


衝上断層とは、地球の地殻に生じた亀裂であり、その亀裂を挟んで古い岩石が新しい岩石の上に押し上げられる現象である。




逆断層の一種である衝上断層は、傾斜角が45度以下である。 [ 1 ] [ 2 ]
断層面の角度が小さい場合(多くの場合、水平面から 15 度未満[ 3 ])、上側のブロックの変位が大きい場合(多くの場合、キロメートル単位)、その断層は衝上断層または衝上断層と呼ばれます。[ 4 ]侵食によって上側のブロックの一部が除去され、下側のブロックが比較的狭い範囲でのみ露出する窓(または開口部)が形成されることがあります。侵食によって上側のブロックの大部分が除去され、下側のブロックの上に島のような残骸が残る場合、その残骸はクリッペン(単数形はクリッペ)と呼ばれます。
断層面が地表に到達する前に途切れている場合、それは盲断層と呼ばれます。地表に痕跡が残らないため、盲断層は破壊が発生するまで発見が困難です。1994年にカリフォルニア州ロサンゼルスのノースリッジで発生した破壊的な地震は、それまで発見されていなかった盲断層によって引き起こされました。
傾斜角が小さいため、衝上断層は地質図の作成において把握しにくく、岩相のずれは一般的に微妙で、特に準平原地域では地層の繰り返しを検出するのが難しい。
衝上断層、特に薄皮型変形を伴う断層は、いわゆるランプ・フラット形状を呈する。衝上断層は主に、泥岩や岩塩層などの堆積層内の脆弱帯に沿って伝播する。衝上断層のこれらの部分はデコルマンと呼ばれる。デコルマンの有効性が低下すると、衝上断層は、層理面に平行なフラットとして継続できる別の有効なデコルマンに到達するまで、その層をより高い層準まで切断する傾向がある。2つのフラットをつなぐ衝上断層の部分はランプと呼ばれ、通常、層理面に対して約15°~30°の角度で形成される。ランプ上の衝上断層で変位が継続すると、ランプ背斜、あるいはより一般的には断層屈曲褶曲と呼ばれる特徴的な褶曲形状が形成される。
断層伝播褶曲は、デコルマンに沿った伝播が停止した衝上断層の先端で形成されますが、断層先端の背後の衝上断層では変位が継続しています。非対称な背斜-向斜褶曲ペアの形成は、継続する変位を吸収します。変位が継続すると、衝上断層先端は向斜軸に沿って伝播し始めます。このような構造は、先端線褶曲とも呼ばれます。最終的に、伝播する衝上断層先端は別の有効なデコルマン層に到達する可能性があり、断層屈曲褶曲と断層伝播褶曲の特徴を併せ持つ複合褶曲構造が発達します。
デュプレックスは、堆積層内で2つのデコルマン面が近接している場合に発生します。例えば、比較的強度の高い砂岩層の上部と下部が、比較的強度の低い2つの泥岩層に挟まれている場合などです。下部デタッチメントに沿って伝播した衝上断層(床衝上断層)が、上部デタッチメント(屋根衝上断層)に到達すると、強度の高い層内にランプが形成されます。衝上断層の変位が継続すると、断層の屈曲によりランプのフットウォールに高い応力が発生します。これにより、床衝上断層に沿って再び伝播し、屋根衝上断層に合流するまで続きます。その後、新たに形成されたランプを介してさらに変位が進みます。このプロセスは何度も繰り返され、断層で囲まれた衝上断層スライス(インブリケートまたはホースと呼ばれる)が連続して形成されます。それぞれのスライスは、小さな変位を伴う断層屈曲褶曲の形状をしています。最終的に、典型的な形状は菱形のデュプレックスとなります。
ほとんどのデュプレックスでは、馬(隆起した地層)間の境界断層における変位は小さく、断層は前地側から傾斜しています。まれに、個々の馬における変位がより大きく、それぞれの馬がほぼ垂直に重なり合うことがあります。これは、逆断層または重なり合った断層として知られています。個々の変位がさらに大きい場合、馬は前地側に傾斜します。
デュプレックス化は、褶曲や変形ではなく、地殻の厚みを増すことによって地殻の短縮を吸収する非常に効率的なメカニズムである。[ 5 ]
大規模な衝上断層は、強い圧縮力が作用する地域に発生する。
これらの条件は、2つの大陸の衝突、あるいは沈み込み帯での付加によって形成された造山帯に存在する。
その結果生じる圧縮力によって山脈が形成される。ヒマラヤ山脈、アルプス山脈、アパラチア山脈は、多数の衝上断層を伴う圧縮造山運動の代表的な例である。
衝上断層は、造山帯の縁辺部である前地盆地で発生する。ここでは、圧縮によって顕著な造山運動は起こらず、造山運動は主に衝上断層の褶曲と積み重なりによって行われる。その代わりに、衝上断層は一般的に地層の厚さを増す。以前にリフトした縁辺部で形成された造山帯で衝上断層が発達すると、埋没した古リフトの反転によって衝上ランプの核が形成されることがある。[ 6 ]
前縁盆地の衝上断層も通常はランプフラット形状を示し、衝上断層はユニット内で非常に低い角度の「フラット」(1~5度)を伝播し、その後、より急なランプ(5~20度)で上方に移動し、そこで地層ユニットをずらします。衝上断層は、大陸内領域に「遠縁前縁」変形が進んだクラトン環境でも検出されています。[ 6 ]
沈み込み帯の海溝縁辺にある付加体にも、衝上断層やデュプレックス構造が見られる。ここでは、沈み込んだプレートから海洋堆積物が削り取られて堆積する。付加体は最大200%も厚くなる必要があり、これは、しばしば混沌とした褶曲を伴う、破壊された岩石のメランジュの中で、衝上断層が幾重にも積み重なることで実現される。ここでは、圧縮力が堆積層の層理面に対して急な角度で作用するため、傾斜面と平坦面からなる形状はほとんど見られない。

衝上断層は、アルプス山脈のグラールス衝上断層を研究していたアーノルド・エッシャー・フォン・デア・リンス、アルベルト・ハイム、マルセル・アレクサンドル・ベルトランの研究、スコットランド高地のモイン衝上断層の一部を研究していたチャールズ・ラプワース、ベン・ピーチ、ジョン・ホーンの研究、スカンジナビア・カレドニア山脈のアルフレッド・エリス・トルネボームの研究、カナディアン・ロッキー山脈のRG・マコーネルの研究まで認識されていませんでした。[ 7 ] [ 8 ]断層によって古い地層が新しい地層の上に現れる可能性があるという認識は、1880年代にこれらの地域の地質学者によってほぼ独立して到達しました。 1884年にガイキーはこの特殊な断層群を説明するために「衝上面」という用語を作り出しました。彼は次のように書いています。
逆断層系によって、地層群が広範囲に広がり、実際には同じ系列の上位の地層の上に重なるようになっている。しかし、最も特異な断層は、区別するために衝上断層面と名付けたものである。これらは厳密には逆断層であるが、その傾斜が非常に小さいため、隆起側の岩石は、いわば水平方向に前方に押し出されている。[ 9 ] [ 10 ]