Габилан. Здесь к северу ответвляются разломы Калаверас и Хейворд. Неподалеку от этого места расположен г. Холлистер, на улицах которого каменные стены домов искривлены тектоническим оползанием. К северу от г. Холлистер разлом пересекает холмы, ограничивающие западный край низменности залива Сан-Франциско, протягиваясь далее на север по морскому дну на расстояние около 10 км западнее Золотых ворот. Международный аэропорт г. Сан-Франциско расположен лишь на несколько километров восточнее разлома Сан-Андреас. Во время приземления или взлета можно наблюдать эффектные линейные приразломные формы рельефа и оз. Сан-Андреас, лежащее а разломе и давшее ему свое название.
В южной Калифорнии, южнее Биг-Бенда, разлом Сан-Андреас к западу от г. Лос-Анджелес разветвляется на разломы Бэнниг и Мишен-Крик. Еще западнее другие разломы (Сан-Габриэл и Сан-Джакинто) простираются почти параллельно. Озеро Солтон-Си, восточную часть которого пересекает разлом Сан-Андреас, представляет собой длинную узкую полосу, расположенную ниже уровня моря; оно имеет много признаков, связанных с разломом, например, мелкие вулканические конусы и горячие источники. Эта низменность продолжается южнее, переходя в Калифорнийский залив.
Как уже упоминалось, разлом Сан-Андреас сопровождается рядом сходных разломов, простирающихся почти параллельно. Их обычно рассматривают вместе и называют «системой разломов Сан-Андреас».
Несмотря на то, что на схемах малого масштаба разлом Сан-Андреас изображается в виде одной линии, более детальные карты (масштаба 1:250 000 или 1:50 000) показывают, что он состоит из нескольких линий. В целом, они образуют зону разлома шириной первые километры (описанная ранее система разломов представляет собой сочетание зон разлома). В пределах зоны разлома обнаружен ряд линзообразных чешуй. Вещество, из которого они состоят, часто отличается от вещества окружающих пород. Их образование связано с движением по разлому, которое вызывает разделение и перемещение пород по обе стороны от него. Считают, что развитие этого типа разломных зон обусловлено тем, что поверхность скольжения (плоскость разлома), образовавшаяся в породе, по какой-то причине оказывается бездействующей, и что рядом образуются новые плоскости скольжения. Вообще, простирание разлома на ранней стадии активности не будет точно параллельным общему простиранию и может сильно искривляться. Напротив, линии разломов, активных в четвертичном периоде, относительно прямые. На основании этих фактов существует представление, что древние разломы развивались кулисообразно, на более поздней стадии движения они соединяются и на последней стадии возникает ровная линия разлома. Однако существует и другая гипотеза, которая относит эти различия за счет механической неоднородности в породах, примыкающих к разлому, что показано на рис. 2.II.3 (Роджерс, 1973). Данная гипотеза рассматривает последовательность, в которой происходит локализованная пластическая деформация горных пород, как результат их различных свойств. Первоначально это приводит к изгибанию первичной линии разрыва, в дальнейшем — к возрастанию сопротивления трению в изогнутой секции и в заключение — к образованию новой и прямой линии разлома с относительно невысоким сопротивлением трению. Кроме того, может происходить некоторое обрушение и проваливание осадочных слоев, отложившихся в зоне разлома в результате их вертикального смещения, сопровождающего сдвиг. Во всяком случае, разлом Сан-Андреас имеет хорошо развитую широкую зону разлома, свидетельствующую о сложной истории развития.
Породы в непосредственной близости от плоскости разлома под действием подвижек по нему часто интенсивно рас-сланцованы, раздроблены и разбиты трещинами, что видно как невооруженным глазом, так и под микроскопом. Такие породы рассматриваются под общим названием «катакласти-ческие породы» (cataclastic rocks). Когда сдвиговые движения по разлому происходят относительно глубоко, под действием высокого ограничивающего (геостатщческого) давления (confining pressure), то породы внешне остаются ненарушенными, но при микроскопическом изучении выявляется, что они испытали внутреннее дробление. В условиях низкого геостатического давления раздробленные породы становятся все более глинистыми и возникают «глинки трения» (fault gouge) или «глинистые примазки» (fault pug). Известно, что такая глинка трения часто устанавливается вдоль линий разрывов, активных в четвертичном периоде в зоне разлома Сан-Андреас.
Согласно наблюдениям плоскостей разлома в пределах зоны разлома и по ее линейному распространению, можно заключить, что падение разлома Сан-Андреас в делом субвертикально. Детальные сейсмические исследования показали, что подземные микроземлетрясения распространяются по плоскости, следуя по зоне разлома, и что эта плоскость субвер-тикальна. Зарождение этих микроземлетрясений ограничено глубинами 10—20 км или менее. Глубже не происходит никаких землетрясений, и, вероятно, что относительное смещение двух бортов разлома на глубине сменяется пластической деформацией.