Störungen und Brüche

Störungen und Brüche sind Gesteinsrisse, die von haarfeinen Klüften bis zu krustalen Verwerfungen reichen, entlang derer Erdbeben auftreten und entlang derer sich Krustenblöcke relativ zueinander verschieben.

Definition

Ein Bruch ist jede Trennung im Gestein, bei der der Zusammenhalt verloren geht; eine Verwerfung ist ein Bruch oder eine Bruchzone, entlang derer eine messbare Verschiebung der beiden Seiten stattgefunden hat, klassifiziert nach der Richtung dieser Verschiebung.

Scope

Dieses Thema behandelt die spröden Strukturen der Erdkruste: Klüfte und andere Brüche sowie die drei Haupttypen von Verwerfungen – Abschiebungen, Aufschiebungen und Blattverschiebungen – zusammen mit ihrer Beziehung zum Spannungsfeld und zu Erdbeben. Es behandelt die Geometrie und Mechanik des spröden Versagens und ergänzt die duktilen Falten.

Core questions

• Was unterscheidet Klüfte von Verwerfungen?
• Wie stehen Abschiebungen, Aufschiebungen und Blattverschiebungen in Beziehung zur Orientierung der Hauptspannungen?
• Wie erzeugt das Gleiten an Verwerfungen Erdbeben?

Key theories

Andersons Theorie der Verwerfung

Anderson setzte die drei Verwerfungsklassen in Beziehung zur Orientierung der Hauptspannungen: Eine vertikale maximale Spannung begünstigt Abschiebungen, eine vertikale minimale Spannung begünstigt Aufschiebungen und eine vertikale Zwischenspannung begünstigt Blattverschiebungen.

Mechanik von Erdbeben und Verwerfungen

Erdbeben resultieren aus der Reibungs-Stick-Slip-Instabilität an Verwerfungen, wobei sich elastische Dehnung über die Zeit ansammelt und während des Gleitens schnell freigesetzt wird, ein Rahmenwerk, das die Verwerfungsmechanik mit dem seismischen Zyklus verknüpft.

Mechanisms

Wenn die Spannung in der spröden Kruste die Gesteinsfestigkeit überschreitet, bilden sich Brüche; Klüfte öffnen sich ohne Scherung, während Verwerfungen Scherverschiebungen aufnehmen. Der sich entwickelnde Verwerfungstyp spiegelt wider, welche Hauptspannung vertikal ist, gemäß Andersons Rahmenwerk. An etablierten Verwerfungen ermöglicht die Reibung den elastischen Spannungsaufbau, bis sie bei einem Erdbeben plötzlich freigesetzt wird, wonach die Dehnung wieder beginnt, sich anzusammeln.

Clinical relevance

Die Charakterisierung aktiver Verwerfungen ist die Grundlage der seismischen Gefährdungsbeurteilung, während Kluftnetzwerke die Permeabilität steuern, die den Grundwasserfluss, die geothermische und Erdölproduktion sowie die Integrität von Ingenieurbauwerken und Endlagern beeinflusst.

History

Andersons dynamische Theorie von 1951 verknüpfte Verwerfungstypen mit der Spannungsorientierung und ist bis heute ein Eckpfeiler der Strukturgeologie. Reids elastisch-rebound-Theorie, die nach dem Erdbeben von San Francisco 1906 entwickelt wurde, und spätere, von Scholz synthetisierte Arbeiten etablierten das mechanische Verständnis, wie Verwerfungen Energie als Erdbeben speichern und freisetzen.

Key figures

• Ernest Masson Anderson
• Christopher Scholz
• Harry Fielding Reid

Seminal works

• anderson1951
• scholz2019

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einer Verwerfung und einer Kluft?

Beides sind Brüche im Gestein, aber eine Verwerfung zeigt eine messbare Verschiebung des Gesteins auf beiden Seiten, während eine Kluft ein Bruch ist, bei dem es wenig oder keine Scherbewegung gegeben hat.