В качестве поверхностей отсчета при определении вертикальной компоненты смещения в геологии обычно используют поверхности, некогда залегавшие горизонтально. Гораздо меньшее распространение получили линии отсчета, необходимые для выявления сдвиговых нарушений и определения истинного направления смещения по разрыву. Природу большинства живущих разрывов позволяют определить многочисленные топографические линии отсчета, но для подавляющего числа неактивных разрывов она неясна из-за отсутствия геологических линий отсчета. Поэтому многие неактивные разрывы принимали за чисто вертикальные нарушения. С другой стороны, геофизические данные (смещение поясов магнитных аномалий) указывают с несомненностью на крупные сдвиговые смещения океанического дна [9]. Разрывы в океанах прямее и длиннее сдвиговых разрывов на континентах, но характер современного смещения по ним неизвестен, так же как неизвестно, активны ли они в настоящее время.
Ниже при описании крупнейших сдвиговых разрывов преимущественное внимание уделено живущим разрывам, которые либо активны сейчас, либо проявляли активность в течение примерно последней тысячи лет. Они перечислены в табл. 1 и показаны на фиг. 1. На их активность указывает смещение форм рельефа, а о степени их активности можно судить по возрасту смещенных разрывом элементов и менее точно по тому, насколько четко выражена трасса разрыва на поверхности.
На аэрофотоснимках (за исключением участков густых лесов) живущие разрывы отчетливо определяются по неправильностям рельефа, которые не могут быть следствием избирательной эрозии пород с разной прочностью, совместно смятых в складки в далеком прошлом. Главными диагностическими признаками живущих разрывов служат висячие русла, впадины проседания, сдвинутые гребни и прочие безымянные формы нарушенного рельефа и дренирующей сети [1].
При условии, что возраст форм рельефа известен, среднюю скорость смещения можно оценить по соответствующим частям перемещенных разрывом форм и величине смещения. Для многих разрывов смещение шло со скоростью около 1 см в год на протяжении многих тысяч лет.
Земная кора стратифицирована по плотности, и различием в плотности определяется амплитуда нормальных сбросов и взбросов. Амплитуда сдвиговых разрывов не зависит от плотности, и теоретически причины, по которым не могли бы происходить такие нелимитированные перемещения, отсутствуют.
Поскольку смещения по простиранию распознаются не так легко, как смещения по падению, сдвиговым разрывам в литературе отводилась второстепенная роль. Вероятно, относительное значение различных разрывов лучше всего обнаруживалось в системе нарушений, возникавших при исторических землетрясениях.
Согласно Рихтеру [13], тип смещения известен приблизительно для 30 исторических землетрясений, из которых 14 характеризуются преимущественно вертикальным, а 16 — сдвиговым смещением. Протяженность участка, на котором происходило смещение, почти всегда больше в случае сдвиговых разрывов, чем в случае разрывов с вертикальным смещением. Многие протяженные линеаменты земной коры являются сдвиговыми разрывами, но не обнаружено ни одного линеамента только с вертикальным смещением. Таким образом, если критерием значимости считать длину7, то сдвиговые разрывы имеют большее значение, чем разрывы с вертикальным смещением.
Чем больше смещение по сдвиговому разрыву, тем больше возраст линии отсчета, по которой определяется смещение. Типы линий отсчета различаются по возрасту, и для выявления полной истории сдвигового разрыва необходимы линии нескольких типов. Искусственные сооружения — шоссейные, грунтовые и железные дороги, стены и ряды деревьев — служат линиями, наиболее пригодными для определения смещений амплитудой от 5 мм до 10 м, происшедших примерно за последние 100 лет. Формы рельефа, такие, как русла и гребни и частично бровки террас, наиболее пригодны для определения смещений амплитудой от 1 м до 1 км за последние приблизительно 100 000 лет. Конгломераты с галькой характерных пород, залегающих в ограниченной области питания на противоположной стороне разрыва, наиболее пригодны для определения смещений амплитудой от 2 до 50 км. Большая часть таких примеров связана с отложениями плиоцена — среднего плейстоцена. Однако конгломераты и породы области питания представляют собой своеобразные фации. Поэтому7 более древние и более крупные сдвиговые смещения на суше чаще устанавливаются по более обычным фациальным границам. Самые известные примеры — это Альпийский разлом Новой Зеландии и разлом Сан-Андреас Калифорнии, по которым, как считают, произошло смещение юрских или более древних фациальных границ на 700 км.
Линии отсчета могут возникнуть в процессе формирования сдвигового разрыва или до него, но основное свойство всех линий — большая прямолинейность до движения по разрыву, чем в настоящее время. Если линии образовались в процессе формирования разрыва, то наиболее пригодными из них будут те, скорость возникновения которых превышала скорость сдвигового перемещения. Среди форм рельефа наиболее пригодны, вероятно, бровки террас. Они образуются быстро и свидетельствуют о продолжающемся движении некоторых разрывов [17, 18]. Нередко серия русел, пересекающих отдельный разрыв, одинаково смещена на 10—100 м. Большинство таких примеров описано в перигляциальных районах. Это приводит к выводу об одинаковом возрасте русел, которые, возможно, возникли при внезапном изменении климата в конце последнего оледенения примерно 15 000 лет назад.
Наиболее существенная и труднее всего выявляемая особенность сдвиговых разрывов — смещение на 100 км и более. Такое смещение определяется большей частью по наличию одной или нескольких коленообразно изогнутых фациальных границ. Для крайних случаев возможны два противоположных объяснения этого явления:
- 1. Разрыв моложе фациальной границы, которая первоначально была прямой; коленообразный изгиб возник за счет сдвигового смещения.
- 2. Разрыв древнее фациальной границы, которая никогда не была прямой; коленообразный изгиб возник за счет сингенетичного вертикального смещения, контролировавшего осадконакопление.
Для большинства разрывов выбор того или другого объяснения часто определяется простотой предположений и принципом единообразия. Предположение о больших сдвиговых смещениях основывается в значительной степени на изучении скорости развития живущих разрывов. Если скорость сдвигового смещения конкретного разрыва составляет примерно 1 см/год на протяжении последних 1000 лет или более, то для раннего плейстоцена вполне вероятно смещение на 10 км, а для миоцена — на 100 км. Пределом экстраполяции является время последнего изменения поля тектонических напряжений.
Среди основных активных разрывов лишь немногие (если они вообще имеются) прослеживаются на поверхности в виде прямой линии. Большинство разрывов дугообразно изогнуто либо в форме буквы S, либо в форме ее зеркального отражения, в табл. 1 обозначенного для удобства буквой Z. Некоторые разрывы имеют форму простой дуги (С в табл. 1), но их полная протяженность, по-видимому, еще не установлена. Данные табл. 1 указывают на отсутствие связи между S- и Z-образной формой и левыми (Л) или правыми (П) движениями. Для Z-образной зоны Альпийского разлома кривизна обнаруживает прямую зависимость от смещения по падению. В центральной части разрыв — чистый правый сдвиг; на севере западное крыло, к которому приурочен центр кривизны, взброшено относительно восточного крыла, на юге же отмечаются обратные соотношения. Такая же связь между взбрасыванием и расположением центра кривизны характерна для Чаманского (Анатолия), Булнайского и, вероятно, Филиппинского разломов. В других разрывах вертикальное смещение либо мало, как у разлома Сан-Андреас, либо непостоянно, либо совсем неизвестно.
При построении локальной или планетарной сетки сдвигов, показывающей фактические и теоретически предполагаемые правые и левые разрывы (или при построении аналогичной тектонической сетки, показывающей теоретически предполагаемое сжатие или относительное укорочение), возникает ряд проблем, связанных с кинематикой образования сдвигов. Вследствие сферичности Земли простейшая тектоническая сетка имеет по меньшей мере две, а большинство сеток сжатия — несколько особых точек; линии сетки Либо окружают их, либо радиально от них расходятся. Различают три вида точек:
- 1) центры трансляции (с любым направлением трансляции);
- 2) центры вращения (с вращением по часовой стрелке или против нее);
- 3) центры изменения площади (расширения или контракции).
Возможны комбинации указанных трех видов. Первый вид иллюстрируется относительным движением в юго-восточном направлении района Калимантана между левым Филиппинским и правым Хутанопанским (Суматра) разрывами. Трансляция (поступательное движение) к востоку возможна для северных и южных частей Антильского архипелага. При трансляционном движении предполагается переход по простиранию сдвигового разрыва во взброс в направлении трансляции и в нормальный сброс в противоположном направлении. Трансляция представляет собой вид движения, допускаемого для континентального дрейфа, но рассмотренные трансляционные движения не являются частью обычно принимаемой модели дрейфа.
Второй вид до некоторой степени иллюстрируется гипотетическим вращением против часовой стрелки Тихого океана но разломам Сан-Андреас, Атакамскому, Альпийскому и Деналийскому [2]. Не последнюю роль при построении простейшей схемы вращения играет решение вопроса о том, образуют ли разрывы или их гипотетические продолжения полный круг.
Третий вид представлен Дашт-и-Лутским центром контракции в восточном Иране [19] и, возможно, центром расширения на Хонсю, в Японии. От этих центров спирально отходят сдвиговые разрывы: правые разрывы направлены против часовой стрелки, а левые — по часовой стрелке в центрах контракции и в противоположном направлении в центрах расширения. На других концах разрывы могут либо затухать, либо спирально продолжаться к другим центрам.
Перемещения по основным активным сдвиговым разрывам возобновлялись на протяжении тысячелетий. Частично они были, возможно, постепенными, но в основном, вероятно, внезапными, и многие сильные землетрясения непосредственно связаны с внезапными смещениями вдоль основных сдвиговых разрывов. Действительно, несколько хорошо выраженных сдвиговых разрывов не было обнаружено вплоть до обновления движения по ним во время землетрясений (например, разрывы Богдо и Булнайский в Монголии и разрыв Уайрарапа в Новой Зеландии). Несомненно, в будущем в зонах активных сдвиговых разрывов произойдут многие землетрясения, и желательно, хотя бы в интересах сейсморайонирования, чтобы все разрывы были закартированы. Вся суша должна быть систематически изучена с целью выявления крупных активных разрывов. Эту задачу может облегчить аэрофотосъемка.